劉早紅,孫華,胡廣智,謝祥紅,孫捍東,劉在良

(1.浙江友聯(lián)修造船有限公司,浙江 舟山 316281;2.浙江國際海運職業(yè)技術(shù)學(xué)院 海洋裝備工程學(xué)院,浙江 舟山 316021)

0 引 言

高空作業(yè)車因其便捷靈活、成本低廉的特點,在各行業(yè)中作為高處作業(yè)的主要施工設(shè)備之一得以廣泛應(yīng)用,尤其在船舶修造行業(yè)中更是大量使用[1]。然而,在船舶修造行業(yè)中,由于使用環(huán)境有著與其他行業(yè)截然不同的不同的特點,比如使用環(huán)境復(fù)雜、條件苛刻、強度要求高等,這使得高空作業(yè)車極易發(fā)生安全事故,特別是高空作業(yè)車傾覆事故,且高空作業(yè)車一旦傾覆,大多是惡性安全事故。例如,近期某船廠貨艙內(nèi)高空作業(yè)車因作業(yè)人員操作不當(dāng)發(fā)生傾翻,導(dǎo)致發(fā)生重大人員傷害事故。因此,如何減少或杜絕高空作業(yè)車傾覆事故的發(fā)生,已成為解決高空作業(yè)車安全操作的重中之重[2]。

筆者從高空作業(yè)車電氣控制系統(tǒng)升級改造入手,通過額外增加傾斜報警及主動干預(yù)裝置來完成。在高空作業(yè)車工作過程中出現(xiàn)危險操作時,該裝置可有效地同時限制高空作業(yè)車工作臂繼續(xù)抬臂、伸長、旋轉(zhuǎn)和行車等動作,為解決傾覆難題提供了一套可行的方案。設(shè)計改造中,首先研究原系統(tǒng)的控制機理,分析控制邏輯,找出系統(tǒng)內(nèi)在缺陷;再結(jié)合實際使用經(jīng)驗對原車電氣控制系統(tǒng)做出針對性改進升級;改進后的高空作業(yè)車在實際使用中的傾斜隱患已得到有效地控制。

1 高空作業(yè)車的主要參數(shù)配置

根據(jù)筆者公司高空作業(yè)車的實際使用情況,對某幾種車型進行研究,制定改造升級方案。以某一種車型為例進行闡述,外形尺寸及作業(yè)范圍如圖1～2所示。某車型主要技術(shù)參數(shù)如表1所列。

表1 某高空作業(yè)車主要技術(shù)參數(shù)表

圖1 高空作業(yè)車外形尺寸圖

圖2 高空作業(yè)車作業(yè)范圍圖

2 原因分析

從上述高空作業(yè)車的技術(shù)參數(shù)可以看出:① 其工作臂高度可達26 m之高,可360°旋轉(zhuǎn),工作高度也隨工作環(huán)境和施工位置的變化而變化,這說明高空作業(yè)車在工作時重心是在不斷變換的,而重心不穩(wěn)則是傾覆的最重要因素之一;② 代表車身穩(wěn)性的車體支撐的投影面積僅僅7 m2左右(車寬2 400 mm×3 100 mm),相對高達26 m的作業(yè)高度及不斷變換的重心,如此小的投影面積,不可能給高空作業(yè)車以充分的穩(wěn)定性;③ 高空作業(yè)車的抗風(fēng)能力≤10 m/s(只相當(dāng)于5級風(fēng)力)、作業(yè)行走車速≤0.5 km/h、最大允許作業(yè)坡度≤5°,這說明高空作業(yè)車的自身固有穩(wěn)性較低。高空作業(yè)車自身結(jié)構(gòu)特點決定了其具有穩(wěn)性差、易傾覆的固有性質(zhì)[3]。此外,高空作業(yè)車在施工過程中,工作斗內(nèi)裝載的貨物和施工人員的多少,或者操作者操作不當(dāng)也是導(dǎo)致高空作業(yè)車重心變化而傾覆的原因之一[4]。

