賴慶軍 劉利文 黃永振

廣東省特種設(shè)備檢測研究院河源檢測院 河源 517000

0 引言

吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)工作環(huán)境惡劣，具有粉塵多、環(huán)境溫度高、振動沖擊大等特點(diǎn)，其安全保護(hù)裝置對主機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。然而，在實(shí)際檢驗(yàn)中，對吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)安全保護(hù)裝置（如超速保護(hù)、電動機(jī)定子異常失電保護(hù)、驅(qū)動裝置故障保護(hù)、工作制動器接觸器損壞、防粘連保護(hù)以及起升高度限位保護(hù)等）的檢驗(yàn)檢測操作過程存在一定危險(xiǎn)性，易引發(fā)安全事故，檢驗(yàn)人員在現(xiàn)場往往難以快速有效地進(jìn)行判定(大多通過查閱相關(guān)出廠資料和設(shè)計(jì)文件進(jìn)行確認(rèn))或需要花費(fèi)大量的時(shí)間精力逐一進(jìn)行排查驗(yàn)證，效率低下，準(zhǔn)確率不高，存在相當(dāng)危險(xiǎn)性，影響檢驗(yàn)工作效率的提高。

目前，我國現(xiàn)行的相關(guān)檢驗(yàn)檢測規(guī)程和技術(shù)規(guī)范對吊運(yùn)熔融金屬起重的安全防護(hù)裝置也提出了嚴(yán)格要求，GB/T 3811—2008《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》、JB/T 7688.1—2008《冶金起重機(jī)技術(shù)條件 第1部分：通用條件》、GB 6067.5—2014《起重機(jī)械安全規(guī)程 第5部分 橋式和門式起重機(jī)》、TSG Q 7015—2016《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》以及TSG Q 7016—2016《起重機(jī)械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》等對吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)超速保護(hù)、電動機(jī)定子異常失電保護(hù)、驅(qū)動裝置故障保護(hù)、工作制動器接觸器損壞、粘連保護(hù)以及高度限位保護(hù)等都提出了嚴(yán)格的檢測要求。

1 起重機(jī)安全保護(hù)裝置檢測基本情況

1）超速保護(hù)檢測方面

目前，該項(xiàng)目現(xiàn)場檢驗(yàn)通過檢驗(yàn)人員查閱設(shè)計(jì)文件和出廠資料等方式予以確認(rèn)，現(xiàn)場試驗(yàn)存在很大危險(xiǎn)性，故對其功能是否有效難以驗(yàn)證。

2）電動機(jī)定子異常失電保護(hù)檢測方面

該項(xiàng)目現(xiàn)場檢驗(yàn)要模擬電動機(jī)定子失電的情況下驗(yàn)證電動機(jī)定子異常失電保護(hù)是否有效，需要短接相關(guān)的安全回路，切斷電動機(jī)動力回路或正反向接觸器線圈回路，加上現(xiàn)場檢驗(yàn)環(huán)境惡劣，粉塵多，檢驗(yàn)人員很難在短時(shí)間內(nèi)完成以上操作，且操作中可能引發(fā)重大安全事故，對其功能的有效性難以做出準(zhǔn)確判定。

3）驅(qū)動裝置故障保護(hù)檢測方面

該項(xiàng)目檢驗(yàn)在現(xiàn)場需要斷開2套驅(qū)動裝置其中1套驅(qū)動裝置的動力源，以驗(yàn)證另一套驅(qū)動裝置是否能帶額載完成一個(gè)工作循環(huán)。在實(shí)際檢驗(yàn)過程中，該項(xiàng)目的操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力且操作中容易引發(fā)重大安全事故，對其功能的有效性難以做出判定。

4）工作制動器接觸器損壞、粘連保護(hù)方面

由于吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)的作業(yè)環(huán)境粉塵較多，接觸器等電氣元件容易積灰，導(dǎo)致觸點(diǎn)回路不通或粘連，使得現(xiàn)場檢驗(yàn)時(shí)實(shí)際驗(yàn)證的有效性存在很大安全隱患，易引發(fā)安全事故，難以判定其功能的有效性。

