塔式起重機(jī)超速保護(hù)裝置失效的案例分析

盧銳昌

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院東莞檢測院，廣東東莞 523000）

0 引言

常見塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)是通過鋼絲繩、卷筒來垂直吊運(yùn)貨物，為保證其安全運(yùn)行，國家制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。GB/T3811-2008 《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》 中的第6.1.1.3.3 條要求，在安全制動(dòng)要求高的起升機(jī)構(gòu)中，為防止起升機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置的損壞而出現(xiàn)安全事故，應(yīng)在鋼絲繩卷筒上裝設(shè)機(jī)械式制動(dòng)器作為安全制動(dòng)用[1]。GB/T5031-2019《塔式起重機(jī)》中第5.4.1.4.3 條要求起重機(jī)動(dòng)臂變幅機(jī)構(gòu)為防止制動(dòng)器或驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)失效，應(yīng)設(shè)有可有操作者和超速保護(hù)開關(guān)控制的、直接作用于卷筒凸緣上的安全制動(dòng)器[2]。TSG Q7016-2016《起重機(jī)械安裝、改造、重大維修監(jiān)督檢驗(yàn)細(xì)則》第C8.2（7）項(xiàng)要求采用渦流制動(dòng)器的起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)、非平衡式變幅機(jī)構(gòu)須設(shè)置超速保護(hù)裝置[3]。超速保護(hù)裝置是起重機(jī)一個(gè)重要的安全保護(hù)裝置。目前，市場上使用的超速保護(hù)裝置可分為機(jī)械式和電子式。超速保護(hù)開關(guān)是一種機(jī)械式控制開關(guān)，其不僅能限制電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，還能快速分?jǐn)嚯娐罚瑥亩Ｕ掀鹬貦C(jī)安全運(yùn)行。通常，它主要用于起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)下降速度超速的保護(hù)電路里。常見的超速保護(hù)開關(guān)一種安裝在電機(jī)內(nèi)部線路，電機(jī)自帶超速保護(hù)裝置；另一種外加的安裝于電機(jī)軸上。對于外置的安裝于電機(jī)軸的超速保護(hù)開關(guān)，需注意其動(dòng)作速度值的設(shè)定。在塔式起重機(jī)檢驗(yàn)中，檢查超速保護(hù)的設(shè)置和整定是一項(xiàng)重要檢驗(yàn)項(xiàng)目。本文主要結(jié)合塔式起重機(jī)超速保護(hù)裝置失效原因，在對超速保護(hù)裝置失效危害分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行起重機(jī)械超速裝置檢驗(yàn)方法的分析。

1 安全隱患情況

近日，東莞檢測院在對一臺(tái)塔式起重機(jī)的監(jiān)督檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)該設(shè)備起升機(jī)構(gòu)的超速保護(hù)裝置存在選型錯(cuò)誤，其動(dòng)作速度與現(xiàn)場塔式起重機(jī)不匹配，造成超速保護(hù)裝置動(dòng)作失效。整體外觀如圖1 所示。安裝單位為廣安市海鄰設(shè)備安裝有限公司；制造單位為長沙中聯(lián)重科科技發(fā)展股份有限公司；型號(hào)為TC7030B；結(jié)構(gòu)形式為小車變幅、固定式；起升機(jī)構(gòu)調(diào)速方式為渦流制動(dòng)器調(diào)速；起升速度為100 m/min；最大起重力矩為160 t·m；減速器型號(hào)為QE1675E；減速機(jī)速比為20.43；超速開關(guān)型號(hào)為LY1-1/1000 D；觸頭動(dòng)作轉(zhuǎn)速為1 330 r/min。

