TD-1塔式起重机安全使用记录仪的研制

0引言
      空难事故发生后，飞机往往严重损坏，救援人员到达现场，总是会寻找空难“见证人”——黑匣子，一种飞行数据记录仪。它能将飞机系统工作状况和发动机工作参数等飞行参数都记录下来，为揭开事故的真相提供真实可靠的数据。随着城市建设的飞速发展，塔式起重机被越来越多地使用在市政建设、交通、桥梁等施工场所，由于塔式起重机设计、生产、安装和使用单位的品质参差不齐，我国每年均发生多起塔式起重机安全事故，有的造成机毁人亡，损失惨重。在塔式起重机安全事故中，违章超载使用和超期使用(超过设计寿命)，占有相当大的比重。从“黑匣子”得到启示，在塔式起重机上安装记录塔机使用情况的仪器，以提高塔机使用的安全系数，预防“断臂倒塔”事故的发生。
      为配合市建委对当前建筑市场安全规范的要求，上海建工(集团)总公司2004年下达了研制开发塔机上的“黑匣子”——TD一1塔式起重机数据记录仪(简称TD一1塔机记录仪，下同)的任务。我们在上海市建设机械检测中心、上海建工(集团)总公司等兄弟单位的友好配合和通力合作下，经过2年的认真研究和反复试验，终于试制成功具有自主知识产权的塔机“黑匣子”——TD一1塔机记录仪，填补了国内市场空白。

1 TD一1塔机记录仪综述——在摸索中尝试，在实践中成功
      安装在塔机的记录仪，在国内处于开发起步阶段，没有国家或行业标准作为参照，在研制前期，参考了有关元器件行业的产品、安全和试验的标准，如G813752—1992《塔式起重机设计规范》；G85144—2006塔式起重机安全规程等，收集相关信息并根据实际研制情况，编制了TD一1塔式起重机安全使用记录仪的企业标准《塔式起重机数据记录仪》。
      在研制过程中，最关键的问题：在不改变塔式起重机自身主体结构的前提下能适装在各型塔式起重机上，并能适应建筑工地施工现场使用环境和工作条件；如何把塔式起重机恶性事故发生瞬间等特殊过程的工作数据如实记录／读取下来。经过反复的尝试和试验数据采集，证实轴式重力传感器组成称重传感器，以及位移编码器组成小车变幅传感器，能不改变塔式起重机原结构，这两种传感器成为塔机数据记录仪的主要部件。同时结合具有高性能新型微处理机并内置10位的模数转换器和大容量储存器，采样处理(计算)、记录存储塔式起重机工作及记录仪自身参数数据，满足塔式起重机工作循环次数统计处理需要．这么一来，使记录仪发挥“黑匣子”的功效，除了对塔机日常工作运行数据进行记录／读取，还能把塔机恶性事故发生瞬间等特殊过程的工作数据如实记录／读取下来，为安全质量监督部门对塔机操作安全事故分析提供实测数据记录。

2 TD一1塔机记录仪结构——硬件加软件，传感配记录
2．1记录仪硬件
(1)重力传感器：轴型重力传感器
(2)位移传感器(包括传动齿轮)：位移传感器采用记忆型编码器方案。该传感器安装在小车位移限制机构上，由传动齿轮将小车的位移传递到编码器，通过编码器再将位移量转换成电压信号。
(3)测量记录仪：由基准电压、信号调理电路、微处理机、日期／时间电路、串行／USB接口等电路组成。基准电压为传感器提供稳定的参考电压。信号调理电路对传感器输出的信号放大后送A／D转换。微处理机完成A／D转换和控制与数据存储。日期／时间电路产生定时脉冲并在加电和掉电情况下记录与保存日期与时间信息。串行／USB接口提供与计算机的接口，供设置与读取数据时使用。
(4)显示仪(选配件)：显示仪器为可选件，其主要功能是接收测量记录仪送来的串行数据，经串一并变换后由四组数码管分别显示当前重量、力臂、力矩和累计和。
2-2记录仪软件主要由两部分组成
(1)固化在记录仪中的控制、测量、记录模块。
(2)供微机使用的设置与数据读取模块。

