鄭雨龍

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沿海鐵路貨場門式起重機(jī)電氣布置優(yōu)化方案

鄭雨龍

南昌鐵路局特種設(shè)備檢測檢驗(yàn)所

針對沿海地區(qū)鐵路貨場因臺風(fēng)雨水造成門式起重機(jī)設(shè)備故障頻發(fā)的現(xiàn)象，根據(jù)定期檢測跟蹤分析，對由主令控制器控制、串電阻調(diào)速的門式起重機(jī)，提出對司機(jī)室平臺部分的電控箱、司機(jī)室、電氣線路的電氣布置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高設(shè)備在臺風(fēng)雨季的電氣絕緣度，降低設(shè)備故障率。

門式起重機(jī) 電氣布置 優(yōu)化設(shè)計(jì)

福建沿海地區(qū)鐵路貨場比較集中，貨物裝卸量大，裝卸運(yùn)輸組織繁忙，每年僅福州東站、泉州站區(qū)、廈門站區(qū)和漳州站區(qū)的貨物裝卸量，占南昌鐵路局年貨物裝卸量的20%～30%。為滿足裝卸運(yùn)輸生產(chǎn)的需要，多年來，鐵路部門投入大量資金在該地區(qū)各貨場建造安裝了40t、36t、20t等噸位的門式起重機(jī)20多臺，目前這些起重裝卸機(jī)械基本處于滿負(fù)荷作業(yè)狀態(tài)。由于福建沿海屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，年降水量1400～2000毫米，有較明顯雨季和干季；3～6月為雨季，占全年降水50%～60%，7～9月是臺風(fēng)季，降水量較多，對露天作業(yè)的門式起重機(jī)正常使用造成了很大影響。根據(jù)近幾年來特種設(shè)備定期檢測跟蹤分析，平均每年因臺風(fēng)下雨導(dǎo)致設(shè)備電氣絕緣被破壞而造成的設(shè)備停機(jī)故障達(dá)5~6次，有的達(dá)到10次以上，嚴(yán)重影響了設(shè)備安全和裝卸運(yùn)輸生產(chǎn)效益。隨著福建沿海地區(qū)鐵路貨場裝卸作業(yè)量的持續(xù)增長，研究應(yīng)用門式起重機(jī)電氣布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低設(shè)備故障率，提高起重機(jī)在臺風(fēng)雨季的正常作業(yè)天數(shù)，已尤為重要和迫切。

1 現(xiàn)行門式起重機(jī)電氣布置方案及受雨水影響設(shè)備故障情況

目前福建沿海地區(qū)鐵路貨場使用的20t以上的門式起重機(jī)，電氣控制系統(tǒng)大都采用由主令控制器控制串電阻調(diào)速方式。這種調(diào)速方式的門式起重機(jī)需要用到大量的電阻器控制用的交流接觸器。電阻器以及接觸器的布置根據(jù)不同的起重機(jī)有略微的差別，但總體上是大同小異的，一般按不同的運(yùn)行機(jī)構(gòu)把電阻器和接觸器安裝在不同的電控箱和電阻箱內(nèi)。而電控箱和電阻箱的布置是沿著司機(jī)室走臺的縱向一字排開，如圖1所示。

圖1是泉州某鐵路貨場26/10tU型、廈門某鐵路貨場36/16tU型門式起重機(jī)司機(jī)室平臺電氣布置示意圖。電阻器、交流接觸器按主鉤、付鉤、大車、小車不同的運(yùn)行機(jī)構(gòu)分別安裝在不同的電控箱里，電控箱底部布電氣線路，連接電控箱之間的接線，導(dǎo)線一般由電控箱底部專門的線槽通過，或者布置在電控箱底部的槽鋼支座所形成的槽里。

當(dāng)雨季來臨刮風(fēng)下雨時(shí)，沿海地區(qū)貨場的門式起重機(jī)司機(jī)室平臺部分的線路、電阻器、接觸器等經(jīng)常會被雨水打濕，電氣絕緣被破壞，總電源自動空氣開關(guān)，或漏電保護(hù)斷路器合不上閘，或上閘后又跳閘，致使門式起重機(jī)無法正常運(yùn)行。

圖1

2 雨水影響造成設(shè)備故障的原因分析

根據(jù)多年對沿海地區(qū)鐵路貨場門式起重機(jī)定期檢測情況分析，門式起重機(jī)在雨季作業(yè)時(shí)，幾乎都存在設(shè)備對地漏電，嚴(yán)重時(shí)對地絕緣幾乎為零，不符合規(guī)定要求，且影響設(shè)備的使用。依據(jù)《GB6067.1-2010起重機(jī)械安全規(guī)程》規(guī)定，“對于電網(wǎng)電壓不大于1000V時(shí)，在電路與裸露導(dǎo)電部件之間施加500V（d.c）時(shí)測得的絕緣電阻不應(yīng)小于1MΩ”?！禩SG Q7015-2008起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》B7.2規(guī)定，“電氣線路對地絕緣電阻，額定電壓小于或等于500V時(shí)，一般環(huán)境中不低于0.8MΩ，潮濕環(huán)境中不低于0.4MΩ”，均達(dá)不到要求。經(jīng)過檢測分析，主要是門式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的電氣元件與電氣線路的對地絕緣受到了影響。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況分析，有三個(gè)方面的因素影響到這部份的絕緣。