圖1 塔式起重機(jī)整體外觀

從塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)文件（圖2）中可以看出，該塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)采用渦流制動(dòng)器調(diào)速。渦流制動(dòng)器調(diào)速具有系統(tǒng)工作可靠、調(diào)速比大、具有后備工作能力等優(yōu)點(diǎn)，在起重機(jī)調(diào)速方式中被廣泛采用。渦流制動(dòng)器主要由兩部分組成，其一是跟隨驅(qū)動(dòng)電機(jī)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電樞，其二是與電動(dòng)基座裝在一起的感應(yīng)器，它由磁極和激磁極繞組等組成。給渦流制動(dòng)器通入激磁電流后，磁極產(chǎn)生磁通。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)渦流制動(dòng)器的電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁極的磁通切割電樞表面產(chǎn)生渦流，此渦流與磁極的磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，此轉(zhuǎn)矩的方向與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，起著制動(dòng)的作用。起重機(jī)械運(yùn)行過程中，起升與變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)試過程中，機(jī)構(gòu)內(nèi)部的支持制動(dòng)器是處于完全打開的狀態(tài)，對于起重機(jī)械的調(diào)速運(yùn)行沒有起到制動(dòng)作用，而此時(shí)在起重機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)中，作用在電動(dòng)機(jī)軸上的兩個(gè)作用力矩，一個(gè)是由起升機(jī)構(gòu)起升重物所產(chǎn)生的負(fù)載力矩，另一個(gè)則是由起升機(jī)構(gòu)調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置的調(diào)速力矩，通常將這種調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速力矩作為制動(dòng)力矩，通過對力矩大小的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)過于轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制。渦流制動(dòng)調(diào)速主要是通過對于渦流制動(dòng)器勵(lì)磁電流大小的控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對于起重機(jī)械電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大小的調(diào)節(jié)和控制，這種方式在進(jìn)行起重機(jī)械電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大小調(diào)節(jié)過程中，一但出現(xiàn)控制信號(hào)故障或者欠流、欠壓問題時(shí)，會(huì)造成渦流制動(dòng)調(diào)速的力矩消失或者減弱，從而造成起重機(jī)超速運(yùn)行的發(fā)生。

圖2 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)調(diào)速原理

在起重機(jī)作業(yè)過程中，如果重物在下降時(shí)渦流制動(dòng)器出現(xiàn)故障等情況，就會(huì)造成制動(dòng)力矩不足，重物超速下降，造成貨物損壞和人員傷亡的事故。因此，塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)采用渦流制動(dòng)器時(shí)必須設(shè)置超速保護(hù)[4]。

現(xiàn)場塔式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YZRSW280M-4/8（圖3），電動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)過減速機(jī)（圖4）、卷筒后在低速端輸出，并在該輸出軸處安裝超速保護(hù)裝置（圖5），其超速保護(hù)開關(guān)觸頭與卷筒低速端輸出軸同軸安裝（圖6）。超速開關(guān)整定值取決于控制系統(tǒng)性能和額定下降速度，依據(jù)TSG Q7016-2016《起重機(jī)械安裝、改造、重大維修監(jiān)督檢驗(yàn)細(xì)則》要求，超速保護(hù)裝置調(diào)定速度為額定速度的1.25～1.4倍[5]。

圖3 起升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)

圖4 起升機(jī)構(gòu)的減速機(jī)

圖5 超速保護(hù)裝置

圖6 起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)原理

從該臺(tái)塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)文件中可查出電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1 446/724 r/min，減速機(jī)速比為20.43，換算輸出端為70.78/35.43 r/min。而超速開關(guān)觸頭動(dòng)作轉(zhuǎn)速為1 330 r/min，按額定速度的1.25～1.4 倍折算后轉(zhuǎn)速為950～1 064 r/min，顯然遠(yuǎn)超出低速輸出端的速度范圍。因此，該臺(tái)塔式起重機(jī)存在超速裝置存在選型錯(cuò)誤，其未能在技術(shù)規(guī)范要求范圍內(nèi)觸發(fā)動(dòng)作。