3 TD一1塔机记录仪的功能——实时记录、安全预警、市场标准
      塔式起重机记录仪用于在塔式起重机操作时，记录当天操作次数、重量、力臂(幅度)、力矩违章、持续时间以及累计违章次数，并显示重量和幅度。解决了对塔机在使用过程中的工作情况和频繁程度、超载违章情况等实时掌握，为塔机的使用寿命评估提供依据，保障了塔机报废制度的实施。
3．1使用中安全预警设备
      TD-1塔机记录仪能以每秒钟数次的速率通过传感系统，对塔式起重机每一“工作循环”中的吊钩起重力(吊物重量)及工作幅度进行实时监测、转换和传输。“工作循环”中最大起重力及相应的工作幅度、最大起重力矩及相应的起重力和工作幅度等有关数据在面板窗口实时显示。在上位计算机上设置参数，对起重力、工作位移特性曲线、时钟日历进行设置。若实际操作记录超过标准作业参数时，则接通相应的LED指示灯报警超载，提醒塔机驾驶员应停止违章操作。
3-2事故后数据复原装置
      TD一1塔机记录仪之所以被称为塔机“黑匣子”，主要是利用“不完整工作循环数据”记录功能，真实地把塔机事故发生瞬间等特殊过程的工作数据如实记录／读取下来。当起吊过程中出现恶性事故、电缆拉断等非正常断电情况中断塔式起重机“工作循环”时，仍可按“完整工作循环”的要求对“不完整工作循环”中最大起重力、最大起重力矩、工作幅度及日期时间等有关数据紧急记录存储。这些数据存储在“记录模块”中，当记录仪发生故障或发生恶性事故损毁时只要“记录模块”不损坏，即可将其拔下，插入另外一台记录仪上即可读取有关记录数据。从而完整地复原了事故现场的塔机作业状况，为有关部门调查事故原因，认定事故责任，提供了第一手资料。
3．3市场上塔机质量检测
       市场对于塔机的需求量呈逐年递增趋势，然而投入实际使用的塔机质量却良莠不齐，行业内暂时没有一套有效、系统、完整的质量检测方法，造成了设计缺陷、超寿命使用等安全隐患积增。如在新生产的塔机合格验收时，在塔机上安装上TD-1塔机记录仪，记录操作一次起吊过程(工作循环)中，最大瞬时起重力及该时的工作幅度(臂距)和时间以及最大起重力矩时的起重力，及该时的工作幅度(臂距)和时间，并自动与记录仪软件中预先设置该型号产品的标准作业参数作比较，以确保新塔机的出厂品质。若在现有塔机上安装上TD-1塔机记录仪，塔机日常作业数据自动存入到“上位计算机”的数据库里，利用记录数据的读取／检索程序，可按日期，正常，异常的种类等条件检索数据，以便于稽查管理部门的监督管理，规范和整顿塔机操作制度，杜绝超时、超载等违规行为。

4 TD一1塔机记录仪的不足与改进措施
     TD-1塔机记录仪顺利通过各项标准化检测：自2006年7月起，先后通过上海工业自动化仪表研究所检验测试其电性能、气候、防护、振动和冲击等使用环境试验i殷高路16号工地现场，由上海市特种设备监督检验技术研究院完成的使用性能和可靠性试验：并在“又一城”、“武警上海总队住宅”两工地通过连续无故障工作循环3000次的试验考核要求，取得用户的良好反馈。
      同时在实际试验过程中，通过对TD-1塔机记录仪使用情况，做出客观而严谨的产品质量与性能分析，现阶段该产品尚存在以下不足：第一，在工地现场进行记录仪数据设置、读取时，还需要接插电脑进行操作，给使用带来不便；第二，对风力、回转角度等塔式起重机使用参数还不能进行检测、记录；第三，未有声音报警功能；第四，显示屏显示内容(数据)不多。
      针对以上功能缺陷，已积极做出改进措施：①记录仪可配置无线数据传输接口，在记录仪数据设置、读取时可避免去带电脑爬塔式起重机的不便；②增加标准的数据传输总线，可接入更多的数据内容，如风力、风向、回转角度等塔式起重机使用参数：③增加声音报警功能；④配置液晶触摸屏，以显示更多内容及提供人机交互界面，更具有人性化。

5 TD一1塔机记录仪的发展和法定管理
     TD一1塔机记录仪的研制成功，无论从社会效益，还是经济效益角度上，都有着积极的作用。作为塔式起重机的“安全卫士lI．保障了塔机作业相关人员和财产的安全，以预防为主，降低事故的发生率。为能使TD-I塔机记录仪达到预期的良好发展，需要将其纳入法定的行政管理之列，以TD一1塔机记录仪的研制为契机，在行业内，乃至全国的相关管理部门内，尽快建立数据记录仪产品的生产和使用制度，为此类产品提供一个健康的发展平台。从另一方面，不断完善TD-1塔机记录仪的性能，提高数据记录的加密系数，防止恶意篡改、伪造记录数据等弄虚作假行为，使之真正成为塔机的“黑匣子”。

6结语
      TD-1塔式起重机数据记录仪样机通过了各项试验的考核，达到了(TD-I塔式起重机数据记录仪设计任务书》和《Q／SHw02．0208—2006塔式起重机数据记录仪》的要求。与此同时，我们将参考用户的使用意见反馈，认<