高空作业车倾斜安全控制系统改造研究与应用.pdf

:./.高空作业车倾斜安全控制系统改造研究与应用刘早红孙华胡广智谢祥红孙捍东刘在良(.浙江友联修造船有限公司浙江 舟山.浙江国际海运职业技术学院 海洋装备工程学院浙江 舟山)摘 要:该文通过分析高空作业车安全事故的产生原因并规范操作人员的行为解决了高空作业车因操作失误而引发的倾覆事故的问题并提出了高空作业车电气控制系统升级改造方案通过加装倾覆报警及主动干预装置进行警示限制操作人员错误行为的发生此研究有效解决了因人员错误操作而未能得到及时纠正进而导致的高空作业车倾覆问题降低了人为事故的发生具有很好的实际价值关键词:高空作业车电气控制系统改造升级倾斜报警倾斜停机动作恢复中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.().):.:引 言高空作业车因其便捷灵活、成本低廉的特点在各行业中作为高处作业的主要施工设备之一得以广泛应用尤其在船舶修造行业中更是大量使用然而在船舶修造行业中由于使用环境有着与其他行业截然不同的不同的特点比如使用环境复杂、条件苛刻、强度要求高等这使得高空作业车极易发生安全事故特别是高空作业车倾覆事故且高空作业车一旦倾覆大多是恶性安全事故 例如近期某船厂货舱内高空作业车因作业人员操作不当发生倾翻导致发生重大人员伤害事故 因此如何减少或杜绝高空作业车倾覆事故的发生已成为解决高空作业车安全操作的重中之重笔者从高空作业车电气控制系统升级改造入手通过额外增加倾斜报警及主动干预装置来完成 在高空作业车工作过程中出现危险操作时该装置可有效地同时限制高空作业车工作臂继续抬臂、伸长、旋转和行车等动作为解决倾覆难题提供了一套可行的方案 设计改造中首先研究原系统的控制机理分析控制逻辑找出系统内在缺陷再结合实际使用经验对原车电气控制系统做出针对性改进升级改进后的高空作业车在实际使用中的倾斜隐患已得到有效地控制 高空作业车的主要参数配置根据笔者公司高空作业车的实际使用情况对某几种车型进行研究制定改造升级方案 以某一种车型为例进行阐述外形尺寸及作业范围如图 所示 某车型主要技术参数如表 所列图 高空作业车外形尺寸图机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)设计与开发收稿日期:基金项目:浙江省自然科学基金资助项目:自升式海洋平台地基承载安全评判方法研究(编号:)作者简介:刘早红()男浙江舟山人工程师研究方向:船舶与海洋结构物设计制造通讯作者:刘在良()男浙江舟山人教授硕士研究方向:船舶与海洋结构物设计制造图 高空作业车作业范围图表 某高空作业车主要技术参数表名 称技术参数车 长/车 高/车 宽/轴 距/最大作业高度/最大作业半径/.工作平台最大离地高度/.工作平台额定载荷/工作臂起伏角度/()工作臂旋转角度/()作业行走速度/(/).移动行走速度/(/)(低速)(高速)环境温度/风速/(/)伸臂、抬臂作业移动坡度/()(横纵向坡度)行走爬坡能力(纵向坡度)(横向度)原因分析从上述高空作业车的技术参数可以看出:其工作臂高度可达 之高可 旋转工作高度也随工作环境和施工位置的变化而变化这说明高空作业车在工作时重心是在不断变换的而重心不稳则是倾覆的最重要因素之一 代表车身稳性的车体支撑的投影面积仅仅 左右(车宽 )相对高达 的作业高度及不断变换的重心如此小的投影面积不可能给高空作业车以充分的稳定性 高空作业车的抗风能力/(只相当于 级风力)、作业行走车速./、最大允许作业坡度这说明高空作业车的自身固有稳性较低 高空作业车自身结构特点决定了其具有稳性差、易倾覆的固有性质 