齒輪式施工升降機(jī)安全運(yùn)行研究

岳海姣，周飛虎，王 鵬

（1.長安大學(xué)研究生院，陜西 西安 710064；2.第一拖拉機(jī)股份有限公司齒輪廠，河南 洛陽 471003）

齒輪式施工升降機(jī)安全運(yùn)行研究

岳海姣1，周飛虎1，王 鵬2

（1.長安大學(xué)研究生院，陜西 西安 710064；2.第一拖拉機(jī)股份有限公司齒輪廠，河南 洛陽 471003）

分析總結(jié)近年來施工升降機(jī)事故發(fā)生原因，探討設(shè)備運(yùn)行存在的安全隱患。選取SC200施工升降機(jī)為研究對象，采用PLC、人機(jī)界面、無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)搭建狀態(tài)安全監(jiān)控系統(tǒng)來探索消除施工升降機(jī)安全隱患的方法，以期達(dá)到減少升降機(jī)安全隱患、彌補(bǔ)維修、管理疏漏，保證施工升降機(jī)安全高效工作的目的。

施工升降機(jī)；齒輪式；安全隱患；監(jiān)控系統(tǒng)

1 前 言

施工升降機(jī)在工業(yè)或民用建筑、大型橋梁、井下施工等場合是必不可少的起重運(yùn)輸設(shè)備。然而，因?yàn)榫S修保養(yǎng)不及時、違規(guī)操作、誤操作、設(shè)備的工作狀態(tài)無法實(shí)時掌握等原因，導(dǎo)致施工升降機(jī)的工作存在安全隱患，甚至導(dǎo)致事故的發(fā)生。施工升降機(jī)釀成事故頗多，以2012年9月13日武漢施工升降機(jī)墜落事故最為典型，事故造成19人遇難，其它事故不再一一列舉。施工升降機(jī)一旦發(fā)生事故往往是災(zāi)難性的，所造成的各項(xiàng)損失極大。如何消除安全隱患，保證施工升降機(jī)安全、高效的工作成為相關(guān)從業(yè)人員面臨的重要課題。本文以SC200齒輪齒條型施工升降機(jī)為研究對象，探究保證施工升降機(jī)安全作業(yè)的方式方法。

2 施工升降機(jī)安全作業(yè)方案探究

2.1 安全隱患分析

齒輪式施工升降機(jī)SC200由導(dǎo)軌架、吊籠、防護(hù)圍欄、底架、層門、機(jī)械傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、安全防護(hù)裝置等組成。作為一種成熟產(chǎn)品，配備限速器、緩沖彈簧、限位器、安全鉤、急停開關(guān)等安全保護(hù)裝置。齒輪式施工升降機(jī)是一種低附加值的建筑設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備工作環(huán)境復(fù)雜，一般情況下裸露在外，其結(jié)構(gòu)件易腐蝕、損壞。工地所用施工升降機(jī)常由建筑商臨時租用而來，對設(shè)備的維護(hù)、維修容易忽視。部分建筑工地的施工升降機(jī)操作員沒經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)、缺乏安全防范意識、為趕工期超頻繁作業(yè)等等原因都為施工升降機(jī)的運(yùn)行埋下了安全隱患。

整理分析近年來國內(nèi)外有關(guān)施工升降機(jī)事故案例，主要事故究其原因劃分為人為事故、管理事故、設(shè)備事故三大類。

1）人為事故 人為事故包含操作員違規(guī)操作、誤操作、設(shè)備違規(guī)使用、維修人員違反作業(yè)規(guī)定、工人擅改安全裝置等主要由人為因素導(dǎo)致的安全事故。例如：2008年10月成都一家建筑工地，工作人員在拆卸完安全防墜裝置送檢后，未做任何防護(hù)和警示措施離開現(xiàn)場，1h后有工人操作該升降機(jī)進(jìn)行物料運(yùn)輸，起升至11樓突然墜下，造成7人死亡1人受傷。

2)管理事故 管理事故包括使用無證人員上崗、租用不合格產(chǎn)品進(jìn)場、沒有專業(yè)人員情況下擅自拆裝、趕工期超頻繁作業(yè)、安全措施不健全、監(jiān)管不嚴(yán)等主要由管理因素導(dǎo)致的安全事故。