5）高度限位保護(hù)方面

吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)高度限位一般都設(shè)有2套，其中一級多為重錘式或開關(guān)式限位裝置，更高一級限位裝置多為螺桿式，該項(xiàng)目檢驗(yàn)對于第1級限位裝置功能的驗(yàn)證很容易實(shí)現(xiàn)，但對于更高一級的限位裝置的驗(yàn)證則需要斷開第1級限位裝置控制回路才能實(shí)現(xiàn)；而該過程操作費(fèi)時(shí)，且存在危險(xiǎn)性，不利于檢驗(yàn)效率的提高。

基于此，開發(fā)一套能快速診斷、高精度、定性定量檢測的吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)安全保護(hù)裝置綜合檢測系統(tǒng)及其裝置，實(shí)現(xiàn)對超速保護(hù)、電動機(jī)定子異常失電保護(hù)、驅(qū)動裝置故障保護(hù)、工作制動器接觸損壞、防粘連保護(hù)以及高度限位保護(hù)等功能的快速、準(zhǔn)確、高效檢測，彌補(bǔ)當(dāng)前國內(nèi)吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)安全保護(hù)裝置綜合檢測技術(shù)上的不足，提升吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)安全保護(hù)裝置傳統(tǒng)檢測技術(shù)，保障企業(yè)吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有十分重要的意義。

2 安全保護(hù)裝置綜合檢測系統(tǒng)工作原理及實(shí)現(xiàn)

在現(xiàn)有技術(shù)中，檢測起重機(jī)安全保護(hù)裝置通常是將開關(guān)拆卸，然后采用小型設(shè)備模擬起重機(jī)安全保護(hù)裝置的動作場景進(jìn)行檢測，或是對裝置進(jìn)行單獨(dú)測試；拆卸后模擬場景的檢測方法不能具體模擬出起重機(jī)的具體場景，而單獨(dú)測試則會造成人力物力資源的浪費(fèi)，且增加人身安全的風(fēng)險(xiǎn)?；诖耍疚脑O(shè)計(jì)了一種起重機(jī)安全保護(hù)裝置綜合檢測系統(tǒng)及方法，該檢測系統(tǒng)及方法可省人力物力，減少安全風(fēng)險(xiǎn)，極大地提高了檢測效率。

2.1 工作原理及流程

1）S1檢測方法 控制起重機(jī)吊鉤下落速度大于等于第1預(yù)設(shè)閾值，使超速保護(hù)開關(guān)動作，對吊鉤進(jìn)行制動，檢測超速保護(hù)開關(guān)動作時(shí)第1檢測回路的第1電流；

2）S2檢測方法 根據(jù)第1電流，確定超速保護(hù)開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)；

3）S3檢測方法 控制起重機(jī)電動機(jī)定子斷電，使定子失電保護(hù)開關(guān)動作，檢測定子失電保護(hù)開關(guān)動作時(shí)第2檢測回路的第2電流；

4）S4檢測方法 根據(jù)第2電流，確定超速保護(hù)開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)；

5）S5檢測方法 控制起重機(jī)吊鉤上升至第1預(yù)設(shè)高度，使第1限位開關(guān)斷開，檢測第1限位開關(guān)斷開后第3檢測回路的第3電流；

6）S6檢測方法 根據(jù)第3電流，確定第1限位開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)；

7）S7檢測方法 若第1限位開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)，閉合備用開關(guān)，控制起重機(jī)吊鉤持續(xù)上升至第2預(yù)設(shè)高度，使第2限位開關(guān)動作，檢測第2限位開關(guān)動作后第3檢測回路的第4電流；

8）S8檢測方法 根據(jù)第4電流，確定第2限位開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)；

9）S9檢測方法 當(dāng)超速保護(hù)開關(guān)、定子失電保護(hù)開關(guān)、第1限位開關(guān)及第2限位開關(guān)均為正常保護(hù)開關(guān)時(shí)，則確定保護(hù)裝置為正常保護(hù)裝置。

2.2 檢測方法的實(shí)現(xiàn)

1）S1檢測方法的實(shí)現(xiàn)

