15t鐵路起重機安全控制系統的研究

徐國輝

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司大連研發中心，遼寧大連116052）

15t鐵路起重機安全控制系統的研究

徐國輝

（齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司大連研發中心，遼寧大連116052）

介紹了N0151/N0152型15t鐵路起重機安全控制系統的主機、顯示器、拉力傳感器、吊臂角度傳感器、吊鉤起升極限保護開關、壓力檢測開關和電磁卸荷閥的選取，以及力矩超載保護、吊鉤起升高度極限保護、吊臂最大允許起升角度極限保護、黑匣子超載數據記錄等功能。

起重力矩控制；起升高度極限；起升角度極限

0 引言

N0151/N0152型15t鐵路起重機是以柴油機為動力、機械傳動、全回轉、桁架式吊臂、固定重鐵的標準軌距鐵路起重機。其具有作用可靠、動作靈活、輔助時間短、操作簡單、維修方便等特點。

目前，國內中、大噸位鐵路起重機均安裝了安全控制系統，且國家標準B6067.1-2010《起重機械安全規程》中規定了鐵路起重機必須安裝安全控制系統。而我國生產的15 t鐵路起重機均未安裝安全控制系統，用戶在進行作業時須熟記起重機的性能表并憑借經驗等客觀因素才能保證設備的安全，歷史上曾發生多起車輛傾覆事故。因此，加裝安全控制系統對提高15 t鐵路起重機的安全性能具有重大意義。

起重機安全控制系統是一種基于起重力矩控制功能，同時又對車輛安全狀態具有綜合控制能力的車載控制系統。一般由控制單元（主機）、顯示單元（顯示器）、信號輸入單元（各種感知車輛狀態的傳感器）、信號輸出單元（各種控制車輛狀態的執行機構）、附屬設備（數據記錄儀、打印機等）及通訊單元（包括各種總線、通訊接口等）等部分組成，具有優良而可靠的安全控制性能，可實現對起重機的各種作業工況進行監視、控制與保護，以保證起重機能安全可靠地完成各種任務。

1 系統架構

本機為小噸位車型，具有工況少、造價低、操作簡單等特點，所以，安全控制系統的系統架構確定由主機、顯示器、拉力傳感器、吊臂角度傳感器、吊鉤起升極限保護開關、壓力檢測開關和電磁卸荷閥等元件組成。安全控制系統電氣原理圖見圖1。

圖1 安全控制系統電氣原理圖

2 主要部件的選取

2.1 主機的選取

系統主機采用先進的微處理技術、嵌入式操作系統，其設計結構緊湊、可擴展性強、功耗小、功能強、靈敏度高、操作簡便。具有完整的預先報警、超載報警及超載控制輸出功能；完善的系統故障自檢及中文故障顯示功能，可為操作者排除故障提供有效的指導；起重機工作角度限制功能使得在受限空間內作業更可靠。

2.2 顯示器的選取

顯示器選用具有背光功能的點陣式液晶顯示器，可清晰、直觀地以中英文和圖形方式顯示力矩百分比、實際起重量、額定起重量、幅度、吊臂角度、最大起升高度、工況代碼、限制角度、信息代碼等起重機作業參數。

2.3 重量傳感器的選取

起重機安全控制系統常用的重量傳感器包括壓力傳感器（油壓）、拉力傳感器、張力傳感器、銷軸傳感器等，重量傳感器選型比較詳見表1。經綜合分析，本機重量傳感器選用拉力傳感器。

表1 重量傳感器選型比較表

2.4 壓力檢測開關的選取

因本機操作不允許進行聯合動作，所以在吊鉤和變幅動作操縱風路中各增加了一個壓力檢測開關（BP1、BP2），自動確認操縱動作并由主機進行相關的邏輯運算后自動識別當前操作是變幅還是吊鉤，如檢測到正在聯合動作，即BP1、BP2同時接通，則YV1、YV2同時得電限動起重機所有動作。風操縱系統增加壓力檢測開關原理見圖2。

