電動(dòng)單梁起重機(jī)失壓保護(hù)措施控制電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化改進(jìn)

白海青 李 穎劉云崗?fù)醵?/p>

（1.東營(yíng)市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 東營(yíng) 257000）

（2.煙臺(tái)市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 煙臺(tái) 264000）

失壓保護(hù)是起重機(jī)作業(yè)過程中遇到電源供電中斷后，當(dāng)再次恢復(fù)供電時(shí)防止起重機(jī)各機(jī)構(gòu)隨供電的恢復(fù)而在無(wú)人為操作的情況下自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的一項(xiàng)電氣保護(hù)措施，對(duì)設(shè)備安全及人身安全起著非常重要的保護(hù)作用。檢驗(yàn)中失壓保護(hù)功能設(shè)置的合理與否，自然也是非常重要的一項(xiàng)檢查，出于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求的不同理解，導(dǎo)致在設(shè)備出廠時(shí)關(guān)于失壓保護(hù)措施的電路設(shè)計(jì)以及投入使用后的檢驗(yàn)過程中此項(xiàng)結(jié)論的確定都存有不同的觀點(diǎn)[1]。下面結(jié)合檢驗(yàn)過程中遇到的失壓保護(hù)措施的特殊設(shè)計(jì)，對(duì)其合理性進(jìn)行探討。

1 標(biāo)準(zhǔn)要求及條款理解的分歧表現(xiàn)

GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 6067.1—2010《起重機(jī)械安全規(guī)程 第1 部分：總則》對(duì)失壓保護(hù)功能統(tǒng)一規(guī)定為：“當(dāng)起重機(jī)供電電源中斷后，凡涉及安全或不宜自動(dòng)開啟的用電設(shè)備均應(yīng)處于斷電狀態(tài)，避免恢復(fù)供電后用電設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行。”

針對(duì)上述規(guī)定，在失壓保護(hù)措施的電路設(shè)計(jì)上存在以下觀點(diǎn)：

觀點(diǎn)1：當(dāng)供電電源中斷后，系統(tǒng)能自動(dòng)地切斷總電源的供電，在恢復(fù)供電時(shí)不經(jīng)過人為的操作啟動(dòng)（按動(dòng)啟動(dòng)按鈕）總電源將繼續(xù)保持?jǐn)嚅_狀態(tài)，從而保證系統(tǒng)斷電后恢復(fù)供電時(shí)各機(jī)構(gòu)將處于斷電狀態(tài)而不能自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

觀點(diǎn)2：當(dāng)供電電源中斷后系統(tǒng)能自動(dòng)切斷設(shè)備控制電路，在恢復(fù)供電時(shí)雖然電路中總電源可能會(huì)處于恢復(fù)供電狀態(tài)（總接觸器恢復(fù)吸合），但是不經(jīng)過人為的手動(dòng)操作，設(shè)備的控制電路將不能自動(dòng)恢復(fù)供電，各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行接觸器將不能自動(dòng)吸合從而保證起重機(jī)各機(jī)構(gòu)部件處于斷電狀態(tài)，同樣能避免恢復(fù)供電時(shí)用電設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行而起到保護(hù)作用[2]。

2 結(jié)合檢驗(yàn)中特殊案例分析失壓保護(hù)的電路設(shè)計(jì)

按照觀點(diǎn)1 設(shè)計(jì)的失壓保護(hù)電路，當(dāng)供電電源中斷時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)斷開總電源，在恢復(fù)供電時(shí)不經(jīng)人員操作，總電源將保持?jǐn)嚯姞顟B(tài)進(jìn)而也確保各機(jī)構(gòu)同時(shí)處于斷電狀態(tài)。此種電路設(shè)計(jì)的保護(hù)性能全面、安全、可靠；觀點(diǎn)2 的失壓保護(hù)電路，看似同樣實(shí)現(xiàn)了供電電源中斷后恢復(fù)供電時(shí)避免了各機(jī)構(gòu)的自動(dòng)運(yùn)行，但是此種設(shè)計(jì)在防范電氣故障的特殊性上不夠全面，可靠性差。檢驗(yàn)中曾遇到某一電動(dòng)單梁起重機(jī)的失壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)，電動(dòng)單梁起重機(jī)控制電路中失壓保護(hù)功能示意圖如圖1 所示。

