庫內機車車頂作業安全防護系統研制與應用

段良彬　上海鐵路局南京東機務段

通過對機務段庫內機車作業的組織、庫頂設備情況的調研，作業人員安全帶無處懸掛，機車車頂作業存在較大的安全隱患。如設置固定式安全吊梁，將與行車等起重設備運行時發生沖突。因此，設計制造安裝可遙控電動升降式車頂作業人員安全吊梁裝置，既避免了與行車等起重設備沖突，又可以保障作業者的人身安全，同時也對提升機車車頂作業質量大有裨益。

1　概況

該系統原理圖見圖1。

圖1　原理圖

（1）機車上臺位檢修，作業人員上車頂后，遙控降下安全吊梁，將安全帶懸掛在吊梁的移動安全卡環上，作業人員在車頂前后作業時，安全帶隨之移動。

（2）為保證安全保障系統與行車等庫頂設備不發生交叉作業，而可能帶來的安全隱患，設計電子警示屏，提示行車司機不得進入；并且采用紅外測距技術，當行車超出安全距離時，防撞裝置動作，切斷行車電源。

（3）由于安全保障系統在庫頂，不利于檢查和檢修，設計設備可視化監控裝置，可在監視器上觀測設備的技術狀態，同時，方便檢查作業人員車頂作業的執標情況。

（4）采用聲光報警裝置，提示周圍人員，車頂作業正在進行，注意安全。

2　系統介紹

2.1　安全吊梁

按車頂作業最多3人每人75kg計算，總重量為M人=225kg,考慮到機車長度21m，則將安全吊梁長度設計為22 m。

工字鋼采用四點懸掛，這樣可以最大限度的減少工鋼的彎曲變形，按許用彎曲強度[σ]=120MPa，許用剪應力[τ]=60 MPa，計算確定工鋼型號。

解：吊車梁可簡化成一長為5.5m的簡支梁，則：

首先按正應力強度條件確定梁的抗彎截面系數：當載荷作用于梁中點時，梁的彎矩為最大，其值為：Mmax=1/4PL=0.25×2.25×5.5=3.1kN·m

根據強度條件

抗彎截面系數Wz≥Mmax/[σ]=2.6×104mm3

從型鋼表中查得10工字鋼的抗彎截面系數為4.9×104 mm3，初選10號工字鋼。

校核最大剪應力作用點的強度：Qmax=2.25kN

根據剪應力的強度條件

由型鋼表查得10工字鋼的D=4.5mm,Iz/(Sz)MAX=161.2mm代入公式得

最大剪應力τmax=3.1MPa＜[τ]

故選用10號工字鋼。

且設計出配套的安全帶卡環，能以工字鋼作為軌道，自由滑動，示意圖見圖2。

2.2　電動葫蘆

查《機械設計手冊》得：10號工字鋼單位質量ρ=11.2kg/m，則工字鋼質量M鋼=ρ×22m=246.4kg，成年人的體重按3人每人75kg計算，得總重：M=M鋼+M人=471.4kg。

取安全系數λ=2,則MS=942.8kg，查找相關產品目錄，選用1t電動葫蘆。

將電動葫蘆通過夾板吊裝在梁上。

圖2　安全卡環示意圖

2.3　行車防撞系統

定修庫內裝有10t行車、5t行車各1臺，經過查閱使用說明書，并實際測速，2臺行車的最大運行速度為80m/min。

據公式求得最大制動距離SMAX=80/15=5.3m，最小制動距離SMIN=80×80／5000=1.28m。

取安全系數λ=1.2，則S=6.36m，取整數，將防撞裝置的檢測距離設為7m。

查找相關產品目錄，選用起重機激光型防撞儀KJTJGFZ-1型，測距范圍為3m-12m。

該型產品采用單點限位檢測，內置一個檢測單元和反射多棱鏡構成一個系統，調試時接上電源防撞儀上發出的紅色激光點，對準對面行車上的多棱反射鏡，當行車運行超過預置安全距離時，防撞儀檢測到反饋的反射光脈信號，繼電器動作，切斷行車電源，強制行車停車制動。

