起重機械防碰撞裝置檢驗方法探討

望 斌 陳 瓊 程 軍

（武漢市特種設備監(jiān)督檢驗所 武漢 430040）

運行中的起重機械發(fā)生碰撞會造成設備和人員的重大損失，2016版起重機械檢規(guī)中明確了對起重機械防碰撞裝置的檢驗要求，將起重機械防碰撞的要求提到了一個新的高度，為了更好地完成該項目的檢驗，促使相關(guān)單位更好的落實企業(yè)主體責任，有必要對起重機械防碰撞的相關(guān)法規(guī)標準要求、防碰撞裝置的檢驗要求和方法等進行梳理。

1 法規(guī)標準中對起重機械防碰撞裝置的要求

1.1 起重機械檢驗規(guī)則中的要求

2016版起重機械檢驗規(guī)則的安全保護和防護裝置檢查中加入了防碰撞裝置的要求，相應項目為TSG Q7016—2016《起重機械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗規(guī)則》（以下簡稱起重監(jiān)檢規(guī)）的C11.5和TSG Q7015—2016《起重機械定期檢驗規(guī)則》（以下簡稱起重定檢規(guī)）中的C5.7，其要求為“當兩臺或者兩臺以上的起重機械或者起重小車運行在同一軌道上，或者不在同一軌道且有碰撞可能時，檢查是否裝設防碰撞裝置”。起重定檢規(guī)中指明其適用范圍包括橋式起重機、門式起重機、塔式起重機、門座式起重機、纜索式起重機。

1.2 相關(guān)起重機械技術(shù)標準中的要求

GB/T 6067.1—2010 《起重機械安全規(guī)程 第1部分：總則》中9.2.9防碰撞裝置的要求為“當兩臺或兩臺以上的起重機械或起重小車運行在同一軌道上時，應裝設防碰撞裝置。在發(fā)生碰撞的任何情況下，司機室內(nèi)的減速度不應超過5m/s2”。防碰撞裝置設置要求為：通用門式、通用橋式、梁式起重機、門座式起重機宜裝，其他類型起重機未做要求。

GB/T 6067.5—2014 《起重機械安全規(guī)程 第1部分：橋式和門式起重機》中對防碰撞裝置的設置要求為：通用橋式起重機、通用門式起重機、半門式起重機、葫蘆橋式起重機、葫蘆門式起重機、電動單梁起重機、電動懸掛起重機、防爆橋式起重機、防爆梁式起重機、絕緣橋式起重機、造船門式起重機、料箱起重機、鍛造起重機、板坯搬運起重機、鑄造起重機、淬火起重機、料粑起重機、岸邊集裝箱起重機、橋式抓斗卸船機、軌道式集裝箱門式起重機均為應裝，輪胎式集裝箱門式起重機未做要求。

GB/T 5144—2006 《塔式起重機安全規(guī)程》中未對防碰撞裝置做出要求，而GB/T 5031—2008《塔式起重機》中5.6.14工作空間限制器，“用戶要求時，塔機可裝設工作空間限制器。對單臺塔機，工作空間限制器應在正常工作時根據(jù)需要限制塔機進入某些特定的區(qū)域或進入該區(qū)域后不允許吊載。對群塔（兩臺以上），該限制器還應限制塔機的回轉(zhuǎn)、變幅和整機運行區(qū)域以防止塔機間結(jié)構(gòu)、起升繩或吊中發(fā)生相互碰撞。當塔機間的工作空間限制器間采用有線通訊時，應采取有效措施防止電纜（電線）意外損壞。”，并且在附錄B中給出了工作空間限制器-防碰撞、分區(qū)裝置的規(guī)定。

GB/T 17495—2009《港口門座起重機》的3.14.1中要求，“起重機安全保護裝置應符合設計要求與GB/T 6067的規(guī)定。行走臺車應設置防碰撞裝置”。

GB/T 28756—2012《纜索起重機》的5.9.2.3大車行程限位裝置中要求“當纜機在與終端止檔或同一軌道上其他纜機相距約5m時，應限制纜機運行速度”，這也可以認為是防碰撞要求。

