時(shí)間:2014-02-20 15:35:34來源:殷銘敏
塔式起重機(jī)是建筑工程進(jìn)行起重運(yùn)輸作業(yè)的重要設(shè)備,塔式起重機(jī)事故關(guān)系國計(jì)民生、危害重大,而目前眾多的塔式起重機(jī)司機(jī)雖然有上崗證,由于缺少監(jiān)督和復(fù)核手段,實(shí)際工作中違規(guī)嚴(yán)重。加強(qiáng)檢查和考核非常重要。塔式起重機(jī)傾翻事故發(fā)生的原因可以分為兩大方面:一方面由于塔式起重機(jī)管理不到位,違章操作、違章超載、斜拉斜吊現(xiàn)象普遍存在;二是由于對(duì)塔式起重機(jī)安全隱患不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn),例如,在塔式起重機(jī)基礎(chǔ)發(fā)生傾斜、關(guān)鍵焊縫出現(xiàn)微裂紋、螺栓松動(dòng)的情況下沒有及時(shí)檢查維修,致使在塔式起重機(jī)繼續(xù)使用過程中使?jié)撛诘娜毕葸M(jìn)一步惡化,最終導(dǎo)致塔式起重機(jī)的傾翻。
一.塔機(jī)黑匣子回轉(zhuǎn)防碰撞監(jiān)控必須選用絕對(duì)值多圈編碼器
根據(jù)國家十二五計(jì)劃規(guī)定,大型起重機(jī)械必須安裝安全保護(hù)記錄裝置(也稱為安全黑匣子),并且對(duì)生產(chǎn)銷售企業(yè)有嚴(yán)格要求,建筑機(jī)械塔機(jī)黑匣子(又叫塔式起重機(jī)遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)),主要應(yīng)用于塔機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,避免因操作者的疏忽或判斷失誤而造成的安全事故,尤其在塔機(jī)群多臺(tái)塔機(jī)之間的防碰撞功能,單臺(tái)塔機(jī)的禁行區(qū)防碰撞功能的監(jiān)控,可極大地保證塔機(jī)的安全使用。
隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展,塔式起重機(jī)被越來越多地使用在市政建設(shè)、橋梁、高層建筑等施工場(chǎng)所。但是由于塔式起重機(jī)在使用過程中具有較大危險(xiǎn)性,重大傷害事故的發(fā)生率也在提高。為有效地預(yù)防和降低施工現(xiàn)場(chǎng)塔式起重機(jī)的安全事故,保證起重機(jī)的安全正常運(yùn)行,2008年8月,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì),聯(lián)合發(fā)布塔式起重機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定從2009年2月1日起,塔式起重機(jī)必須裝備具有采集、記錄、顯示、傳輸、預(yù)警、報(bào)警功能的安全記錄裝置-塔機(jī)黑匣子。
塔機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng),是基于傳感器技術(shù)、嵌入式技術(shù)、多數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)融合處理、無線傳感網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信技術(shù),高效率地完整實(shí)現(xiàn)建筑塔機(jī)單機(jī)運(yùn)行和群塔干涉作業(yè)防碰撞的實(shí)時(shí)監(jiān)控與聲光預(yù)警報(bào)警功能,并在報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)中止塔機(jī)危險(xiǎn)動(dòng)作。其中傳感器技術(shù)是整個(gè)監(jiān)控的核心及可靠性最重要的環(huán)節(jié)。
在塔機(jī)黑匣子的監(jiān)控系統(tǒng)中,塔機(jī)吊臂高度、小車位置、吊臂回轉(zhuǎn)角度及速度監(jiān)控等都需要用到角度傳感器,其中,吊臂回轉(zhuǎn)角度關(guān)系到塔機(jī)群中兩個(gè)塔機(jī)吊臂之間防碰撞的關(guān)鍵性安全監(jiān)控,由于防碰撞計(jì)算的吊臂長度對(duì)于測(cè)量角度的三角函數(shù)放大作用,測(cè)量回轉(zhuǎn)角度傳感器的精度及可靠性往往決定了安全監(jiān)控的成敗。為此,在比較了各種角度傳感器的特點(diǎn)適用性及成本要求,高位數(shù)高可靠性的絕對(duì)值多圈編碼器是必須的選擇。
按照塔機(jī)黑匣子監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)的要求,應(yīng)允許塔機(jī)吊臂做正反方向的回轉(zhuǎn)三圈,角度監(jiān)控的分辨率優(yōu)于1度,同時(shí)還有測(cè)量精度要求。為此,按此計(jì)算的總測(cè)量行程分辨率必須大于360度x3圈=1080,這樣的分辨率精度要求,原先塔機(jī)用電位器測(cè)量的方法是不能滿足的(電位器分辨率0.5%FS),用增量值編碼器也不符合抗干擾及停電位置不丟失的要求,只能用絕對(duì)值編碼器大于11位(大于1080分辨總數(shù))及以上,而且是三圈以上測(cè)量量程。實(shí)際上因?yàn)榘惭b的方法,是依靠塔機(jī)回轉(zhuǎn)大齒輪帶動(dòng)小齒輪測(cè)量,實(shí)際測(cè)量圈數(shù)值為幾十圈。