高空作業(yè)車車體坡度的變化,必然造成車體重心的變化,從而引起車體傾斜力矩的變化。當(dāng)傾斜力矩超過高空作業(yè)車的承受能力時,高空作業(yè)車即會出現(xiàn)傾倒,造成事故[5]。所有高空車在施工作業(yè)時,必須能及時檢測到高空作業(yè)車車體的傾斜角度?；诖?從電氣控制系統(tǒng)著手,改造控制系統(tǒng),監(jiān)測運行過程中車體的傾斜角度,限制危險操作,這是此次改造升級的出發(fā)點。

3 改造原理

高空作業(yè)車的作業(yè)動作由液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)。液壓系統(tǒng)由液壓泵、油箱、液壓油缸、液壓馬達、液壓控制閥及管路、接頭、過濾器等部件組成[6]。柴油發(fā)動機為液壓系統(tǒng)提供動力,驅(qū)動液壓泵運轉(zhuǎn),液壓泵產(chǎn)生的油壓通過電氣系統(tǒng)控制的電液比例閥傳遞到各液壓執(zhí)行單元(液壓缸和液壓馬達),以實現(xiàn)起伏、回轉(zhuǎn)、行走等動作。電氣控制系統(tǒng)采用PLVC控制系統(tǒng),裝備CAN總線通訊方式,利用PLVC接口,通過調(diào)整電液比例閥的參數(shù)來實現(xiàn)對整車的操作控制及故障診斷。PLVC控制結(jié)構(gòu)簡單,動作靈敏,具有很高的可靠性和精確度。因此此次改造升級對原車控制系統(tǒng)不作根本的改動,保留原有系統(tǒng),只在原車電氣系統(tǒng)基礎(chǔ)上額外增加一套傾斜控制報警系統(tǒng),并整合進原系統(tǒng)中,與原有系統(tǒng)無縫銜接,實現(xiàn)對高空車整車的操作控制。新增的傾斜安全控制系統(tǒng)增設(shè)高精度水平傳感器,可以監(jiān)測到高空作業(yè)車在作業(yè)過程中整車的水平角度,并將水平角度信號實時反饋給車輛控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)將采集到的車輛水平角與設(shè)定值比對,當(dāng)車輛整體水平傾斜角度達到3°時,控制系統(tǒng)自動報警,蜂鳴器鳴響,傾斜指示燈亮起;如果車輛整體水平傾斜角度繼續(xù)增大,達到5°時,控制系統(tǒng)會自動介入,主動干預(yù)操作行為,限制危險動作;控制傾角力矩持續(xù)增大則會發(fā)生傾覆。

4 技術(shù)要求

(1) 控制流程

改裝升級的控制流程如圖3所示。

圖3 改裝升級控制流程圖

(2) 傾斜報警

當(dāng)傾斜報警器監(jiān)測到傾角達到3°時,控制系統(tǒng)開始報警,蜂鳴器持續(xù)發(fā)出聲音警示。

(3) 傾斜停機

當(dāng)傾斜報警器監(jiān)測到車體水平傾斜角度達到5°時,車輛危險性動作將受到限制,操作手柄失效,無法進行伸臂、抬臂、回轉(zhuǎn)、行車等操作,而安全性動作如縮臂、降臂則可以繼續(xù)保持。為保證液壓系統(tǒng)正常工作,作為動力源的發(fā)動機始終保持正常運轉(zhuǎn)。危險性動作受限后的操作表現(xiàn)為:①車輛工作臂起伏上升動作停止,下降動作正常;②車輛工作臂伸臂動作停止,縮臂動作正常;③車輛轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)動作停止;④ 車輛行走動作停止,前進、后退均沒有動作。

(4) 動作恢復(fù)

當(dāng)傾斜報警器監(jiān)測到車體水平傾斜角度達到5°時,將工作臂下降到0°角以內(nèi),車輛恢復(fù)行走移動功能,同時蜂鳴器仍然持續(xù)發(fā)出警示聲音,工作臂伸臂和上升危險動作仍然受限。