控制起重機(jī)吊鉤下落速度大于等于第1預(yù)設(shè)閾值，使超速保護(hù)開關(guān)動作，對吊鉤進(jìn)行制動，檢測超速保護(hù)開關(guān)動作時(shí)第一檢測回路的第1電流。其中第1預(yù)設(shè)閾值為檢測人員根據(jù)起重機(jī)額定速度以及超速保護(hù)動作規(guī)定的速度定義的速度閾值即額定速度的1.25～1.4倍。第1檢測回路指起控制重機(jī)吊鉤自由落體下落并檢測速度的回路，為超速保護(hù)開關(guān)所在的回路?？刂破鹬貦C(jī)吊鉤下落可通過將超速試驗(yàn)接觸器串聯(lián)在制動器前段，使起重機(jī)內(nèi)部的制動器打開，從而讓吊鉤輕載自由落體，測量起重機(jī)下降速度。當(dāng)速度大于等于預(yù)設(shè)的速度閾值時(shí)，會觸發(fā)起重機(jī)的超速保護(hù)開關(guān)，通過檢測模塊的高精度旋轉(zhuǎn)編碼器檢測采樣第1檢測回路的第1電流，根據(jù)第1電流可確定超速保護(hù)開關(guān)是否故障。

2）S2檢測方法的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)第1電流，確定超速保護(hù)開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)，超速保護(hù)開關(guān)為常開開關(guān)。第1電流為超速保護(hù)開關(guān)正常閉合時(shí)的第1檢測回路的回路電流，根據(jù)第1電流可以確定超速保護(hù)開關(guān)在起重機(jī)吊鉤下落速度大于等于一定速度時(shí)是否可以正常動作。若超速保護(hù)開關(guān)可以正常閉合，則第1檢測回路的電流大于等于一定電流閾值，通過設(shè)定閾值可判斷超速保護(hù)開關(guān)是否正常閉合。

3）S3檢測方法的實(shí)現(xiàn)

控制起重機(jī)電動機(jī)定子斷電，使定子失電保護(hù)開關(guān)動作，檢測定子失電保護(hù)開關(guān)動作時(shí)第2檢測回路的第2電流。第2檢測回路可以是起重機(jī)電動機(jī)定子所在的電氣回路，而定子失電保護(hù)開關(guān)為常開開關(guān)。當(dāng)起重機(jī)電動機(jī)定子斷電時(shí)，定子失電保護(hù)開關(guān)閉合；當(dāng)定子失電保護(hù)開關(guān)閉合時(shí)，可通過檢測裝置檢測回路的電流，以判定定子失電保護(hù)開關(guān)是否發(fā)生動作。

4）S4檢測方法的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)第2電流，確定定子失電保護(hù)開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)。先設(shè)定一個(gè)電流閾值，當(dāng)定子失電保護(hù)開關(guān)閉合時(shí)，可以檢測第2檢測回路的電流，通過第2電流與電流閾值的比較確定定子失電保護(hù)開關(guān)是否正常閉合。

5）S5檢測方法的實(shí)現(xiàn)

控制起重機(jī)吊鉤上升至第1預(yù)設(shè)高度，使第1限位開關(guān)斷開，檢測第1限位開關(guān)閉合時(shí)第3檢測回路的第3電流。第3檢測回路可以是起重機(jī)第1限位開關(guān)所在的電氣回路，而第1限位開關(guān)則為常閉開關(guān)。當(dāng)起重機(jī)吊鉤上升至第1預(yù)設(shè)高度時(shí)，第1限位開關(guān)斷開；當(dāng)?shù)?限位開關(guān)斷開時(shí)，可通過檢測裝置檢測回路的電流，以判定第一限位開關(guān)是否發(fā)生動作。

6）S6檢測方法的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)第3電流，確定第1限位開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)。先設(shè)定一個(gè)電流閾值，當(dāng)?shù)?限位開關(guān)斷開時(shí)，可以檢測第3檢測回路的電流，通過第3電流與電流閾值的比較確定第1限位開關(guān)是否正常斷開。

7）S7檢測方法的實(shí)現(xiàn)