2 問題原因及風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 問題原因

（1）該塔式起重機(jī)存在設(shè)計(jì)缺陷

該臺(tái)塔式起重機(jī)由長沙中聯(lián)重科科技發(fā)展股份有限公司2010年制造，廣安市海鄰設(shè)備安裝有限公司2018年負(fù)責(zé)安裝。經(jīng)了解，該塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)人員未考慮超速保護(hù)裝置，由于安裝位置不同造成的速度配備問題，把超速保護(hù)裝置設(shè)計(jì)安裝在低速輸出端位置而選用了較大觸發(fā)動(dòng)作速度范圍超速保護(hù)裝置，造成該裝置選型的錯(cuò)誤。

（2）設(shè)計(jì)單位質(zhì)量管理不到位

設(shè)計(jì)單位所出的設(shè)計(jì)圖紙應(yīng)有設(shè)計(jì)、審核、審批人員的簽名確認(rèn)，按照質(zhì)量體系要求，審核人員應(yīng)對設(shè)計(jì)圖紙技術(shù)復(fù)核。由于質(zhì)量管理不到位，設(shè)計(jì)、審核人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙中存在的設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)問題的客觀原因。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

超速開關(guān)在進(jìn)行超速保護(hù)過程中，主要是利用離心原理，通過超速開關(guān)中微動(dòng)開關(guān)觸頭動(dòng)作，超速開關(guān)觸頭一旦動(dòng)作，起重機(jī)械高速軸電動(dòng)機(jī)就會(huì)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對超速問題的控制。因此，起重機(jī)械中超速保護(hù)裝置失效，主要表現(xiàn)為超速開關(guān)中微動(dòng)開關(guān)的觸頭動(dòng)作失效，對于其中機(jī)械的超速控制不起作用，仍會(huì)對設(shè)備造成損壞，甚至造成安全事故發(fā)生。

起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)和變幅機(jī)構(gòu)調(diào)速時(shí)，機(jī)構(gòu)的支持制動(dòng)器是常開的，不起制動(dòng)作用。此時(shí)，作用在電動(dòng)機(jī)軸上有兩個(gè)力矩，一是重物產(chǎn)生的負(fù)載力矩，二是由調(diào)速系統(tǒng)決定的調(diào)速力矩。在塔式起重機(jī)使用過程中，由于電氣或機(jī)械原因可能會(huì)造成接觸器粘連、渦流制動(dòng)勵(lì)磁電缺失等，從而造成調(diào)速力矩消失或較弱時(shí)，會(huì)造成重物墜落事故。因此，如果起重機(jī)械起升機(jī)構(gòu)超速運(yùn)行時(shí)超速保護(hù)裝置失效，制動(dòng)裝置無法可靠制動(dòng)，將會(huì)威脅到作業(yè)人員人身和設(shè)備安全。

該塔式起重機(jī)保護(hù)裝置選型錯(cuò)誤，選用超速保護(hù)裝置的動(dòng)作速度范圍遠(yuǎn)大于該塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)起升速度范圍，因此該超速保護(hù)裝置未能在塔式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)起升過程中起安全保護(hù)作用。當(dāng)重物超速下降超過額定速度1.25～1.4 倍時(shí)就無法觸發(fā)動(dòng)作，此時(shí)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器未能及時(shí)可靠合閘制動(dòng)，極易造成人員傷害的事故。其次，由于超速保護(hù)裝置形同虛設(shè)，限速裝置的失效導(dǎo)致塔式起重機(jī)在重物高速下降緊急制動(dòng)，高速制動(dòng)不僅會(huì)導(dǎo)致塔式起重機(jī)制動(dòng)器的損壞，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致塔式起重機(jī)整機(jī)傾翻[6-8]。