當(dāng)車行走地面坡度低于5°時,大于3°時,控制系統(tǒng)解除限制,恢復(fù)所有動作,蜂鳴器仍然持續(xù)發(fā)出警示聲音。

當(dāng)車行走地面坡度低于3°時,蜂鳴器停止發(fā)出警示聲音,恢復(fù)所有動作,可以正常作業(yè)。

(5) 改造部分的局部電路控制圖,如圖4所示。

圖4 改造部分的電路控制圖

(6) 加裝的主要電氣元件和作用

電氣元件:選擇24V 11腳繼電器和連接導(dǎo)線作為電氣元件。

作用:當(dāng)車體發(fā)生傾斜時,K1繼電器接收PLVC的傾斜信號,并停止高空作業(yè)車驅(qū)動輪行走等危險動作,因此只能操作手柄把大臂完全縮回,大臂角度降至-13°～0°內(nèi),并發(fā)出高空作業(yè)車已在安全狀態(tài)的信號給K2繼電器,然后K2繼電器把信號反饋給K1繼電器,操作手柄讓K1繼電器執(zhí)行行走,直至高空車行走到坡度低于3°區(qū)域,警報取消,高空車才能恢復(fù)正常運行。

5 改造后安全效果

根據(jù)高空作業(yè)車技術(shù)設(shè)計參數(shù),車輛作業(yè)時移動的橫縱向坡度為≤5°,如作業(yè)移動橫縱向坡度超過5°,車輛傾覆的可能性就會增大。

對電氣控制系統(tǒng)升級改造后的高空作業(yè)車進行現(xiàn)場實踐跟蹤發(fā)現(xiàn),其安全隱患排查效果比系統(tǒng)改造前有明顯的提升。將電氣控制系統(tǒng)改造前后的安全性能進行對比,結(jié)果如表2所列。

表2 電氣控制系統(tǒng)改造前后安全性能對比表

電氣控制系統(tǒng)未改造前,車輛在作業(yè)過程中,當(dāng)車體橫縱向傾斜角度達到3°時,控制系統(tǒng)發(fā)出聲光報警信號,提示操作者有危險存在;但由于控制系統(tǒng)沒有主動介入功能,沒有發(fā)出規(guī)避信號,不能自動限制危險動作,需要操作者及時做出規(guī)避反應(yīng)。如果操作者不及時做出規(guī)避動作或者規(guī)避動作失誤(如繼續(xù)行車),車體橫縱向傾斜角度有可能持續(xù)增大,當(dāng)橫縱向傾斜角度超過5°的設(shè)計參數(shù)值后,車輛可能出現(xiàn)傾覆,造成安全事故。

電氣控制系統(tǒng)改造后,車輛在作業(yè)過程中,當(dāng)車體橫縱向傾斜角度達到3°時,控制系統(tǒng)自動發(fā)出聲光報警信號。由于控制系統(tǒng)具有主動干預(yù)功能,因此可發(fā)出規(guī)避信號提示,可自動判斷危險動作。如果車體橫縱向傾斜角度依然持續(xù)增大,當(dāng)達到5°時,不需要操作者做出規(guī)避動作,控制系統(tǒng)會主動干預(yù)并限制危險動作,自動中斷危險動作(如中斷行車動作),有效避免人為操作失誤造成的傾覆事故的發(fā)生,使車輛的安全保障更加智能,達到自動排查或中止安全隱患的效果。

6 結(jié) 語

文中對高空作業(yè)車傾斜安全電氣控制系統(tǒng)進行了改造升級,在原來控制系統(tǒng)中加裝了報警及主動干預(yù)裝置后,既保證了操作人員實時掌握車輛運行狀態(tài)和可能發(fā)生的危險,同時對操作人員的行為起到有效監(jiān)督與干預(yù)作用,如果操作人員未對報警信號做出反應(yīng)時,主動干預(yù)系統(tǒng)會及時做出反應(yīng),限制操作人員的危險行為,避免事故發(fā)生。在實踐中,經(jīng)過改造后的高空作業(yè)車發(fā)生傾覆的可能性明顯較少,同時操作人員的不良習(xí)慣也得以約束糾正。高空作業(yè)車傾斜安全控制系統(tǒng)的改造,為解決高空作業(yè)車傾覆事故做出了積極探索,也取得了預(yù)期效果,驗證了改造的可行性、有效性。