15t铁路起重机安全控制系统的研究

徐国辉

（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司大连研发中心，辽宁大连116052）

15t铁路起重机安全控制系统的研究

徐国辉

（齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司大连研发中心，辽宁大连116052）

介绍了N0151/N0152型15t铁路起重机安全控制系统的主机、显示器、拉力传感器、吊臂角度传感器、吊钩起升极限保护开关、压力检测开关和电磁卸荷阀的选取，以及力矩超载保护、吊钩起升高度极限保护、吊臂最大允许起升角度极限保护、黑匣子超载数据记录等功能。

起重力矩控制；起升高度极限；起升角度极限

0 引言

N0151/N0152型15t铁路起重机是以柴油机为动力、机械传动、全回转、桁架式吊臂、固定重铁的标准轨距铁路起重机。其具有作用可靠、动作灵活、辅助时间短、操作简单、维修方便等特点。

目前，国内中、大吨位铁路起重机均安装了安全控制系统，且国家标准B6067.1-2010《起重机械安全规程》中规定了铁路起重机必须安装安全控制系统。而我国生产的15 t铁路起重机均未安装安全控制系统，用户在进行作业时须熟记起重机的性能表并凭借经验等客观因素才能保证设备的安全，历史上曾发生多起车辆倾覆事故。因此，加装安全控制系统对提高15 t铁路起重机的安全性能具有重大意义。

起重机安全控制系统是一种基于起重力矩控制功能，同时又对车辆安全状态具有综合控制能力的车载控制系统。一般由控制单元（主机）、显示单元（显示器）、信号输入单元（各种感知车辆状态的传感器）、信号输出单元（各种控制车辆状态的执行机构）、附属设备（数据记录仪、打印机等）及通讯单元（包括各种总线、通讯接口等）等部分组成，具有优良而可靠的安全控制性能，可实现对起重机的各种作业工况进行监视、控制与保护，以保证起重机能安全可靠地完成各种任务。

1 系统架构

本机为小吨位车型，具有工况少、造价低、操作简单等特点，所以，安全控制系统的系统架构确定由主机、显示器、拉力传感器、吊臂角度传感器、吊钩起升极限保护开关、压力检测开关和电磁卸荷阀等元件组成。安全控制系统电气原理图见图1。

图1 安全控制系统电气原理图

2 主要部件的选取

2.1 主机的选取

系统主机采用先进的微处理技术、嵌入式操作系统，其设计结构紧凑、可扩展性强、功耗小、功能强、灵敏度高、操作简便。具有完整的预先报警、超载报警及超载控制输出功能；完善的系统故障自检及中文故障显示功能，可为操作者排除故障提供有效的指导；起重机工作角度限制功能使得在受限空间内作业更可靠。

2.2 显示器的选取

显示器选用具有背光功能的点阵式液晶显示器，可清晰、直观地以中英文和图形方式显示力矩百分比、实际起重量、额定起重量、幅度、吊臂角度、最大起升高度、工况代码、限制角度、信息代码等起重机作业参数。

2.3 重量传感器的选取

起重机安全控制系统常用的重量传感器包括压力传感器（油压）、拉力传感器、张力传感器、销轴传感器等，重量传感器选型比较详见表1。经综合分析，本机重量传感器选用拉力传感器。

表1 重量传感器选型比较表

2.4 压力检测开关的选取

因本机操作不允许进行联合动作，所以在吊钩和变幅动作操纵风路中各增加了一个压力检测开关（BP1、BP2），自动确认操纵动作并由主机进行相关的逻辑运算后自动识别当前操作是变幅还是吊钩，如检测到正在联合动作，即BP1、BP2同时接通，则YV1、YV2同时得电限动起重机所有动作。风操纵系统增加压力检测开关原理见图2。

图2 风操纵系统增加压力检测开关与限动电磁阀原理图

2.5 限动电磁阀的选取

本机吊钩升降与变幅升降动作均为风操纵形式，安全控制系统如进行自动而有效的限动操作，必须在风操纵系统的总换向操纵手柄下侧风路中增加两个限动电磁阀，即总换向正反向限动电磁阀YV1、YV2，主机控制其得断电状态，进而进行相关动作限动，见表2限动保护逻辑与操纵动作关联表。风操纵系统增加电磁阀原理钩下降、变幅起升等安全方向运动，使起重机从危险工况返回到安全区域，保证起重机的作业安全，实现报警限动功能。

3.2 吊钩起升高度极限保护功能

吊臂头部装有重锤作用式吊钩起升极限保护开关。当吊钩在允许起升高度范围内运动时，重锤的作用使限位开关（SQ1）的常开触点闭合，向力矩限制器主机发出安全信号；当吊钩起升到允许的最大高度时，如操纵吊钩继续起升，吊钩将把套在钢丝绳上的重锤顶起，使限位开关（SQ1）的常开触点恢复为断开，主机获知此信号后向显示器发出报警信号并向外输出限动信号，使控制风路中的总换向限动电磁阀（YV1）动作，使吊钩自动停止向起升方向运动；此时可以操纵吊钩向下降方向运动，脱离危险工况。

3.3 吊臂最大允许起升角度极限保护功能

当起重机吊臂变幅起升，达到最大允许起升角度时，如继续做变幅起升动作时，主机向显示器发出报警信号并向外输出限动信号，控制风路中的总换向正向限动电磁阀（YV1）动作，控制起重机自动停止向变幅起升等危险方向运动，防止吊臂起升过高；此时，可向变幅下降方向运动，重新回到工况允许起升角度范围内。

3.4 黑匣子超载数据记录功能。

当起重力矩达到额定起重力矩的102%，主机自动将起重机工作状态，包括工况、吊臂角度、工作幅度、实际起见图2。

表2 限动保护逻辑与操纵动作关联表

表2中“限”表示限动；“不限”表示不限动；“有效”表示信号有效；“得电”表示总换向限动电磁阀得电；“延迟得电”表示总换向限动电磁阀延迟得电；“○”表示信号无效或不得电；“-”表示无此项。

3 主要功能

3.1 力矩超载保护功能

主机除实时检测吊臂角度传感器和吊钩起升钢丝绳拉力传感器的吊臂角度与吊重信号外，还检测走行、变幅与吊钩动作风路中的两个压力检测开关的状态，其将检测到的信号进行逻辑运算后与主机存储器内置的起重性能表数据进行比较，当起重力矩达到额定起重力矩的90%时，显示器上黄灯预警；达到额定起重力矩102%时，显示器上红灯亮，声音报警，主机将向显示器发出声光报警信号并输出限动信号，控制风路中的总换向正反向限动电磁阀（YV1、YV2）动作，使起重机自动停止向吊钩起升、变幅下降等危险方向运动；此时可以操纵起重机向吊重量、额定起重量、工作日期及具体时间等参数作为一次超载记录加以储存，该超载记录有效循环储存次数不少于900次。

4 结语

15 t铁路起重机安全控制系统的研究，对我国小吨位、机械传动的定长臂铁路起重机加装安全控制系统进行了充分地技术分析，梳理并优化了安全控制系统的控制逻辑，为同类铁路起重机安全控制系统研究提供了有益的借鉴。

［1］ GB12602-2009起重机械超载保护装置［S］.北京：中国标准出版社，2010.

［2］ GB6067.1-2010起重机械安全规程：第1部分：总则［S］.北京：中国标准出版社，2011.

（编辑：启 迪）

TH 218

A

1002－2333（2014）04－0150－02

徐国辉（1973—），男，工程师。

2014-01-29