通過對法規(guī)標準的梳理，大家可以看到對起重機械防碰撞的要求是逐漸嚴格的，除新裝設備需要配置防碰撞裝置外，在用設備也需要改進防護水平滿足防碰撞保護的要求。

2 常見防碰撞裝置工作原理及失效情況

2.1 一維防碰撞

橋架式起重機如橋式起重機、門式起重機等通常是同軌道上大車的防碰撞，一維防碰撞，通常用行程限位裝置，一般分為有觸點的限位開關(guān)和無觸點的檢測裝置兩種[1，2，3]。

●2.1.1 行程限位開關(guān)加安全撞尺

通常利用起重機上的大車限位開關(guān)加安全撞尺起作用。在或是在起重機大車端梁上焊一根平伸的角鋼，由角鋼觸動裝在起重機或同一軌道上另一臺起重機大車端梁上的限位開關(guān)（如LX10-11等型號的行程開關(guān)）， 使起重機斷電停車。

其工作原理示意圖如圖1所示。

●2.1.2 無觸點式防碰撞裝置

檢測開關(guān)式防碰撞裝置目前主要采用激光、紅外線和超聲波等媒介，用直射或反射方式檢測信號。

圖1 行程開關(guān)加安全撞尺防碰撞裝置原理圖

按其功能分為警報型、減速型、停止型和綜合型。能在規(guī)定的距離發(fā)出聲光報警、報警并控制起重機自動減速、報警并停止起重機運行、報警并控制起重機自動減速機停止運行。

其工作原理如圖2所示。

圖2 常見的無觸點式防碰撞裝置原理圖

●2.1.3 一維防碰撞裝置常見的失效情況

1）行程限位開關(guān)加安全撞尺形式。

最常見的是撞尺無法順利觸動限位開關(guān)，原因有：

（1）撞尺在使用過程中由于振動發(fā)生變形；

（2）撞尺長度較大時抖動厲害發(fā)生偏移；

（3）大車軌道變形或者由于車輪和軌道間隙大使得大車在左右方向走偏，導致撞尺無法準確地觸動限位開關(guān)。此外，限位開關(guān)損壞或者被短接，也會導致防碰撞裝置失效。

2）無觸點式防碰撞裝置。

光電式傳感器的發(fā)射和接收端堆積灰塵導致檢測失靈，由于環(huán)境干擾導致信號檢測失靈等。

3）人為取消防碰撞裝置功能。

有的作業(yè)人員為圖方便省事，故意拆除或者取消防碰撞功能。

2.2 空間防碰撞

●2.2.1 空間防碰撞裝置

臂架式起重機如塔式起重機、門座式起重機等要考慮空間防碰撞，主要通過安裝含有工作空間限制器—防碰撞、分區(qū)功能的監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)[4]。

國內(nèi)外目前主流的塔式起重機（以下簡稱塔機）防碰撞系統(tǒng)一般采用被動式防碰撞系統(tǒng)，例如區(qū)域保護技術(shù)、工作邊界限制等[5-9]。一般由塔式起重機安全監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)。

門座式起重機行走臺車防碰撞類似橋式起重機采用一維防碰撞裝置，如考慮臂架則類似塔式起重機，采用工作區(qū)域限制的方法，安裝監(jiān)控系統(tǒng)[10]。

●2.2.2 空間防碰撞工作原理

區(qū)域保護/邊界限制防碰撞技術(shù)，由幅度傳感器、角度傳感器、高度傳感器測出塔機的幅度、角度、吊具高度等信息，通過有線或者無線信號傳輸給統(tǒng)一的控制器，控制器根據(jù)預先錄入的障礙物位置，判斷塔機是否處于安全區(qū)域，若塔機接近危險區(qū)域時，則控制回轉(zhuǎn)機構(gòu)和變幅機構(gòu)減速或停止運動，防止塔機與障礙物發(fā)生碰撞[9]。

