齿轮式施工升降机安全运行研究

岳海姣，周飞虎，王 鹏

（1.长安大学研究生院，陕西 西安 710064；2.第一拖拉机股份有限公司齿轮厂，河南 洛阳 471003）

齿轮式施工升降机安全运行研究

岳海姣1，周飞虎1，王 鹏2

（1.长安大学研究生院，陕西 西安 710064；2.第一拖拉机股份有限公司齿轮厂，河南 洛阳 471003）

分析总结近年来施工升降机事故发生原因，探讨设备运行存在的安全隐患。选取SC200施工升降机为研究对象，采用PLC、人机界面、无线通信技术、传感器技术搭建状态安全监控系统来探索消除施工升降机安全隐患的方法，以期达到减少升降机安全隐患、弥补维修、管理疏漏，保证施工升降机安全高效工作的目的。

施工升降机；齿轮式；安全隐患；监控系统

1 前 言

施工升降机在工业或民用建筑、大型桥梁、井下施工等场合是必不可少的起重运输设备。然而，因为维修保养不及时、违规操作、误操作、设备的工作状态无法实时掌握等原因，导致施工升降机的工作存在安全隐患，甚至导致事故的发生。施工升降机酿成事故颇多，以2012年9月13日武汉施工升降机坠落事故最为典型，事故造成19人遇难，其它事故不再一一列举。施工升降机一旦发生事故往往是灾难性的，所造成的各项损失极大。如何消除安全隐患，保证施工升降机安全、高效的工作成为相关从业人员面临的重要课题。本文以SC200齿轮齿条型施工升降机为研究对象，探究保证施工升降机安全作业的方式方法。

2 施工升降机安全作业方案探究

2.1 安全隐患分析

齿轮式施工升降机SC200由导轨架、吊笼、防护围栏、底架、层门、机械传动系统、液压系统、电气系统、安全防护装置等组成。作为一种成熟产品，配备限速器、缓冲弹簧、限位器、安全钩、急停开关等安全保护装置。齿轮式施工升降机是一种低附加值的建筑设备，结构简单，设备工作环境复杂，一般情况下裸露在外，其结构件易腐蚀、损坏。工地所用施工升降机常由建筑商临时租用而来，对设备的维护、维修容易忽视。部分建筑工地的施工升降机操作员没经过专业的培训、缺乏安全防范意识、为赶工期超频繁作业等等原因都为施工升降机的运行埋下了安全隐患。

整理分析近年来国内外有关施工升降机事故案例，主要事故究其原因划分为人为事故、管理事故、设备事故三大类。

1）人为事故 人为事故包含操作员违规操作、误操作、设备违规使用、维修人员违反作业规定、工人擅改安全装置等主要由人为因素导致的安全事故。例如：2008年10月成都一家建筑工地，工作人员在拆卸完安全防坠装置送检后，未做任何防护和警示措施离开现场，1h后有工人操作该升降机进行物料运输，起升至11楼突然坠下，造成7人死亡1人受伤。

2)管理事故 管理事故包括使用无证人员上岗、租用不合格产品进场、没有专业人员情况下擅自拆装、赶工期超频繁作业、安全措施不健全、监管不严等主要由管理因素导致的安全事故。

3）设备事故 设备事故有防坠安全器失效、齿轮齿条磨损、安全开关失效、液压系统故障、电气系统故障、设备设计有缺陷等主要由设备因素引发的事故。2011年某工地防坠安全器失灵导致发生吊笼坠落事故造成3人死亡的事故，是主要由设备因素导致事故发生的典型案例。

2.2 应对方案

显而易见，为了消除安全隐患，避免事故的发生，需要有针对性提出保证施工升降机安全运行的方案。需要针对三类事故提出相应解决方案。

1）人为因素引发事故应对方案 加强安全教育，提升工人的安全防范意识固然是个好方法。但具体实施起来往往不能尽如人意。必须从技术和加强教育两个方面同时出发才能有效消除该类事故隐患。例如通过指纹锁或设置密码等方式限定施工升降机的操作权限，只有获得操作证书的人员才能进行升降机的操作与维修。

2）管理因素导致事故解决方法 除了加强对相关管理人员的监管，在技术方面我们应该做出创新。通过建立设备档案、维护保养表、故障档案、远程监控等方法来消除相关管理人员因麻痹大意、违反安全制度带来的安全隐患。落实责任人制度，有助于消除安全隐患保障设备安全运行。

