一种吊钩防冲顶系统及其实现方法的探析

一种吊钩防冲顶系统及其实现方法的探析
发布时间：2021-07-01T14:32:50.127Z 来源：《建筑科技》2021年6月下作者：李光如[导读] 为了有效降低塔式起重机吊钩冲顶安全事故，防患于未然。

本文针对一种吊钩防冲顶系统及其实现方法进行了全面探析，旨在运用科技化手段，及时将塔式起重机吊钩冲顶危险信息告知司机，从而避免因起升限位器失效而产生的吊钩冲顶事故。

上海金虞机械有限公司李光如
摘要：为了有效降低塔式起重机吊钩冲顶安全事故，防患于未然。

本文针对一种吊钩防冲顶系统及其实现方法进行了全面探析，旨在运用科技化手段，及时将塔式起重机吊钩冲顶危险信息告知司机，从而避免因起升限位器失效而产生的吊钩冲顶事故。

关键词：塔式起重机吊钩；防冲顶；报警；实现方法引言
近年来，关于施工现场塔式起重机吊钩冲顶安全事故频繁发生，轻则损坏钢丝绳，重则钢丝绳断裂，吊钩及吊物从高空坠落，重量失衡发生塔式起重机折断等严重威胁人民群众的生命及财产安全。

针对塔式起重机原有起升限位器零件损坏、标定错误等功能失效后，塔吊司机不能及时发现而导致吊钩冲顶的问题，“吊钩防冲顶系统”运用激光雷达传感器采集吊钩与起重臂下缘距离、无线模块传输数据，通过语音报警等技术手段，及时提醒司机停止起升吊钩。

“吊钩防冲顶系统”解决了因起升限位器失效而产生的吊钩冲顶事故。

1现有吊钩防冲顶存在问题
目前吊钩防冲顶主要是利用高度限位器，通过机械原理断开起升控制回路，从而断开主钩卷扬机起升回路，主钩卷扬机立即刹车，吊钩停止上升，实现吊钩防冲顶的功能。

高度限位器通过转轴与塔吊主钩卷扬机上的钢丝绳卷筒机构关联；高度限位器内部有塑料的齿轮组，齿轮组控制一根凸轮轴，凸轮轴上固定有塑料的凸轮，凸轮随凸轮轴转动；高度限位器内部还有控制吊钩起升的上限位开关，上限位开关是常闭的，串联在吊钩起升控制电路中，上限位开关头部有一个塑料的轮子，压在凸轮轴上。

当吊钩起升到设定高度时，凸轮顶开上限位开关的轮子，上限位开关断开塔吊起升控制回路，从而断开主钩卷扬机起升回路，主钩卷扬机立即刹车，吊钩停止上升。

目前没发现有吊钩防冲顶系统，高度限位器有如下几点不足： 1）、安装位置震动大，震动频率高，连接处易松动失效； 2）、齿轮、凸轮等塑料件容易老化失效；
3）、失效后不能及时被发现。

2吊钩防冲顶系统的介绍
通过对目前现有吊钩防冲顶存在问题的分析，针对其现有技术上的不足，本文将提供一种吊钩防冲顶系统及其实现方法，有效解决了安装位置震动幅度及频率高、易松动老化失效且失效后不能及时被发现的问题。

2.1吊钩防冲顶系统的结构原理
当前在用的塔式起重机主要是利用起升限位器来实现吊钩防冲顶，通过机械原理断开起升控制回路，从而使吊钩停止上升，实现吊钩防冲顶的功能。

为了实现吊钩防冲顶及其他功能的目的，设计了一种吊钩防冲顶系统。

塔式起重机上设有驾驶室及起重臂，起重臂根部设有驾驶室，起重臂上设有小车，小车上设有检修用的围栏，小车下方设有吊钩。

吊钩防冲顶系统主要由主机、太阳能组件及传感器组件构成。

传感器组件通过支架安装在小车下缘的横梁位置且在吊钩的正上方，太阳能组件固定在小车围栏底面，主机固定在驾驶室中，传感器组件与太阳能组件导线连接，与主机无线电连接，具体结构示意图如下图1至图4所示：
图1 吊钩防冲顶系统中的太阳能组件的硬件结构示意图
图2 吊钩防冲顶系统中的传感器组件的硬件结构示意图
图3 吊钩防冲顶系统中的太阳能组件和传感器组件的硬件结构示意图
图4 吊钩防冲顶系统中主机的硬件结构示意图
吊钩防冲顶系统采用激光雷达传感器，利用无线通信技术，结合软件系统，对原设备功能加以补充，大大降低安全隐患。

吊钩防冲顶系统将传感器组件安装在塔吊吊钩正上方的小车上横梁上，监测吊钩与传感器的距离，并将距离数据通过无线模块发送给驾驶室的主机接收，主机通过运算、分析、判断，发出预警/报警指令给显示屏、扬声器和控制电路，显示屏显示吊钩与传感器距离等，扬声器语音提醒司机预警、报警、故障等，当报警时，控制电路串联在吊钩起升控制回路中，报警时，控制电路断开吊钩起升控制回路，吊钩停止上升，实现吊钩防冲顶功能。

2.2吊钩防冲顶系统的功能
吊钩防冲顶系统的传感器组件包括激光雷达传感器、无线发射模块、防雷模块、天线及延长线、可充电锂电池、稳压模块、壳体、支架及传感器电源线。

