强夯机械夯锤自由落体作业安全控制方法

马 宁，尚君辉，卢 明

（徐工集团工程机械股份有限公司 建设机械分公司，江苏 徐州 221004）

强夯机械是目前地基处理作业中的常见设备。强夯机械工作机理是将夯锤提升至一定高度，再自由落体至地面，利用夯锤势能对地面产生强大冲击，达到加固地基的目的。按夯锤与吊钩的连接方式可分为脱钩和不脱钩两种。不脱钩施工方式起升钢丝绳始终与夯锤相连，无须重复挂钩作业，施工效率高，应用越来越广泛。一般情况下，夯锤重达几十吨，需要频繁提升、自由落体，出现故障或者误操作，强大惯性冲击力可导致强夯机械倾翻，对设备甚至人员造成伤害，因此夯锤自由落体的安全控制至关重要。

1 强夯机械夯锤工作过程

1.1 工作系统

强夯机械夯锤工作系统主要包括：提升卷扬、卷扬离合器、离合器开启控制阀、离合器制动换向阀、夯锤快放进油路单向阀、蓄能器及液压管路元件。

1.2 工作过程

起升卷扬上钢丝绳与夯锤连接，用于提升、下放夯锤。离合器控制卷扬减速机与卷筒的啮合或断开，断开时夯锤快放，啮合时实现起升或卷筒制动刹车。蓄能器为控制阀提供先导开启压力。

当离合器开启控制阀工作，油路导通，液压油进入离合器使其开启，夯锤快放进油路单向阀导通，卷扬快放，夯锤自由落体；当离合器制动换向阀工作，离合器闭合，实现卷扬制动或提升。

2 作业过程存在的安全风险

夯锤工作状态主要有快速下放、起升、空中悬停，分别从3 种工作状态进行安全风险分析梳理。

1）快速下放过程 在夯锤快速下放过程中，当因故障系统失电，卷扬离合器突然闭合，夯锤在空中紧急制动，将会产生巨大惯性冲击，可能导致臂架折断甚至车体倾翻事故。

2）夯锤悬吊过程 当夯锤悬吊在空中，进行发动机检修作业时，此时如果因为误操作快放开关，夯锤将会快速下放，威胁到车体周围或夯锤下放检修、施工人员的安全。

3）紧急制动过程 当遇到紧急情况，操作人员需要按下急停安全按钮，系统将停止工作，如未有效控制措施，夯锤将可能失去控制，对设备或人员造成损害。

总的来说，影响夯锤作业安全的因素可分为失电安全、发动机熄火安全和急停安全。

3 夯锤自由落体安全控制方法

为了避免或降低夯锤自由落体作业过程的安全风险，可以在起升卷扬系统增加安全控制措施，有效控制卷扬系统在各种意外或紧急情况下的运行状态，实现对夯锤的安全作业控制，控制原理示意图如图1 所示。

图1 夯锤自由落体安全控制原理图

1）当卷扬快速下放时，快放使能换向阀、蓄能器卸荷阀换向，离合器开启控制阀输出压力油，进油单向阀导通，离合器开启，夯锤自由落体作业。若系统突然断电，虽然离合器开启控制阀不能输出压力油，但由于夯锤快放进油路单向阀的作用，将快放进油路单向锁死，液压油无法回流，离合器仍处于开启状态，确保夯锤继续快放，直至安全落地。避免了离合器在夯锤自由落体过程中因突然断电出现突然刹车而导致的臂架折断或车体倾翻，保证了卷扬失电安全。

2）当强夯机发生故障需要熄火检修，或者施工过程中发动机意外熄火，此时夯锤可能会悬吊在空中。通过增加蓄能器卸荷阀，当发动机熄火后，蓄能器卸荷阀失电，蓄能器卸荷阀复位，蓄能器卸荷阀导通，蓄能器内部的压力油快速释放掉，卷扬控制系统失去压力油源，即使控制器得电，误操作快放开关，控制系统也不会起作用。避免了人员误操作快放开关使夯锤快放，保证了车体周围或夯锤下方维修人员、施工人员的安全，保证了卷扬熄火安全。

3）通过增加快放控制开关只有按下快放开关才能操作快放动作，否则任何情况下夯锤都不会快放，避免了在任何情况下误操作使夯锤快放。

4）当卷扬处于起升状态，按下急停开关后，卷扬马达停止转动，卷扬停止升降，夯锤静止在某一高度位置。由于蓄能器卸荷阀的作用，蓄能器内部的压力油快速释放掉，卷扬控制系统失去压力油源，即使误操作快放开关，控制系统也不会起作用，保证了卷扬急停安全。

4 结论

经过在强夯机械上应用验证，该夯锤自由落体安全控制方法能够有效保证强夯机械夯锤自由落体工作的失电安全、发动机熄火安全和急停安全，有效避免了因夯锤下落时突然制动造成的设备损坏，有效防止误操作引起的夯锤快速下落风险，很好地保证了设备和人员安全。

随着绿色、安全发展理念深入推进，机械设备施工安全已成为基本要求，随着自动化技术、智能控制技术被广泛应用到各行业发展中，对控制系统安全性也带来了挑战。机械设备安全控制成为产品开发设计的关键，安全控制设计必须根据施工实际情况，降低或减少各项不利因素带来的影响，有效地防范各项风险。在设计过程中，要全面落实安全设计原则，严格贯彻国家标准要求，充分调研市场，掌握施工流程并充分识别过程中存在的安全风险，设计符合市场需求的安全控制策略，提供安全、高效的施工设备。