論海洋石油平臺起重機(jī)操作控制技術(shù)
——起重機(jī)操作控制

陳安順

中海石油（中國）有限公司深圳分公司 廣東 深圳 518067

1 海洋石油平臺起重機(jī)的基本特性

海洋石油平臺起重機(jī)是桁架式吊臂、獨立圓形鋼柱（俗稱將軍柱）固定于設(shè)施上的基座吊。吊機(jī)上車體可360°左右回轉(zhuǎn)，在吊臂的幅度范圍內(nèi)作升降、水平移動的功能。由于受到外部風(fēng)力、船體搖擺力使回轉(zhuǎn)受到干擾，操作危險性增大。了解吊機(jī)基本結(jié)構(gòu)與回轉(zhuǎn)系統(tǒng)原理，為操作控制打好堅實基礎(chǔ)。

1.1 起重機(jī)結(jié)構(gòu)基本概況

起重機(jī)基本結(jié)構(gòu)由金屬結(jié)構(gòu)、工作機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)為主體組成，金屬結(jié)構(gòu)主體是吊車主要支撐作用，由控制系統(tǒng)控制吊車三大工作機(jī)構(gòu)運行，在一定幅度范圍內(nèi)垂直起升、變幅、水平移動來實現(xiàn)起重功能為目的，共同組成了起重機(jī)的基本構(gòu)造。①起重機(jī)主體金屬結(jié)構(gòu)由起重機(jī)下車體、上車體構(gòu)成。起重機(jī)下車體是一根圓形鋼柱（俗稱將軍柱）固定船舶或平臺上，將回轉(zhuǎn)大齒輪固定在圓柱端口面上，組成回轉(zhuǎn)基座。圓形鋼柱體是支撐吊機(jī)上車體回轉(zhuǎn)的主要結(jié)構(gòu)，他固定于船體甲板，傾翻安全系數(shù)高于移動式起重機(jī)。②工作機(jī)構(gòu)系統(tǒng)部分都置于在上車體，包括起升機(jī)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。液壓系統(tǒng)主回路、控制回路組成。液壓系統(tǒng)由主回路、控制回路組成。主回路上由液壓油泵、馬達(dá)、換向閥、溢流閥、液壓管線等組成，形成對各工作機(jī)構(gòu)運行的主要回路。

1.2 回轉(zhuǎn)控制功能

回轉(zhuǎn)系統(tǒng)由液壓油泵輸出動力源傳遞給液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，通過減速箱驅(qū)動小齒輪轉(zhuǎn)動，液控?fù)Q向閥實現(xiàn)回轉(zhuǎn)換向功能。①回轉(zhuǎn)剎車的種類分常開式、常閉式和機(jī)械鎖定裝置等幾種。常開式回轉(zhuǎn)剎車是長期處于打開式狀態(tài)，根據(jù)作業(yè)需要手或腳來控制剎車開關(guān)。常閉式回轉(zhuǎn)剎車，即操作回轉(zhuǎn)時，剎車控制回路得壓，剎車片打開。當(dāng)手柄回零位，控制油壓失壓，即剎車停止。②常開式剎車作用可用來動態(tài)定位，作業(yè)短時或長時的制動，是在回轉(zhuǎn)動態(tài)狀態(tài)下剎車，停車慣性小。③常閉式剎車是回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動停止，消壓即剎車閉合，可短時間暫停，動作靈敏，容易引起剎車過急，沒有緩沖量，停車慣性較大。

2 起重機(jī)操作控制技術(shù)

根據(jù)海洋石油平臺起重機(jī)的特點和對海洋的特殊環(huán)境，并經(jīng)過多年的工作實踐經(jīng)驗，在運用操作技術(shù)、技能方面進(jìn)行了總結(jié)歸納，操作過程中得到有效控制，確保起重機(jī)的安全運行。

2.1 起重機(jī)結(jié)構(gòu)對吊車穩(wěn)定性的影響因素

起重機(jī)的工況配置對作業(yè)環(huán)境有一定的要求，是影響操作控制的重要因素，海上作業(yè)環(huán)境要求對它要求更高，在系統(tǒng)控制原理、吊車性能上更要合理配置。

2.1.1 起重吊機(jī)結(jié)構(gòu)配置對吊車的穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。

2.1.1.1 吊臂長度的影響。①起重吊機(jī)的吊臂越長幅度范圍越大，對回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性越不利。②在傾角越小時，即使不吊載荷，力矩變小，回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性會越差。③吊重時吊臂會產(chǎn)生撓性，使實際的工作幅度偏差，起升力矩也隨之波動，過大的沖擊力使得回轉(zhuǎn)穩(wěn)定性變差。