2.1 電控箱的百葉窗進(jìn)水影響電氣元件絕緣

如圖2所示，電控箱的側(cè)面板上開有百葉窗，因電控箱內(nèi)裝有電阻器，在工作中會發(fā)熱，是為通風(fēng)、散熱而設(shè)置的。在沿海地區(qū)大風(fēng)大雨的打擊下，雨水會順著百葉窗和電控箱的門縫中進(jìn)來打濕，電控箱內(nèi)的電氣元件而降低了起重機(jī)整機(jī)線路的對地電氣絕緣。

圖2

2.2 司機(jī)室走臺的電氣布置被雨水打濕影響對地電氣絕緣

如圖2的A向視圖所示，司機(jī)室走臺上的電氣布置，由于電控箱底部有導(dǎo)線進(jìn)出和通過，需要有線槽，一般在走臺上面對面地固定槽鋼，再在槽鋼上架設(shè)電控箱，或者在電控箱底部直接布置線槽。由于電控箱進(jìn)水也會打濕到導(dǎo)線上，另外多個(gè)電控箱之間有線路相通，因而中間會有環(huán)節(jié)漏水進(jìn)來把線打濕，從而影響線路部份的對地電氣絕緣。

2.3 司機(jī)室進(jìn)水影響導(dǎo)線絕緣

在雨天，雨水會從窗戶處或者門縫間進(jìn)來流到司機(jī)室底部，而司機(jī)室里的線路一般布置在木地板隔層與鋼板作的底板之間，這樣流進(jìn)來的雨水積在司機(jī)室底板上，讓這里的導(dǎo)線浸泡在水中，降低了起重機(jī)電氣線路的對地絕緣。雖然也可在底部的鋼板上鉆孔或割孔來排水，但是由于司機(jī)室的布線是縱橫交錯(cuò)的，排水孔無法把水排干凈，仍會形成局部積水讓導(dǎo)線泡在水中，致使線路的對地絕緣受到影響，同時(shí)底部的鋼板也會受到腐蝕而生銹。

3 門式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

針對上述三個(gè)方面的影響因素，可以對電控箱的結(jié)構(gòu)和布置、司機(jī)室電控系統(tǒng)以及司機(jī)室平臺布線三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以解決門式起重機(jī)電氣控制系統(tǒng)的電氣絕緣問題。

3.1 對電控箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)

總體思路是只采用一個(gè)電控箱來安裝所有的電阻器和接觸器。相對于門式起重機(jī)主梁來說，可以通過增大電控箱的橫向尺寸和適當(dāng)增加電控箱的縱向尺寸，以有足夠空間容納所有的電阻器和接觸器。具體方案如圖3所示。

圖3

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的電控箱四周是封閉的，只開一個(gè)經(jīng)過防雨處理的進(jìn)出的門和一個(gè)窗戶，而不在側(cè)面上開出百葉窗；底板采用花格網(wǎng)結(jié)構(gòu)，鋪上木地板，在花格網(wǎng)和木地板形成的隔層里布置導(dǎo)線。這樣設(shè)計(jì)目的是讓電控箱里的電阻器，接觸器和導(dǎo)線不讓雨水打濕而影響起重機(jī)的絕緣，即使有疏漏的地方讓雨水進(jìn)來，也會從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的底部滴漏掉，而不會造成導(dǎo)線浸在水中影響絕緣。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后的電控箱在上部設(shè)有通風(fēng)孔，在雨天門窗關(guān)閉，電控箱內(nèi)電阻器發(fā)出的熱量使箱內(nèi)的氣體受熱上升從上部通風(fēng)孔逸出，氣體可以從網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的底部進(jìn)來得到補(bǔ)充，形成氣體熱交換，解決通風(fēng)散熱的問題。另外潮濕氣體對起重機(jī)電氣絕緣也會造成一定的影響，在雨天，雨水打濕到電控箱柜，或濕度大的空氣進(jìn)入到電控箱柜，在使用中通過電阻器、接觸器等的發(fā)熱而形成水蒸氣，若通風(fēng)換氣不充分，到夜間或停機(jī)時(shí)，水蒸氣又凝成水汽威脅起重機(jī)的電氣絕緣。符合《GB6067.1-2010起重機(jī)械安全規(guī)程》“6.1.4最高溫度為+40℃時(shí)，空氣的相對濕度不超過50%，電氣設(shè)備應(yīng)能正常工作，在較底溫度下可允許較高的相對濕度，例如+20℃時(shí)為90%。若濕度偏高應(yīng)采用適當(dāng)?shù)母郊釉O(shè)施（如內(nèi)裝加熱器、空調(diào)器、排水孔）來避免偶然性凝露的有害影響”。所以做到通風(fēng)散熱，氣體交換是優(yōu)化設(shè)計(jì)電控箱的關(guān)鍵。

