橋式起重機(jī)大車制動(dòng)系統(tǒng)改造

李世強(qiáng)

（柳州市瑞中運(yùn)鋼材儲運(yùn)有限公司，廣西柳州 545002）

0 引言

柳州市鷓鴣江鋼鐵物流園共有56臺橋式起重機(jī)（簡稱行車），承擔(dān)著高線、螺紋鋼、鋼卷、中板、開平板、型材等材料的吊裝任務(wù)，年累計(jì)吊裝1000多萬噸鋼材。為了滿足繁重的吊裝工作任務(wù)，要求行車既要運(yùn)行速度快、吊裝物品穩(wěn)，又要停車位置準(zhǔn)，就必須有一個(gè)行之有效的行車制動(dòng)系統(tǒng)。行車制動(dòng)系統(tǒng)是否靈敏可靠直接關(guān)系著行車設(shè)備及人員的安危，如果行車上沒有了制動(dòng)系統(tǒng)，就相當(dāng)于汽車沒有了剎車，后果是很嚴(yán)重的。

行車制動(dòng)系統(tǒng)之一的大車制動(dòng)系統(tǒng)是行車的關(guān)鍵部件。大車制動(dòng)系統(tǒng)如果調(diào)整制動(dòng)距離過短，吊鉤及被吊物件由于慣性作用產(chǎn)生相應(yīng)的幅度擺動(dòng)，從而無法迅速準(zhǔn)確平穩(wěn)地落到應(yīng)停放的位置上，如果擺動(dòng)的幅度過大也會發(fā)生脫鉤或碰撞事故。因此一套安全、靈敏、可靠的大車運(yùn)行制動(dòng)系統(tǒng)非常迫切需要的。

1 原行車大車制動(dòng)系統(tǒng)存在的問題

QD20/5-24.5-A6型行車大車（主要技術(shù)參數(shù)：主鉤起重量為20 t，副鉤起重量為5 t，跨距為24.5 m）制動(dòng)系統(tǒng)采用液力推動(dòng)常閉式抱閘，抱閘用電一直是與電機(jī)并聯(lián)使用，原制動(dòng)方案如圖1所示，M1為橋式起重機(jī)大車的電機(jī)，M2為橋式起重機(jī)大車的剎車電機(jī)，M1與M2輸入電源均采用三相380 V，并聯(lián)接法，電機(jī)M1與M2的同時(shí)得電或者同時(shí)失電，M2電機(jī)線圈才用星形接法。當(dāng)大車電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，剎車電機(jī)也同時(shí)啟動(dòng)，抱閘打開；大車電機(jī)失電時(shí)，剎車電機(jī)也同時(shí)失電，抱閘閉合，大車立刻剎車。

然而在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于行車本身重量有40多噸，加上10多噸的吊物重量，在運(yùn)行速度快、停車時(shí)抱閘過緊的情況下，車體的大慣性使行車產(chǎn)生很大的震動(dòng)，易造成吊物擺動(dòng)過大、軌道變形等事故；若抱閘過松，當(dāng)行車在無制動(dòng)狀態(tài)下全速行駛中電機(jī)失電后，大車能滑行近50多米，大車停不住，同樣易發(fā)生撞車事故。以上存在的問題說明大車原設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)方案是無法使用的，形同虛設(shè)，僅僅是為了通過檢查而已。

因此，物流園的行車在投入使用后將行車的大車制動(dòng)系統(tǒng)全都打開不用。為了準(zhǔn)確停車，行車操作工采用打反車制動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn)。盡管明文規(guī)定不準(zhǔn)打反車制動(dòng)，但是在沒有行之有效的大車制動(dòng)系統(tǒng)情況下，也只能不得已而為之。

然而在日常的使用中，采用打反車制動(dòng)的弊端也逐漸凸顯，對安全生產(chǎn)構(gòu)成了重大的安全隱患。由于反向制動(dòng)時(shí)，電機(jī)電流很大，頻繁地使用，不僅會造成很大電耗，且易損壞接觸器、電機(jī)及減速機(jī)齒輪，甚至造成很大的安全事故。近幾年，在物流園作業(yè)中因打反車制動(dòng)發(fā)生多起安全事故，在打反車制動(dòng)時(shí)電流過大引起空開跳閘，高速運(yùn)行的大車在掉電情況下帶著吊物撞向圍墻和汽車，引起圍墻倒塌和汽車損壞，萬幸的是沒有出現(xiàn)人身傷害事故。如果物流園仍然使用打反車制動(dòng)來停車，行車撞壞設(shè)備、廠房、車輛、人員等重大事故遲早會發(fā)生，后果將不堪設(shè)想。

