王 浩 上海鐵路局合肥機(jī)務(wù)段

1 我局鐵路救援起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

目前，上海局鐵路救援起重機(jī)主要有N100型、NS125型、NS125型、N160型、NS160型、NS進(jìn)口160型六種型號(hào)起重機(jī)，除N100型無(wú)安全監(jiān)控裝置外，其他都安裝了安全監(jiān)控裝置。自2008年以來(lái)，上海鐵路局進(jìn)廠大、中修的5臺(tái)國(guó)產(chǎn)鐵路起重機(jī)，廠方對(duì)其安全控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造和技術(shù)革新。如支腿跨距傳感信號(hào)，對(duì)下車(chē)支腿跨距狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)根據(jù)采集到的支腿跨距信號(hào)，做出各種判斷，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)安全控制功能。改造后的起重機(jī)支腿跨距檢測(cè)均采用了行程開(kāi)關(guān)，共12個(gè)，每個(gè)支腿有三種跨距（視車(chē)型不同，跨距不同，現(xiàn)以3.5 m、4.8 m、6.0 m三種跨距為例），分別用一個(gè)行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)，相同跨距檢測(cè)的四個(gè)行程開(kāi)關(guān)為一組，相互串聯(lián)，當(dāng)四個(gè)行程開(kāi)關(guān)均閉合后，電路導(dǎo)通，將+24 V信號(hào)傳遞給系統(tǒng)主機(jī)。有的廠家無(wú)下車(chē)主機(jī)，信號(hào)直接傳遞給上車(chē)主機(jī)系統(tǒng)；有的廠家設(shè)有下車(chē)主機(jī)系統(tǒng)，信號(hào)則傳遞給下車(chē)主機(jī)系統(tǒng)，然后下車(chē)主機(jī)系統(tǒng)通過(guò)CAN通訊方式將支腿跨距狀態(tài)傳遞給上車(chē)系統(tǒng)主機(jī)。

2 改用行程開(kāi)關(guān)后在使用中存在的主要問(wèn)題

（1）不利于故障判斷和排除

行程開(kāi)關(guān)主要工作過(guò)程為：行程開(kāi)關(guān)觸頭抵擋鐵塊時(shí)，觸電閉合，電路導(dǎo)通，將電信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行判斷。但在實(shí)際使用過(guò)程中，容易造成當(dāng)行程開(kāi)關(guān)得電時(shí)無(wú)指示，動(dòng)作時(shí)亦無(wú)指示，不能從表象上快速排除電路故障。一是行程開(kāi)關(guān)觸頭抵擋鐵塊時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)回縮，但內(nèi)部機(jī)械觸點(diǎn)有時(shí)候雖然閉合，但屬于虛接狀態(tài)，造成一種閉合假象；二是由于是四個(gè)行程開(kāi)關(guān)串聯(lián)起來(lái)，如果某一個(gè)行程開(kāi)關(guān)不閉合或虛接，就會(huì)造成該路信號(hào)不到位，無(wú)法迅速判斷是哪一個(gè)行程開(kāi)關(guān)出現(xiàn)問(wèn)題。

（2）無(wú)法消除支腿機(jī)構(gòu)機(jī)械間隙誤差

比如4個(gè)支腿跨距均到6.0 m后，此時(shí)行程開(kāi)關(guān)仍無(wú)動(dòng)作，必須等到支腿垂直油缸下壓后，才能碰觸到行程開(kāi)關(guān)觸頭。當(dāng)起重機(jī)吊重回轉(zhuǎn)時(shí)，各個(gè)支腿壓力發(fā)生變化，不受力支腿的行程開(kāi)關(guān)又會(huì)由于檢測(cè)距離變大而斷開(kāi)，造成信號(hào)中斷。如果將行程開(kāi)關(guān)觸頭與鐵塊距離調(diào)近，支腿展開(kāi)后鐵塊碰到行程開(kāi)關(guān)觸頭，電路導(dǎo)通，但當(dāng)支腿垂直油缸下壓后或下壓后吊重回轉(zhuǎn)后，受力支腿的行程開(kāi)關(guān)又會(huì)由于檢測(cè)距離變小，鐵塊把行程開(kāi)關(guān)連桿機(jī)構(gòu)碰壞，造成信號(hào)中斷。在起重機(jī)吊重回轉(zhuǎn)時(shí)，支腿跨距信號(hào)一旦中斷，系統(tǒng)將退出當(dāng)前工況，這對(duì)起重機(jī)安全監(jiān)控非常不利。

（3）存在檢測(cè)盲區(qū)

