起重機(jī)超速保護(hù)裝置的檢驗(yàn)及案例分析

林萬(wàn)津

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院寧德分院，福建寧德 352100）

0 引言

起重機(jī)在吊運(yùn)重物時(shí)，采用變頻調(diào)速或非平衡式變幅的起升機(jī)構(gòu)常因調(diào)速裝置失效造成起升機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)失控，引起溜鉤即重物快速下降，導(dǎo)致重大事故發(fā)生。起重機(jī)械的超速保護(hù)裝置作為安全保護(hù)裝置的一部分是對(duì)起重機(jī)的安全運(yùn)行和可靠起吊有著重要的作用，一旦失效可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞或者安全事故的發(fā)生，因此探討對(duì)其的檢驗(yàn)顯得尤為重要。檢規(guī)要求，當(dāng)起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)采用的調(diào)速裝置可能造成超速時(shí)必須設(shè)置超速保護(hù)裝置，以此作為整個(gè)安全保護(hù)裝置的重要組成部分［1］。目前對(duì)超速保護(hù)裝置的檢驗(yàn)只能采用常規(guī)檢驗(yàn)和激光測(cè)速技術(shù)，只能對(duì)其能否動(dòng)作進(jìn)行檢驗(yàn)驗(yàn)證，但不能對(duì)其動(dòng)作速度和可靠性進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

在起重機(jī)安裝單位對(duì)安裝完后之后的自檢和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在檢驗(yàn)中如何對(duì)起升機(jī)構(gòu)的超速保護(hù)裝置進(jìn)行正確可靠的檢驗(yàn)及判定，成為當(dāng)前質(zhì)檢員及檢驗(yàn)員面臨的主要問(wèn)題。為避免因超速保護(hù)漏檢、錯(cuò)檢而造成事故的發(fā)生［2］，本文主要從超速保護(hù)裝置的原理、產(chǎn)生超速保護(hù)的原因以及如何檢驗(yàn)等方面進(jìn)行探討，并通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)中碰到的超速開(kāi)關(guān)只在起升機(jī)構(gòu)上升方向起作用，下降方向無(wú)效的案例進(jìn)行分析。對(duì)超速保護(hù)裝置的檢驗(yàn)進(jìn)行探討分析，有助于提高超速保護(hù)裝置的可靠性、進(jìn)一步降低因?yàn)槌俦Ｗo(hù)裝置失效引起的事故發(fā)生，提高檢驗(yàn)人員對(duì)超速保護(hù)裝置的檢驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

1 超速保護(hù)裝置

在起重機(jī)中，超速保護(hù)裝置占據(jù)著極為重要的位置，其主要由超速開(kāi)關(guān)以及系統(tǒng)控制器構(gòu)成［3］。其中，前者主要目的是依據(jù)信號(hào)接收系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)起重機(jī)運(yùn)行軌跡，并在控制參數(shù)范圍內(nèi)，控制機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度，以避免起重機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，如吊物墜落等。結(jié)合當(dāng)前超速開(kāi)關(guān)保護(hù)理念、技術(shù)，超速保護(hù)裝置主要有電磁式、光電式、機(jī)械式，相關(guān)人員除了依據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求、資金情況等，選擇合理的裝置形式，還應(yīng)在選擇過(guò)程了解不同超速裝置原理，以編制更加合理的應(yīng)用方式，如電磁式主要是以電磁原理為中心，以相關(guān)計(jì)數(shù)裝置為基點(diǎn)，測(cè)定主機(jī)運(yùn)行速度，一旦測(cè)定結(jié)果達(dá)到規(guī)定閾值后，便會(huì)自動(dòng)控制主機(jī)速度，如停運(yùn)、減速等。再如光電式，本裝置與電磁式的原理相同，而兩者唯一差異體現(xiàn)在測(cè)試速度上，如光電編碼盤(pán)［4］。