若第1限位開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)，閉合備用開關(guān)，控制起重機(jī)吊鉤持續(xù)上升至第2預(yù)設(shè)高度，使第2限位開關(guān)動作，檢測第2限位開關(guān)動作時(shí)第四檢測回路的第4電流。由于第1限位開關(guān)與第2限位開關(guān)所處檢測回路為同一個(gè)回路，當(dāng)?shù)?限位開關(guān)正常斷開時(shí)，需要閉合備用開關(guān)，使第3檢測回路保持正常工作，然后控制起重機(jī)吊鉤繼續(xù)上升至第2預(yù)設(shè)高度，使第2限位開關(guān)動作，第2限位開關(guān)為常閉開關(guān)，可以通過斷開后檢測回路的電流確定第2限位開關(guān)是否能正常閉合。若第1限位開關(guān)為故障開關(guān)，控制起重機(jī)吊鉤持續(xù)上升至第2預(yù)設(shè)高度，使第2限位開關(guān)動作，檢測第2限位開關(guān)動作時(shí)第4檢測回路的第4電流。若第1限位開關(guān)不能正常斷開，則不需閉合備用開關(guān)，可以控制起重機(jī)繼續(xù)上升到第2預(yù)設(shè)高度，使第2限位開關(guān)動作，檢測第2限位開關(guān)斷開后時(shí)第4檢測回路的第4電流。其中第2預(yù)設(shè)高度為預(yù)先設(shè)定的高度，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整的高度。

8）S8檢測方法的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)第4電流，確定第2限位開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)。先設(shè)定一個(gè)電流閾值，當(dāng)?shù)?限位開關(guān)斷開后，可檢測第3檢測回路的第4電流，通過第3、第4電流與電流閾值的比較確定第2限位開關(guān)是否正常斷開，可以確定超速保護(hù)開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)，即當(dāng)?shù)?電流大于等于所述第1預(yù)設(shè)電流閾值，以確定超速保護(hù)開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)；若第1電流小于所述第1預(yù)設(shè)電流閾值，以確定超速保護(hù)開關(guān)為正常保護(hù)開關(guān)。

9）S9檢測方法的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)超速保護(hù)開關(guān)、定子失電保護(hù)開關(guān)、第1限位開關(guān)以及第2限位開關(guān)均為正常保護(hù)開關(guān)，則確定保護(hù)裝置為正常保護(hù)裝置。當(dāng)超速保護(hù)開關(guān)、定子失電保護(hù)開關(guān)、第1限位開關(guān)以及第2限位開關(guān)均為正常保護(hù)開關(guān)且能正常實(shí)現(xiàn)動作時(shí)，可確定起重機(jī)的安全保護(hù)裝置為正常保護(hù)裝置，具體可將超速保護(hù)開關(guān)、定子失電保護(hù)開關(guān)、第1限位開關(guān)以及第2限位開關(guān)正常與故障結(jié)果以及保護(hù)裝置的結(jié)果進(jìn)行二值化，超速保護(hù)開關(guān)正常為1，故障為0，通過與運(yùn)算將所有的檢測結(jié)果關(guān)聯(lián)起來，得到保護(hù)裝置的結(jié)果。若任一個(gè)或多個(gè)保護(hù)開關(guān)均不能正常動作，則起重機(jī)的安全保護(hù)裝置為故障保護(hù)裝置，相關(guān)檢測人員可以先確定故障源頭并進(jìn)行維修。

3 安全保護(hù)裝置綜合檢測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述的實(shí)施方案和檢測方法，設(shè)計(jì)開發(fā)了起重機(jī)安全保護(hù)裝置綜合檢測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)超速保護(hù)、電動機(jī)定子異常失電保護(hù)、雙高度限位保護(hù)故障、制動器接觸器故障以及驅(qū)動裝置故障的高效檢測。

1）操作界面

操作界面如圖1、圖2所示，通過選擇不同的檢測模塊可實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的檢測。

圖1 檢測系統(tǒng)界面

圖2 檢測系統(tǒng)各檢測單元

2）超速保護(hù)檢測

超速保護(hù)檢測模塊操作界面如圖3所示，在“參數(shù)設(shè)置”欄輸入?yún)?shù)(如1 000 RPM)，點(diǎn)擊按鍵“開始測試”。測試設(shè)備(速度驅(qū)動模塊)開始模擬驅(qū)動起重機(jī)超速保護(hù)裝置轉(zhuǎn)動，在“實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速”欄顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速，當(dāng)超速保護(hù)裝置旋轉(zhuǎn)到一定閾值時(shí)，測試儀器停止工作，并在“動作速度”欄顯示動作時(shí)轉(zhuǎn)速，同時(shí)測試界面“電氣動作開關(guān)”亮紅燈，表示測試結(jié)束；最后在“轉(zhuǎn)速比值”欄顯示動作速度/額定速度的比值，即可判定該超速保護(hù)裝置動作是否有效。

