鐵路救援起重機司機已越來越不滿足于起重機 僅僅擁有力矩限制功能，他們希望獲得更多關于起 重機狀態(tài)的準確信息，并希望起重機具有一定的自 動控制功能及自診斷能力，以減輕他們的操縱負擔 并保證起重機的安全。在研究分析國內外現(xiàn)有起重 機安全監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上，利用現(xiàn)代電子技術、計算 機、傳感測控技術等方面的技術成果，開發(fā)了新一代 鐵路起重機智能安全控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)除具有力矩 限制等常規(guī)功能外，還可以自動選擇工況，有效地對 下車部分進行監(jiān)控，向司機提供全面的起重機狀態(tài) 信息，限動功能靈活多樣，可實時存儲起重機狀態(tài)數(shù) 據(jù)，具有黑匣子功能。為提高系統(tǒng)的先進性與可靠 性，上車系統(tǒng)與下車系統(tǒng)采用了現(xiàn)場總線技術（CAN 總線）進行通信；下車電氣系統(tǒng)采用了模塊化設計 安裝。系統(tǒng)采用12"中文LED顯示器，人機界面友 好，提供信息全面，方便司機操作。

一、鐵路起重機安全控制系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

1.1 國產(chǎn)安全控制系統(tǒng)

目前，國產(chǎn)鐵路起重機的安全控制系統(tǒng)均屬于 力矩限制器系統(tǒng)范疇，在安全控制功能上，只有采集 和處理起重機的吊臂長度、吊臂角度、回轉角度（僅 提供±10。、±30。四個限位臨界角度）、變幅油缸壓 力等信息,僅在起重機超載作業(yè)時發(fā)出報警及限動信 號。國產(chǎn)起重機的安全控制系統(tǒng)主要存在以下問題：

(1)系統(tǒng)缺少安全監(jiān)控功能，不能檢測支腿跨距狀態(tài)、均載（彈簧閉鎖）油缸狀態(tài)、配重狀態(tài)，司機 只能根據(jù)地面操作人員的匯報手動選擇工況，由于 司機手動選擇的工況往往與實際情況不符合而產(chǎn)生 危險，致使起重機傾翻；

(2) 系統(tǒng)向司機提供的起重機狀態(tài)信息不全 面，不能檢測支腿支撐壓力，不能檢測起重機前后、 左右兩個方向的傾斜角度，不能顯示起重機偏離軌 道中心距離；

(3) 系統(tǒng)控制功能單一，超載限動后5個危險 動作（吊鉤升、臂桿伸、變幅降、左/右回轉）均不能 動作，解除安全限動采用單獨鑰匙開關方式，解鎖后 起重機還能任意動作，不利于安全控制；

(4) 系統(tǒng)不完備，無臂桿高度限動不利于電網(wǎng) 下作業(yè)，無左、右侵界限動，不利于起重機安全作業(yè)；

(5) 系統(tǒng)無數(shù)據(jù)記錄功能，不能記錄起重機工 作時的狀態(tài)數(shù)據(jù)，不能進行事故后的技術分析。

1.2 進口安全控制系統(tǒng)

目前，國內引進的進口鐵路起重機均為德國 KIROW公司生產(chǎn)的KRC1680型起重機，其安全控 制系統(tǒng)采用的是德國赫斯曼（Hirschmann)公司為其 開發(fā)的智能控制系統(tǒng)，它對起重機各機構的工作狀 態(tài)進行了全方位的智能安全連鎖保護。司機發(fā)出的 操作指令通過該系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)解算和邏輯分析后， 再控制起重機動作，進而在非允許動作狀態(tài)發(fā)出報 警及限動信號，使起重機只能向安全方向動作，實現(xiàn) 了全面的安全智能聯(lián)鎖控制功能。但進口起重機在 國內的使用過程中也暴露出以下不足：

(1)操縱和控制系統(tǒng)因其智能聯(lián)鎖控制方式導 致系統(tǒng)操作程序復雜、動作較慢，對起重機司機操作水平要求過高，對設備維修水平要求也很高；

(2) 安全控制系統(tǒng)限制因素繁瑣，不利于查找 排除故障，特別是在救援現(xiàn)場，出現(xiàn)小問題而不能快 速判斷處理,從而影響鐵路救援工作快速開展；

(3) 安全控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄儀采用非實時記錄 的數(shù)據(jù)存儲形式，即僅記錄超載作業(yè)數(shù)據(jù)，不超載作 業(yè)則不記錄，所以同樣存在數(shù)據(jù)記錄盲區(qū)，不利于事 故后數(shù)據(jù)分析；