太阳能组件包括太阳能电板、支架、太阳能电源线。

主机包括主板、电源模块、无线接收模块、物联网通信模块、控制电路和扬声器，主板与电源模块连接。

太阳能组件的太阳能电板固定在小车围栏的底面，太阳能电源线沿着小车的横梁接入所述传感器组件中的稳压模块，太阳能电源线的正极线并联接入防雷模块的正极端子，稳压模块通过传感器电源线并联接入锂电池、无线发射模块、激光雷达传感器，激光雷达传感器的数据线接入无线发射模块信号端子，数据通过无线发射模块发送至主机接收端的无线接收模块。

吊钩防冲顶系统的实现功能具体步骤如下： 1）激光雷达传感器输出数字信号给无线发射模块； 2）无线发射模块接收并发送实时数据至无线接收模块； 3）无线接收模块接收并向主机上报实时数据； 4）主机收到数据后进行运算、判断、发出控制指令； 5）物联网通信模块将收到的数据上传至服务器，并通过服务器进行报警数据统计和对接第三方数据库。

3吊钩防冲顶系统实现方法效果与分析塔式起重机吊钩防冲顶系统的操作硬件结构，如图5所示，包括基础1、设于基础1上的标准节2和与标准节2垂直设置的起重臂3，起重臂3根部设有驾驶室4，起重臂3上设有小车，小车上设有检修用的围栏5，小车下方设有吊钩6，传感器组件7通过支架安装在小车下缘吊钩6的正上方位置，太阳能组件8固定在小车围栏5底面，主机9固定在驾驶室4中，传感器组件7与太阳能组件8导线连接，与主机9无线电连
接。

图5 塔式起重机吊钩防冲顶系统硬件布置图
3.1 使用过程
在具体使用中，安装人员将塔吊变幅小车收至变幅卷扬机下方，吊钩6收至距离起重臂3下缘8m左右，将主机9固定在驾驶室4墙壁，控制线串联接入塔吊起升控制回路，将传感器组件7固定在小车横梁吊钩6正上方位置，将太阳能组件8固定在小车围栏5底面，电源线沿着小车横梁接入传感器组件7电源进“+/-”端子，检查线路及安装支架，确保接线准确、固定牢固，合上主机9、传感器组件7的电源开关。

然后微调传感器组件7上的激光雷达传感器71，使光点落在吊钩6上缘最宽部位，紧固传感器固定螺丝，接通电源10秒钟左右，主机9的无线通信图标由灰色变亮，表示传感器组件7和主机9之间无线通信组网成功，显示器显示当前距离数值，低速起升吊钩6，观察传感器光点是否一直处于吊钩6顶部位置，显示的距离数值是否异常，预警是否正常，直至距离达到3米时主机9的扬声器96报警并切断上升控制归路，吊钩6停止上升。

然后，吊钩6下降至10米左右，再次低速起升吊钩6，反复两次，观察传感器光点位置变化，如有偏差，松开传感器固定螺丝，调整，确保光点在距离3米~5米范围始终处于吊钩6顶部位置；数字显示、预警、报警功能正常；切断上升控制回路正常。

吊钩6下降至10米左右，使用快速档起升吊钩6，反复三次，观察传感器光点位置变化，如有偏差，松开传感器固定螺丝，调整，确保光点在距离3米～5米范围始终处于吊钩6顶部位置；观察数字显示、预警、报警功能是否正常；观察吊钩6惯性、通信及设备延时的影响程度。

如吊钩6停止后，吊钩6顶部距离过小，则点击主机9触摸屏密码输入区，输入调试密码，进入传感器标定界面，根据吊钩6顶部与起重臂下缘的距离，提高报警阈值，再次试验确保吊钩6停止在安全距离。

3.2 软件系统操作步骤
3.2.1安装人员在软件系统的操作步骤
安装人员通过电脑或手机登录服务器，在“用户入口”、“管理员入口”中选择“管理员入口”，输入安装人员账号密码进入服务器；服务器界面分为：“建立项目”、“关联设备”，选择“建立项目”进入，建立“A项目”，地址、联系人、联系电话，点“完成”，完成项目建立，选择“关联设备”，填写：塔吊编号，塔吊产权号，产权单位，主机9编号，点“完成”，完成塔吊产权号、主机9与A项目的关联绑定。

3.2.2 相关人员进入服务器操作步骤
相关工作人员先登录服务器，选择“新用户注册”，账号为手机号码，所属单位填写“A项目”，岗位选择“安全”（项目部设备管理员、监理、塔吊产权/安装/维保单位等人员、塔吊司机等相关人员操作步骤类似），注册完成之后，页面自动跳转至登录界面，选择“用户入口”，输入账号密码进入；用户界面显示：“个人信息”、“我关注的设备”、“添加关注设备”、“设备统计数据”，选择“添加关注设备”，进入添加设备界面：输入产权号，点击“完成”，完成添加关注设备的操作；系统根据塔吊产权号自动关联匹配对应编号的主机9。

进入“我关注的设备”，界面显示如下表1所示：
以上表格中统计相关工作人员关注的各塔吊本月及累计冲顶预警和报警次数，当前距离值及状态，当距离大于5米时，显示状态为“安全”，点击“详细”，可以查看/下载预警、报警发生的具体时间表；其他单位人员注册账号及关注设备步骤和上述人员相同；相关管理人员可以及时了解冲顶频率，制定解决方案，消除冲顶安全隐患；吊钩防冲顶系统可以通过数据库对接第三方平台，满足第三方单位展示及分析数据需求。

4结束语
综上所述，本文探讨的吊钩防冲顶系统具有系统合理、使用简单的特点，设计时主要通过增加了一道吊钩防冲顶保护措施，有效解决了传统高度限位器易松动、老化失效且失效后不能及时被发现的问题，采用激光雷达测距传感器，材料老化对传感器功能影响较小，另外钩防冲顶系统还具有故障报警功能，能及时发现故障。

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