有一些塔機(jī)黑匣子廠家選用了電位器作為回轉(zhuǎn)角度的監(jiān)控,還有一些廠家選用了10位單圈絕對(duì)值并行信號(hào)的編碼器,都不符合塔機(jī)安全監(jiān)控的要求。電位器無論是分辨率還是精度都太低,其觸點(diǎn)接觸式的工作原理的不可靠性,更不能應(yīng)用在安全性設(shè)備中。而單圈絕對(duì)值十位并行編碼器,依賴外部機(jī)械減速齒輪達(dá)到三圈的量程,10位1024分辨率已經(jīng)略低于1080,而且還要經(jīng)過機(jī)械減速的回程誤差,其分辨率也是勉強(qiáng)湊數(shù)的,而精度更因?yàn)榛剞D(zhuǎn)齒輪的誤差而更差,如果嚴(yán)格一點(diǎn)要求,也不能達(dá)到安全黑匣子標(biāo)準(zhǔn)。為此,塔機(jī)黑匣子的防碰撞回轉(zhuǎn)角度的監(jiān)控必須用較高位數(shù)的絕對(duì)值多圈編碼器才能真正符合塔機(jī)黑匣子監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)的要求。
二.絕對(duì)值多圈編碼器在塔機(jī)黑匣子上的應(yīng)用
1.真正意義的安全性——絕對(duì)值真多圈編碼器。絕對(duì)值多圈編碼器,都是內(nèi)部由高精密機(jī)械齒輪帶動(dòng)的全行程真多圈絕對(duì)值編碼器(機(jī)械鐘表齒輪式),這種編碼器技術(shù)是真正意義上的唯一“絕對(duì)值”。其內(nèi)部為非接觸式絕對(duì)值數(shù)字編碼測(cè)量原理,無需計(jì)數(shù)、無需電池、無需靠停電記憶,所有位置絕對(duì)唯一,不怕干擾不怕停電,不僅僅可以在360度內(nèi)測(cè)量,還可以依賴內(nèi)部的鐘表式齒輪在多圈的角度絕對(duì)值測(cè)量,是真正意義的“安全性”角度傳感器。
2.絕對(duì)值多圈編碼器的特性描述:
a.測(cè)量圈數(shù)及每圈分辨率:分為2種,一種測(cè)量4096圈,每圈4096分辨率;另一種測(cè)量64圈,總測(cè)量分辨率為14位16384.
b.信號(hào)輸出:一種為RS485數(shù)字信號(hào)+4—20mA雙備份信號(hào)輸出(安全冗余),另一種為RS485數(shù)字信號(hào)或者4—20mA(或1—5V)信號(hào)(選一)。
c.工作環(huán)境等級(jí):標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)等級(jí)(歐標(biāo)),溫度-25度——80度,防護(hù)等級(jí)為外殼IP67,另外或輕載型經(jīng)濟(jì)級(jí)。
其中,防護(hù)等級(jí)是指外殼的防塵防水,編碼器的防護(hù)等級(jí)是塔機(jī)黑匣子必須考慮的重要因素,塔機(jī)在于露天工作,即使是編碼器外部有盒子,但是對(duì)于日夜溫差產(chǎn)生的水汽,編碼器外殼必須是無螺絲全密封的,不然水汽容易浸入影響編碼器光學(xué)系統(tǒng),編碼器不穩(wěn)定甚至報(bào)廢(就好比戴眼鏡怕水汽一樣)。所以防護(hù)等級(jí)外殼要達(dá)到IP65以上,從外觀上看,就是外殼無螺絲金屬全密封。
d.編碼器的信號(hào)引線及可靠性:無論是選用RS485信號(hào)還是4—20mA信號(hào),編碼器的信號(hào)引線都是2根。編碼器的信號(hào)引線的可靠性因素,并行信號(hào)接線多,電纜長,電纜成本接頭成本上去了,而且塔機(jī)工作環(huán)境振動(dòng)、水汽等,線頭太多也帶來了接頭可靠性不穩(wěn)定的問題。另外,并行信號(hào)芯線多,大多不會(huì)做TVS防浪涌保護(hù),對(duì)于雨天潮濕、雷擊等很容易損壞。RS485信號(hào)只用2根信號(hào)線,信號(hào)接頭的不可靠概率大大下降,一般RS485口都有TVS浪涌保護(hù)。另外,有些并行10位編碼器沒有用格雷碼,而是用了BCD碼或純二進(jìn)制碼(BIN碼),這種編碼不如格雷碼,會(huì)產(chǎn)生跳碼,國外真正的編碼器廠家從不生產(chǎn)這種并行編碼的,這種跳碼概率帶來的是黑匣子不穩(wěn)定性,有時(shí)在使用中因跳碼而誤動(dòng)作。RS485信號(hào)為數(shù)字式通訊信號(hào),抗干擾可靠性高。
e.回轉(zhuǎn)精度,全行程真多圈絕對(duì)值編碼器有分辨率12位甚至14位的,回轉(zhuǎn)精度高;而如果用單圈10位編碼器通過外部減速的方法,精度損失較大,對(duì)于回轉(zhuǎn)5度的精度要求有時(shí)都難以滿足。
結(jié)語
塔機(jī)黑匣子作為安全性監(jiān)控設(shè)備,其中的傳感器的選用,是其可靠性安全性的核心,同時(shí),作為塔機(jī)黑匣子的研發(fā)及生產(chǎn)廠家,一樣要考慮到產(chǎn)品的品質(zhì)因素、價(jià)格因素、服務(wù)成本因素、性價(jià)比,以及遠(yuǎn)期的發(fā)展戰(zhàn)略。在此,絕對(duì)值多圈編碼器作為吊臂回轉(zhuǎn)角度的監(jiān)控,或者是吊臂高度、小車位置的監(jiān)控,是真正到位的選擇,是塔機(jī)黑匣子廠家都需要重點(diǎn)考慮的產(chǎn)品。
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