起重机智能化应用与故障安全

起重机智能化应用与故障安全

王远军

中国电建集团山东电力建设第一工程有限公司 山东省济南市 250000

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，近年来，随着智能化技术的快速发展，智能制造、智能物流以及在役设备智能运维等应用场景对起重机智能化需求迅速增加，无人车间、智能电厂、一键炼钢等行业变革更是将上述领域智能化起重机或无人行车的需求推向高潮，起重机制造商竞相研发智能化技术，根据客户需求提供了多种不同应用场合的智能化起重机。然而，起重机智能化运行的效率、稳定性尚未满足客户预期，可靠性、可用性、可维修性和安全性尚有较大欠缺，甚至连续发生多次停产故障或伤亡事故，对起重机智能化技术的推广产生重大负面影响。对起重机自动化运行过程中发生意外故障后导向安全进行了初步研究，给出了安全控制系统设计原则、实现故障安全的方法、故障安全系统设计方法及起重机智能化应用的建议。

关键词：起重机；智能技术；故障安全

引言

目前，随着现代化技术的发展，起重机作为一种不可缺少的搬运、装卸设备，使用者对其性能的要求越来越高，尤其是对起重机智能化作业方面的要求越来越高，突破复杂环境下的人工智能、自动识别作业环境、复杂设备的寿命周期管理、故障诊断报警等智能化技术，最终开发出具有高度自动化水平、自带安全管理系统、可以实现远程监测控制的智能装备也逐渐成为起重机智能化发展的研究热点。

1常见故障及原因分析

1.1机械故障

一台起重机设备本身的质量高低决定了该设备在后期工业应用中的安全性、可靠性，同时设备在运行过程中，无法避免存在部件磨损的情况，例如起重机的关键组成部分钢丝绳的磨损。钢丝绳在日常的运行过程中，在机械力的作用下，与其他物体接触并有相对运动，产生摩擦，钢丝绳会不断进行磨损。尤其是在大型、重型设备的起吊和运输的过程中，钢丝绳在与其外周滑轮槽、卷筒壁、钩头等部件相互摩擦而引起的磨损较为严重。同时钢丝绳在长期的起吊作业中也会发生变形损伤，使得钢丝绳的受力不均匀，导致钢丝绳两边长短不一，加速设备的磨损，同时由此也会引发起重机在起吊的过程中发生钢丝绳的缠绕、货物起吊过程中的旋转等，从而发生起重货物掉落事件的发生。起重机一般在露天或厂房中使用，长期不用或在风吹日晒雨淋的情况下会发生腐蚀现象，尤其是在特殊环境下会加速设备本身的损坏。

1.2起重机电气控制系统存在故障的分析

起重机是建筑行业常用的设备，根据多年工作实践调查，起重机电气控制系统故障发生率是比较高的，根据调查起重机电气故障5次/月。分析电气控制系统的故障原因主要包括：一是人为因素。起重机电气控制系统故障发生与平时的操作有关，例如当起重机操作人员不按规定长时间使用时，由于电机负载时间过长就会导致电动机烧坏；二是非人为因素。起重机电气控制系统故障发生的原因很多，例如转子电阻被烧坏，转子电阻在工作重被烧坏的主要因素就是电阻运行的问题过高造成的，比如起重机在每次开机时都会引起温度的变化，而频繁的开关机则会使得转子电阻的温度瞬间提升，从而容易引起因电子电阻烧坏导致电机故障。分析起重机电气控制系统故障发生根本因素就是起重机电气控制系统所存在的缺陷。起重机的拖动装置一般采取的绕线式交流异步电机，电气控制系统采取的凸轮控制器、继电器-接触器控制系统，此种控制系统最大的缺点就是：其属于能耗型，存在能耗消耗大，而且其调速的范围也比较小；系统抱闸是在运动状态下实现的，其对于起重机的制动器损耗是巨大的，尤其是闸皮的磨损现象非常严重；继电器-接触器在频繁切换的时候对于控制系统元部件的影响是非常大的，故障率是非常高的。

2起重机故障安全技术

2.1故障安全系统设计方法

1）故障-安全消极设计在采取纠正措施前不工作，且不会由于不工作使危险产生更大的损坏。如起重机在控制软件崩溃或控制信号传递中断等情况下，应采取停车处理。通常认为起重机停止运行是相对安全的。2）故障-安全积极设计在采取纠正措施或启动备用系统前，使系统处于安全状态。如交通信号控制发生故障，信号灯将转为红灯亮，实施交通管制，避免事故发生；如起重机在电力供应中断时，制动器处于刹车状态、抓斗锁定在闭合状态等。3）故障-安全工作设计使系统在采取纠正措施前继续安全工作，如飞机起落架收放液压系统发生故障时，可放下起落架将其锁定在着陆位置，保证飞机安全着陆。如冶金起重机冗余设计可保证钢丝绳断裂或传动链中断时，保证钢水包低速运行至安全位置。

2.2机械故障控制

首先在设备加工及采购的过程中，加强质量监管力度，切实保障机械设备部件的加工质量、设备能够起吊的最大重量等参数符合设计技术规格书。其次，完善设备维修保养体系，定期对设备进行维修保养和检查，尤其是在起吊重型设备之前更应进行仔细检查。

2.3起重机电气控制系统改造的保障措施

为了顺利实施起重机电气控制系统的改造，需要做好以下保障对策：一是做好起重机的隔离措施，避免电磁干扰而影响起重机的电控系统。随着起重机受电磁干扰的影响比较小，但是在特定的施工场所下，尤其是在电力工地施工中，起重机的变频控制系统可能会存在电磁干扰的现象，因此需要做好防干扰措施，具体就是在电频调速器和电动机之间加装II滤波器。二是加强人员培训，提高起重机维修检修人员的专业技能。根据调查虽然起重机电气控制系统故障的发生存在非人为因素，但是如果能够做到定期检修、定期维护则会降低故障的发生，因此相关部门必须要加强对起重机检修人员的教育培训，提高检修人员的专业技能。比如设备管理公司要定期对起重机操作人员进行培训，重点是开展关于电气控制系统知识的培训，让他们掌握改造后的电气控制系统的元部件等。

2.4实现故障安全的方法

采用预防和防护措施，使起重机全生命周期由错误引起的损害概率最小。预防措施用于降低损伤发生的概率，防护措施用于降低损害后果的严重性。为提高起重机故障安全系统的性价比，预防措施应考虑故障或失效出现的频度和危害严酷等级，常用的频度分为频繁、经常、有时、很少、极少、几乎不可能，危害严酷等级分为特大、重大、次要、轻微。根据故障或失效出现频度和危害后果严酷等级进行风险评估，故障安全系统应尽量避免容许的风险，禁止出现不容许的风险。

结语

随着生产技术的发展和生产规模的大型化，安全生产已成为重大社会问题。智能化设计阶段必须考虑工厂的工艺、设备及控制方案应当是本质安全的，进而必须保障起重机运行直到报废全生命周期的安全。由于工程项目中吊装的物件越来越朝着大型化发展，单台起重机的吊装能力已很难满足吊装要求，使用多台起重机协同作业的需求也相对增加，因此，今后还需进一步加强对多机智能化协同作业的研究，在实际生产中还需根据实际情况加强操作人员的管理，并有针对性地采取相应的措施，在日常维护保养中加以预防，不定期和在设备运行前进行安全性检测，及时发现问题并进行改正，从而使提高设备的安全性、可靠性，加强人员培训和教育，有效预防事故的发生。

参考文献：

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