Nos campos industriais de metalurgia, portos, fabricação de máquinas, pontes rolantes e pórticos, como equipamentos essenciais de movimentação de materiais, sua operação segura afeta diretamente a eficiência da produção e a segurança do pessoal. Nos últimos anos, o TSG 51-2023 "Regulamentos Técnicos sobre Segurança de Guindastes" emitido pela Administração Estatal para Regulamentação de Mercado exige claramente que pontes rolantes e pórticos sejam equipados com "duas formas diferentes de dispositivos de limite de altura". Este regulamento despertou grande atenção da indústria.
1. Riscos de segurança e limitações técnicas dos sistemas de limite único
1.1 Análise típica de casos de acidentes
Em 2020, uma ponte rolante de uma empresa siderúrgica sofreu uma falha na corrosão da biela do limitador mecânico de martelo pesado, resultando em um cabo de aço quebrado após o gancho ser empurrado para o topo, causando perdas econômicas diretas de 2,8 milhões de yuans. A investigação do acidente mostra que o equipamento está equipado apenas com um único dispositivo de limite mecânico, e o período de manutenção excede os requisitos de especificação. Casos semelhantes são responsáveis por 37% dos acidentes com guindastes nos últimos cinco anos, destacando a vulnerabilidade de um único sistema de proteção.
1.2 Mecanismo de falha de sistema único
Dispositivos limitadores mecânicos tradicionais têm modos de falha como oxidação de contato, fadiga de mola e resistência a emperramento mecânico, e sua eficiência anual de falha é de cerca de 1,5×10^-4. Embora o limitador eletrônico tenha maior precisão, ele enfrenta problemas como interferência eletromagnética (EMI), desvio do sensor e envelhecimento da linha. As estatísticas mostram que entre as falhas de sistemas únicos, os dispositivos mecânicos respondem por 58% e os dispositivos eletrônicos por 42%, provando que qualquer tecnologia única tem defeitos inerentes.
2. O princípio da complementaridade técnica dos sistemas redundantes duais
2.1 Solução composta mecânica-eletrônica
A solução mainstream atual adota uma combinação de limites mecânicos de martelo pesado e limites eletrônicos de codificador rotativo. O sistema mecânico corta diretamente o circuito de energia através do mecanismo de alavanca, e o tempo de resposta é <200ms; o sistema eletrônico monitora a altura em tempo real através do PLC, e a proteção dupla forma um "hard cutoff + soft protection" mecanismo. Experimentos mostram que essa combinação pode reduzir a probabilidade de falha do sistema para 1,2×10^-8, atingindo o nível de segurança SIL3. A indústria está altamente preocupada.
3. Pontos-chave da integração do sistema e implementação da engenharia
3.1 Projeto de posição de instalação otimizada
De acordo com GB/T 3811-2008, o limite principal deve ser definido em ≥100mm do ponto limite superior, e o intervalo limite secundário deve ser ≥50mm. Em projetos reais, é recomendado adotar o layout "limite mecânico frontal + limite eletrônico traseiro" para garantir que a sequência de disparo esteja em conformidade com a lógica de segurança de "aviso-desaceleração-corte".
3.2 Projeto lógico de controle
(Figura 1) Mostra um loop de controle de limite duplo típico: o sistema eletrônico dispara um aviso antecipado e desacelera quando atinge o valor definido de 95%, e o sistema mecânico corta diretamente a potência de elevação em 100%. Os dois sistemas são alimentados de forma independente, e os sinais são conectados ao relé de segurança por meio de fiação rígida para evitar mau funcionamento causado por falha do PLC.
4. Estratégia de gestão do ciclo de vida completo
4.1 Sistema de manutenção preventiva
Estabeleça um plano de manutenção com base no FMECA: componentes mecânicos verificam a liberdade do link e o status de contato dos contatos todo mês; sistemas eletrônicos verificam o desvio do ponto zero e a estabilidade do sinal todo trimestre. Depois que um grupo portuário implementou o sistema, o MTBF do sistema limite foi aumentado de 1200 horas para 4500 horas.
4.2 Caminho de atualização inteligente
A tecnologia de monitoramento de IoT é introduzida para monitorar o status de componentes mecânicos por meio de sensores de vibração, e sensores de temperatura rastreiam as condições de trabalho de componentes eletrônicos. A análise de big data pode prever 85% das falhas potenciais com 14 dias de antecedência, alcançando a transição da manutenção regular para a manutenção preditiva.
5. Benefícios econômicos e valor social
O investimento inicial do sistema de limite duplo aumenta em cerca de 15%, mas pode reduzir a taxa de acidentes em 92%. Tomando como exemplo o guindaste de ponte de 50 toneladas, as perdas econômicas que podem ser evitadas ao longo do ciclo de vida são 2,3 vezes o valor do equipamento. De forma mais abrangente, essa configuração promoveu a atualização tecnológica da indústria de fabricação de guindastes da China, fazendo com que o desempenho de segurança do equipamento doméstico atenda aos requisitos da norma EU EN13001.
