論塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)的制動器失效保護(hù)

高偉 張偉南

科曼薩建設(shè)機(jī)械（杭州）有限公司 浙江 杭州 311223

近年來，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，也使得我國的建筑行業(yè)迎來了一片良好的發(fā)展契機(jī)，塔式起重機(jī)由于具備多種優(yōu)勢所以被得以廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)中，但是起升機(jī)構(gòu)在長時間的作業(yè)下，免不了發(fā)生制動失效的現(xiàn)象，從而引發(fā)安全事故，所以需要加大對制動器失效保護(hù)方法的研究，以確保安全。

1 塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)的相關(guān)概述分析

塔式起重機(jī)由于覆蓋面廣、起升高度高、可自升加高等優(yōu)勢，被建筑施工單位廣泛的選用，其主要擔(dān)負(fù)垂直運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)。近年來，隨著城市高樓林立，建設(shè)項目不斷推進(jìn)，建設(shè)難度也隨之增大。在高樓建設(shè)中，場地受限，吊裝構(gòu)件體積增大，數(shù)量增加，吊重增加，要求塔機(jī)的機(jī)型也增大，今后的發(fā)展大型和超大型的塔機(jī)將更為廣泛的應(yīng)用。由于塔式起重機(jī)重心高、吊裝范圍廣、垂直運(yùn)輸距離大、安全風(fēng)險也高，每年塔式起重機(jī)的安全事故不在少數(shù)，所以當(dāng)務(wù)之急應(yīng)當(dāng)要提高塔機(jī)吊裝的可靠性以及安全性，只有這樣才能夠最大限度的保障人員的人身安全和財產(chǎn)安全[1]。

2 起升機(jī)構(gòu)制動器失效原因分析

起升機(jī)構(gòu)的制動常規(guī)的做法是在電機(jī)與減速機(jī)之間安裝一個鼓式制動器，結(jié)構(gòu)為常閉式。在工作時，通過液壓推力器將制動器打開，進(jìn)入正常工作。如下圖。

圖1 常規(guī)起升機(jī)構(gòu)

另一種結(jié)構(gòu)是使用制動電機(jī)。在電機(jī)尾端安裝盤式電磁制動器，也是常閉式。在工作時，通過電磁電圈的吸力將制動器打開，進(jìn)入正常工作。如下圖。

根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，引起塔式起重機(jī)制動失效的因素較多，大致可以分為以下的幾種方式：①制動器在維護(hù)或檢修后調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)致制動力矩過小，不能保證正常的制動，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)在下降制動的過程中遇到較大的沖擊載荷，超過較大的制動器制動力矩，從而蹓鉤下滑。②由于長時間的運(yùn)行使得制動器出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，從而引發(fā)的制動器失效。例如制動瓦磨損、制動盤磨損、制動器工作結(jié)構(gòu)磨損、液壓推桿失效等。③制動器連續(xù)高速制動，在制動過程當(dāng)中由于摩擦升溫，使制動瓦墊和制動輪之間的溫度不斷上升，導(dǎo)致摩擦系數(shù)下降，繼而引發(fā)制動失效。④電氣控制部分故障等因素，從而使得制動器無法響應(yīng)抱閘信號，以至于制動器失效[2]。

圖2 機(jī)電帶制動的起升機(jī)構(gòu)

3 塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動器失效保護(hù)方法

3.1 從機(jī)械結(jié)構(gòu)上解決起升機(jī)構(gòu)制動器失效的問題

3.1.1 對于制動器的調(diào)整，主要包括制動力矩的調(diào)整、瓦塊退距（推動器補(bǔ)償行程h）的調(diào)整。應(yīng)根據(jù)廠商提供的制動力矩數(shù)據(jù)進(jìn)行。制動力矩的調(diào)整，一般可以根據(jù)制動器壓緊彈簧傍邊的制動力矩標(biāo)尺，每次維護(hù)后調(diào)整到對應(yīng)的制動力矩。瓦塊退距的調(diào)整，推動器額定行程必須工作在兩條綠色線之內(nèi)，如到紅色線內(nèi)則應(yīng)對推動器的補(bǔ)償行程進(jìn)行調(diào)整。

