強(qiáng)夯機(jī)械夯錘自由落體作業(yè)安全控制方法

馬 寧，尚君輝，盧 明

（徐工集團(tuán)工程機(jī)械股份有限公司 建設(shè)機(jī)械分公司，江蘇 徐州 221004）

強(qiáng)夯機(jī)械是目前地基處理作業(yè)中的常見(jiàn)設(shè)備。強(qiáng)夯機(jī)械工作機(jī)理是將夯錘提升至一定高度，再自由落體至地面，利用夯錘勢(shì)能對(duì)地面產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊，達(dá)到加固地基的目的。按夯錘與吊鉤的連接方式可分為脫鉤和不脫鉤兩種。不脫鉤施工方式起升鋼絲繩始終與夯錘相連，無(wú)須重復(fù)掛鉤作業(yè)，施工效率高，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。一般情況下，夯錘重達(dá)幾十噸，需要頻繁提升、自由落體，出現(xiàn)故障或者誤操作，強(qiáng)大慣性沖擊力可導(dǎo)致強(qiáng)夯機(jī)械傾翻，對(duì)設(shè)備甚至人員造成傷害，因此夯錘自由落體的安全控制至關(guān)重要。

1 強(qiáng)夯機(jī)械夯錘工作過(guò)程

1.1 工作系統(tǒng)

強(qiáng)夯機(jī)械夯錘工作系統(tǒng)主要包括：提升卷?yè)P(yáng)、卷?yè)P(yáng)離合器、離合器開啟控制閥、離合器制動(dòng)換向閥、夯錘快放進(jìn)油路單向閥、蓄能器及液壓管路元件。

1.2 工作過(guò)程

起升卷?yè)P(yáng)上鋼絲繩與夯錘連接，用于提升、下放夯錘。離合器控制卷?yè)P(yáng)減速機(jī)與卷筒的嚙合或斷開，斷開時(shí)夯錘快放，嚙合時(shí)實(shí)現(xiàn)起升或卷筒制動(dòng)剎車。蓄能器為控制閥提供先導(dǎo)開啟壓力。

當(dāng)離合器開啟控制閥工作，油路導(dǎo)通，液壓油進(jìn)入離合器使其開啟，夯錘快放進(jìn)油路單向閥導(dǎo)通，卷?yè)P(yáng)快放，夯錘自由落體；當(dāng)離合器制動(dòng)換向閥工作，離合器閉合，實(shí)現(xiàn)卷?yè)P(yáng)制動(dòng)或提升。

2 作業(yè)過(guò)程存在的安全風(fēng)險(xiǎn)

夯錘工作狀態(tài)主要有快速下放、起升、空中懸停，分別從3 種工作狀態(tài)進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析梳理。

1）快速下放過(guò)程 在夯錘快速下放過(guò)程中，當(dāng)因故障系統(tǒng)失電，卷?yè)P(yáng)離合器突然閉合，夯錘在空中緊急制動(dòng)，將會(huì)產(chǎn)生巨大慣性沖擊，可能導(dǎo)致臂架折斷甚至車體傾翻事故。

2）夯錘懸吊過(guò)程 當(dāng)夯錘懸吊在空中，進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)檢修作業(yè)時(shí)，此時(shí)如果因?yàn)檎`操作快放開關(guān)，夯錘將會(huì)快速下放，威脅到車體周圍或夯錘下放檢修、施工人員的安全。

3）緊急制動(dòng)過(guò)程 當(dāng)遇到緊急情況，操作人員需要按下急停安全按鈕，系統(tǒng)將停止工作，如未有效控制措施，夯錘將可能失去控制，對(duì)設(shè)備或人員造成損害。

總的來(lái)說(shuō)，影響夯錘作業(yè)安全的因素可分為失電安全、發(fā)動(dòng)機(jī)熄火安全和急停安全。

3 夯錘自由落體安全控制方法

為了避免或降低夯錘自由落體作業(yè)過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)，可以在起升卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)增加安全控制措施，有效控制卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)在各種意外或緊急情況下的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)夯錘的安全作業(yè)控制，控制原理示意圖如圖1 所示。

