賴慶軍 劉利文 黃永振

廣東省特種設(shè)備檢測研究院河源檢測院 河源 517000

0 引言

吊運熔融金屬起重機工作環(huán)境惡劣，具有粉塵多、環(huán)境溫度高、振動沖擊大等特點，其安全保護裝置對主機的安全穩(wěn)定運行發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。然而，在實際檢驗中，對吊運熔融金屬起重機安全保護裝置（如超速保護、電動機定子異常失電保護、驅(qū)動裝置故障保護、工作制動器接觸器損壞、防粘連保護以及起升高度限位保護等）的檢驗檢測操作過程存在一定危險性，易引發(fā)安全事故，檢驗人員在現(xiàn)場往往難以快速有效地進行判定(大多通過查閱相關(guān)出廠資料和設(shè)計文件進行確認)或需要花費大量的時間精力逐一進行排查驗證，效率低下，準確率不高，存在相當危險性，影響檢驗工作效率的提高。

目前，我國現(xiàn)行的相關(guān)檢驗檢測規(guī)程和技術(shù)規(guī)范對吊運熔融金屬起重的安全防護裝置也提出了嚴格要求，GB/T 3811—2008《起重機設(shè)計規(guī)范》、JB/T 7688.1—2008《冶金起重機技術(shù)條件 第1部分：通用條件》、GB 6067.5—2014《起重機械安全規(guī)程 第5部分 橋式和門式起重機》、TSG Q 7015—2016《起重機械定期檢驗規(guī)則》以及TSG Q 7016—2016《起重機械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗規(guī)則》等對吊運熔融金屬起重機超速保護、電動機定子異常失電保護、驅(qū)動裝置故障保護、工作制動器接觸器損壞、粘連保護以及高度限位保護等都提出了嚴格的檢測要求。

1 起重機安全保護裝置檢測基本情況

1）超速保護檢測方面

目前，該項目現(xiàn)場檢驗通過檢驗人員查閱設(shè)計文件和出廠資料等方式予以確認，現(xiàn)場試驗存在很大危險性，故對其功能是否有效難以驗證。

2）電動機定子異常失電保護檢測方面

該項目現(xiàn)場檢驗要模擬電動機定子失電的情況下驗證電動機定子異常失電保護是否有效，需要短接相關(guān)的安全回路，切斷電動機動力回路或正反向接觸器線圈回路，加上現(xiàn)場檢驗環(huán)境惡劣，粉塵多，檢驗人員很難在短時間內(nèi)完成以上操作，且操作中可能引發(fā)重大安全事故，對其功能的有效性難以做出準確判定。

3）驅(qū)動裝置故障保護檢測方面

該項目檢驗在現(xiàn)場需要斷開2套驅(qū)動裝置其中1套驅(qū)動裝置的動力源，以驗證另一套驅(qū)動裝置是否能帶額載完成一個工作循環(huán)。在實際檢驗過程中，該項目的操作費時費力且操作中容易引發(fā)重大安全事故，對其功能的有效性難以做出判定。

4）工作制動器接觸器損壞、粘連保護方面

由于吊運熔融金屬起重機的作業(yè)環(huán)境粉塵較多，接觸器等電氣元件容易積灰，導(dǎo)致觸點回路不通或粘連，使得現(xiàn)場檢驗時實際驗證的有效性存在很大安全隱患，易引發(fā)安全事故，難以判定其功能的有效性。

5）高度限位保護方面

吊運熔融金屬起重機高度限位一般都設(shè)有2套，其中一級多為重錘式或開關(guān)式限位裝置，更高一級限位裝置多為螺桿式，該項目檢驗對于第1級限位裝置功能的驗證很容易實現(xiàn)，但對于更高一級的限位裝置的驗證則需要斷開第1級限位裝置控制回路才能實現(xiàn)；而該過程操作費時，且存在危險性，不利于檢驗效率的提高。

基于此，開發(fā)一套能快速診斷、高精度、定性定量檢測的吊運熔融金屬起重機安全保護裝置綜合檢測系統(tǒng)及其裝置，實現(xiàn)對超速保護、電動機定子異常失電保護、驅(qū)動裝置故障保護、工作制動器接觸損壞、防粘連保護以及高度限位保護等功能的快速、準確、高效檢測，彌補當前國內(nèi)吊運熔融金屬起重機安全保護裝置綜合檢測技術(shù)上的不足，提升吊運熔融金屬起重機安全保護裝置傳統(tǒng)檢測技術(shù)，保障企業(yè)吊運熔融金屬起重機安全穩(wěn)定運行，具有十分重要的意義。

2 安全保護裝置綜合檢測系統(tǒng)工作原理及實現(xiàn)

