摘要：房屋建设不管是垂直输送还是水平输送都要要用到塔式起重机，在生产的过程中，要加强对安全问题的关注，本文研究塔式起重机数字化安全保护系统的设计，从运行参数监测、安全管理制度、安全保护系统的软硬件设计、子系统的建立四方面展开分析，希望本文的观点能够为塔式起重机的安全检测提供符合实际情况的理论指导意见。
关键词：塔式起重机；金属结构；通信子系统
引言：近年来，中国的城市化进程不断推进，高层、超高层建筑逐渐兴起，对自升式塔式起重机的需求量逐渐加大。大高度、长吊臂的塔式起重机随之出现，功能更加复杂，为此设备运行管理手段应体现高度可靠性和安全性。监测塔机在运行过程中的各项参数，实现对设备故障的有效诊断，各种自动化保护技术的应用更加深入。
一、塔式起重机事故风险因素
（一）缺乏行之有效的安全管理手段
塔式起重机发生事故有一定离散型特征，可能是超载造成的整机倾覆，也有可能是施工人员在工作中疏忽大意从塔式起重机上坠落。另外操作人员疲劳作业也会导致塔式起重机发生事故。在设备安全管理方面事故风险来源于工作人员购买、租赁、借用设备。这其中存在的问题是缺乏相应的规章制度，缺乏规范的行为准则。这就导致相关工作人员在施工时安全意识不高，不具备良好的风险预估能力。从安全资质不完善的厂家购买设备，没有售后服务的厂家也包括在内。从经营不善或者是挂靠的厂家处购买、租赁设备。这一类的厂家相应的技术力量不够强大，内部工作人员也缺乏实际操作经验。在实际工作中没有制定预防风险的方案，没有承担任何风险的资质。管理人员整体素质较差，缺乏专业技术人员的支持，制定的工作制度不够完善，执行制度力度不足。相关管理人员缺乏风险意识。没有建立完善的规章制度、管理方法和施工方案。
（二）作业环境不佳
作业环境是塔式起重机事故的一项关键风险因素。比如在遭遇恶劣的天气时，需要展开安拆作业，由于缺乏制定技术方案的专业人员，导致安拆工作不能获得良好成效。作业环境风险因素还包括地基承载能力不足、使用说明书规定和的范围不包括附着位置、作业环境位于深基坑的边缘、安拆空间过于狭小。安装作业的进行没有按照使用说明进行，或者是没有按照操作章程进行。安装作业的施工方案和保障安全的方法与实际情况不相符合，甚至是直接照抄、照搬其它的施工方案，设备安拆工作的进行与具体的施工情况不相符合[1]。
（三）塔式起重机的金属结构发生损坏
塔式起重机金属结构损坏有可能是腐蚀性气体导致，造成塔式起重机表面锈蚀的不良情况。塔式起重机的工作环境比较恶劣，在黄沙漫天的情况下，其本身的面孔被覆盖。再加上设备的功能和工业发展的需要，决定塔式起重机要长期处于铺天盖地的灰尘中，周围所产生的腐蚀性气体会对其自身的金属结构造成严重的破坏。塔式起重机要长时间运作，回转的幅度也比较大。金属结构表面的油漆、保护层容易出现脱落。此时塔式起重机的金属结构就会遭到腐蚀气体的侵袭。进而腐蚀变形，结构强度也会有所降低。导致金属结构变形的原因有很多，比如在使用器械的过程中，一些不可避免的意外碰撞很有可能会发生。在力的相互作用下，塔式起重机的金属结构由于受到摩擦、碰撞或者是重击，就很有可能发生变形。再比如塔式起重机在作业的过程中超载，会导致设备永久变形。这是因为超载会造成起重设备结构受力不平衡，严重造成顶部结构失去重心。爬升架的导轮对标准节主弦干产生较大压力。
二、塔式起重机数字化安全保护系统设计
（一）对各项运行参数的有效监测
保护系统应该具备监控塔式起重机状态参数的作用，监测的数据有起重量、小车幅度、小车速度、回转角度、起升高度、起重力矩、吊臂倾角、风力风速、温度、湿度。在选择传感器的类型时，就要考虑到上述参数。用到的传感器有拉力、角度、风速、温度、湿度传感器，另外还有编码器。安装传感器监测起重重量，采用拉力传感器监测钢丝绳的张力变化情况，起升结构如图1所示，钢丝绳的拉力由拉力传感器得到，需要用到所吊重物的重力和质量，保证起升倍率为2。运用增量式的编码器监测小车的位移和速度。监测起升的高度，运用与监测小车位移相似的检测方法。获得吊钩的下降高度，使用塔式起重机当前的高度减去吊钩的下降高度，得到的数值就是当时吊钩的实际起升高度。运用重锤式监测手段获得吊臂的倾角，此时需要在固定的吊臂上装设重锤。塔式起重机吊臂与水平线的夹角就等于重锤转过的角度。运用电动回转驱动装置监测回转角度的大小，在塔式起重机的回转部分上安装回转驱动。最后一级小齿轮会在电机的减速作用下改变位置，所以应该将小齿轮安装在塔机的固定部分上，保证与大齿圈良好啮合。
