一、引言

門式起重機作為港口、鐵路等領(lǐng)域的重要特種設(shè)備，其抗風(fēng)穩(wěn)定性直接關(guān)系到作業(yè)安全。傳統(tǒng)檢測方法依賴人工測量與經(jīng)驗判斷，存在效率低、誤差大等問題。本文提出一種基于無線傳感技術(shù)的智能化便攜式檢測裝置，通過頂推力與風(fēng)載等效原理實現(xiàn)抗風(fēng)能力的實時評估，為設(shè)備安全運行提供可靠技術(shù)支撐。

二、系統(tǒng)工作原理

1. 力學(xué)等效模型建立
基于結(jié)構(gòu)力學(xué)理論，建立頂推力與風(fēng)載的等效轉(zhuǎn)換模型：
F_wind = k × F_push
式中：F_wind為等效風(fēng)載荷，F(xiàn)_push為實測頂推力，k為轉(zhuǎn)換系數(shù)（通過有限元仿真與現(xiàn)場標(biāo)定確定）。

2. 動態(tài)數(shù)據(jù)采集技術(shù)
采用多軸力傳感器陣列實時監(jiān)測頂推力變化，結(jié)合風(fēng)速風(fēng)向儀獲取環(huán)境參數(shù)。傳感器節(jié)點通過LoRa無線協(xié)議組成Mesh網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式采集與集中傳輸。

三、硬件系統(tǒng)設(shè)計

1. 模塊化架構(gòu)
系統(tǒng)由三部分組成：

• 前端感知層：集成六維力傳感器與氣象監(jiān)測模塊
• 數(shù)據(jù)處理層：基于STM32H7的邊緣計算單元
• 人機交互層：7寸工業(yè)級觸控終端

2. 關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

• 力測量范圍：0-500kN（精度0.1%FS）
• 風(fēng)速測量范圍：0-60m/s（精度±0.3m/s）
• 數(shù)據(jù)更新頻率：100Hz
• 續(xù)航能力：內(nèi)置鋰電池支持8小時連續(xù)工作

四、軟件系統(tǒng)實現(xiàn)

1. 實時計算模塊
采用卡爾曼濾波算法處理動態(tài)信號，結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等效系數(shù)k的實時修正模型，確保計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2. 可視化界面設(shè)計
終端軟件實現(xiàn)：

• 多參數(shù)實時曲線顯示
• 抗風(fēng)等級自動評估（依據(jù)GB/T 3811-2023標(biāo)準(zhǔn)）
• 歷史數(shù)據(jù)存儲與趨勢分析

五、實驗驗證

在某港口進行現(xiàn)場測試，結(jié)果表明：

• 頂推力測量誤差≤0.8%
• 等效風(fēng)載荷計算誤差≤2.5%
• 系統(tǒng)響應(yīng)時間<50ms

六、應(yīng)用價值

該裝置突破傳統(tǒng)檢測模式的局限性，具有以下優(yōu)勢：

• 便攜性：整機重量<15kg，支持單人快速部署
• 實時性：實現(xiàn)動態(tài)工況下的抗風(fēng)能力在線評估
• 經(jīng)濟性：單次檢測成本降低70%以上
• 標(biāo)準(zhǔn)化：提供統(tǒng)一的量化評估標(biāo)準(zhǔn)，消除人為誤差

七、結(jié)論

該智能化檢測系統(tǒng)通過多學(xué)科技術(shù)融合，為門式起重機抗風(fēng)性能檢測提供了高效解決方案。其創(chuàng)新點在于動態(tài)等效模型的建立與無線傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，顯著提升了檢測精度與效率，對保障特種設(shè)備安全運行具有重要意義。未來可進一步擴展至其他大型起重設(shè)備的穩(wěn)定性檢測領(lǐng)域。