2.1.1.2 吊臂受重物擺動影響，起重吊機(jī)在回轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生離心力，使重物內(nèi)外拋移。①重物向外拋移（相當(dāng)于斜拉）時，通過起升鋼絲繩使吊臂端部承受水平力的作用，從而增大起重力矩，不利回轉(zhuǎn)控制。②使用吊臂越長時，起重機(jī)操縱回轉(zhuǎn)時受外界影響過大，要特別慎重，吊臂端部的速度和離心力都很大，力矩增大危險性變得越大。

2.1.2 起重設(shè)備外部因素對控制因果關(guān)系。

2.1.2.1 吊臂受到風(fēng)力的影響最大，回轉(zhuǎn)停止剎車?yán)щy[1]。①工作狀態(tài)最大風(fēng)力，一般規(guī)定在30節(jié)風(fēng)速時應(yīng)根據(jù)作業(yè)任務(wù)或司機(jī)的操作控制情況來決定應(yīng)當(dāng)停止作業(yè)。當(dāng)風(fēng)速大于35節(jié)的速度時必須停止作業(yè)。②受順風(fēng)影響停車時會順著方向滑動，反向來風(fēng)停車時會向相反方向滑動。③對于大型吊臂，風(fēng)力的作用很大，如表1可以看出隨著臂長和風(fēng)速的增加，風(fēng)載力矩增加很快，風(fēng)力對吊車回轉(zhuǎn)的影響越大（如表1）。

表1 臂長、風(fēng)速、風(fēng)載力矩關(guān)系表（單位：kN/m）

2.1.2.2 吊臂受到船舶搖擺會使得自由擺動。①船舶橫向1度與縱向搖擺0.5度時，吊車回轉(zhuǎn)受到重心偏移出現(xiàn)前后、左右擺動，橫向超過2度時就難以控制，3度時就必須停止作業(yè)。②當(dāng)船舶搖擺起重機(jī)傾斜1°時起重能力要下降7.4%；傾斜2°時，降低14.3%；傾斜3°時，降低19.8%；中心偏移力矩變小，扭矩增大，危險性增大。③在任何急速動態(tài)回轉(zhuǎn)時，停車制動與反車制動都容易損壞設(shè)備引起事故。

2.2 操作回轉(zhuǎn)剎車制動不利因素

①回轉(zhuǎn)制動是當(dāng)確認(rèn)回轉(zhuǎn)自動平穩(wěn)停止后所采取的人工手動操作剎車。如果是利用常閉剎車按鈕，增加手動操作，需時間等待回轉(zhuǎn)自動停穩(wěn)的狀態(tài)下才能執(zhí)行此操作，在時機(jī)上很難控制。②現(xiàn)場風(fēng)力大較大，船舶搖擺使回轉(zhuǎn)滑行速度加快，不能立即剎車，難以等待起重機(jī)回轉(zhuǎn)自動停穩(wěn)想要的中心位置。③如遇時機(jī)緊迫，駕駛員就會利用反車制動，這時就會由于滑行速度過快，而突然受相反方向沖擊力的影響，造成設(shè)備回轉(zhuǎn)齒輪、減速箱、液壓馬達(dá)嚴(yán)重的磨損或損壞。④手動剎不利因素。回轉(zhuǎn)手剎系統(tǒng)，在其他機(jī)構(gòu)都停止動作時，才能單獨手搖制動。泵油有一個時間過程，而且還要在合適的機(jī)會，操作極其不便，協(xié)同配合較難。

2.3 回轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)工作原理

根據(jù)回轉(zhuǎn)剎車的結(jié)構(gòu)及原理，由腳踏比例控制閥與單向節(jié)流閥調(diào)節(jié)剎車速度，使回轉(zhuǎn)腳踏剎車能夠靈活配合其他機(jī)構(gòu)完成操作。

2.3.1 剎車控制回路工作原理：液壓控制系統(tǒng)壓力350psi，提供回轉(zhuǎn)剎車系統(tǒng)260psi的工作壓力。使用腳控剎車比例控制閥及節(jié)流閥導(dǎo)通，梭閥自動關(guān)閉手控剎車，回轉(zhuǎn)剎車停止，松開腳控剎車，壓力回零剎車打開。使用手剎拉動手搖泵，手動剎車回路導(dǎo)通，梭閥關(guān)閉腳踏剎車回路，回轉(zhuǎn)剎車停止，松開手搖泵，壓力回零剎車打開。

2.3.2 腳控剎車操作程序：在轉(zhuǎn)動操作停止，回轉(zhuǎn)還在滑行時，通過比例減壓控制剎車速度，觀察壓力表讀數(shù)值判斷剎車系統(tǒng)壓力變化。

