董鵬林，柴 威，魏東坤

(中海石油(中國)有限公司天津分公司 天津 300459)

1 研發(fā)背景

吊機在運行過程中鋼絲繩經(jīng)常會出現(xiàn)跳繩的情況，嚴重影響吊裝的安全，以往的設(shè)計改造主要針對防止跳繩，而真正出現(xiàn)跳繩時，往往吊車司機無法第一時間知曉，繼續(xù)操作吊車又會對鋼絲繩產(chǎn)生進一步的損傷，存在極大的安全隱患。因此需對吊車鋼絲繩狀態(tài)進行實時監(jiān)控并在鋼絲繩出現(xiàn)異常時進行報警，保證吊車平穩(wěn)運行。

2 技術(shù)簡介

2.1 設(shè)備工作原理

防跳繩裝置(圖1)一般是用合適的扁鐵或圓鋼彎制成U型，然后固定在滑輪支架的兩側(cè)，而且與滑輪外緣間隙不得超過鋼絲繩直徑的20%。主要安裝于各個導向滑輪上，其外觀看似簡單容易，但是功能卻不容忽視，這也是防止鋼絲繩從滑輪槽里跳出來的唯一裝置。

在使用過程中，有時會出現(xiàn)鋼絲繩擠出防跳繩裝置的情況，而當出現(xiàn)此現(xiàn)象時，往往吊車司機無法第一時間知曉，繼續(xù)操作吊車又會對對鋼絲繩產(chǎn)生進一步的損傷，存在極大的安全隱患。本次改造就是為了防止該現(xiàn)象的發(fā)生，并起到預(yù)警作用。

本次改造在吊車滾筒上安裝防碰撞預(yù)警裝置，當出現(xiàn)跳繩現(xiàn)象時，鋼絲繩會觸動機械彈簧裝置動作，同步觸發(fā)接近開關(guān)動作，進而觸發(fā)報警傳至駕駛室內(nèi)進行提醒(必要時可直接觸發(fā)關(guān)停)。

本次改造主要組成部分為：觸發(fā)機構(gòu)、接近開關(guān)、報警電路。

2.1.1 觸發(fā)機構(gòu)

該觸發(fā)機構(gòu)由彈簧和“ㄇ”字架組成(圖2)，通過彈簧的拉伸力將“ㄇ”字架固定在距離鋼絲繩直徑20%的位置，當出現(xiàn)鋼絲繩跳繩時，鋼絲繩的擠壓力會觸發(fā)機構(gòu)發(fā)生機械變化。

2.1.2 接近開關(guān)

接近開關(guān)又稱無觸點接近開關(guān)，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當金屬檢測體接近開關(guān)的感應(yīng)區(qū)域，開關(guān)就能無接觸、無壓力、無火花地迅速發(fā)出電氣指令，準確反映出運動機構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對惡劣環(huán)境的適用能力，也是一般機械式行程開關(guān)所不能相比的。它廣泛地應(yīng)用于機床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動控制系統(tǒng)中可作為限位、計數(shù)、定位控制和自動保護環(huán)節(jié)等。如上述，根據(jù)接近開關(guān)的功能性，本次改造將利用接近開關(guān)將跳繩信號通過控制回路傳送至駕駛室或者PLC內(nèi)，通過將接近開關(guān)固定在觸發(fā)機構(gòu)的橫桿上(圖3)，調(diào)整距離至觸發(fā)機構(gòu)的轉(zhuǎn)動桿5 mm位置即可，當出現(xiàn)跳繩現(xiàn)象時，鋼絲繩會同步觸動機械彈簧裝置動作，屆時接近開關(guān)也會同步動作。

2.1.3 報警電路

報警電路是以直觀顯示或聲音報警方式向操作員報告機器狀態(tài)或者危險情況的電路。本次電路是專門為接近開關(guān)設(shè)計的報警回路，其功能滿足以下兩方面要求：

①能通過硬線將報警信號傳輸至駕駛室，并通過聲光報警的形式體現(xiàn)。

②具有報警確認功能，當出現(xiàn)跳繩時，鋼絲繩擠出滾筒后，觸發(fā)機構(gòu)會自動復(fù)位至原位置，因此要求該報警觸發(fā)后要一直保持，直到現(xiàn)場確認無誤后再通過復(fù)位按鈕進行確認及系統(tǒng)復(fù)位。

為了保證以上功能的實現(xiàn)，通過自主設(shè)計完成報警電路，并進行線下測試功能正常(圖4)。

2.2 制作過程

2.2.1 觸發(fā)機構(gòu)安裝

對波浪補償裝置(為例)上的滾筒進行改造，安裝觸發(fā)機構(gòu)(圖5)，確保當出現(xiàn)跳繩情況時能觸發(fā)彈簧機構(gòu)動作，進而觸發(fā)預(yù)警裝置。

2.2.2 接近開關(guān)安裝

在橫桿上安裝固定接近開關(guān)(圖6)，并且調(diào)整接近開關(guān)距離觸發(fā)機構(gòu)的轉(zhuǎn)動桿距離，確保探測面距離轉(zhuǎn)動桿金屬面間距在5 mm且不能接觸到金屬面，以防止觸發(fā)機構(gòu)動作回彈后不觸碰接近開關(guān)。

2.2.3 報警電路布置

根據(jù)電路圖對駕駛室內(nèi)各元件(報警燈、復(fù)位按鈕)進行安裝定位，對220 VAC、24 VDC供電進行配置，對整體測試電路進行連接。該系統(tǒng)預(yù)留了DO點以備后期接入PLC系統(tǒng)，當出現(xiàn)跳繩時可直接觸發(fā)設(shè)備停機。

2.3 設(shè)備調(diào)試

安裝完畢后的防跳繩預(yù)警裝置能在鋼絲繩發(fā)生跳繩時，通過鋼絲繩機械觸動彈簧裝置，進而造成接近開關(guān)動作，觸發(fā)駕駛室內(nèi)報警燈發(fā)出聲光警報，駕駛員在聽到報警后需立即停止作業(yè)，現(xiàn)場確認鋼絲繩狀態(tài)，并進行相應(yīng)處理。處理完畢后，需手動按動復(fù)位按鈕對系統(tǒng)進行復(fù)位，否則警報將一直存在。

3 經(jīng)濟性

本次鋼絲繩防跳繩裝置的研發(fā)工作，從設(shè)計、試驗到完成共歷時19 d，總工時約380 h。同時，此次改造涉及高空作業(yè)、動火作業(yè)、舷外等多方面危險作業(yè)，增加了現(xiàn)場施工的難度及工作量。

該預(yù)警裝置所需的備件由接近開關(guān)、扁鐵、彈簧、繼電器、聲光報警器、單觸點按鈕、導線、接線端子等組成，共計花費備件費800元，但是能夠有效避免鋼絲繩跳繩所帶來的安全隱患，規(guī)避吊裝事故的發(fā)生，性價比極高。

4 結(jié) 語

此次鋼絲繩狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)改造工作，完全自主研發(fā)設(shè)計并制作完成。此套防跳繩預(yù)警裝置切實保障了吊機的穩(wěn)定運行，避免了鋼絲繩跳繩造成的吊裝安全隱患。此預(yù)警裝置的應(yīng)用，可使吊車司機在作業(yè)過程中更好地了解鋼絲繩的運行狀況，有效提升吊裝作業(yè)安全，而且本次改造成本低，該設(shè)備可向整個吊車行業(yè)進行推廣使用。在后期還可要求吊車廠家在設(shè)計階段直接安裝改造，以提高設(shè)備的安全可靠性?！?/p>