支腿跨距檢測(cè)采用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)檢測(cè)，只有在3.5 m、4.8 m、6.0 m三個(gè)點(diǎn)處，凸起鐵塊碰觸到行程開(kāi)關(guān)觸頭，電路信號(hào)才導(dǎo)通。若凸起鐵塊處于6.0 m、4.8 m兩行程開(kāi)關(guān)中間部分時(shí)，則無(wú)信號(hào)，系統(tǒng)就認(rèn)為沒(méi)打支腿。給作業(yè)人員帶來(lái)難度，耗費(fèi)時(shí)間多。

（4）無(wú)法實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面功能

司機(jī)室內(nèi)安控系統(tǒng)的顯示器主界面不能單獨(dú)顯示各個(gè)支腿跨距信號(hào)。如果支腿跨距信號(hào)中斷，司機(jī)無(wú)法判斷究竟是哪個(gè)支腿的行程開(kāi)關(guān)出現(xiàn)問(wèn)題，地面監(jiān)護(hù)人員也很難查找出問(wèn)題所在，將會(huì)拖延救援時(shí)間。

（5）不能實(shí)現(xiàn)支腿混打

比如，四個(gè)支腿跨距必須同時(shí)達(dá)到6.0 m，系統(tǒng)才認(rèn)為作業(yè)工況為6.0 m支腿；如果有三個(gè)支腿打到6.0 m，一個(gè)支腿打4.8 m，系統(tǒng)仍認(rèn)為下車(chē)未打好支腿，起重機(jī)就無(wú)法開(kāi)始作業(yè)。起重機(jī)作業(yè)受到地理環(huán)境的限制，很多情況下四個(gè)支腿的跨距無(wú)法實(shí)現(xiàn)混打，極大地限制了鐵路救援起重機(jī)的適應(yīng)性，不利于快速開(kāi)展救援工作。

3 安全監(jiān)控系統(tǒng)傳輸信號(hào)的改進(jìn)方案

NS160進(jìn)口起重機(jī)的投入使用，給我們?nèi)绾翁岣邍?guó)產(chǎn)起重機(jī)安全監(jiān)控性能提供了很好的范例。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，我們對(duì)國(guó)產(chǎn)起重機(jī)傳感信號(hào)進(jìn)行了重新改進(jìn)。

（1）檢測(cè)設(shè)備的改進(jìn)，將行程開(kāi)關(guān)改為接近開(kāi)關(guān)。我們采用接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)，選用日本歐姆龍產(chǎn)的接近開(kāi)關(guān)，穩(wěn)定性高、可靠性強(qiáng)、防護(hù)等級(jí)高(IP65-防塵及任意角度噴射水)，可以滿足鐵路救援起重機(jī)在惡劣工作條件下對(duì)于控制系統(tǒng)傳感器的要求。

傳感器參數(shù)如下：工作電壓：18-35 VDC/200 mA；PNP常開(kāi)（NO）；感應(yīng)距離Sn=5 mm；外形尺寸：M18螺紋；燈光指示：綠燈代表電源指示燈（綠燈在接頭上）；黃燈代表動(dòng)作指示燈（黃燈在開(kāi)關(guān)體和接頭上均有）。如圖1、2所示。

接近開(kāi)關(guān)工作原理：接近開(kāi)關(guān)未檢測(cè)到鐵物時(shí)，接近開(kāi)關(guān)不動(dòng)作，僅是電源指示燈綠色亮（接頭體上）；當(dāng)檢測(cè)到鐵物時(shí)，接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作，黑色線（sw）輸出高電平信號(hào)至電腦主機(jī)，同時(shí)動(dòng)作指示燈黃色亮。

（2）檢測(cè)對(duì)象的改進(jìn)，將檔鐵改為環(huán)形鋼板。檔鐵焊接在支腿旋轉(zhuǎn)座上，是否存在對(duì)支腿承載力及鋼結(jié)構(gòu)不造成任何影響，我們將其去掉，在支腿轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)外側(cè)加焊一個(gè)厚度為5 mm的環(huán)形鐵板，作為距離傳感器器檢測(cè)的對(duì)象，同時(shí)由于受到距離的限制，傳感器不會(huì)感應(yīng)到鋼轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)。

（3）采用模塊化布線傳輸信號(hào)方式，實(shí)現(xiàn)更好的人機(jī)界面。國(guó)產(chǎn)起重機(jī)除N100起重機(jī)外，全部有顯示器界面，具有中央處理器系統(tǒng)，有的上車(chē)和下車(chē)各一個(gè)，為采用電信號(hào)的傳輸和分析提供了良好的環(huán)境，通過(guò)軟件編程，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)支腿工作狀況的判斷和監(jiān)控。