2 現(xiàn)有制動(dòng)系統(tǒng)方案

2.1 腳踏液壓制動(dòng)器

針對原行車大車制動(dòng)系統(tǒng)存在的問題，公司于2014年7月花費(fèi)了70 386元人民幣購買了4套腳踏液壓制動(dòng)器（每套平均175 965元人民幣）對4臺行車進(jìn)行大車制動(dòng)系統(tǒng)改造。腳踏液壓制動(dòng)器主要用于中、小型起重機(jī)大車運(yùn)行的平穩(wěn)減速制動(dòng)，是一種常開式制動(dòng)器，為行車人員提供了一種平穩(wěn)放慢和減速制動(dòng)的方法。該制動(dòng)器剛投入使用時(shí)，蹬踏腳感明顯，制動(dòng)效果很好；但在使用幾個(gè)月后，發(fā)現(xiàn)了該制動(dòng)器固有的缺陷，經(jīng)常出現(xiàn)剎車不靈現(xiàn)象，多次出現(xiàn)事故，有一次撞壞貨車，賠償了車主1.1萬元人民幣。分析原因是：由于制動(dòng)踏板離大車制動(dòng)器距離較長（管路超過20 m），一旦管路系統(tǒng)有滲油現(xiàn)象或管路中竄入空氣，就很容易產(chǎn)生剎車失靈現(xiàn)象。在使用的過程中安全性和可靠性較差，因此使用過程中具有不穩(wěn)定性。而且整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)維護(hù)很不方便，在更換制動(dòng)器管路系統(tǒng)中的任何零部件后，必須對需兩個(gè)人配合對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行排氣處理。

2.2 常閉變頻制動(dòng)器

在腳踏液壓制動(dòng)器多次出現(xiàn)失靈現(xiàn)象后，行車操作工不敢使用該制動(dòng)方案。公司于2014年12月從深圳某公司花費(fèi)30 426元人民幣購買了2套常閉變頻制動(dòng)器。該制動(dòng)器利用變頻器輸出頻率的變化控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速從而控制液壓壓力的輸出，從而控制剎車的力度。該制動(dòng)器采用常閉式制動(dòng)，行車上電后，制動(dòng)器就一直處于打開狀態(tài)，當(dāng)腳踩踏板時(shí)，行車制動(dòng)。這種制動(dòng)器設(shè)計(jì)方案沒有考慮節(jié)能效果，行車上電后制動(dòng)器電機(jī)一直轉(zhuǎn)動(dòng)，浪費(fèi)能量，而且當(dāng)運(yùn)行中行車意外失電時(shí)，行車突然處于抱閘狀態(tài)，行車產(chǎn)生很大的震動(dòng)。

圖2 大車變頻制動(dòng)系統(tǒng)改造電路

2.3 常開變頻制動(dòng)器

針對常閉變頻制動(dòng)器斷電抱閘出現(xiàn)的問題，公司于2015年4月花費(fèi)34 188元人民幣從長沙某公司購買了2套常開變頻制動(dòng)器。該制動(dòng)器采用常開式制動(dòng)，避免了浪費(fèi)能量問題，也獲得良好的制動(dòng)效果。這種常開變頻制動(dòng)器設(shè)計(jì)方案也存在問題：在行車大車剎車停穩(wěn)后，行車斷電，準(zhǔn)備下車時(shí)，由于行車軌道的安裝精度存在一定的水平誤差，行車往往會產(chǎn)生一定的移動(dòng)距離，使行車偏離登梯口，造成行車操作工下車?yán)щy；在遇到大風(fēng)時(shí)曾經(jīng)把行車吹走，帶來了很大的安全隱患。

3 大車變頻制動(dòng)系統(tǒng)改造

3.1 改造方案

針對以上幾種行車大車制動(dòng)系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)，方案如圖2所示。剎車裝置由接觸器KM1、空氣開關(guān)QF1、時(shí)間繼電器KT1，KT2、不間斷電源UPS、急停按鈕SB1、變頻器及安裝在駕駛室腳踏變位器RP1等組成。在大車電機(jī)M1的輸入三相電源U，V，W的其中兩相（如V，W）之間接上一個(gè)接觸器KM1；由于UPS的輸出電源是220 V的交流電，因此采用了輸入電壓為單相220V的變頻器；由于單相變頻器的輸出電壓為三相220 V交流電，因此抱閘電機(jī)M2的線圈接法也相應(yīng)改為三角形接法。