當(dāng)起重機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)以及起升機(jī)構(gòu)保持調(diào)速狀態(tài)的時(shí)候，制動(dòng)器并未打開(kāi)，不會(huì)發(fā)揮制動(dòng)作用。在此情況下，重物會(huì)給電動(dòng)機(jī)更多的向下力并形成負(fù)載力矩，同時(shí)調(diào)速系統(tǒng)也會(huì)在重物運(yùn)動(dòng)過(guò)程中形成調(diào)速力矩，并且調(diào)速力矩和負(fù)載力矩狀態(tài)穩(wěn)定。除此之外，因?yàn)榭煽仉娫磿?huì)影響調(diào)速力矩，導(dǎo)致調(diào)速力矩可能出現(xiàn)因?yàn)榫чl管觸發(fā)失效等原因造成調(diào)速系統(tǒng)的供電出錯(cuò)，造成輸出電壓減小或?yàn)榱悖率拐{(diào)速力矩和負(fù)載力矩不能保持平衡，此狀態(tài)下便會(huì)導(dǎo)致重物發(fā)生墜落。

2 起重機(jī)超速保護(hù)裝置檢驗(yàn)方法

2.1 常規(guī)檢驗(yàn)

（1）資料檢查

在啟動(dòng)起重機(jī)超速保護(hù)設(shè)備前，要通過(guò)相關(guān)廠家的設(shè)備技能操作手冊(cè)，或技術(shù)人員結(jié)合廠家編制的指導(dǎo)書(shū)，全面檢查設(shè)備電氣控制線路，校正系統(tǒng)參數(shù)，并設(shè)定常閉觸點(diǎn)［5］。這樣便能較好保障設(shè)備進(jìn)入超速狀態(tài)后，能夠快速制動(dòng)。需注意，應(yīng)避免并聯(lián)超速保護(hù)線路，或?qū)⑵溆米髌渌盘?hào)接收端，即要保持其獨(dú)立性、系統(tǒng)性，為其斷電制動(dòng)保護(hù)奠定良好基礎(chǔ)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

在完成相關(guān)資料和操作手冊(cè)對(duì)接后，應(yīng)全面檢測(cè)設(shè)備型號(hào)、規(guī)格等，然后在系統(tǒng)檢查設(shè)備外觀、銘牌等，并分析其設(shè)備機(jī)構(gòu)是否存在連接問(wèn)題。最后，檢測(cè)設(shè)備保護(hù)連鎖效果，具體而言，可通過(guò)手動(dòng)觸發(fā)模式檢測(cè)設(shè)備是否能正常運(yùn)行，或斷開(kāi)連鎖觸點(diǎn)看設(shè)備是否能發(fā)揮應(yīng)用的效果［6］。

（3）空載試驗(yàn)

首先，要將串聯(lián)開(kāi)關(guān)并入超速保護(hù)電路系統(tǒng)，需注意設(shè)計(jì)線路接入點(diǎn)時(shí)，應(yīng)以分段控制為中心；其次，要結(jié)合起重機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)合理隔離去；第三，控制起重機(jī)以限定速度下降；最后，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，實(shí)驗(yàn)制動(dòng)器是否能正常運(yùn)行，以達(dá)到試驗(yàn)的最終目的［7］。

