基于惯性传感器的起重机制动下滑量检测方法研究

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2026.03.011

辽宁石油化工大学学报 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (3): 82-89.DOI: 10.12422/j.issn.1672-6952.2026.03.011

基于惯性传感器的起重机制动下滑量检测方法研究

许圣男¹(), 李寅², 陈勇², 包瑞新¹(), 闫伟¹

^1.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001
^2.抚顺市特种设备监督检验所，辽宁抚顺 113000

收稿日期:2025-07-01 修回日期:2025-09-11 出版日期:2026-06-25 发布日期:2026-06-10
通讯作者: 包瑞新
作者简介:许圣男（2000－），男，硕士研究生，从事工业自动化与特种设备检测方面的研究；E⁃mail：1354413768@qq.com。
基金资助:
辽宁省市场监督管理局科技计划项目(2024ZC014)

Research on the Detection Method of Crane Braking Descent Based on Inertial Sensors

Shengnan XU¹(), Yin LI², Yong CHEN², Ruixin BAO¹(), Wei YAN¹

^1.School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.Fushun Special Equipment Supervision and Inspection Institute，Fushun Liaoning 113000，China

Received:2025-07-01 Revised:2025-09-11 Published:2026-06-25 Online:2026-06-10
Contact: Ruixin BAO

摘要/Abstract

摘要：

起重机制动下滑量检测在实际工程应用中面临诸多挑战，主要受限于现有检测设备的测量精度、现场操作的复杂程度以及高昂的设备成本等因素。提出了利用惯性传感器采集起重机制动过程的加速度和角速度信息并进行姿态解算，结合二次积分算法获得制动下滑量的方法。首先，建立起重机的拉格朗日动力学模型，分析制动下滑量与设备环境之间的耦合关系；其次，设计数据采集装置，阐述检测步骤，并通过数据同步传输提高信号可靠性；最后，对数据处理方法展开研究，设计完整的数据处理流程，对复杂积分算法进行比对分析，并验证方法的实践可行性。结果表明，通过该检测方法可避免因制动性能不足导致重物坠落等严重事故的发生，具有综合性能优越、可行性强的优点，且具备较好的市场前景。

关键词: 起重机, 数学模型, 加速度, 复化辛普森积分, 制动下滑量

Abstract:

The detection of crane braking descent distance faces numerous challenges in practical engineering applications, primarily due to limitations in the measurement accuracy of existing detection equipment, the complexity of on?site operations, and high equipment costs. A method is proposed to obtain the braking descent distance by using inertial sensors to collect acceleration and angular velocity data during the crane braking process, performing attitude calculation, and combining it with a double integration algorithm. First, a Lagrangian dynamic model of the crane is established to analyze the coupling relationship between the braking descent distance and the equipment environment. Second, a data acquisition device is designed, the detection steps are described, and data synchronous transmission is employed to enhance signal reliability. Finally, the data processing method is investigated, a complete data processing workflow is designed, complex integration algorithms are compared and analyzed, and practical feasibility is verified. The results indicate that this detection method can prevent serious accidents such as load dropping caused by insufficient braking performance, offering superior comprehensive performance, strong feasibility, and promising market prospects.

Key words: Crane, Mathematical model, Acceleration, Compound Simpson's integral, Braking slip

中图分类号:

TH21

许圣男, 李寅, 陈勇, 包瑞新, 闫伟. 基于惯性传感器的起重机制动下滑量检测方法研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2026, 46(3): 82-89.

Shengnan XU, Yin LI, Yong CHEN, Ruixin BAO, Wei YAN. Research on the Detection Method of Crane Braking Descent Based on Inertial Sensors[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2026, 46(3): 82-89.

图/表 8

图1 起重机制动下滑量示意图

Fig.1 Schematic diagram of crane braking descent distance

图2 起重机制动阶段动力学模型

Fig.2 Dynamic model of the crane braking phase

图3 起重机械制动下滑量检测流程

Fig.3 Detection process of crane braking descent distance

图4 数据处理技术路线

Fig.4 Data processing technical route

图5 基于不同方法的数值积分（a）矩形积分法（b）梯形积分法（c）辛普森积分法

Fig.5 Numerical integration based on different methods

图6 起重机制动过程惯性曲线

Fig.6 Inertial data during the crane braking process

图7 起重机制动过程的姿态角

Fig.7 Attitude angles during the crane braking process

图8 超重机制动阶段的积分运算结果

Fig.8 Integration results of the crane braking phase

参考文献 16

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Research on the Detection Method of Crane Braking Descent Based on Inertial Sensors

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