吊機鋼絲繩防跳繩預警裝置的研發及應用

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 研發背景

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

2 技術簡介

2.1 設備工作原理

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，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，有時會出現鋼絲繩擠出防跳繩裝置的情況，而當出現此現象時，往往吊車司機無法第一時間知曉，繼續操作吊車又會對對鋼絲繩產生進一步的損傷，存在極大的安全隱患。本次改造就是為了防止該現象的發生，并起到預警作用。

本次改造在吊車滾筒上安裝防碰撞預警裝置，當出現跳繩現象時，鋼絲繩會觸動機械彈簧裝置動作，同步觸發接近開關動作，進而觸發報警傳至駕駛室內進行提醒(必要時可直接觸發關停)。

本次改造主要組成部分為：觸發機構、接近開關、報警電路。

2.1.1 觸發機構

該觸發機構由彈簧和“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，當出現鋼絲繩跳繩時，鋼絲繩的擠壓力會觸發機構發生機械變化。

2.1.2 接近開關

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

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或者危險情況的電路。本次電路是專門為接近開關設計的報警回路，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。

②具有報警確認功能，當出現跳繩時，鋼絲繩擠出滾筒后，觸發機構會自動復位至原位置，因此要求該報警觸發后要一直保持，直到現場確認無誤后再通過復位按鈕進行確認及系統復位。

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

2.2 制作過程

2.2.1 觸發機構安裝

對波浪補償裝置(為例)上的滾筒進行改造，安裝觸發機構(圖5)，確保當出現跳繩情況時能觸發彈簧機構動作，進而觸發預警裝置。

2.2.2 接近開關安裝

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

2.2.3 報警電路布置

根據電路圖對駕駛室內各元件(報警燈、復位按鈕)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。該系統預留了DO點以備后期接入PLC系統，當出現跳繩時可直接觸發設備停機。

2.3 設備調試

安裝完畢后的防跳繩預警裝置能在鋼絲繩發生跳繩時，通過鋼絲繩機械觸動彈簧裝置，進而造成接近開關動作，觸發駕駛室內報警燈發出聲光警報，駕駛員在聽到報警后需立即停止作業，現場確認鋼絲繩狀態，并進行相應處理。處理完畢后，需手動按動復位按鈕對系統進行復位，否則警報將一直存在。

3 經濟性

本次鋼絲繩防跳繩裝置的研發工作，從設計、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、動火作業、舷外等多方面危險作業，增加了現場施工的難度及工作量。

該預警裝置所需的備件由接近開關、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，規避吊裝事故的發生，性價比極高。

4 結 語

此次鋼絲繩狀態監控系統改造工作，完全自主研發設計并制作完成。此套防跳繩預警裝置切實保障了吊機的穩定運行，避免了鋼絲繩跳繩造成的吊裝安全隱患。此預警裝置的應用，可使吊車司機在作業過程中更好地了解鋼絲繩的運行狀況，有效提升吊裝作業安全，而且本次改造成本低，該設備可向整個吊車行業進行推廣使用。在后期還可要求吊車廠家在設計階段直接安裝改造，以提高設備的安全可靠性。■