空間防碰撞包括平面防撞和立體防撞，一種塔機防碰撞系統(tǒng)原理示意圖如圖3所示[5]。圖3（a）為兩塔機O1，O2的平面防撞示意圖，塔機O1，O2吊臂的相互干涉區(qū)為O1-A1-O2-A2，設置該區(qū)域為兩塔機的防撞區(qū)域。圖3（b）為考慮立體防撞示意圖，當?shù)醣厶幱诓煌矫鎯?nèi)時，進入平面防撞區(qū)域內(nèi)，判斷吊鉤和小車的安全通過條件。

圖3 區(qū)域保護/邊界限制防碰撞原理示意圖

空間防碰撞系統(tǒng)的基本組成如圖4所示。監(jiān)測模塊實時監(jiān)測并記錄吊臂旋轉(zhuǎn)角度、小車距離、吊鉤高度工作參數(shù)，防撞區(qū)設置模塊確定各防撞區(qū)域范圍，剎車設置模塊設置剎車時間、剎車延時時間，通訊模塊負責塔機和控制機間的通訊。

圖4 空間防碰撞系統(tǒng)的基本組成示意圖

基于紅外線、基于超聲傳感網(wǎng)絡、基于圖像的塔機防碰撞監(jiān)控技術(shù)目前在國內(nèi)已經(jīng)有研究者提出，但還未大規(guī)模進入實際應用[11]。

●2.2.3 空間防碰撞裝置常見失效情況

1）監(jiān)控系統(tǒng)中未設置或漏設置防碰撞功能。

對于不是同一個使用單位同一批次安裝的起重機，或者沒有考慮到工作區(qū)域中新增的一些障礙物和設備，防碰撞裝置設置不全。

2）人為取消防碰撞功能。

某些作業(yè)人員覺得使用不便將防碰撞裝置拆除或者取消其功能。

3）傳感器數(shù)據(jù)偏差使得實際工作區(qū)域發(fā)生變化。

幅度、角度等傳感器測量的數(shù)值和實際有偏差，會導致實際工作區(qū)域和計算工作區(qū)域出現(xiàn)偏差，可能會導致防碰撞功能失效。

3 常見起重機械防碰撞裝置檢驗方法

3.1 一維防碰撞裝置的檢驗

●3.1.1 設置要求

當兩臺或者兩臺以上的起重機械或者起重小車運行在同一軌道上時，應當裝設。

●3.1.2 技術(shù)要求

參照相關(guān)法規(guī)標準（GB 50256—2014等）中對于行程限位器的要求，當防碰撞裝置的行程限位開關(guān)動作后，能自動切斷相關(guān)電源，使相關(guān)機構(gòu)停止，兩臺起重機相距不得小于400mm[12]。

●3.1.3 檢驗內(nèi)容

檢驗應該包括以下內(nèi)容：

1）開關(guān)是否完好有效。

2）開關(guān)能否有效動作。（1）對于行程限位開關(guān)加安全撞尺，撞尺及撞尺支架在起重機工作時不應晃動，撞尺寬度應能滿足機械（橋架及小車）橫向竄動范圍的要求，撞尺的長度應能滿足機械（橋架及小車）最大制動距離的要求；（2）對于無觸點防碰撞裝置，發(fā)射裝置和檢測裝置應清潔無遮擋，能有效發(fā)射和接收信號，反射裝置能有效反射信號，反射裝置的寬度應能滿足機械（橋架及小車）橫向竄動范圍的要求，裝置安裝和動作的距離應滿足最大制動距離的要求。

3）極限距離。

4）觸發(fā)后應能向反方向退出。

●3.1.4 檢驗方法

1）一臺起重機停止，操作另一臺起重機向其靠近，開關(guān)觸發(fā)后應能停止該方向運行?？上扔命c動運行或最低速檔運行，然后用額定速度或最大工作速度運行。