此外高空作业车在施工过程中工作斗内装载的货物和施工人员的多少或者操作者操作不当也是导致高空作业车重心变化而倾覆的原因之一高空作业车车体坡度的变化必然造成车体重心的变化从而引起车体倾斜力矩的变化 当倾斜力矩超过高空作业车的承受能力时高空作业车即会出现倾倒造成事故 所有高空车在施工作业时必须能及时检测到高空作业车车体的倾斜角度 基于此从电气控制系统着手改造控制系统监测运行过程中车体的倾斜角度限制危险操作这是此次改造升级的出发点 改造原理高空作业车的作业动作由液压系统来实现 液压系统由液压泵、油箱、液压油缸、液压马达、液压控制阀及管路、接头、过滤器等部件组成 柴油发动机为液压系统提供动力驱动液压泵运转液压泵产生的油压通过电气系统控制的电液比例阀传递到各液压执行单元(液压缸和液压马达)以实现起伏、回转、行走等动作 电气控制系统采用 控制系统装备 总线通讯方式利用 接口通过调整电液比例阀的参数来实现对整车的操作控制及故障诊断 控制结构简单动作灵敏具有很高的可靠性和精确度 因此此次改造升级对原车控制系统不作根本的改动保留原有系统只在原车电气系统基础上额外增加一套倾斜控制报警系统并整合进原系统中与原有系统无缝衔接实现对高空车整车的操作控制 新增的倾斜安全控制系统增设高精度水平传感器可以监测到高空作业车在作业过程中整车的水平角度并将水平角度信号实时反馈给车辆控制系统控制系统将采集到的车辆水平角与设定值比对当车辆整体水平倾斜角度达到 时控制系统自动报警蜂鸣器鸣响倾斜指示灯亮起如果车辆整体水平倾斜角度继续增大达到 时控制系统会自动介入主动干预操作行为限制危险动作控制倾角力矩持续增大则会发生倾覆 技术要求()控制流程改装升级的控制流程如图 所示图 改装升级控制流程图设计与开发 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用 ()倾斜报警当倾斜报警器监测到倾角达到 时控制系统开始报警蜂鸣器持续发出声音警示()倾斜停机当倾斜报警器监测到车体水平倾斜角度达到 时车辆危险性动作将受到限制操作手柄失效无法进行伸臂、抬臂、回转、行车等操作而安全性动作如缩臂、降臂则可以继续保持 为保证液压系统正常工作作为动力源的发动机始终保持正常运转 危险性动作受限后的操作表现为:车辆工作臂起伏上升动作停止下降动作正常车辆工作臂伸臂动作停止缩臂动作正常车辆转台回转动作停止 车辆行走动作停止前进、后退均没有动作()动作恢复当倾斜报警器监测到车体水平倾斜角度达到 时将工作臂下降到 角以内车辆恢复行走移动功能同时蜂鸣器仍然持续发出警示声音工作臂伸臂和上升危险动作仍然受限当车行走地面坡度低于 时大于 时控制系统解除限制恢复所有动作蜂鸣器仍然持续发出警示声音当车行走地面坡度低于 时蜂鸣器停止发出警示声音恢复所有动作可以正常作业()改造部分的局部电路控制图如图 所示图 改造部分的电路控制图 ()加装的主要电气元件和作用电气元件:选择 脚继电器和连接导线作为电气元件作用:当车体发生倾斜时 继电器接收 的倾斜信号并停止高空作业车驱动轮行走等危险动作因此只能操作手柄把大臂完全缩回大臂角度降至内并发出高空作业车已在安全状态的信号给 继电器然后 继电器把信号反馈给 继电器操作手柄让 继电器执行行走直至高空车行走到坡度低于 区域警报取消高空车才能恢复正常运行 改造后安全效果根据高空作业车技术设计参数车辆作业时移动的横纵向坡度为如作业移动横纵向坡度超过车辆倾覆的可能性就会增大对电气控制系统升级改造后的高空作业车进行现场实践跟踪发现其安全隐患排查效果比系统改造前有明显的提升 