圖1 電動(dòng)單梁起重機(jī)控制電路中失壓保護(hù)功能示意圖

2.1 控制電路分析

電動(dòng)單梁起重機(jī)由停機(jī)狀態(tài)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)釋放緊急斷電開關(guān)SB，KM0 線圈得電總接觸器吸合，KM0 常觸點(diǎn)閉合，此時(shí)需要手動(dòng)按下啟動(dòng)按鈕SA，控制電源接觸器KM7 的線圈才會(huì)得電吸合，并通過控制電源接觸器KM7 常開觸點(diǎn)的閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)自鎖并維持控制電路的供電。當(dāng)供電電源中斷后總接觸器KM0、控制電源接觸器KM7 將同時(shí)處于釋放斷電狀態(tài)，恢復(fù)供電時(shí)不經(jīng)過操作人員手動(dòng)旋轉(zhuǎn)釋放緊急斷電開關(guān)SB（若斷電后拍下了緊急斷電開關(guān)）、按下啟動(dòng)按鈕SA，設(shè)備的總電源以及控制電路電源將不能被接通，避免恢復(fù)供電后用電設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行。

如圖1 中所示的失壓保護(hù)措施的設(shè)計(jì)看似達(dá)到了避免恢復(fù)供電后用電設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的安全防護(hù)，但是此種電路設(shè)計(jì)在防范電氣故障的特殊性上不夠全面。在檢驗(yàn)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)操作人員在起重機(jī)使用完畢后并沒有拍下緊急斷電開關(guān)的習(xí)慣，而是隨手將操縱手柄放置一旁后處理其他工作。這樣的操作習(xí)慣如果遇到供電電源中斷后恢復(fù)供電時(shí)，總接觸器KM0 將自動(dòng)吸合處于供電狀態(tài)，雖然不經(jīng)過人為操作按下啟動(dòng)按鈕SA，控制電路電源接觸器KM7 將不會(huì)吸合，控制電路將不會(huì)被恢復(fù)供電，但是各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行接觸器中如果有一個(gè)出現(xiàn)了主觸頭粘連或者運(yùn)行操作按鈕卡死的特殊電氣故障時(shí)，此時(shí)該機(jī)構(gòu)將出現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行的危險(xiǎn)狀態(tài)從而危及設(shè)備及人員的安全。

2.2 對(duì)控制電路的改進(jìn)

按照失壓保護(hù)措施的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)1 對(duì)控制電路進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后電動(dòng)單梁起重機(jī)失壓保護(hù)功能示意圖如圖2 所示。

圖2 改進(jìn)后電動(dòng)單梁起重機(jī)失壓保護(hù)功能示意圖

改進(jìn)后，控制電路中取消了控制電路電源接觸器KM7，并實(shí)現(xiàn)了總電源接觸器KM0 對(duì)主電路與控制電路供電的統(tǒng)一控制[3]。當(dāng)供電電源中斷后，總接觸器KM0 分?jǐn)啵诨謴?fù)供電時(shí)即使操作人員作業(yè)結(jié)束后未拍下緊急斷電開關(guān)SB，沒有人為操作按下啟動(dòng)按鈕SA 總電源接觸器KM0 將不會(huì)吸合供電，此時(shí)即使各機(jī)構(gòu)的運(yùn)行接觸器中存在主觸點(diǎn)粘連或者運(yùn)行操作按鈕卡死的特殊電氣故障時(shí)，也不會(huì)出現(xiàn)恢復(fù)供電時(shí)用電設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的危險(xiǎn)狀況，即使在存在上述特殊電氣故障的情況下操作人員開始使用起重機(jī)時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕SA，主電路及控制電路恢復(fù)供電，此時(shí)存在運(yùn)行接觸器主觸點(diǎn)粘連或者運(yùn)行操作按鈕卡死故障的機(jī)構(gòu)在出現(xiàn)突然運(yùn)行時(shí)，操作人員也可以通過拍下緊急斷電開關(guān)SB 釋放總電源接觸器KM0，避免事故的發(fā)生，起到較好的防護(hù)作用。

分析至此，發(fā)現(xiàn)失壓保護(hù)功能的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)1 更具安全性、可靠性，但是進(jìn)行更加深入的思考后會(huì)發(fā)現(xiàn)，圖2 中的失壓保護(hù)功能雖能滿足大多數(shù)使用環(huán)境下起重機(jī)的失壓保護(hù)，但是在吊裝精密儀器、航空航天裝備、核設(shè)施等對(duì)吊裝精度有較高要求的起重機(jī)上，若出現(xiàn)上述某一機(jī)構(gòu)的運(yùn)行接觸器主觸點(diǎn)粘連或者運(yùn)行操作按鈕卡死的特殊電氣故障時(shí)，在供電中斷后的恢復(fù)供電時(shí)，操作人員啟動(dòng)起重機(jī)時(shí)出現(xiàn)該機(jī)構(gòu)因主觸點(diǎn)粘連或者運(yùn)行操作按鈕卡死故障而突然自動(dòng)運(yùn)行的狀況，即使操作人員可以去拍下緊急斷電開關(guān)SB 進(jìn)行緊急處置，但是就是這一用時(shí)較短的過程中起重機(jī)突然的自動(dòng)運(yùn)行也可能會(huì)對(duì)空間精度要求較高的設(shè)備及裝置造成損傷[4]。