圖2 風操縱系統增加壓力檢測開關與限動電磁閥原理圖

2.5 限動電磁閥的選取

本機吊鉤升降與變幅升降動作均為風操縱形式，安全控制系統如進行自動而有效的限動操作，必須在風操縱系統的總換向操縱手柄下側風路中增加兩個限動電磁閥，即總換向正反向限動電磁閥YV1、YV2，主機控制其得斷電狀態，進而進行相關動作限動，見表2限動保護邏輯與操縱動作關聯表。風操縱系統增加電磁閥原理鉤下降、變幅起升等安全方向運動，使起重機從危險工況返回到安全區域，保證起重機的作業安全，實現報警限動功能。

3.2 吊鉤起升高度極限保護功能

吊臂頭部裝有重錘作用式吊鉤起升極限保護開關。當吊鉤在允許起升高度范圍內運動時，重錘的作用使限位開關（SQ1）的常開觸點閉合，向力矩限制器主機發出安全信號；當吊鉤起升到允許的最大高度時，如操縱吊鉤繼續起升，吊鉤將把套在鋼絲繩上的重錘頂起，使限位開關（SQ1）的常開觸點恢復為斷開，主機獲知此信號后向顯示器發出報警信號并向外輸出限動信號，使控制風路中的總換向限動電磁閥（YV1）動作，使吊鉤自動停止向起升方向運動；此時可以操縱吊鉤向下降方向運動，脫離危險工況。

3.3 吊臂最大允許起升角度極限保護功能

當起重機吊臂變幅起升，達到最大允許起升角度時，如繼續做變幅起升動作時，主機向顯示器發出報警信號并向外輸出限動信號，控制風路中的總換向正向限動電磁閥（YV1）動作，控制起重機自動停止向變幅起升等危險方向運動，防止吊臂起升過高；此時，可向變幅下降方向運動，重新回到工況允許起升角度范圍內。

3.4 黑匣子超載數據記錄功能。

當起重力矩達到額定起重力矩的102%，主機自動將起重機工作狀態，包括工況、吊臂角度、工作幅度、實際起見圖2。

表2 限動保護邏輯與操縱動作關聯表

表2中“限”表示限動；“不限”表示不限動；“有效”表示信號有效；“得電”表示總換向限動電磁閥得電；“延遲得電”表示總換向限動電磁閥延遲得電；“○”表示信號無效或不得電；“-”表示無此項。

3 主要功能

3.1 力矩超載保護功能

主機除實時檢測吊臂角度傳感器和吊鉤起升鋼絲繩拉力傳感器的吊臂角度與吊重信號外，還檢測走行、變幅與吊鉤動作風路中的兩個壓力檢測開關的狀態，其將檢測到的信號進行邏輯運算后與主機存儲器內置的起重性能表數據進行比較，當起重力矩達到額定起重力矩的90%時，顯示器上黃燈預警；達到額定起重力矩102%時，顯示器上紅燈亮，聲音報警，主機將向顯示器發出聲光報警信號并輸出限動信號，控制風路中的總換向正反向限動電磁閥（YV1、YV2）動作，使起重機自動停止向吊鉤起升、變幅下降等危險方向運動；此時可以操縱起重機向吊重量、額定起重量、工作日期及具體時間等參數作為一次超載記錄加以儲存，該超載記錄有效循環儲存次數不少于900次。

4 結語

15 t鐵路起重機安全控制系統的研究，對我國小噸位、機械傳動的定長臂鐵路起重機加裝安全控制系統進行了充分地技術分析，梳理并優化了安全控制系統的控制邏輯，為同類鐵路起重機安全控制系統研究提供了有益的借鑒。

［1］ GB12602-2009起重機械超載保護裝置［S］.北京：中國標準出版社，2010.

［2］ GB6067.1-2010起重機械安全規程：第1部分：總則［S］.北京：中國標準出版社，2011.

（編輯：啟 迪）

TH 218

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1002－2333（2014）04－0150－02

徐國輝（1973—），男，工程師。

2014-01-29