将电气控制系统改造前后的安全性能进行对比结果如表 所列电气控制系统未改造前车辆在作业过程中当车体横纵向倾斜角度达到 时控制系统发出声光报警信号提示操作者有危险存在但由于控制系统没有主动介入功能没有发出规避信号不能自动限制危险动作需要操作者及时做出规避反应 如果操作者不及时做出规避动作或者规避动作失误(如继续行车)车体横纵向倾斜角度有可能持续增大当横纵向倾斜角度超过 的设计参数值后车辆可能出现倾覆造成安全事故机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)设计与开发表 电气控制系统改造前后安全性能对比表车辆作业状态车辆作业移动横纵向倾斜角度达到 时车辆作业移动横纵向倾斜角度达到 时控制系统改造前控制系统改造后控制系统改造前控制系统改造后工作臂抬升动作工作臂伸长动作工作臂旋转动作控制系统报警车辆可以继续抬臂、伸臂、旋臂但没有规避信号提示需要操作者及时做出规避反应控制系统报警车辆可以继续抬臂、伸臂、旋臂控制系统发出规避信号提示并自动判断危险动作控制系统报警自动限制继续抬臂、伸臂、旋臂动作但需要操作者本人及时做出规避操作解除危险状态 存在操作者不操作或误操作带来的安全问题控制系统报警自动限制继续抬臂、伸臂、旋臂动作同时控制系统主动介入自动限制其它危险操作直至操作者解除危险状态 有效规避了操作者不操作或误操作带来的安全隐患车辆作业行车动作控制系统报警车辆可以继续行车但没有规避信号提示需要操作者及时做出规避反应控制系统报警车辆可以继续行车控制系统主动发出规避信号提示并自动判断危险动作控制系统报警但不能自动限制行车动作车辆可以继续行车需要操作者本人及时做出停车等规避操作解除危险状态 存在操作者不操作或误操作带来的安全问题控制系统报警及时主动介入中断车辆行车动作并自动限制其它危险操作直至操作者解除危险状态 有效规避了操作者不操作或误操作带来的安全隐患 电气控制系统改造后车辆在作业过程中当车体横纵向倾斜角度达到 时控制系统自动发出声光报警信号 由于控制系统具有主动干预功能因此可发出规避信号提示可自动判断危险动作 如果车体横纵向倾斜角度依然持续增大当达到 时不需要操作者做出规避动作控制系统会主动干预并限制危险动作自动中断危险动作(如中断行车动作)有效避免人为操作失误造成的倾覆事故的发生使车辆的安全保障更加智能达到自动排查或中止安全隐患的效果 结 语文中对高空作业车倾斜安全电气控制系统进行了改造升级在原来控制系统中加装了报警及主动干预装置后既保证了操作人员实时掌握车辆运行状态和可能发生的危险同时对操作人员的行为起到有效监督与干预作用如果操作人员未对报警信号做出反应时主动干预系统会及时做出反应限制操作人员的危险行为避免事故发生 在实践中经过改造后的高空作业车发生倾覆的可能性明显较少同时操作人员的不良习惯也得以约束纠正 高空作业车倾斜安全控制系统的改造为解决高空作业车倾覆事故做出了积极探索也取得了预期效果验证了改造的可行性、有效性参考文献:郭 磊.基于 总线的自行直臂式高空作业车控制系统研究.西安:长安大学.王吉忠孙亚楠张西龙等.直臂式高空作业车稳定性分析及优化研究.机电工程():.陈 鑫.直臂式高空作业车上车结构轻量化研究.长春:吉林大学.刘 志纪爱敏张 磊等.高空作业车底盘自主调平系统性能仿真.机械设计与制造():.秦基磊史 蔚.伸缩臂式自行走高空作业车液压系统的改进探讨.内燃机与配件():.薛金龙.自行式曲臂高空作业车工作装置电液控制系统研究.西安:长安大学.设计与开发 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用