在現(xiàn)有技術(shù)中，檢測起重機安全保護裝置通常是將開關(guān)拆卸，然后采用小型設(shè)備模擬起重機安全保護裝置的動作場景進行檢測，或是對裝置進行單獨測試；拆卸后模擬場景的檢測方法不能具體模擬出起重機的具體場景，而單獨測試則會造成人力物力資源的浪費，且增加人身安全的風(fēng)險?；诖耍疚脑O(shè)計了一種起重機安全保護裝置綜合檢測系統(tǒng)及方法，該檢測系統(tǒng)及方法可省人力物力，減少安全風(fēng)險，極大地提高了檢測效率。

2.1 工作原理及流程

1）S1檢測方法 控制起重機吊鉤下落速度大于等于第1預(yù)設(shè)閾值，使超速保護開關(guān)動作，對吊鉤進行制動，檢測超速保護開關(guān)動作時第1檢測回路的第1電流；

2）S2檢測方法 根據(jù)第1電流，確定超速保護開關(guān)為正常保護開關(guān)；

3）S3檢測方法 控制起重機電動機定子斷電，使定子失電保護開關(guān)動作，檢測定子失電保護開關(guān)動作時第2檢測回路的第2電流；

4）S4檢測方法 根據(jù)第2電流，確定超速保護開關(guān)為正常保護開關(guān)；

5）S5檢測方法 控制起重機吊鉤上升至第1預(yù)設(shè)高度，使第1限位開關(guān)斷開，檢測第1限位開關(guān)斷開后第3檢測回路的第3電流；

6）S6檢測方法 根據(jù)第3電流，確定第1限位開關(guān)為正常保護開關(guān)；

7）S7檢測方法 若第1限位開關(guān)為正常保護開關(guān)，閉合備用開關(guān)，控制起重機吊鉤持續(xù)上升至第2預(yù)設(shè)高度，使第2限位開關(guān)動作，檢測第2限位開關(guān)動作后第3檢測回路的第4電流；

8）S8檢測方法 根據(jù)第4電流，確定第2限位開關(guān)為正常保護開關(guān)；

9）S9檢測方法 當超速保護開關(guān)、定子失電保護開關(guān)、第1限位開關(guān)及第2限位開關(guān)均為正常保護開關(guān)時，則確定保護裝置為正常保護裝置。

2.2 檢測方法的實現(xiàn)

1）S1檢測方法的實現(xiàn)

控制起重機吊鉤下落速度大于等于第1預(yù)設(shè)閾值，使超速保護開關(guān)動作，對吊鉤進行制動，檢測超速保護開關(guān)動作時第一檢測回路的第1電流。其中第1預(yù)設(shè)閾值為檢測人員根據(jù)起重機額定速度以及超速保護動作規(guī)定的速度定義的速度閾值即額定速度的1.25～1.4倍。第1檢測回路指起控制重機吊鉤自由落體下落并檢測速度的回路，為超速保護開關(guān)所在的回路?？刂破鹬貦C吊鉤下落可通過將超速試驗接觸器串聯(lián)在制動器前段，使起重機內(nèi)部的制動器打開，從而讓吊鉤輕載自由落體，測量起重機下降速度。當速度大于等于預(yù)設(shè)的速度閾值時，會觸發(fā)起重機的超速保護開關(guān)，通過檢測模塊的高精度旋轉(zhuǎn)編碼器檢測采樣第1檢測回路的第1電流，根據(jù)第1電流可確定超速保護開關(guān)是否故障。

2）S2檢測方法的實現(xiàn)

根據(jù)第1電流，確定超速保護開關(guān)為正常保護開關(guān)，超速保護開關(guān)為常開開關(guān)。第1電流為超速保護開關(guān)正常閉合時的第1檢測回路的回路電流，根據(jù)第1電流可以確定超速保護開關(guān)在起重機吊鉤下落速度大于等于一定速度時是否可以正常動作。若超速保護開關(guān)可以正常閉合，則第1檢測回路的電流大于等于一定電流閾值，通過設(shè)定閾值可判斷超速保護開關(guān)是否正常閉合。

3）S3檢測方法的實現(xiàn)

控制起重機電動機定子斷電，使定子失電保護開關(guān)動作，檢測定子失電保護開關(guān)動作時第2檢測回路的第2電流。第2檢測回路可以是起重機電動機定子所在的電氣回路，而定子失電保護開關(guān)為常開開關(guān)。當起重機電動機定子斷電時，定子失電保護開關(guān)閉合；當定子失電保護開關(guān)閉合時，可通過檢測裝置檢測回路的電流，以判定定子失電保護開關(guān)是否發(fā)生動作。

4）S4檢測方法的實現(xiàn)