3）设备因素产生事故应对之策 在加强维修维护监管的基础上，建立设备运行实时状态监控，附带报警功能，必要时拥有直接切断电源停止违规操作功能的监控系统，辅助操作人员正确操作，避免施工升降机处于危险工况。避免操作人员违规操作或误操作带来的安全隐患，且由于掌握设备的实时运行状态，操作人员能做出有效预判和及时调整操作避免危险工况。

3 安全监控系统

3.1 系统功能

为了保证施工升降机的安全运行特设计一款齿轮式施工升降机安全监控系统，具备下述功能。

1）实时状态监控功能 采集施工升降机的风速、起重量、行程高度、加速度、顶门开闭、前层门开闭、后层门开闭等实时信号并予以显示。本监控系统有别于其他升降机监控系统的地方有以下两个方面：①信号的采集独立施工升降机控制系统，对于起重量的采集不再取电机的电流信号，而是设计应变式传感器直接采集齿轮轴应变信号，通过分段标定的方法来测量起重量，顶门、前层门和后层门的开闭信号也不从原控制系统取信号，而是在3个门边加装行程开关来采集开闭信号；②安装加速度传感器，防止操作人员图快捷而违规操作。

2）报警功能 除了风速超限、起重量超限、加速度超限、行程最值、吊笼门未闭合等报警功能外，增设以下功能：①操作权限报警功能，当系统上电，操作人员必须输入权限密码，才能进行开机动作；②设置了楼层停车报警功能，当升降机的停车行程高度是与标定的楼层呈一一对应形式，如果不在对应位置停车将触发报警功能，此功能还能检测行程限位开关是否有效；③未定期维修维护报警功能，专业维护人员进行维修和维护后需登录系统予以确认，如超期未维修则会触发报警功能。

3）远程监控端 采用3G无线网络技术和GPRS技术实现远程收发与控制。远程监控平台配备两套系统，一套为视频系统，视频信号通过3G无线通信的方式进行传输，另一套系统采用短信收发形式将运行状态显示、报警信息显示、设备档案、维修记录表等传输至网络平台监控系统，且具备当严重违规或与特殊情况远程停机功能。

3.2 系统组成

该系统由信号采集部分、控制处理单元、显示报警部分、GSM无线传输部分等组成。信号采集部分主要是各项传感器，显示部分包括声光报警器和人机界面，无线传输部分主要由DTU模块和远程监控端组成。其中控制单元选用西门子S7-200系列PLC，显示屏为SMART700IE。其具体结构如图1所示。

图1 系统结构示意图

3.3 系统软件编程

安全监控系统将传感器采集来的信号经控制单元处理后转化为各项参数，将这些参数与人机界面设定的限值相比对判断是否激发报警，辅助操作人员采取正确操作，必要时会切断设备电源强制停工。值得一提的是增加维修记录项，每次维修后需要安全员进行确认，有效避免维修不及时问题。同时将采集的各项参数用无线传输技术发送至远程监控端进行存储与分析。编程基本流程图如图2所示。

图2 编程基本流程图

4 结 论

本文总结几年来国内外施工升降机发生的事故，从人、机、管理三方面出发探讨目前施工升降机运行存在的安全隐患，并研究应对方案。以PLC与人机界面技术为核心，结合测试技术、无线传输技术，以SC200施工升降机为研究对象研发安全实时监控系统。此系统已经在西安市莲湖区进行前期3个月实验。在3个月的实验运行期间，能够及时发现危险工况，发出报警信息，必要时系统还切断电源强制设备停止工作，有助于消除安全隐患。无线通信技术的使用，实现了远程的监控，特有的维修记录表，有助于减少维修、管理的漏洞，保证施工升降机安全高效的工作。但在此安全监控系统的应用中也发现以下不足：①无线通信的稳定性有待加强，正与合作运营商探讨解决；②该系统对SC200施工升降机适应性良好，对其他机型的适应性有待提高。

[1]廖常初.PLC编程及应用（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]廖常初，陈晓东.西门子人机界面（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2013.

[3]肖洪涛，王东红，李育平.齿轮齿条式施工升降机监测系统研究[J].建筑机械化，2010，（5）：42-43.

[4]王 晟，王清葵.建筑起重机械安全技术[M].北京：中国电力出版社，2009.

（编辑 贾泽辉）

Research on safe operation of the gear type construction hoist

YUE Hai-jiao, ZHOU Fei-hu, WANG Peng

TH211+.6

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1001-1366(2015)01-0048-03

2014-08-31