陳曉勇

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特 026015）

0 引言

近年來，特種設(shè)備安全生產(chǎn)事故頻發(fā)，2020年4 月國家市場監(jiān)管總局公布了《關(guān)于2019年全國特種設(shè)備安全狀況的通告》（2020年第7 號），顯示：鍋爐事故11 起，壓力容器事故4起，氣瓶事故4 起，壓力管道事故1 起，電梯事故33 起，起重機械事故26 起，場（廠）內(nèi)專用機動車輛事故45 起，大型游樂設(shè)施事故6 起。不難得知，事故發(fā)生次數(shù)占比在前3 位的分別是流動式場（廠）內(nèi)專用機動車輛以及電梯設(shè)備和起重類機械設(shè)備，上述3 類設(shè)備均屬于機電類特種設(shè)備的范疇，這3 部分設(shè)備發(fā)生的事故數(shù)量占到了所有事故的80%左右。

為貫徹落實關(guān)于堅決遏制特種設(shè)備重特大事故，推動企業(yè)主體責(zé)任落實，持續(xù)深化隱患排查治理的總體要求，針對所承修的（廠）內(nèi)專用機動車輛以及橋式起重機前期隱患排查治理工作，神華北電勝利能源有限公司先后兩次進行了“再動員、再部署、再檢查”的專項行動，檢查發(fā)現(xiàn)一期卡車保養(yǎng)車間的4 臺橋式起重機在原廠設(shè)計時存在一定缺陷，如未安裝水平運行防碰撞雙重保護裝置、無下行限位機構(gòu)等。

為有效解決橋式起重機安全隱患，杜絕安全生產(chǎn)事故，通過研究橋式起重機工作原理，對吊鉤、鋼絲繩、制動器、減速器以及軌道燈關(guān)鍵部件典型故障進行分析并總結(jié)行之有效的解決措施，反復(fù)研究論證橋式起重機的設(shè)計缺陷改造方案，完成了其電氣保護系統(tǒng)本質(zhì)安全化改進設(shè)計，進而實現(xiàn)水平運行安全防撞雙保護、垂直下降自動限位等功能，提升橋式起重機的安全使用性能，從根本上保障人員和設(shè)備安全。

1 橋式起重機的工作原理

橋式起重機主要由橋架、設(shè)置有提升機構(gòu)的吊運裝置、大車水平行走機構(gòu)、操控室、小車導(dǎo)電機構(gòu)（也稱為輔助滑線）、起重機供電總電源（即主滑線）等部分構(gòu)成。橋架在軌道方向順著軌道槽進行縱向運行，而起重小車順著安裝在橋架中的軌道在橫向方向運行，因此，橋式起重機的工作范圍就形成了一個矩形區(qū)域，維修人員在開展設(shè)備吊運任務(wù)的過程中就很清楚地運用所形成的矩形區(qū)域的下部范圍開展物料與各類零部件的縱向、橫向吊運工作，這樣吊運過程不再受其他區(qū)域設(shè)備設(shè)施的影響。橋式起重機最主要的工作部件之一就是最常用的起升機構(gòu)，該機構(gòu)主要由卷筒、制動器以及電機和減速器、滑輪組等部件組成。在實際工作時，電機通過減速器后帶動卷筒轉(zhuǎn)動，使鋼絲繩通過卷筒槽順時針纏繞向上行走或逆時針?biāo)砷_后向下運行，實現(xiàn)重物的提升或下降。小車架是橋式起重機的另一個關(guān)鍵部件，其主要作用是支撐并托起起升機構(gòu)以及小車上的其他運行機構(gòu)等。

2 改進措施

2.1 優(yōu)化起升限位保護

經(jīng)過對橋式起重機的有針對性動態(tài)測試，發(fā)現(xiàn)1 期卡保間起升限位保護只有上行極限位置保護，而沒有下行極限位置限制功能，這種設(shè)計方法不僅對下行位置無保護作用，而且僅為單回路保護，未實現(xiàn)雙重保護的本質(zhì)安全化設(shè)計目的。

為提升起升機構(gòu)上升極限保護的可靠性和對下行極限位置保護的功能，技術(shù)人員研討后在電控系統(tǒng)中增設(shè)滿足使用要求的螺旋式限制器。為實現(xiàn)雙重保護目的，原有的重錘式限制器和增設(shè)的螺旋式限制器分別被設(shè)置在不同的控制回路（圖1）：將與重錘式限制器相匹配的限位傳感器的接點接入配電系統(tǒng)的總電源接觸器電氣控制系統(tǒng)的回路，當(dāng)?shù)蹉^吊著重物上升運行并超過設(shè)備的最高位置時，重錘順勢被托起后工作，此時限位開關(guān)的觸點呈現(xiàn)打開狀態(tài)并將總電源切斷，橋式起重機停止運行。

圖1 重錘限制器接入電氣系統(tǒng)原理

需要注意的是，在設(shè)置重錘式限制器時應(yīng)將其設(shè)置在新設(shè)計加入的螺旋式限位器的后端部，這樣在出現(xiàn)故障后滯后觸發(fā)重錘限位器動作的異常情況下，先由設(shè)置的第一道保護線也就是螺旋式限位器進行限位保護，當(dāng)螺旋式限位器出現(xiàn)故障失靈的情況，第二重保護裝置即重錘式限位器才開始工作斷開橋式起重機的全車控制總電源進行實現(xiàn)雙重保護的功能。為了保障安全，該系統(tǒng)的另一個關(guān)鍵點不應(yīng)具有自行復(fù)位的功能，在維修人員處理完畢并確認故障徹底消除后須進行手動復(fù)位。