2.2 激光測(cè)速檢驗(yàn)方法

首先，加大現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)力度，將安全防護(hù)切實(shí)做好，對(duì)圍擋進(jìn)行設(shè)置，并在配重參數(shù)基礎(chǔ)上，搭建系統(tǒng)的儀器設(shè)備。其次，借助FLUCK931轉(zhuǎn)速計(jì)展開(kāi)光學(xué)非接觸光測(cè)量，在起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)輪外側(cè)選擇某區(qū)域進(jìn)行清理，并將反光帶貼在此區(qū)域，對(duì)速度進(jìn)行測(cè)定［8］。再次，松閘電路設(shè)計(jì)，如圖1虛線框中所示，F(xiàn)03和K0分別是斷路器、KO零位保護(hù)接觸器主觸點(diǎn)，K5是對(duì)D2、D3制動(dòng)器進(jìn)行控制的接觸器主觸點(diǎn)。SB0、K5分別為控制按鈕、接觸器線圈。在起重機(jī)正常條件下，人為操作SBO按鈕，可以將D2、D3制動(dòng)器打開(kāi)，使人工松閘功能順利實(shí)現(xiàn)［9］。最后，請(qǐng)司索人員用吊鉤上吊1／4的額定載荷，司機(jī)將重物提高至上升限位，之后把手柄歸于零位，保持接通狀態(tài)，在司機(jī)室中可以看到指示燈正常顯示。然后安裝維修人員將圖2所示的SBO按住，打開(kāi)制動(dòng)器D2、D3，重物開(kāi)始向下掉落。檢驗(yàn)人員轉(zhuǎn)速計(jì)和反光帶對(duì)準(zhǔn)，對(duì)下降速度進(jìn)行測(cè)定。當(dāng)?shù)竭_(dá)額定速度1.25～1.4倍之時(shí)，可以斷開(kāi)超速開(kāi)關(guān)K1，零位接觸器K0斷電。

圖1 起升機(jī)構(gòu)動(dòng)力電路圖（帶松閘）

圖2 起升機(jī)構(gòu)部分控制電路圖（帶松閘）

3 案例分析

3.1 設(shè)備存在的主要缺陷描述

該臺(tái)設(shè)備用于吊運(yùn)熔融金屬，在檢驗(yàn)超速保護(hù)開(kāi)關(guān)時(shí)，模擬超速開(kāi)關(guān)動(dòng)作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)超速開(kāi)關(guān)只在起升機(jī)構(gòu)上升方向起作用，下降方向無(wú)效，當(dāng)?shù)蹉^吊運(yùn)熔融金屬超速下墜時(shí)，超速開(kāi)關(guān)根本不會(huì)起作用，存在重大的安全隱患。

3.2 原因分析

該設(shè)備采用卷?yè)P(yáng)機(jī)作為起升機(jī)構(gòu)，在卷?yè)P(yáng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有重物負(fù)載力矩傳感器和調(diào)試系統(tǒng)輸出的調(diào)試力矩即制動(dòng)力矩傳感器。調(diào)試力矩傳感器主要通過(guò)改變系統(tǒng)輸出量的大小來(lái)改變起升速度；當(dāng)因傳感器或者調(diào)試系統(tǒng)的控制線路損壞導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的電源丟失時(shí)造成制動(dòng)力矩的消失時(shí)，起吊重物可能在負(fù)載力矩的作用下發(fā)生溜鉤事故即重物的快速墜落。超速保護(hù)裝置作為安全保護(hù)裝置的重要組成部分，常見(jiàn)的保護(hù)裝置有速度傳感器、超速感應(yīng)開(kāi)關(guān)、安裝于驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器等。卷?yè)P(yáng)機(jī)的超速保護(hù)裝置一般是裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的軸上，通常設(shè)定的動(dòng)作速度為額度速度的1.25～1.4倍。當(dāng)卷?yè)P(yáng)機(jī)的運(yùn)行速度達(dá)到超速保護(hù)設(shè)定的動(dòng)作速度時(shí)，超速保護(hù)裝置會(huì)切斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制電路和總電源，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)和制動(dòng)器失電，制動(dòng)因失電下閘制動(dòng)，預(yù)防卷?yè)P(yáng)機(jī)因?yàn)槭俣斐傻牧镢^事故發(fā)生。