根據(jù)第2電流，確定定子失電保護開關(guān)為正常保護開關(guān)。先設(shè)定一個電流閾值，當定子失電保護開關(guān)閉合時，可以檢測第2檢測回路的電流，通過第2電流與電流閾值的比較確定定子失電保護開關(guān)是否正常閉合。

5）S5檢測方法的實現(xiàn)

控制起重機吊鉤上升至第1預(yù)設(shè)高度，使第1限位開關(guān)斷開，檢測第1限位開關(guān)閉合時第3檢測回路的第3電流。第3檢測回路可以是起重機第1限位開關(guān)所在的電氣回路，而第1限位開關(guān)則為常閉開關(guān)。當起重機吊鉤上升至第1預(yù)設(shè)高度時，第1限位開關(guān)斷開；當?shù)?限位開關(guān)斷開時，可通過檢測裝置檢測回路的電流，以判定第一限位開關(guān)是否發(fā)生動作。

6）S6檢測方法的實現(xiàn)

根據(jù)第3電流，確定第1限位開關(guān)為正常保護開關(guān)。先設(shè)定一個電流閾值，當?shù)?限位開關(guān)斷開時，可以檢測第3檢測回路的電流，通過第3電流與電流閾值的比較確定第1限位開關(guān)是否正常斷開。

7）S7檢測方法的實現(xiàn)

若第1限位開關(guān)為正常保護開關(guān)，閉合備用開關(guān)，控制起重機吊鉤持續(xù)上升至第2預(yù)設(shè)高度，使第2限位開關(guān)動作，檢測第2限位開關(guān)動作時第四檢測回路的第4電流。由于第1限位開關(guān)與第2限位開關(guān)所處檢測回路為同一個回路，當?shù)?限位開關(guān)正常斷開時，需要閉合備用開關(guān)，使第3檢測回路保持正常工作，然后控制起重機吊鉤繼續(xù)上升至第2預(yù)設(shè)高度，使第2限位開關(guān)動作，第2限位開關(guān)為常閉開關(guān)，可以通過斷開后檢測回路的電流確定第2限位開關(guān)是否能正常閉合。若第1限位開關(guān)為故障開關(guān)，控制起重機吊鉤持續(xù)上升至第2預(yù)設(shè)高度，使第2限位開關(guān)動作，檢測第2限位開關(guān)動作時第4檢測回路的第4電流。若第1限位開關(guān)不能正常斷開，則不需閉合備用開關(guān)，可以控制起重機繼續(xù)上升到第2預(yù)設(shè)高度，使第2限位開關(guān)動作，檢測第2限位開關(guān)斷開后時第4檢測回路的第4電流。其中第2預(yù)設(shè)高度為預(yù)先設(shè)定的高度，可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整的高度。

8）S8檢測方法的實現(xiàn)

根據(jù)第4電流，確定第2限位開關(guān)為正常保護開關(guān)。先設(shè)定一個電流閾值，當?shù)?限位開關(guān)斷開后，可檢測第3檢測回路的第4電流，通過第3、第4電流與電流閾值的比較確定第2限位開關(guān)是否正常斷開，可以確定超速保護開關(guān)為正常保護開關(guān)，即當?shù)?電流大于等于所述第1預(yù)設(shè)電流閾值，以確定超速保護開關(guān)為正常保護開關(guān)；若第1電流小于所述第1預(yù)設(shè)電流閾值，以確定超速保護開關(guān)為正常保護開關(guān)。

9）S9檢測方法的實現(xiàn)

當超速保護開關(guān)、定子失電保護開關(guān)、第1限位開關(guān)以及第2限位開關(guān)均為正常保護開關(guān)，則確定保護裝置為正常保護裝置。當超速保護開關(guān)、定子失電保護開關(guān)、第1限位開關(guān)以及第2限位開關(guān)均為正常保護開關(guān)且能正常實現(xiàn)動作時，可確定起重機的安全保護裝置為正常保護裝置，具體可將超速保護開關(guān)、定子失電保護開關(guān)、第1限位開關(guān)以及第2限位開關(guān)正常與故障結(jié)果以及保護裝置的結(jié)果進行二值化，超速保護開關(guān)正常為1，故障為0，通過與運算將所有的檢測結(jié)果關(guān)聯(lián)起來，得到保護裝置的結(jié)果。若任一個或多個保護開關(guān)均不能正常動作，則起重機的安全保護裝置為故障保護裝置，相關(guān)檢測人員可以先確定故障源頭并進行維修。

3 安全保護裝置綜合檢測系統(tǒng)的實現(xiàn)

