吊机钢丝绳防跳绳预警装置的研发及应用

董鹏林，柴 威，魏东坤

(中海石油(中国)有限公司天津分公司 天津 300459)

1 研发背景

吊机在运行过程中钢丝绳经常会出现跳绳的情况，严重影响吊装的安全，以往的设计改造主要针对防止跳绳，而真正出现跳绳时，往往吊车司机无法第一时间知晓，继续操作吊车又会对钢丝绳产生进一步的损伤，存在极大的安全隐患。因此需对吊车钢丝绳状态进行实时监控并在钢丝绳出现异常时进行报警，保证吊车平稳运行。

2 技术简介

2.1 设备工作原理

防跳绳装置(图1)一般是用合适的扁铁或圆钢弯制成U型，然后固定在滑轮支架的两侧，而且与滑轮外缘间隙不得超过钢丝绳直径的20%。主要安装于各个导向滑轮上，其外观看似简单容易，但是功能却不容忽视，这也是防止钢丝绳从滑轮槽里跳出来的唯一装置。

在使用过程中，有时会出现钢丝绳挤出防跳绳装置的情况，而当出现此现象时，往往吊车司机无法第一时间知晓，继续操作吊车又会对对钢丝绳产生进一步的损伤，存在极大的安全隐患。本次改造就是为了防止该现象的发生，并起到预警作用。

本次改造在吊车滚筒上安装防碰撞预警装置，当出现跳绳现象时，钢丝绳会触动机械弹簧装置动作，同步触发接近开关动作，进而触发报警传至驾驶室内进行提醒(必要时可直接触发关停)。

本次改造主要组成部分为：触发机构、接近开关、报警电路。

2.1.1 触发机构

该触发机构由弹簧和“ㄇ”字架组成(图2)，通过弹簧的拉伸力将“ㄇ”字架固定在距离钢丝绳直径20%的位置，当出现钢丝绳跳绳时，钢丝绳的挤压力会触发机构发生机械变化。

2.1.2 接近开关

接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触、无压力、无火花地迅速发出电气指令，准确反映出运动机构的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作频率、使用寿命、安装调整的方便性和对恶劣环境的适用能力，也是一般机械式行程开关所不能相比的。它广泛地应用于机床、冶金、化工、轻纺和印刷等行业。在自动控制系统中可作为限位、计数、定位控制和自动保护环节等。如上述，根据接近开关的功能性，本次改造将利用接近开关将跳绳信号通过控制回路传送至驾驶室或者PLC内，通过将接近开关固定在触发机构的横杆上(图3)，调整距离至触发机构的转动杆5 mm位置即可，当出现跳绳现象时，钢丝绳会同步触动机械弹簧装置动作，届时接近开关也会同步动作。

2.1.3 报警电路

报警电路是以直观显示或声音报警方式向操作员报告机器状态或者危险情况的电路。本次电路是专门为接近开关设计的报警回路，其功能满足以下两方面要求：

①能通过硬线将报警信号传输至驾驶室，并通过声光报警的形式体现。

②具有报警确认功能，当出现跳绳时，钢丝绳挤出滚筒后，触发机构会自动复位至原位置，因此要求该报警触发后要一直保持，直到现场确认无误后再通过复位按钮进行确认及系统复位。

为了保证以上功能的实现，通过自主设计完成报警电路，并进行线下测试功能正常(图4)。

2.2 制作过程

2.2.1 触发机构安装

对波浪补偿装置(为例)上的滚筒进行改造，安装触发机构(图5)，确保当出现跳绳情况时能触发弹簧机构动作，进而触发预警装置。

2.2.2 接近开关安装

在横杆上安装固定接近开关(图6)，并且调整接近开关距离触发机构的转动杆距离，确保探测面距离转动杆金属面间距在5 mm且不能接触到金属面，以防止触发机构动作回弹后不触碰接近开关。

2.2.3 报警电路布置

根据电路图对驾驶室内各元件(报警灯、复位按钮)进行安装定位，对220 VAC、24 VDC供电进行配置，对整体测试电路进行连接。该系统预留了DO点以备后期接入PLC系统，当出现跳绳时可直接触发设备停机。

2.3 设备调试

安装完毕后的防跳绳预警装置能在钢丝绳发生跳绳时，通过钢丝绳机械触动弹簧装置，进而造成接近开关动作，触发驾驶室内报警灯发出声光警报，驾驶员在听到报警后需立即停止作业，现场确认钢丝绳状态，并进行相应处理。处理完毕后，需手动按动复位按钮对系统进行复位，否则警报将一直存在。

3 经济性

本次钢丝绳防跳绳装置的研发工作，从设计、试验到完成共历时19 d，总工时约380 h。同时，此次改造涉及高空作业、动火作业、舷外等多方面危险作业，增加了现场施工的难度及工作量。

该预警装置所需的备件由接近开关、扁铁、弹簧、继电器、声光报警器、单触点按钮、导线、接线端子等组成，共计花费备件费800元，但是能够有效避免钢丝绳跳绳所带来的安全隐患，规避吊装事故的发生，性价比极高。

4 结 语

此次钢丝绳状态监控系统改造工作，完全自主研发设计并制作完成。此套防跳绳预警装置切实保障了吊机的稳定运行，避免了钢丝绳跳绳造成的吊装安全隐患。此预警装置的应用，可使吊车司机在作业过程中更好地了解钢丝绳的运行状况，有效提升吊装作业安全，而且本次改造成本低，该设备可向整个吊车行业进行推广使用。在后期还可要求吊车厂家在设计阶段直接安装改造，以提高设备的安全可靠性。■