2.3 對(duì)使用精度要求較高的電動(dòng)單梁起重機(jī)控制電路的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)

鑒于上述分析，有必要對(duì)使用精度要求較高的電動(dòng)單梁起重機(jī)控制電路進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。優(yōu)化后電動(dòng)單梁起重機(jī)控制電路圖如圖3 所示。

圖3 優(yōu)化后電動(dòng)單梁起重機(jī)控制電路圖

首先，優(yōu)化后的控制電路是在圖2 所示的控制電路中增加中間繼電器KA 回路，將運(yùn)行接觸器KM1 至KM6 的常閉觸點(diǎn)串接在中間繼電器KA 線圈回路中[5]，然后將中間繼電器KA 的常開觸點(diǎn)串接到總電源接觸器KM0 線圈的啟動(dòng)回路中，同時(shí)將各機(jī)構(gòu)控制線路的出線點(diǎn)由圖2 所示控制電路中的總電源接觸器KM0 自鎖回路之后，提前至總電源接觸器KM0 自鎖回路之前，以便增加的中間繼電器KA 回路能在啟動(dòng)總電源接觸器KM0 前，完成對(duì)各機(jī)構(gòu)運(yùn)行接觸器中是否出現(xiàn)了主觸頭粘連或者是否存在運(yùn)行操作按鈕卡死的特殊電氣故障的檢測(cè)，當(dāng)存在運(yùn)行接觸器主觸頭粘連或者運(yùn)行操作按鈕卡死的特殊電氣故障時(shí)，中間繼電器KA 的線圈回路將因?yàn)槌霈F(xiàn)故障的運(yùn)行回路的接觸器常閉觸點(diǎn)打開而形成斷路，在總電源接觸器KM0 的啟動(dòng)回路中的中間繼電器KA 的常開觸點(diǎn)將不能閉合，從而使得在按下啟動(dòng)按鈕SA 時(shí)總電源接觸器KM0 不能被啟動(dòng)，形成了對(duì)運(yùn)行接觸器存在主觸頭粘連或者運(yùn)行操作按鈕卡死的特殊故障下啟動(dòng)起重機(jī)時(shí)的保護(hù)作用。

其次，是在圖2 所示的控制電路中增加了觸點(diǎn)粘連故障指示功能，由HL1 至HL6 六個(gè)故障指示燈分別與對(duì)應(yīng)的KM1 至KM6 接觸器的常開觸點(diǎn)、總電源接觸器KM0 的常閉觸點(diǎn)串聯(lián)后接入控制回路中。在起重機(jī)由停機(jī)狀態(tài)下接通緊急斷電開關(guān)SB 后，在中間繼電器KA 回路對(duì)各機(jī)構(gòu)運(yùn)行接觸器中是否出現(xiàn)主觸頭粘連或者是否存在運(yùn)行操作按鈕卡死等特殊電氣故障的檢測(cè)時(shí)，故障指示回路也處于指示檢測(cè)狀態(tài)；當(dāng)接觸器KM1 至KM6 回路中的任一回路或多個(gè)回路發(fā)生接觸器主觸頭粘連或者存在運(yùn)行操作按鈕卡死的特殊電氣故障時(shí)，此時(shí)故障回路中對(duì)應(yīng)的接觸器常開觸點(diǎn)以及總電源接觸器KM0 的常閉觸點(diǎn)均處于接通狀態(tài)，指示燈HL1 至HL6 中相對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)故障指示燈將發(fā)出故障指示信號(hào)，明確哪條回路出現(xiàn)故障，進(jìn)而更加直觀地對(duì)操作人員進(jìn)行故障預(yù)警且能夠幫助維修人員快速準(zhǔn)確地排除相應(yīng)故障。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)的失壓保護(hù)的不同設(shè)計(jì)觀點(diǎn)的分析，對(duì)比各種設(shè)計(jì)在安全防護(hù)方面的全面性、合理性，并針對(duì)存在運(yùn)行接觸器主觸頭粘連或者運(yùn)行操作按鈕卡死的特殊電氣故障時(shí)啟動(dòng)起重機(jī)的安全保護(hù)，對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)的控制電路提出優(yōu)化改進(jìn)意見，同時(shí)希望能得到業(yè)內(nèi)專家更加安全、合理的改進(jìn)建議，共同促進(jìn)起重業(yè)的安全發(fā)展。