圖3 超速保護(hù)檢測

3）電動機(jī)定子異常失電檢測

電動機(jī)定子異常失電檢測操作界面如圖4所示，2個(gè)按鍵互斥，即同時(shí)只有一個(gè)按鍵有效，“回路電流”（C相電流）通過RS485總線讀取，實(shí)時(shí)監(jiān)測并顯示對應(yīng)功能的數(shù)據(jù)；點(diǎn)擊按鍵“上升控制回路故障”，連續(xù)采集5個(gè)制動器回路電流值，如果制動器回路電流值均小于1 mA，則對應(yīng)按鍵下方的LED顯示綠色，表示保護(hù)功能有效；否則對應(yīng)按鍵下方的LED顯示紅色，表示保護(hù)功能無效。同理，“下降控制回路故障”檢測功能的實(shí)現(xiàn)同“上升控制回路故障”功能檢測一樣。

圖4 電動機(jī)定子異常失電檢測

4）雙高度限位裝置檢測

雙高度限位裝置檢測操作界面如圖5所示，點(diǎn)擊按鍵“第一級高度限位開關(guān)檢測”，實(shí)時(shí)采集監(jiān)測電壓和回路電流。如果連續(xù)采集5個(gè)監(jiān)測電壓值均大于20 V、連續(xù)采集5個(gè)回路電流值均小于1 mA時(shí)，則對應(yīng)按鍵下方的LED顯 示綠色，表示保護(hù)功能有效，否則對應(yīng)按鍵下方的LED顯示紅色，表示保護(hù)功能無效。同理 “第二級高度限位開關(guān)檢測”功能的實(shí)現(xiàn)與“第一級高度限位開關(guān)檢測”相同。

圖5 雙高度限位裝置檢測

5）制動器接觸器故障檢測

制動器接觸器故障檢測操作界面如圖6所示，點(diǎn)擊按鍵“開始測試”，連續(xù)采集 5個(gè)制動器回路電流值，如果制動器回路電流值均小于 1 mA，則對應(yīng)按鍵下方的LED顯示綠色，表示保護(hù)功能有效，否則對應(yīng)按鍵下方的LED顯示紅色，表示保護(hù)功能無效。

圖6 制動器接觸器故障檢測

6）驅(qū)動裝置故障檢測

驅(qū)動裝置故障檢測操作界面如圖7所示，2個(gè)按鍵互斥，即同時(shí)只有1個(gè)按鍵有效，當(dāng)點(diǎn)擊按鍵“模擬驅(qū)動裝置一故障”，觀察驅(qū)動裝置2能否啟動，并能保證起重機(jī)額載下能完成1個(gè)正常的工作循環(huán)，同理當(dāng)點(diǎn)擊按鍵“模擬驅(qū)動裝置二故障”，觀察驅(qū)動裝置1能否啟動，并能保證起重機(jī)額載下能完成一個(gè)正常的工作循環(huán)。

圖7 驅(qū)動裝置故障檢測

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的基于吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)安全保護(hù)裝置綜合檢測系統(tǒng)的開發(fā)能快速、準(zhǔn)確、高效診斷各項(xiàng)安全保護(hù)裝置的有效性，保障吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高檢驗(yàn)工作效率，彌補(bǔ)當(dāng)前國內(nèi)吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)安全保護(hù)裝置綜合檢測技術(shù)上的空缺，提升吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)安全保護(hù)裝置傳統(tǒng)檢測技術(shù)，保障企業(yè)吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，以適應(yīng)我國吊運(yùn)熔融金屬起重機(jī)保有量大、需求量大、安全性能要求高、與上述安全保護(hù)引發(fā)的相關(guān)事故頻發(fā)的形勢相適應(yīng)。