3）設(shè)備事故 設(shè)備事故有防墜安全器失效、齒輪齒條磨損、安全開關(guān)失效、液壓系統(tǒng)故障、電氣系統(tǒng)故障、設(shè)備設(shè)計(jì)有缺陷等主要由設(shè)備因素引發(fā)的事故。2011年某工地防墜安全器失靈導(dǎo)致發(fā)生吊籠墜落事故造成3人死亡的事故，是主要由設(shè)備因素導(dǎo)致事故發(fā)生的典型案例。

2.2 應(yīng)對方案

顯而易見，為了消除安全隱患，避免事故的發(fā)生，需要有針對性提出保證施工升降機(jī)安全運(yùn)行的方案。需要針對三類事故提出相應(yīng)解決方案。

1）人為因素引發(fā)事故應(yīng)對方案 加強(qiáng)安全教育，提升工人的安全防范意識固然是個好方法。但具體實(shí)施起來往往不能盡如人意。必須從技術(shù)和加強(qiáng)教育兩個方面同時出發(fā)才能有效消除該類事故隱患。例如通過指紋鎖或設(shè)置密碼等方式限定施工升降機(jī)的操作權(quán)限，只有獲得操作證書的人員才能進(jìn)行升降機(jī)的操作與維修。

2）管理因素導(dǎo)致事故解決方法 除了加強(qiáng)對相關(guān)管理人員的監(jiān)管，在技術(shù)方面我們應(yīng)該做出創(chuàng)新。通過建立設(shè)備檔案、維護(hù)保養(yǎng)表、故障檔案、遠(yuǎn)程監(jiān)控等方法來消除相關(guān)管理人員因麻痹大意、違反安全制度帶來的安全隱患。落實(shí)責(zé)任人制度，有助于消除安全隱患保障設(shè)備安全運(yùn)行。

3）設(shè)備因素產(chǎn)生事故應(yīng)對之策 在加強(qiáng)維修維護(hù)監(jiān)管的基礎(chǔ)上，建立設(shè)備運(yùn)行實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控，附帶報(bào)警功能，必要時擁有直接切斷電源停止違規(guī)操作功能的監(jiān)控系統(tǒng)，輔助操作人員正確操作，避免施工升降機(jī)處于危險工況。避免操作人員違規(guī)操作或誤操作帶來的安全隱患，且由于掌握設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，操作人員能做出有效預(yù)判和及時調(diào)整操作避免危險工況。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)功能

為了保證施工升降機(jī)的安全運(yùn)行特設(shè)計(jì)一款齒輪式施工升降機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)，具備下述功能。

1）實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控功能 采集施工升降機(jī)的風(fēng)速、起重量、行程高度、加速度、頂門開閉、前層門開閉、后層門開閉等實(shí)時信號并予以顯示。本監(jiān)控系統(tǒng)有別于其他升降機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的地方有以下兩個方面：①信號的采集獨(dú)立施工升降機(jī)控制系統(tǒng)，對于起重量的采集不再取電機(jī)的電流信號，而是設(shè)計(jì)應(yīng)變式傳感器直接采集齒輪軸應(yīng)變信號，通過分段標(biāo)定的方法來測量起重量，頂門、前層門和后層門的開閉信號也不從原控制系統(tǒng)取信號，而是在3個門邊加裝行程開關(guān)來采集開閉信號；②安裝加速度傳感器，防止操作人員圖快捷而違規(guī)操作。

2）報(bào)警功能 除了風(fēng)速超限、起重量超限、加速度超限、行程最值、吊籠門未閉合等報(bào)警功能外，增設(shè)以下功能：①操作權(quán)限報(bào)警功能，當(dāng)系統(tǒng)上電，操作人員必須輸入權(quán)限密碼，才能進(jìn)行開機(jī)動作；②設(shè)置了樓層停車報(bào)警功能，當(dāng)升降機(jī)的停車行程高度是與標(biāo)定的樓層呈一一對應(yīng)形式，如果不在對應(yīng)位置停車將觸發(fā)報(bào)警功能，此功能還能檢測行程限位開關(guān)是否有效；③未定期維修維護(hù)報(bào)警功能，專業(yè)維護(hù)人員進(jìn)行維修和維護(hù)后需登錄系統(tǒng)予以確認(rèn)，如超期未維修則會觸發(fā)報(bào)警功能。