(4) 價格昂貴，系統(tǒng)復雜，不適用于既有國產(chǎn)鐵 路起重機的改造。

1.3 對比分析

根據(jù)鐵道部運裝機設[2008] 165號文件要求，以及對起重機安全控制系統(tǒng)的要求，對國內外及擬 設計的起重機控制功能進行了分析對比，結果如表 1所示。從表1中可以看出，在起重機吊重作業(yè)過 程中，進口鐵路起重機能夠根據(jù)起重機狀態(tài)自動選 擇工況，能夠實現(xiàn)對起重機各種作業(yè)狀態(tài)的智能化 保護，但存在操作復雜、動作遲緩、記錄數(shù)據(jù)不全面 等缺點，而且價格昂貴；而國產(chǎn)的起重機需要由司機 確認支腿、均載（閉鎖）油缸、配重等機構的實時狀 態(tài)，系統(tǒng)無法自動選擇工況，而且下車缺乏有效監(jiān) 控，不能檢測支腿壓力、起重機水平傾斜角度和橫滾 角度，起重機狀態(tài)信息提供不全面，與進口起重機存 在很大差距。

二、智能安全控制系統(tǒng)目標與功能

目前，國內鐵路局各機務段配屬的救援起重機 多為國產(chǎn)伸縮臂起重機，其安全控制系統(tǒng)均是力矩 限制器系統(tǒng)，功能單一,存在安全隱患。因此急需開 發(fā)功能完備、價格適中、操作簡便的安全控制系統(tǒng)， 以滿足鐵路起重機對救援安全作業(yè)的要求。

2.1 系統(tǒng)目標

基于上述分析，確定系統(tǒng)的總體目標為：開發(fā)一 套功能先進、價格適中、操作簡便的全智能鐵路起重 機安全控制系統(tǒng)。系統(tǒng)能自動選擇工況，不需要司 機手動選擇，能有效對下車部分進行監(jiān)控，向司機提 供全面的起重機狀態(tài)信息，限動功能靈活多樣，并對 工作數(shù)據(jù)進行實時記錄和分析，確保鐵路起重機作 業(yè)安全。

2.2系統(tǒng)主要功能

2.2.1系統(tǒng)可根據(jù)需要進行多種形式的限動

① 吊鉤過卷限動：系統(tǒng)自動切斷上卷揚、吊臂伸 動作。

② 左/右侵界限動：司機可自行設定臂桿端部、 配重尾部偏離軌道中心的限動距離，超過該范圍系 統(tǒng)切斷起重機左或右回轉動作。

③ 臂桿高度限動：高度值可由司機確定，系統(tǒng)默 認為4.8 m高度限動，限動時系統(tǒng)切斷變幅升、吊臂 外伸動作。此高度限動功能能滿足在隧道內、接觸 網(wǎng)下工作的需要。

④ 超載限動：系統(tǒng)切斷臂桿伸、吊鉤升、變幅降 危險動作，同時根據(jù)起重機回轉角度做出判斷切斷 左或右回轉動作。

⑤ 水平傾斜限動：系統(tǒng)預設限動角度為±4°，超過該范圍系統(tǒng)切斷起重機所有危險動作。

⑥ 支腿壓力超過工作范圍限動：系統(tǒng)預設支腿 壓力工作范圍為5 MPa ~ 30 MPa，超過該范圍系統(tǒng) 切斷起重機所有危險動作。

⑦ 系統(tǒng)一旦發(fā)生限動，均進行聲光報警，給地面 人員發(fā)出警示信號。7

2.2.2系統(tǒng)具有黑匣子功能

能實時存儲起重機狀態(tài)數(shù)據(jù)，每1〇 s存儲一 次，保存72 h內的工作數(shù)據(jù)（如起重機當前工況、吊 重，臂桿長度、幅度，回轉角度、支腿狀態(tài)等），可通 過筆記本電腦連接將起重機工作數(shù)據(jù)讀出，以數(shù)據(jù) 庫表格形式保存，可以打印和顯示。