2.3.3 動態(tài)穩(wěn)定性是起重機(jī)主要考慮的方式，當(dāng)回轉(zhuǎn)滑動速度過快時，以動態(tài)剎車方式把速度控制在合理范圍內(nèi)。在指定某位置時能平穩(wěn)停止制動，減少吊機(jī)的慣性沖擊力。

2.4 回轉(zhuǎn)動態(tài)剎車操作控制技術(shù)

由于風(fēng)力、搖擺力的影響，回轉(zhuǎn)剎車難以控制。回轉(zhuǎn)剎車過急使貨物擺動幅度大難以控制，過慢會錯過機(jī)會，打反車時容易磨損或損壞設(shè)備，貨物受慣性擺動過大。回轉(zhuǎn)剎車系統(tǒng)的可操作性將直接影響起重機(jī)司機(jī)安全操作水平[2]。

2.4.1 提升操作技能水平，有效緩解駕駛員的精神壓力。利用腳動控制回轉(zhuǎn)動態(tài)剎車，從效果上便利于駕駛員控制，要求駕駛員一定要精通技術(shù)原理，掌握操作方法，熟練協(xié)同配合。

2.4.2 回轉(zhuǎn)動態(tài)剎車起到了安全、高效的作用，在慣性力、風(fēng)力、油輪搖擺力作用下使回轉(zhuǎn)自由轉(zhuǎn)動，通過回轉(zhuǎn)動態(tài)腳剎控制速度，不再間接性打反車，提升設(shè)備安全可靠性。駕駛員操作精、準(zhǔn)、穩(wěn)，減少作業(yè)時間，提高工作效率。

2.4.3 操作程序簡單，可操作性強(qiáng)。除了起重機(jī)自重和載重之外，還需要考慮風(fēng)力、慣性力、離心力和油輪搖擺力的影響。回轉(zhuǎn)動態(tài)剎車控制對起重機(jī)的穩(wěn)定性起到重要的作用，掌握時機(jī)精準(zhǔn)，減少手動控制負(fù)擔(dān)，保證制動方便、快捷，有力保障回轉(zhuǎn)控制操作。

2.5 穩(wěn)鉤控制技術(shù)

穩(wěn)鉤是實際操作的重要基本技能之一，是完成每一個吊運工作循環(huán)中必不可少的工作環(huán)節(jié)。所謂穩(wěn)鉤，就是使搖擺著的吊鉤，平穩(wěn)地停在所需要的位置，或使吊鉤隨起重機(jī)平穩(wěn)運行的操作方法。

2.5.1 吊鉤擺動的因素分析。物：吊物重量，體積大小，形狀規(guī)格；設(shè)備：控制有動作滯后性，機(jī)械速度，穩(wěn)定性；人：心理素質(zhì)，時效性；環(huán)境：風(fēng)力，海況，作業(yè)空間。

2.5.2 穩(wěn)鉤技能要領(lǐng)。三點兩式：三點即定滑輪、鉤頭、船體重心兩式——回轉(zhuǎn)、變幅；接點控制：左右、前后、上中下；精準(zhǔn)發(fā)力：速度控制、方向正確；回轉(zhuǎn)操作與動態(tài)腳踏剎車協(xié)同配合，掌握時機(jī)精準(zhǔn)；果斷操作：及時性、連貫性；準(zhǔn)確判斷貨物擺動方向，利用動態(tài)制動的方式追鉤、穩(wěn)鉤，使吊裝在合理的操控之中。

2.5.3 穩(wěn)鉤操作控制。

①乘勝追鉤法：吊鉤來回擺動時：利用回轉(zhuǎn)或者變幅來追鉤。如果一次追鉤未能完全消除搖擺，可重復(fù)動作，直到完全消除擺動為止。②迂回制勝法：當(dāng)?shù)跷飻[幅過大時，待吊物回擺時向相反方向跟車到吊物與中心垂直相交。③先后順序法：當(dāng)擺動成三點式時，先穩(wěn)上部，再下部，直到三點在一條線上，再重復(fù)乘勝追鉤法操作。④雙向同步法：吊物打圈晃動時，操作回轉(zhuǎn)左右轉(zhuǎn)動、同時前后變幅進(jìn)行追鉤，可參照乘勝追鉤法、迂回制勝法步驟動作要領(lǐng)。⑤甲板止蕩法：在起吊或就位前，吊物有輕微偏離垂直中心時，可以利用甲板或支撐物之間的摩擦，進(jìn)行自由找中法。⑥動態(tài)起吊法：在守護(hù)船上起吊時，可根據(jù)守護(hù)船動態(tài)規(guī)律，在船體起浮時相向起吊，船體下沉?xí)r相向落鉤，保持與吊物垂直中心，防止船體搖擺重心偏離拉拽。