图 1 起升结构示意图
（二）合理设计安全保护系统的软硬件
设计系统的软硬件，将单片机作为核心内容，搭配各种传感器接口，另外还包括接口电路、人机界面、报警指示灯、蜂鸣器电路、继电器的输出电路。监测并控制起重特性，以起重特性曲线为依据，将起重量和幅度控制在曲线段范围之内。保证控制塔机的起重量不超过起重特性的最大载荷。变幅小车的行程不能大于当前起重量，也不能大于对应的最大工作幅度。控制子系统的组成有数据处理电路、LCD显示模块，另外还有核心处理模块和同步时钟模块。数据处理电路需要对传感器采集到的信号进行滤波处理，另外还要进行放大处理。之后将经过处理之后的信号接入到核心处理模块的输入端。在核心处理模块上转换获取到关键信息，并将其输入至LCD模块上。在塔机发生事故时，发挥同步时钟模块的作用，将事故发生时的数据同步到存储器中。为日后的事故原因分析工作提供可靠依据。保证得到准确的事故发生原因，为提高塔机的安全性提供有力支撑[2]。
（三）通信子系统和报警子系统的建立
将中国移动GPRS无线传输系统作为通信子系统的基础内容。后台主机负责收集塔机的关键数据，为后台实时了解并掌握塔机的运行情况提供可靠依据。另外，后台也能通过通信子系统给塔机的监控终端传递控制指令。报警子系统的组成共有两部分，分别是声和光。设置塔机各项参数的阈值，包括塔机的回转角度、物体的重量、物体的可上升高度、重物在水平方向上的运行幅度。如果各项参数的阈值是在0.93到0.96这个范围内。报警系统的1级蜂鸣器就会发出警报。在阈值处于0.96到1.00这个范围内，2级声音报警器就会发出警报。当各项参数的阈值处于1.00到1.20这个范围内，3级声光报警器就会发出警报。当各项参数的阈值已经超过1.20，此时4级声光报警器就会被打开，塔机的电源会被强行切断。报警的所有数据都会被完整记录，并存储在芯片内。对存储的数据加以分析，进而总结出可能导致塔机发生事故的原因。
（四）制定完善的安全施工管理制度
设备使用单位的库管员要对进入工程项目的机械设备进行表面检查，检查零件是否完整，检查零件的磨损程度是否在安全值的范围内，另外保证系统的安全还要审核提供设备企业的资质。设备使用企业应该与审核安拆单位签订与安拆有关的专项合同。在设备投入使用之前，审核安拆单位需制定《塔式起重机安装、拆卸专项施工方案》。不管是设备使用企业还是监理单位都应该审核该方案，保证双方一致通过，才能进行正式启用该方案。展开安拆项目之前，设备使用企业应按照合同的规定审核相关工作人员的专业知识和安全技能的掌握情况。如果在操作的过程中，设备发生了危险事故，就要对相关责任人进行安全教育活动，并做好事故发生原因的解析工作。为工作人员的人身安全提供保证。这会在很大程度上提高设备使用人员的安全责任意识。设备使用单位应严格检查审核人员的上岗证件，必须要保证全部的安拆作人员都持有上岗证件，在此条件下才能展开施工作业[3]。
保证人员的人身安全，应做好以下工作。在白天进行安拆作业，为作业人员提供良好的视觉条件。在作业范围区域内设置安全警戒线，保证安拆作业的展开不会有无关人员的参与。如果遭遇了极端恶劣的天气包括浓雾、雨雪、四级以上的大风，就必须要立即终止施工作业。在目前的发展阶段中，国家对安拆作业工作人员有明确的规定，要求安拆施工作业人员能良好掌握塔式起重机的安拆工艺，对相关操作规程有详细了解，保证在正式施工时能严格执行。
总结：塔式起重机事故风险因素包括缺乏行之有效的安全管理手段、作业环境不佳、塔式起重机的金属结构发生损坏。设计塔式起重机数字化安全保护系统要体现完善的安全施工管理制度，并涵盖通信子系统和报警子系统，保证合理设计安全保护系统的软硬件，实现对各项运行参数的有效监测。建立完善的塔式起重机安全保护系统，对设备进行全方位的保养，保证塔式起重机安全稳定运行。
参考文献：
[1]武世敏.塔式起重机结构安全评估与现场检测方式研究[J].中国设备工程，2019（03）：97-98.
[2]张南庆，张强，陈孝玉，刘小雍.一种塔式起重机安全监控系统的研究[J].科技视界，2018（35）：127-128+135.
[3]高永刚.塔式起重机的安全管理研究[D].青岛理工大学，2019.
论文作者:徐明志
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：作业论文; 塔式起重机论文; 设备论文; 子系统论文; 吊臂论文; 系统论文; 参数论文; 《基层建设》2019年第15期论文;