3.2 工作原理

（1）合上QF1，UPS及KT1線圈得電，KT1延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，KM2線圈得電，KM2常開觸點(diǎn)閉合，這時(shí)變頻器得電；當(dāng)大車電機(jī)M1得電工作時(shí)，KM1線圈也同時(shí)得電，KM1常開觸點(diǎn)閉合，KT2線圈得電，KT2延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，變頻器開始工作，剎車電機(jī)M2正常運(yùn)轉(zhuǎn)，抱閘打開，大車處于運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)大車電機(jī)M1失電時(shí)，KM1線圈、KT2線圈也同時(shí)失電，由于接在變頻器的啟動(dòng)信號是采用KT2延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)，這時(shí)KT2延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)仍然是閉合狀態(tài)，剎車電機(jī)M2仍然正常運(yùn)轉(zhuǎn)，大車處于慣性滑行狀態(tài)，只是踩下腳踏變位器RP1踏板，線號13，12之間的電阻變小，即線號13，12之間的電壓減小，變頻器輸出的頻率也隨之線性減小，剎車電機(jī)M2運(yùn)轉(zhuǎn)速度也隨之線性減小，抱閘在彈簧的作用下也線性閉合，大車按照腳踏變位器RP1踏板的踩下程度進(jìn)行剎車，達(dá)到了大車剎車力度可控的狀態(tài)；當(dāng)腳踏變位器RP1踏板完全踩下時(shí)，變頻器輸出頻率為0，剎車電機(jī)M2停止運(yùn)轉(zhuǎn)，大車立即剎車。當(dāng)KT2延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)在延時(shí)時(shí)間到后，KT2延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)斷開，變頻器處在停止?fàn)顟B(tài)。

（2）當(dāng)大車在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，突發(fā)意外主電源斷電故障時(shí)，大車電機(jī)M1，KT1線圈、KT2線圈及UPS均失電，大車仍然慣性滑行，這時(shí)UPS內(nèi)部的電池逆變供電，使變頻器仍然處于工作狀態(tài)，大車仍然按照腳踏變位器RP1踏板的踩下程度進(jìn)行剎車，達(dá)到了在斷電狀態(tài)下仍有效進(jìn)行剎車的目的；當(dāng)KT1延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)在延時(shí)時(shí)間到后，KT1延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)斷開，KM2線圈失電，KM2常開觸點(diǎn)斷開，這時(shí)變頻器失電，剎車電機(jī)M2停止運(yùn)轉(zhuǎn)，大車立即剎車。

（3）時(shí)間繼電器KT1作用。在L1，N有220 V交流電的情況時(shí)，能通過UPS正常供電給變頻器；在L1，N沒有電壓的情況時(shí)，能在KT1延時(shí)的范圍內(nèi)通過UPS內(nèi)部電池逆變供電給變頻器工作，在KT1延時(shí)的時(shí)間到后，停止供電給變頻器，以避免UPS電池電量耗盡。

（4）時(shí)間繼電器KT2作用。當(dāng)大車電機(jī)M1得電工作時(shí)，KT2延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合，變頻器正常工作；當(dāng)大車電機(jī)M1失電工作時(shí)，在KT2延時(shí)范圍內(nèi)，變頻器仍正常輸出，在KT2延時(shí)時(shí)間到后，KT2延時(shí)斷開的動(dòng)合觸點(diǎn)斷開，這時(shí)變頻器停止輸出，剎車電機(jī)M2停止運(yùn)轉(zhuǎn)，以避免剎車電機(jī)M2在M1失電后仍在運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

（5）急停按鈕SB1作用。當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，按下SB1，變頻器斷電，剎車電機(jī)M2失電，大車處于剎車狀態(tài)。

（6）接觸器KM1作用。大車電機(jī)M1得電工作時(shí)，剎車電機(jī)M2正常運(yùn)轉(zhuǎn)，抱閘打開。

（7）接觸器KM2作用。控制變頻器的輸入電源，在正常工作時(shí)變頻器得電，非正常工作時(shí)切斷UPS內(nèi)部電池逆變供電。

3.3 制動(dòng)系統(tǒng)改造的優(yōu)點(diǎn)

（1）有較好的節(jié)能效果，剎車電機(jī)不是長時(shí)間工作，而是根據(jù)大車電機(jī)的工作狀況來運(yùn)行。

（2）在行車斷電情況下，在一定的時(shí)間段里，依然能夠?qū)π熊囘M(jìn)行有效的制動(dòng)控制，達(dá)到了行車安全運(yùn)行的目的。

4 改造效果

4.1 使用效果

改造后的制動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)行車操作工近1 a的使用，一致反映改后抱閘使用比原來的既方便，又安全，不用再擔(dān)心掉電后的危險(xiǎn)，對人、機(jī)、物的安全有可靠的保證，可避免因原先大車抱閘不可靠而發(fā)生的人身、設(shè)備事故，從而減少不可估計(jì)的損失。

4.2 改造后的效益

（1）改造投資。每套制動(dòng)系統(tǒng)的改造成本為0.38萬元人民幣。

（2）按類似功能的制動(dòng)系統(tǒng)市場價(jià)格為1.7萬元人民幣。

（3）每臺行車制動(dòng)系統(tǒng)改造成本可節(jié)省1.32萬元人民幣，若推廣使用，整個(gè)物流園可節(jié)省資金約74萬元人民幣。

5 進(jìn)一步完善

在一年使用過程中，發(fā)現(xiàn)時(shí)間繼電器有觸點(diǎn)接觸不靈現(xiàn)象，引起制動(dòng)系統(tǒng)故障，目前已經(jīng)將傳統(tǒng)的時(shí)間繼電器更換為微電腦型時(shí)間控制器，整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提高。