3）遠(yuǎn)程監(jiān)控端 采用3G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程收發(fā)與控制。遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺配備兩套系統(tǒng)，一套為視頻系統(tǒng)，視頻信號通過3G無線通信的方式進(jìn)行傳輸，另一套系統(tǒng)采用短信收發(fā)形式將運(yùn)行狀態(tài)顯示、報(bào)警信息顯示、設(shè)備檔案、維修記錄表等傳輸至網(wǎng)絡(luò)平臺監(jiān)控系統(tǒng)，且具備當(dāng)嚴(yán)重違規(guī)或與特殊情況遠(yuǎn)程停機(jī)功能。

3.2 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)由信號采集部分、控制處理單元、顯示報(bào)警部分、GSM無線傳輸部分等組成。信號采集部分主要是各項(xiàng)傳感器，顯示部分包括聲光報(bào)警器和人機(jī)界面，無線傳輸部分主要由DTU模塊和遠(yuǎn)程監(jiān)控端組成。其中控制單元選用西門子S7-200系列PLC，顯示屏為SMART700IE。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 系統(tǒng)軟件編程

安全監(jiān)控系統(tǒng)將傳感器采集來的信號經(jīng)控制單元處理后轉(zhuǎn)化為各項(xiàng)參數(shù)，將這些參數(shù)與人機(jī)界面設(shè)定的限值相比對判斷是否激發(fā)報(bào)警，輔助操作人員采取正確操作，必要時會切斷設(shè)備電源強(qiáng)制停工。值得一提的是增加維修記錄項(xiàng)，每次維修后需要安全員進(jìn)行確認(rèn)，有效避免維修不及時問題。同時將采集的各項(xiàng)參數(shù)用無線傳輸技術(shù)發(fā)送至遠(yuǎn)程監(jiān)控端進(jìn)行存儲與分析。編程基本流程圖如圖2所示。

圖2 編程基本流程圖

4 結(jié) 論

本文總結(jié)幾年來國內(nèi)外施工升降機(jī)發(fā)生的事故，從人、機(jī)、管理三方面出發(fā)探討目前施工升降機(jī)運(yùn)行存在的安全隱患，并研究應(yīng)對方案。以PLC與人機(jī)界面技術(shù)為核心，結(jié)合測試技術(shù)、無線傳輸技術(shù)，以SC200施工升降機(jī)為研究對象研發(fā)安全實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)已經(jīng)在西安市蓮湖區(qū)進(jìn)行前期3個月實(shí)驗(yàn)。在3個月的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行期間，能夠及時發(fā)現(xiàn)危險工況，發(fā)出報(bào)警信息，必要時系統(tǒng)還切斷電源強(qiáng)制設(shè)備停止工作，有助于消除安全隱患。無線通信技術(shù)的使用，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的監(jiān)控，特有的維修記錄表，有助于減少維修、管理的漏洞，保證施工升降機(jī)安全高效的工作。但在此安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)以下不足：①無線通信的穩(wěn)定性有待加強(qiáng)，正與合作運(yùn)營商探討解決；②該系統(tǒng)對SC200施工升降機(jī)適應(yīng)性良好，對其他機(jī)型的適應(yīng)性有待提高。

[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用（第三版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[2]廖常初，陳曉東.西門子人機(jī)界面（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[3]肖洪濤，王東紅，李育平.齒輪齒條式施工升降機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].建筑機(jī)械化，2010，（5）：42-43.

[4]王 晟，王清葵.建筑起重機(jī)械安全技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2009.

（編輯 賈澤輝）

Research on safe operation of the gear type construction hoist

YUE Hai-jiao, ZHOU Fei-hu, WANG Peng

TH211+.6

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1001-1366(2015)01-0048-03

2014-08-31