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有起重 機安全監控系統的基礎上，利用現代電子技術、計算 機、傳感測控技術等方面的技術成果，開發了新一代 鐵路起重機智能安全控制系統。該系統除具有力矩 限制等常規功能外，還可以自動選擇工況，有效地對 下車部分進行監控，向司機提供全面的起重機狀態 信息，限動功能靈活多樣，可實時存儲起重機狀態數 據，具有黑匣子功能。為提高系統的先進性與可靠 性，上車系統與下車系統采用了現場總線技術（CAN 總線）進行通信；下車電氣系統采用了模塊化設計 安裝。系統采用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現狀分析

1.1 國產安全控制系統

目前，國產鐵路起重機的安全控制系統均屬于 力矩限制器系統范疇，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時發出報警及限動信 號。國產起重機的安全控制系統主要存在以下問題：

(1)系統缺少安全監控功能，不能檢測支腿跨距狀態、均載（彈簧閉鎖）油缸狀態、配重狀態，司機 只能根據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生 危險，致使起重機傾翻；

(2) 系統向司機提供的起重機狀態信息不全 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) 系統不完備，無臂桿高度限動不利于電網 下作業，無左、右侵界限動，不利于起重機安全作業；

(5) 系統無數據記錄功能，不能記錄起重機工 作時的狀態數據，不能進行事故后的技術分析。

1.2 進口安全控制系統

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

(1)操縱和控制系統因其智能聯鎖控制方式導 致系統操作程序復雜、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) 安全控制系統限制因素繁瑣，不利于查找 排除故障，特別是在救援現場，出現小問題而不能快 速判斷處理,從而影響鐵路救援工作快速開展；

(3) 安全控制系統數據記錄儀采用非實時記錄 的數據存儲形式，即僅記錄超載作業數據，不超載作 業則不記錄，所以同樣存在數據記錄盲區，不利于事 故后數據分析；

(4) 價格昂貴，系統復雜，不適用于既有國產鐵 路起重機的改造。

1.3 對比分析

根據鐵道部運裝機設[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，在起重機吊重作業過 程中，進口鐵路起重機能夠根據起重機狀態自動選 擇工況，能夠實現對起重機各種作業狀態的智能化 保護，但存在操作復雜、動作遲緩、記錄數據不全面 等缺點，而且價格昂貴；而國產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，系統無法自動選擇工況，而且下車缺乏有效監 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 多為國產伸縮臂起重機，其安全控制系統均是力矩 限制器系統，功能單一,存在安全隱患。因此急需開 發功能完備、價格適中、操作簡便的安全控制系統， 以滿足鐵路起重機對救援安全作業的要求。

2.1 系統目標

基于上述分析，確定系統的總體目標為：開發一 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。系統能自動選擇工況，不需要司 機手動選擇，能有效對下車部分進行監控，向司機提 供全面的起重機狀態信息，限動功能靈活多樣，并對 工作數據進行實時記錄和分析，確保鐵路起重機作 業安全。

2.2系統主要功能

2.2.1系統可根據需要進行多種形式的限動

① 吊鉤過卷限動：系統自動切斷上卷揚、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，系統默 認為4.8 m高度限動，限動時系統切斷變幅升、吊臂 外伸動作。此高度限動功能能滿足在隧道內、接觸 網下工作的需要。

④ 超載限動：系統切斷臂桿伸、吊鉤升、變幅降 危險動作，同時根據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：系統預設限動角度為±4°，超過該范圍系統切斷起重機所有危險動作。

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

⑦ 系統一旦發生限動，均進行聲光報警，給地面 人員發出警示信號。7

2.2.2系統具有黑匣子功能

能實時存儲起重機狀態數據，每1〇 s存儲一 次，保存72 h內的工作數據（如起重機當前工況、吊 重，臂桿長度、幅度，回轉角度、支腿狀態等），可通 過筆記本電腦連接將起重機工作數據讀出，以數據 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

系統工況選擇分為自動和手動兩種方式。自動 選擇情況下，系統根據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，司機根據起重 機具體狀態情況，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 信號采集部分發生故障時，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構成

起重機智能安全控制系統由上車控制系統與下 車控制系統兩部分組成。上車控制系統負責上車監 控數據采集及限制功能的實現，上車系統包括上車 系統主機、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。系統構成 如圖1所示。

下車控制系統負責下車監控數據采集與相關數 據上傳功能的實現。下車系統包括下車系統主機、 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。下車系統構成如圖2所 示。下車控制系統通過CAN總線與上車控制系統 進行通信，電信號通過安裝在回轉中心上的導電環 傳輸，力矩限制器主機和顯示器之間的數據傳輸也 使用CAN總線通信。同時，CAN總線上含有起重 機相關的參數信息，以備起重機控制器使用。

與原有起重機力矩限制系統相比，智能安全控 制系統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 回轉中心導電環上，系統根據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，給系統提供2路模擬量輸人信號，系 統根據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 場維護。傳感器在動作時，輸出高電平信號至下車 系統主機，系統根據其提供的信號自動進行工況和

性能曲線的切換； 根據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主機，系統4智能安全控制功能的實現系統采用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、均載油缸狀 態、回轉角度、配重狀態、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，經過救援、施工現場實際運 用，整個系統運行穩定、安全可靠，人機界面友好、直 觀，達到了預期的目標。該系統價格適中，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。