根據(jù)上述的實施方案和檢測方法，設(shè)計開發(fā)了起重機安全保護裝置綜合檢測系統(tǒng)，可實現(xiàn)超速保護、電動機定子異常失電保護、雙高度限位保護故障、制動器接觸器故障以及驅(qū)動裝置故障的高效檢測。

1）操作界面

操作界面如圖1、圖2所示，通過選擇不同的檢測模塊可實現(xiàn)各個功能的檢測。

圖1 檢測系統(tǒng)界面

圖2 檢測系統(tǒng)各檢測單元

2）超速保護檢測

超速保護檢測模塊操作界面如圖3所示，在“參數(shù)設(shè)置”欄輸入?yún)?shù)(如1 000 RPM)，點擊按鍵“開始測試”。測試設(shè)備(速度驅(qū)動模塊)開始模擬驅(qū)動起重機超速保護裝置轉(zhuǎn)動，在“實時轉(zhuǎn)速”欄顯示當前轉(zhuǎn)速，當超速保護裝置旋轉(zhuǎn)到一定閾值時，測試儀器停止工作，并在“動作速度”欄顯示動作時轉(zhuǎn)速，同時測試界面“電氣動作開關(guān)”亮紅燈，表示測試結(jié)束；最后在“轉(zhuǎn)速比值”欄顯示動作速度/額定速度的比值，即可判定該超速保護裝置動作是否有效。

圖3 超速保護檢測

3）電動機定子異常失電檢測

電動機定子異常失電檢測操作界面如圖4所示，2個按鍵互斥，即同時只有一個按鍵有效，“回路電流”（C相電流）通過RS485總線讀取，實時監(jiān)測并顯示對應(yīng)功能的數(shù)據(jù)；點擊按鍵“上升控制回路故障”，連續(xù)采集5個制動器回路電流值，如果制動器回路電流值均小于1 mA，則對應(yīng)按鍵下方的LED顯示綠色，表示保護功能有效；否則對應(yīng)按鍵下方的LED顯示紅色，表示保護功能無效。同理，“下降控制回路故障”檢測功能的實現(xiàn)同“上升控制回路故障”功能檢測一樣。

圖4 電動機定子異常失電檢測

4）雙高度限位裝置檢測

雙高度限位裝置檢測操作界面如圖5所示，點擊按鍵“第一級高度限位開關(guān)檢測”，實時采集監(jiān)測電壓和回路電流。如果連續(xù)采集5個監(jiān)測電壓值均大于20 V、連續(xù)采集5個回路電流值均小于1 mA時，則對應(yīng)按鍵下方的LED顯 示綠色，表示保護功能有效，否則對應(yīng)按鍵下方的LED顯示紅色，表示保護功能無效。同理 “第二級高度限位開關(guān)檢測”功能的實現(xiàn)與“第一級高度限位開關(guān)檢測”相同。

圖5 雙高度限位裝置檢測

5）制動器接觸器故障檢測

制動器接觸器故障檢測操作界面如圖6所示，點擊按鍵“開始測試”，連續(xù)采集 5個制動器回路電流值，如果制動器回路電流值均小于 1 mA，則對應(yīng)按鍵下方的LED顯示綠色，表示保護功能有效，否則對應(yīng)按鍵下方的LED顯示紅色，表示保護功能無效。

圖6 制動器接觸器故障檢測

6）驅(qū)動裝置故障檢測

驅(qū)動裝置故障檢測操作界面如圖7所示，2個按鍵互斥，即同時只有1個按鍵有效，當點擊按鍵“模擬驅(qū)動裝置一故障”，觀察驅(qū)動裝置2能否啟動，并能保證起重機額載下能完成1個正常的工作循環(huán)，同理當點擊按鍵“模擬驅(qū)動裝置二故障”，觀察驅(qū)動裝置1能否啟動，并能保證起重機額載下能完成一個正常的工作循環(huán)。

圖7 驅(qū)動裝置故障檢測

4 結(jié)束語

本文設(shè)計的基于吊運熔融金屬起重機安全保護裝置綜合檢測系統(tǒng)的開發(fā)能快速、準確、高效診斷各項安全保護裝置的有效性，保障吊運熔融金屬起重機安全穩(wěn)定運行，提高檢驗工作效率，彌補當前國內(nèi)吊運熔融金屬起重機安全保護裝置綜合檢測技術(shù)上的空缺，提升吊運熔融金屬起重機安全保護裝置傳統(tǒng)檢測技術(shù)，保障企業(yè)吊運熔融金屬起重機安全穩(wěn)定運行，以適應(yīng)我國吊運熔融金屬起重機保有量大、需求量大、安全性能要求高、與上述安全保護引發(fā)的相關(guān)事故頻發(fā)的形勢相適應(yīng)。