2.4　無線遙控裝置

工業無線遙控廣泛用于行車控制領域，相關產品已經很成熟。通過手持的發射機向安裝在電控箱外部的接收機發出信號，接收機解碼后，能夠實現準確控制行車運行，吊鉤的上升、下降等動作。具體如圖3。

圖3　無線遙控原理圖

根據庫內情況，遙控距離為20m，要實現吊梁上升、下降兩個動作，查閱相關產品目錄，無線遙控采用F21-E2B型接收器和E2M發射器。

2.5　可視化監控裝置

由于安全保障系統在庫頂，對它進行檢查和檢修很不方便，不利于設備隱患的發現。安裝可視化監控裝置主要目的，是對其技術狀態進行監控，能夠及時發現設備隱患。再者，可以對整個庫房內的行車與安全保障系統，并行作業時的狀況進行監控，發現問題，及時整改。

查閱相關產品，采用硬盤錄像機DVR系統。DVR采用的是數字記錄技術，具有圖像處理、圖像存儲、檢索、備份、以及網絡傳遞、遠程監控等功能，1臺設備就能取代模擬監控系統很多設備功能。

該裝置具體包括海康威視的2臺智能球攝像頭對整個庫房進行監控，選用4臺槍型頭攝像頭對安全保障系統監控。選用4T容量的硬盤錄像機DVR，可以存儲1個月的視頻圖像。選用AOC監視器1臺，各攝像頭畫面可并排分割或切換，監控方便。

2.6　車頂作業安全保障系統電控箱

運行庫內電力機車車頂作業安全保障系統時，應完全避免行車與該裝置發生沖突。因此，須設計光電傳感裝置，檢測到行車靠近，就切斷行車電源，保證車頂作業不受干擾。

車頂作業時安排兩種作業模式：一是一人在電控箱監護，并手動操作安全吊梁，其他車頂作業人員只負責受電弓檢查；二是車頂作業人員采用遙控方式操作安全吊梁，并檢查受電弓。

（1）采用手動方式時將轉換開關置“手動”位；按下“啟動”按鈕，再按“同降”按鈕，安全吊梁下降，至合適位置，按“停止”，著手車頂作業。受電弓檢查結束，按下“啟動”按鈕，再按“同升”按鈕，安全吊梁上升，至庫頂，按“停止”。作業完成。

（2）采用遙控方式操作設備時將轉換開關置“自動”位；車頂作業人員，可手持遙控器，升降安全吊梁至合適位置作業。

（3）設置了吊梁上下限位，保證在上升時，不沖撞庫頂；在下降時，不損壞受電弓。

（4）該吊梁在投入使用前，需調整安全吊梁至水平位，通過電控箱下端“西升”、“西降”、“東升”、“東降”調節，調節好后，使用“同升”、“同降”按鈕，控制安全吊梁的升降。

2.7　聲光報警器

為了警示天車司機等相關作業人員車頂作業已經開始，行車等庫頂移動設備不得靠近，還采用了聲光報警器，起到"雙保險"。將其安裝在離地5m的庫墻醒目位置，并且，設置聲光報警器在吊梁離開電動葫蘆上限位，開始下降時工作，這樣能夠準確及時提醒相關人員。

3　運用情況

通過南京東機務段的使用，該車頂作業安全防護系統較好地滿足現場作業要求。通過測試技術性能指標：

（1）吊梁就位時間：＜1min；

（2）適用不同機型；

（3）激光測距及警示燈在吊梁落下后橋式起重機進入12 m范圍內開始工作，7m范圍內觸發停車；

（4）吊梁符合225kg的承重要求、電動葫蘆符合471.4kg承重要求；

（5）實時監控設備運行狀態。

[1]聞邦椿.《機械設計手冊》.機械工業出版社.

[2]孫訓方.《材料力學》.高等教育出版社.

[3]蘇長贊.《實用遙控技術手冊》.人民郵電出版社.

[4]鄧澤國.《安防視頻監控實訓教程》.電子工業出版社.