4 改進(jìn)后的優(yōu)越性及達(dá)到的效果

（1）實(shí)現(xiàn)單個(gè)傳感器發(fā)生故障的快速判斷；接近開(kāi)關(guān)帶有電源指示和動(dòng)作指示，一但電路或傳感器發(fā)生故障，可以從燈光指示上就可以迅速判斷出，而且接近開(kāi)關(guān)采用PACK接頭插接件連接，維修更換方便。

（2）將接觸動(dòng)作改為光電感應(yīng)；接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)鐵物是非碰觸式感應(yīng)，而且感應(yīng)距離是5 mm，這樣就能很好的消除支腿機(jī)構(gòu)機(jī)械間隙誤差，首次安裝調(diào)整好距離后，即使支腿支撐臂固定軸銷(xiāo)存在一定間隙況量，在起重機(jī)工作時(shí)鐵物與傳感器感應(yīng)面的距離發(fā)生一定變化時(shí)，傳感器仍然能正常工作，不會(huì)造成信號(hào)中斷，傳感器也不會(huì)被碰壞掉，保證了起重機(jī)作業(yè)安全。

（3）實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)傳輸信號(hào)；每個(gè)支腿有三個(gè)接近開(kāi)關(guān)（假設(shè)分別為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)），在6 m支腿時(shí)，三個(gè)接近開(kāi)關(guān)都亮；4.8 m-6 m之間，1號(hào)、2號(hào)兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)亮；3.5 m-4.8 m之間，1號(hào)接近開(kāi)關(guān)亮。當(dāng)支腿展開(kāi)時(shí)，首先是1號(hào)接近開(kāi)關(guān)感應(yīng)到環(huán)型鐵板后，輸出高電平信號(hào)至系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為支腿跨距是3.5 m；支腿繼續(xù)展開(kāi)，當(dāng)1號(hào)、2號(hào)接近開(kāi)關(guān)都感應(yīng)到環(huán)型鐵板后，均輸出高電平信號(hào)至系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為支腿跨距是4.8 m；支腿繼續(xù)展開(kāi)，當(dāng)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)接近開(kāi)關(guān)都感應(yīng)到環(huán)型鐵板后，三個(gè)接近開(kāi)關(guān)都輸出高電平信號(hào)至系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為支腿跨距是6.0 m。可見(jiàn)，支腿跨距檢測(cè)是連續(xù)的，不存在檢測(cè)盲區(qū)。

（4）建立良好的人機(jī)界面；通過(guò)人機(jī)界面，可以快速判斷故障點(diǎn)，顯示器顯示各個(gè)傳感器的接觸情況，司機(jī)通過(guò)顯示器即可發(fā)現(xiàn)哪個(gè)傳感器發(fā)生故障，可以快速排除。

（5）克服了救援現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的制約；支持各個(gè)支腿混打，避免了受到地理環(huán)境的限制，提高起重機(jī)性能的發(fā)揮。通過(guò)軟件編程，系統(tǒng)首先分別判斷出各個(gè)支腿的跨距狀態(tài)，然后綜合判斷確定起重機(jī)支腿跨距形式，并根據(jù)最終結(jié)果進(jìn)行工況選擇，選擇相應(yīng)吊重性能曲線進(jìn)行吊重作業(yè)。比如三個(gè)支腿跨距是6.0 m，一個(gè)支腿跨距是4.8 m，系統(tǒng)就認(rèn)為起重機(jī)支腿跨距形式是4.8 m，進(jìn)而選擇相應(yīng)的工況及性能曲線表進(jìn)行吊重作業(yè)。這樣，不僅滿足了起重機(jī)在復(fù)雜邊界地理環(huán)境下的正常作業(yè)，也保證了起重機(jī)的安全。

5 結(jié)束語(yǔ)

鐵路救援起重機(jī)新型支腿跨距檢測(cè)方式，采用了高性能的接近開(kāi)關(guān)，通過(guò)科學(xué)合理的安裝，同時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行軟件編程，有效地解決了原用行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)支腿跨距的缺陷?，F(xiàn)在已經(jīng)完成對(duì)南京東救援列車(chē)配屬的NS1602-4005和金華救援列車(chē)配屬的NS1252-2012兩臺(tái)鐵路起重機(jī)進(jìn)行了更新改造，經(jīng)過(guò)救援、施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用，新型支腿跨距檢測(cè)方式，運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，操作維護(hù)簡(jiǎn)便，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，既有國(guó)產(chǎn)鐵路起重機(jī)均可安裝使用，對(duì)路外一些起重機(jī)械應(yīng)用前景廣闊。