螺旋式限制器安裝在鋼絲卷筒的同軸位置，安裝之前對位置進行調(diào)整，使上升的極限位置至少低于重錘極限位置500 mm。具體工作原理：在上升到上升限位位置時，限位開關(guān)的其中一組觸點動作后切斷上升電控回路的電源；當(dāng)裝置下降到距離地面1.2 m的位置時，限位開關(guān)的另外一組觸點動作后觸發(fā)下降回路電源斷開。因此，螺旋式限制器較好地實現(xiàn)了升降位置的整體控制功能，而第二道防線重錘式限制器起到最后一級的安全限位防護功能。

2.2 改進設(shè)計水平行走安全性能

設(shè)備維修中心一期卡保間的4 臺橋式起重機的行走限位裝置主要由大車限位裝置以及小車限位裝置構(gòu)成，上述起重機在現(xiàn)場實際使用過程中，維修人員發(fā)現(xiàn)大車的行走限位裝置操控方法雖然很簡單，但是同時也反應(yīng)出來檢測距離較短、安全可靠性以及控制精度等方面存在缺陷。對原因進行進一步的分析，發(fā)現(xiàn)缺陷主要有以下兩類。

（1）原裝設(shè)計時設(shè)計安裝的安全撞尺很短，只有同一跨的兩臺橋式起重機在靠得很近時大車的水平行走限位才會發(fā)揮作用，導(dǎo)致檢測距離較短。但是如果將極限撞尺增設(shè)的過長又會造成大車在運行過程中增加撞尺的抖動性，無法十分精準地碰觸到相對起重機極限開關(guān)的撞臂上。由于控制精度不高，很有可能造成硬性碰撞故障，甚至還會因起重機的過度沖擊造成設(shè)備發(fā)生機械事故。

（2）當(dāng)大車的極限位置限制器起發(fā)揮作用后，起重機的慣性較大，一旦操作人員采取緊急停車措施不及時，則很難在短滑行距離區(qū)間內(nèi)讓起重機安全穩(wěn)定停下，這樣還容易引發(fā)撞擊安全事故。

針對起重機大車行走極限存在的缺點，決定從設(shè)計方面來解決：在延用起重機大車行走撞尺來限位的前提下，增設(shè)了一套防撞自動控制系統(tǒng)，來提高起重機運行控制精度以及安全可靠性能（圖2）。該系統(tǒng)的關(guān)鍵創(chuàng)新點是：在統(tǒng)一跨度范圍的一臺設(shè)備上安設(shè)紅外感應(yīng)監(jiān)測裝置，另外一臺上安裝檢測板，從而避免同跨的兩臺起重機之間發(fā)生相互碰撞。

圖2 紅外防撞裝置示意

該裝置能夠在25 m的距離范圍內(nèi)實現(xiàn)可調(diào)節(jié)的功能，當(dāng)一臺起重機運行至另一臺起重機的距離在設(shè)計的閾值范圍時，檢測裝置在第一時間接收到另一臺起重機的檢測板信號使觸點發(fā)生動作，此時控制大車電氣系統(tǒng)發(fā)出清晰的燈光報警信號和報警聲以警示起重機操作人員，同時自動將大車的電氣控制電路斷電、使起重機停止行走，從而避免撞擊事故，提升同跨起重機之間的安全系數(shù)。

3 取得的效果

自完成改造后，起重機再未因下降無限位以及因重錘限制器失靈造成的鋼絲繩“過卷”故障；徹底杜絕了相鄰起重機發(fā)生碰撞的危險，保障了設(shè)備和人員安全。參照事故隱患分級分類以及風(fēng)險矩陣表，對其安全效益進行估算，將可能發(fā)生的安全故障按照中等風(fēng)險三級進行安全評估。該項目每年可產(chǎn)生經(jīng)濟效益在30 萬元左右。

4 結(jié)束語

通過對起重機電氣保護系統(tǒng)進行安全性能改造，切實收到良好的成效。

（1）提高了防撞可靠性能?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)場實際情況來調(diào)節(jié)防撞距離，從調(diào)試過程可知，監(jiān)測最好的效果是在20 m的范圍內(nèi)。

（2）切實提升了控制精度。該系統(tǒng)相互車之間的檢測功能完全不受大車方向是否偏移的影響，發(fā)出的紅外線可以對檢測板220 mm×110 mm的范圍實現(xiàn)精準檢測，提高了控制精度。

（3）徹底杜絕了起重機在使用時抖動對防撞安全檢測精度的影響。

通過對礦用特種設(shè)備本質(zhì)安全改進設(shè)計以后，橋式起重機實現(xiàn)了雙重保護功能，大大降低了設(shè)備故障率，提升了現(xiàn)場安全生產(chǎn)管理能力，從根本上保障了人員及設(shè)備設(shè)施的安全可靠性。同時，本次改造也為本企業(yè)及相關(guān)企事業(yè)單位提供了寶貴的實踐經(jīng)驗。