2）觸發(fā)后應能從相反方向退出。

3）試驗用額定速度或最大工作速度碰觸極限開關(guān)，看能否停止在極限距離。

4）停下做試驗的起重機，換另一臺起重機進行試驗。

5）兩臺起重機同時靠攏，進行試驗。

●3.1.5 檢驗儀器

用激光測距儀或者卷尺測量兩起重機之間的極限距離。

3.2 空間防碰撞裝置的檢驗

●3.2.1 設置要求

當兩臺或者兩臺以上的塔式起重機、門座式起重機或者起重小車不在同一軌道且有碰撞可能時，應裝設空間防碰撞裝置。

●3.2.2 技術(shù)要求

參照GB/T 5031—2008的相關(guān)要求，防碰撞裝置應滿足以下條件[4]：

1）防碰撞裝置應限制起重機的回轉(zhuǎn)、變幅和整機運行區(qū)域以防止起重機間結(jié)構(gòu)、起升繩或吊中發(fā)生相互碰撞。

2）當起重機間的防碰撞裝置間采用有線通訊時，應采取有效措施防止電纜（電線）意外損壞。

3）因起重機停止工作時防碰撞裝置仍需運行，在切斷起重機機構(gòu)動力和控制電源時，應繼續(xù)給防碰撞裝置供電。

4）防碰撞裝置連接點的選擇應使防碰撞裝置的動作與起重機機構(gòu)的正常操作協(xié)調(diào)一致（在停止慣性運動之前減速、機械制動的使用等）。尤其是應該符合起重機制造商規(guī)定的啟動和停止操作步驟，避免導致意外的突然動作。

5）所有與防碰撞裝置控制起重機運動的連接點應安裝到一個專門的控制箱里，或者裝到一個專門的接線盒內(nèi)。起重機出廠已安裝有防碰撞裝置的，不要求安裝專門的控制箱或接線盒。

6）防碰撞系統(tǒng)的指示信號應在司機的視野范圍內(nèi)。指示信號可使用信號燈、儀表盤或屏幕顯示。

●3.2.3 檢驗內(nèi)容

檢驗應該包括以下內(nèi)容：

1）傳感器是否完好。

2）傳感器能否有效、準確得到各檢測參數(shù)。

3）切斷起重機機構(gòu)動力和控制電源后，防碰撞裝置應繼續(xù)得電。

4）防碰撞裝置控制起重機運動的連接點應安裝到一個控制箱或接線盒中。

5）指示信號。

6）有線通訊裝置防止電纜意外損壞的措施。

7）防碰撞裝置應限制起重機向碰撞危險方向的運行，而反方向不受影響。

●3.2.4 檢驗方法

1）檢查幅度傳感器、角度傳感器、高度傳感器等裝置是否完好，能否準確得到幅度、角度、吊具高度等信息。

2）觀察司機視野范圍內(nèi)是否有指示信號。

3）切斷起重機動力和控制電源，觀察防碰撞裝置供電情況。

4）讓司機操作起重機，向可能發(fā)生碰撞的區(qū)域靠近，觀察防碰撞系統(tǒng)能否有效防止相互碰撞，防碰撞裝置動作后，起重機的向危險方向相反的運動應能正常操作，不出現(xiàn)導致意外的突然動作。

5）檢查防碰撞裝置的控制箱或接線盒。檢查有線通訊裝置防止電纜意外損壞的措施。

●3.2.5 檢驗儀器

用激光測距儀等核實幅度、角度、吊具高度等信息。

4 結(jié)束語

改善防碰撞防護現(xiàn)狀，提高起重機使用安全水平，可以從以下幾個方面努力：

1）使用單位落實安全管理主體責任。督促使用單位按照國家法規(guī)，增強對特種設備安全保護裝置的日常檢查，加強特種設備作業(yè)人員的安全教育，規(guī)范操作，保障特種設備安全運行。

2）改進防碰撞裝置實際效果。對防碰撞裝置進行防護設計，在起重機制造和安裝標準規(guī)范中，加強對防碰撞保護裝置的要求，保證裝置的實際作用。

3）研發(fā)更實用可靠的防碰撞裝置。結(jié)合被動防碰撞和主動防碰撞研發(fā)更為靈活，更為實用，更為穩(wěn)定的裝置，使防碰撞裝置真正得到使用者的認可。