2.5.4 穩(wěn)鉤操作技術(shù)起到了安全、高效的作用。根據(jù)起重機(jī)的工作特點，貨物的形狀大小、起重量等因素，經(jīng)常從靜止到快速運動，由快速運動到制動停止。因此，吊物因慣性存在而產(chǎn)生搖擺是客觀存在，吊物搖擺的情況千變?nèi)f化。需要采取哪種方式行穩(wěn)鉤，要根據(jù)具體情況，因時、地制宜，綜合采用穩(wěn)鉤方法，這對穩(wěn)鉤操作的效果和技術(shù)的發(fā)揮有著十分重要的意義。駕駛員操作精、準(zhǔn)、穩(wěn)，減少作業(yè)時間，提高工作效率。

3 起重機(jī)安全操作要領(lǐng)

良好的操作術(shù)必須精心掌握所操作吊車設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能和參數(shù)，以及作業(yè)時物的屬性特點和作業(yè)工藝流程等關(guān)鍵性要素應(yīng)知應(yīng)會，細(xì)心把握設(shè)備的狀態(tài)變化。海洋石油平臺起重機(jī)是特種設(shè)備，設(shè)備操作要確保吊車的技術(shù)狀態(tài)和完好狀態(tài)，在起重機(jī)運行過程中，受到作業(yè)條件和環(huán)境等因素的限制影響，設(shè)備運行狀態(tài)可能會由于吊裝作業(yè)發(fā)生變化而使工作性能下降，這就必須對設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)到位，認(rèn)真做到“十字”（清理、清潔、潤滑、調(diào)整、緊固）作業(yè)法，及時處理隨時發(fā)生的各種故障問題，改善設(shè)備運行條件，防患于未然[3]。充分理解海上吊裝作業(yè)的特殊性，掌握海上吊裝的特殊技能，海上吊裝由于海況的影響，一般情況下，供應(yīng)船和平臺或FPSO都處于搖擺狀態(tài)，這就要求吊車操作者利用經(jīng)驗通過觀察海浪動態(tài)情況，抓住時機(jī)果斷操作，保證吊裝作業(yè)必須在相對穩(wěn)定的狀態(tài)下完成。

設(shè)備的異常現(xiàn)象可通過人體第一感官來監(jiān)控設(shè)備：“視”就是用視覺觀察以期發(fā)生直觀的缺陷和故障；“聽”就是依靠聽覺感觀發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行狀態(tài)、聲音的不同變化就能判斷故障的大概部位；“聞”就是依靠嗅覺檢測設(shè)備狀態(tài)，各種油路的泄漏、安全電磁閥門線圈以及電路發(fā)生過熱短路發(fā)出刺鼻異味；“觸”就是通過手感診斷設(shè)備的異常狀態(tài)，“覺”就是指感覺或感受，操作時會感受到來自各方面的信息，經(jīng)驗告訴你，哪些正常哪些不正常，當(dāng)感覺與平時不一樣時，要立刻追根溯源，一查到底。

起重吊機(jī)在運行過程中出現(xiàn)故障或一旦失控時，吊機(jī)司機(jī)應(yīng)正確判斷緊急狀態(tài)的特性并采取得當(dāng)?shù)膽?yīng)急處置措施，防止措施不當(dāng)造成惡性循環(huán)，在危險狀態(tài)下一定要沉著冷靜、化險為夷或盡可能把事故損失降到最低，比如在吊機(jī)搖擺幅度過大時起升貨物，最易造成鋼絲繩出槽，在發(fā)現(xiàn)吊貨上下不通暢出現(xiàn)異常跳動的現(xiàn)象時，要立即停止起降操作；在情況允許時可放穩(wěn)貨物后停車查看，防止鋼絲繩被卡，卷揚上的鋼絲繩松亂，如不及時發(fā)現(xiàn)處理，最終會導(dǎo)致鋼絲繩被卡拉斷后貨物墜落的重大事故發(fā)生；作業(yè)過程中安全限位器失效，在做每一個動作時都要確認(rèn)是否吊車運行狀態(tài)與操作時的一致性，如超過極限時要及時查證原因并修正保持在正常工況工作。起吊過程中由于船舶搖擺造成所吊貨物搖擺過大，不能安全放在甲板上時，應(yīng)急情況下可以把貨物放到水中，穩(wěn)定后再進(jìn)行下一步吊裝作業(yè)等等。