3 防范措施

（1）起重機(jī)設(shè)計(jì)人員應(yīng)提高責(zé)任意識(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范要求設(shè)計(jì)相關(guān)安全部件。設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮安全部件安裝位置對部件選型的影響，從而避免設(shè)計(jì)缺陷的出現(xiàn)。因此，要重視加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員素質(zhì)教育，制定相應(yīng)的技術(shù)培訓(xùn)，提升設(shè)計(jì)人員的技術(shù)水平。

（2）起重機(jī)設(shè)計(jì)單位應(yīng)建立切實(shí)可行的質(zhì)量管理制度，認(rèn)真履行質(zhì)量保證體系文件相關(guān)要求。質(zhì)量管理人員尤其是技術(shù)審核、審批人員認(rèn)真履行職責(zé)，加強(qiáng)質(zhì)量管理。建立安全管理長效機(jī)制，針對塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行安全排查管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的產(chǎn)品缺陷。只有強(qiáng)化管理制度落實(shí)，提升企業(yè)質(zhì)量管理水平，才能保證塔式起重機(jī)的設(shè)計(jì)安全。

4 超速保護(hù)裝置的檢驗(yàn)

檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)人員應(yīng)加強(qiáng)超速保護(hù)裝置的檢驗(yàn)。超速保護(hù)主要檢驗(yàn)超速保護(hù)的設(shè)置和整定，檢驗(yàn)聯(lián)鎖保護(hù)應(yīng)人為觸動(dòng)超速保護(hù)開關(guān)或斷開超速保護(hù)繼電器的聯(lián)鎖觸點(diǎn)，此時(shí)機(jī)構(gòu)電機(jī)應(yīng)不能啟動(dòng)。超速保護(hù)裝置的整定值取決于控制系統(tǒng)在下降最高速度時(shí)系統(tǒng)的控制狀態(tài)。若系統(tǒng)未速度閉環(huán)控制，其靜態(tài)速度精度較高超速保護(hù)整定倍數(shù)可為1.25；若系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，其速度精度較差，通常超速整定倍數(shù)約為下降速度的1.4倍。

對于采用電氣或程序?qū)崿F(xiàn)超速保護(hù)的，按其設(shè)計(jì)資料檢查是否有超速保護(hù)功能及整定值是否符合要求。

5 結(jié)束語

針對起重機(jī)械超速保護(hù)裝置的保護(hù)原理與失效情況，為了避免起重機(jī)械超速保護(hù)裝置失效，對于設(shè)備造成損壞或者造成事故的發(fā)生，應(yīng)注意做好超速保護(hù)裝置的檢驗(yàn)工作，也就是對于超速保護(hù)的設(shè)置以及整定情況進(jìn)行檢驗(yàn)，在進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)裝置功能的檢驗(yàn)中，可以通過人為觸動(dòng)超速保護(hù)開關(guān)等方式進(jìn)行檢驗(yàn)，而電氣以及軟件的超速保護(hù)裝置，則可通過對照設(shè)計(jì)資料，對超速保護(hù)設(shè)計(jì)功能與整定值設(shè)置等進(jìn)行檢驗(yàn)。采用電氣調(diào)速、電氣制動(dòng)以及其他方式調(diào)速但超速將造成重大事故的，都應(yīng)設(shè)置超速保護(hù)。超速保護(hù)可以是超速開關(guān)，也可以是其它保護(hù)措施如超速保護(hù)制動(dòng)器、失磁保護(hù)等。超速保護(hù)的檢驗(yàn)主要檢查是否設(shè)置和其整定值。根據(jù)設(shè)計(jì)資料和現(xiàn)場檢查設(shè)置情況，根據(jù)系統(tǒng)檢查整定值是否與設(shè)計(jì)資料要求相一致。

總之，起重機(jī)械超速保護(hù)裝置失效，對于起重機(jī)械設(shè)備具有一定的損壞作用和影響，還可能造成事故問題的發(fā)生。因此，進(jìn)行起重機(jī)械超速保護(hù)裝置失效的分析，對于控制設(shè)備損壞與避免事故發(fā)生，有著積極的作用和意義。