2.2.3顯示功能

采用12"中文圖形液晶顯示屏，起重機全面狀 態(tài)信息可在一屏內以圖表、文字的形式同時顯示。 2.2.4自動選擇工況

系統(tǒng)工況選擇分為自動和手動兩種方式。自動 選擇情況下，系統(tǒng)根據(jù)實時檢測到的信號自動進行 工況和性能曲線的切換；手動工況下，司機根據(jù)起重 機具體狀態(tài)情況，對照起重機工況表進行工況選擇。 手動選擇工況是自動工況的一種應急補充，在系統(tǒng) 信號采集部分發(fā)生故障時，起重機仍能工作，而且還 能起到力矩保護作用。

三、起重機智能安全控制系統(tǒng)構成

起重機智能安全控制系統(tǒng)由上車控制系統(tǒng)與下 車控制系統(tǒng)兩部分組成。上車控制系統(tǒng)負責上車監(jiān) 控數(shù)據(jù)采集及限制功能的實現(xiàn)，上車系統(tǒng)包括上車 系統(tǒng)主機、12”液晶顯示器、一體式長度/角度傳感 器1套、變幅油缸油壓傳感器2個、回轉角度傳感器 1個、車體水平傾斜角度傳感器1個、吊鉤高度限位 開關及重錘1套、配重檢測傳感器2個。系統(tǒng)構成 如圖1所示。

下車控制系統(tǒng)負責下車監(jiān)控數(shù)據(jù)采集與相關數(shù) 據(jù)上傳功能的實現(xiàn)。下車系統(tǒng)包括下車系統(tǒng)主機、 支腿跨距檢測傳感器12個、支腿油壓傳感器4個、 閉鎖油缸壓力傳感器4個。下車系統(tǒng)構成如圖2所 示。下車控制系統(tǒng)通過CAN總線與上車控制系統(tǒng) 進行通信，電信號通過安裝在回轉中心上的導電環(huán) 傳輸，力矩限制器主機和顯示器之間的數(shù)據(jù)傳輸也 使用CAN總線通信。同時，CAN總線上含有起重 機相關的參數(shù)信息，以備起重機控制器使用。

與原有起重機力矩限制系統(tǒng)相比，智能安全控 制系統(tǒng)采用了一些新型傳感器，

主要有：

(1) 回轉角度傳感器：該傳感器安裝在起重機 回轉中心導電環(huán)上，系統(tǒng)根據(jù)回轉角度傳感器提供 的信號實時顯示起重機回轉的角度值（〇 ~ 360°), 并根據(jù)回轉角度自動進行工況和性能曲線的切換；

(2) 水平傾斜角度傳感器：該傳感器安裝在上 車回轉中心處，給系統(tǒng)提供2路模擬量輸人信號，系 統(tǒng)根據(jù)輸人信號可分別顯示起重機順軌方向傾斜角 度、垂直方向傾斜角度；

(3) 支腿跨距檢測傳感器與配重檢測傳感器均 為同一型號傳感器，采用了性能可靠的電感式接近 開關，尾部帶工作指示燈，PACK接頭連接，利于現(xiàn) 場維護。傳感器在動作時，輸出高電平信號至下車 系統(tǒng)主機，系統(tǒng)根據(jù)其提供的信號自動進行工況和

性能曲線的切換； 根據(jù)提供的信號自動進行工況和性能曲線的切換。

(4)閉鎖油缸壓力傳感器:每個轉向架均裝有2 下車系統(tǒng)采用模塊化設計安裝（見圖3)，布線個壓力開關,當均載油缸無桿腔達到設定壓力后，壓 簡單，便于維修。

力開關動作，輸出高電平信號至下車系統(tǒng)主機，系統(tǒng)4智能安全控制功能的實現(xiàn)系統(tǒng)采用C語言編程，具有自診斷功能；程序 采用模塊化設計，易于維護，便于功能擴充。系統(tǒng)工 作流程圖如圖4所示。

四、人機界面介紹

采用中文圖形液晶顯示屏，在同一屏內可同時 顯示工況、倍率、工作幅度、額定起重量、實際起重 量、臂長、最大起升高度、吊臂仰角及力矩百分比 (條形碼）、故障代碼、時間、支腿狀態(tài)、均載油缸狀 態(tài)、回轉角度、配重狀態(tài)、是否使用強制開關、左/右侵限距離等，如圖5所示。

五、結束語

對上海鐵路局南京東機務段NS1602型鐵路起 重機進行更新改造后，經(jīng)過救援、施工現(xiàn)場實際運 用，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全可靠，人機界面友好、直 觀，達到了預期的目標。該系統(tǒng)價格適中，功能完 備，操練簡單，國內既有鐵路伸縮臂起重機均可安 裝，值得推廣。