圖1 夯錘自由落體安全控制原理圖

1）當(dāng)卷?yè)P(yáng)快速下放時(shí)，快放使能換向閥、蓄能器卸荷閥換向，離合器開啟控制閥輸出壓力油，進(jìn)油單向閥導(dǎo)通，離合器開啟，夯錘自由落體作業(yè)。若系統(tǒng)突然斷電，雖然離合器開啟控制閥不能輸出壓力油，但由于夯錘快放進(jìn)油路單向閥的作用，將快放進(jìn)油路單向鎖死，液壓油無(wú)法回流，離合器仍處于開啟狀態(tài)，確保夯錘繼續(xù)快放，直至安全落地。避免了離合器在夯錘自由落體過(guò)程中因突然斷電出現(xiàn)突然剎車而導(dǎo)致的臂架折斷或車體傾翻，保證了卷?yè)P(yáng)失電安全。

2）當(dāng)強(qiáng)夯機(jī)發(fā)生故障需要熄火檢修，或者施工過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)意外熄火，此時(shí)夯錘可能會(huì)懸吊在空中。通過(guò)增加蓄能器卸荷閥，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，蓄能器卸荷閥失電，蓄能器卸荷閥復(fù)位，蓄能器卸荷閥導(dǎo)通，蓄能器內(nèi)部的壓力油快速釋放掉，卷?yè)P(yáng)控制系統(tǒng)失去壓力油源，即使控制器得電，誤操作快放開關(guān)，控制系統(tǒng)也不會(huì)起作用。避免了人員誤操作快放開關(guān)使夯錘快放，保證了車體周圍或夯錘下方維修人員、施工人員的安全，保證了卷?yè)P(yáng)熄火安全。

3）通過(guò)增加快放控制開關(guān)只有按下快放開關(guān)才能操作快放動(dòng)作，否則任何情況下夯錘都不會(huì)快放，避免了在任何情況下誤操作使夯錘快放。

4）當(dāng)卷?yè)P(yáng)處于起升狀態(tài)，按下急停開關(guān)后，卷?yè)P(yáng)馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，卷?yè)P(yáng)停止升降，夯錘靜止在某一高度位置。由于蓄能器卸荷閥的作用，蓄能器內(nèi)部的壓力油快速釋放掉，卷?yè)P(yáng)控制系統(tǒng)失去壓力油源，即使誤操作快放開關(guān)，控制系統(tǒng)也不會(huì)起作用，保證了卷?yè)P(yáng)急停安全。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)在強(qiáng)夯機(jī)械上應(yīng)用驗(yàn)證，該夯錘自由落體安全控制方法能夠有效保證強(qiáng)夯機(jī)械夯錘自由落體工作的失電安全、發(fā)動(dòng)機(jī)熄火安全和急停安全，有效避免了因夯錘下落時(shí)突然制動(dòng)造成的設(shè)備損壞，有效防止誤操作引起的夯錘快速下落風(fēng)險(xiǎn)，很好地保證了設(shè)備和人員安全。

隨著綠色、安全發(fā)展理念深入推進(jìn)，機(jī)械設(shè)備施工安全已成為基本要求，隨著自動(dòng)化技術(shù)、智能控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用到各行業(yè)發(fā)展中，對(duì)控制系統(tǒng)安全性也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。機(jī)械設(shè)備安全控制成為產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，安全控制設(shè)計(jì)必須根據(jù)施工實(shí)際情況，降低或減少各項(xiàng)不利因素帶來(lái)的影響，有效地防范各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要全面落實(shí)安全設(shè)計(jì)原則，嚴(yán)格貫徹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，充分調(diào)研市場(chǎng)，掌握施工流程并充分識(shí)別過(guò)程中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)符合市場(chǎng)需求的安全控制策略，提供安全、高效的施工設(shè)備。