3.2 對司機(jī)室電控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

除對司機(jī)室門窗進(jìn)行防雨處理，像電控箱一樣把司機(jī)室底板改成花格網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于排水提高底部導(dǎo)線的絕緣外，司機(jī)室優(yōu)化改進(jìn)的重點(diǎn)內(nèi)容是把司機(jī)室內(nèi)的保護(hù)柜移到電控箱里，而在司機(jī)室內(nèi)另裝一個(gè)總空氣開關(guān)，讓從滑觸線進(jìn)來的總電源線先經(jīng)過這個(gè)總空氣開關(guān)，再到保護(hù)柜內(nèi)的閘刀開關(guān)、接觸器，具體方案如圖4所示。

圖4

這樣設(shè)計(jì)的目的是在司機(jī)室里控制總電源，同時(shí)可避免主交流接觸器由于質(zhì)量問題等原因在司機(jī)室里發(fā)出的噪音影響到司機(jī)的聽覺，改善司機(jī)的工作環(huán)境。這個(gè)電源開關(guān)的設(shè)置也符合《GB/T3811-2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》第8.3.1條規(guī)定，即“起重機(jī)宜裝設(shè)切斷所有電源的主隔離開關(guān)，開關(guān)應(yīng)盡量靠近總進(jìn)線集電器。當(dāng)總進(jìn)線集電器有斷開裝置、或該供電線路只有一臺起重機(jī)并可從地面切斷電源時(shí)（例如在同一跨度內(nèi)僅有一臺起重機(jī)、門式起重機(jī)等），可不裝設(shè)主隔離開關(guān)?！?/p>

3.3 對司機(jī)室平臺部分電氣線路的優(yōu)化布置

如圖5所示，改進(jìn)前的布線管路接頭多，拐彎多，中間環(huán)節(jié)多，難免有疏漏的地方，除了布線不方便外，還經(jīng)常會被雨水打到，絕緣受到威脅。

圖5

圖6所示是優(yōu)化后有司機(jī)室平臺部分的電氣線路布置，采用線管直接連通司機(jī)室和電控箱，導(dǎo)線的布置由司機(jī)室直通電控箱，減少中間環(huán)節(jié)，從而做到改善線路狀況，提高線路絕緣的目的，同時(shí)也方便門式起重機(jī)安裝時(shí)的電氣線路施工。

圖6

4 方案實(shí)施效果

按照上述方案，筆者曾對泉州鐵路貨場2臺26/10tU型門式起重機(jī)提出改進(jìn)建議，使用單位結(jié)合大修過程進(jìn)行過改造，效果顯著：一是解決了司機(jī)室平臺部份的電氣絕緣問題，改造前該臺起重機(jī)每年受雨天影響造成的停機(jī)故障達(dá)4～5次，改造后沒有發(fā)生過這方面的停機(jī)故障；二是提高了電氣線路對地絕緣電阻，一般情況下測量線路對地絕緣電阻都可達(dá)到2~3 MΩ；三是增強(qiáng)了起重機(jī)的安全性，由多個(gè)電控箱改成一個(gè)，電控箱沿主梁縱向的面積比原先的小得多，即門式起重機(jī)的迎風(fēng)面積減小了，減小門式起重機(jī)運(yùn)行阻力，增強(qiáng)起重機(jī)的安全性；四是節(jié)約了起重機(jī)制造成本，由多個(gè)控制箱改為一個(gè)控制箱，節(jié)省了鋼材和制造時(shí)間，同時(shí)減少了安裝固定的工作量，初步測算單臺門式起重機(jī)這樣優(yōu)化改造，可節(jié)約制造成本1.2萬元；五是司機(jī)室平臺布線優(yōu)化后，方便故障檢修。

5 建議

5.1 在福建沿海地區(qū)鐵路貨場應(yīng)盡快推行該方案，對于新制造安裝的門式起重機(jī)可在制造安裝階段即可采用該方案；對于已投產(chǎn)的門式起重機(jī)，可結(jié)合大修施工安排專項(xiàng)資金進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)改造。

5.2 對于其它地區(qū)鐵路貨場的門式起重機(jī)，是否選擇此優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)情況和定期檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益分析，如可行，也應(yīng)逐步推廣應(yīng)用。

5.3 在具體應(yīng)用時(shí)，要結(jié)合門式起重機(jī)的型號、規(guī)格區(qū)別選購配置電氣元件，還要根據(jù)起重機(jī)的實(shí)際作業(yè)負(fù)荷情況進(jìn)一步優(yōu)化方案細(xì)節(jié)，以進(jìn)一步提高電控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

[1] GB/T3811-2008，起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] GB6067.1-2010，起重機(jī)械安全規(guī)程[S].

[3] TSG Q7015-2008，起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].