該設(shè)備設(shè)置的超速保護(hù)裝置為安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)軸上的機(jī)械式超速保護(hù)開(kāi)關(guān)，當(dāng)運(yùn)行速度達(dá)到設(shè)定的速度時(shí)利用甩塊在離心力的作用下動(dòng)作開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)超速保護(hù)作用。現(xiàn)場(chǎng)在進(jìn)行超速保護(hù)裝置檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)超速保護(hù)裝置只在上行超速時(shí)起作用，在下降超速時(shí)不起作用，有可能在下降時(shí)因?yàn)槌賹?dǎo)致事故的發(fā)生。查看制造單位出具的電氣原理圖時(shí)發(fā)現(xiàn)超速保護(hù)裝置是串聯(lián)在下降安全回路中，不是串聯(lián)到總的安全回路中即零位保護(hù)回路中，如圖3所示。制造單位出具的電氣原理圖，把超速保護(hù)裝置接在控制回路的下降回路中，當(dāng)在下降1擋時(shí)因?yàn)樯闲薪佑|器K10得電，吊鉤因?yàn)樨?fù)載發(fā)生下行超速時(shí)、超速保護(hù)因?yàn)榇?lián)在下降回路中，無(wú)法切斷上行回路中的電流，導(dǎo)致制動(dòng)器無(wú)法下閘制動(dòng)［10］。現(xiàn)場(chǎng)查看超速保護(hù)裝置的安裝，發(fā)現(xiàn)安裝人員未按照電氣原理圖進(jìn)行安裝，而是把超速保護(hù)裝置串聯(lián)到起升高度限位器的回路中，因此該超速保護(hù)裝置只有在上行超速時(shí)才起作用，在下行超速時(shí)無(wú)法起作用，有可能因?yàn)槌賹?dǎo)致事故的發(fā)生。

圖3 電氣原理

3.3 處理意見(jiàn)

要求制造單位對(duì)控制原理圖的上升控制回路進(jìn)行修改，要求把超速保護(hù)裝置串聯(lián)到零位保護(hù)接觸器的安全回路中以保證超速保護(hù)的有效性，現(xiàn)場(chǎng)按修改后的原理圖進(jìn)行重新接線。

3.4 注意事項(xiàng)

（1）根據(jù)檢規(guī)要求，安裝監(jiān)檢時(shí)所有吊運(yùn)熔融金屬的起重機(jī)均應(yīng)設(shè)置超速保護(hù)開(kāi)關(guān)，但起升機(jī)構(gòu)額定起重量不大于5 t的電動(dòng)葫蘆除外［11］。

（2）起重機(jī)超速保護(hù)是起重機(jī)運(yùn)行的重要電氣保護(hù)措施，超速保護(hù)失效將造成嚴(yán)重事故，應(yīng)注意需要超速保護(hù)的機(jī)構(gòu)是起升機(jī)構(gòu)。

（3）現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)，要認(rèn)真查看電氣控制原理圖，檢查超速開(kāi)關(guān)設(shè)置是否合理、線路有沒(méi)接錯(cuò)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬進(jìn)行驗(yàn)證［12］。

4 結(jié)束語(yǔ)

在各工業(yè)行業(yè)中，起重機(jī)械作為不可或缺的特種設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用。超速保護(hù)裝置作為采用非平衡式變幅或者變頻調(diào)速等可能造成超速的起升機(jī)構(gòu)的安全保護(hù)裝置，主要是為了防止起重機(jī)在起吊重物時(shí)發(fā)生溜鉤等因超速引發(fā)的事故發(fā)生。本文主要從超速保護(hù)裝置的原理、超速產(chǎn)生的原因及危害、超速保護(hù)裝置的檢驗(yàn)以及對(duì)檢驗(yàn)中碰到的吊運(yùn)熔融金屬的起重機(jī)設(shè)置的超速保護(hù)裝置只在起升機(jī)構(gòu)上升方向起作用，下降方向無(wú)效的案例進(jìn)行分析。有助于提高超速保護(hù)裝置的可靠性，進(jìn)一步降低因?yàn)槌俦Ｗo(hù)裝置失效引起的事故發(fā)生率，提高檢驗(yàn)人員對(duì)超速保護(hù)裝置的檢驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>