圖3 鼓式制動器

3.1.2 制動器制動瓦磨損報警，可以在制動器上增設(shè)檢測裝置。制動器在使用過程中，操作者很容易忽視摩擦片磨損程度，且不容易判斷摩擦片磨損極限是多少，故在該制動器上增設(shè)了摩擦片磨損極限報警裝置。該裝置增設(shè)后，隨著摩擦片磨損轉(zhuǎn)換成撞板位移，到達(dá)極限位置時，撞板觸動行程開關(guān)，可向主機(jī)發(fā)出報警信號，提醒操作者對摩擦片進(jìn)行更換。此功能的增設(shè)在一定程度降低了因制動器摩擦片磨損后帶來的安全事故，使制動器更加安全可靠的運(yùn)行。（如圖3）

3.1.3 現(xiàn)在一般的制動器在安裝在高速軸端，即在電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，這對制動器的選型是非常有利的，但也有不足，電機(jī)后面的傳動部分出問題，這個制動器是沒有任何幫助的。所以在卷筒的邊上增加第二制動器是很好的辦法。在一些重大關(guān)鍵項目中，為確保塔機(jī)施工安全，應(yīng)使用雙制動。當(dāng)其中一個制動器失效后，另一個制動器仍然能發(fā)揮作用。如下圖：

圖4 雙制動器起升機(jī)構(gòu)

3.2 從電氣控制上解決起升機(jī)構(gòu)制動器失效的問題

采用變頻控制，有效改善起升機(jī)構(gòu)的軟啟動和軟停止。使用閉環(huán)矢量控制，在起升電機(jī)軸端增加編碼器，實(shí)時采集電機(jī)轉(zhuǎn)速?？刂瓶驁D如下：

圖5 電氣控制框圖

通過變頻器的不同控制策略可以實(shí)現(xiàn)以下兩個目的：

3.2.1 對起升電機(jī)的零速制動，減少制動閘瓦的磨損。通過起升變頻器實(shí)現(xiàn)對起升電機(jī)。

零速制動，減少制動閘瓦的磨損。操作手柄發(fā)出停止命令時，起升變頻器向起升電機(jī)定子輸入反向制動轉(zhuǎn)矩電流，并通過起升電機(jī)軸端的編碼器實(shí)時監(jiān)測電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近零轉(zhuǎn)速時（小于設(shè)定閾值），變頻器發(fā)出制動命令，通過制動器對電機(jī)的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行制動。這樣，避免了制動閘瓦與制動鼓之間的滑動摩擦，減少了制動器閘瓦的磨損，大大延長了制動閘瓦的使用壽命。

3.2.2 在制動器失效重物下溜時，變頻器自動介入，拉停下溜的重物。因制動器失效導(dǎo)致的吊鉤下溜，起升機(jī)構(gòu)變頻器可以通過起升電機(jī)軸端編碼器檢測到這一情況，并通過向電機(jī)輸出穩(wěn)定可靠的0轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩電流將快速下溜的重物拉停并懸停在空中。

變頻器控制程序邏輯，見下圖：

圖6 變頻器控制邏輯

當(dāng)起升變頻器處于待機(jī)狀態(tài)時，通過編碼器實(shí)時檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速。正常時，電機(jī)反饋轉(zhuǎn)速應(yīng)該是0。如果制動器失效，吊鉤下溜，電機(jī)就轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過設(shè)定閾值，起升變頻器即認(rèn)為制動器失效，則進(jìn)入第二步。

變頻器會自動依次啟動零轉(zhuǎn)矩功能和轉(zhuǎn)速追蹤功能，使用這兩種功能可以有效解決起升變頻器報過流故障。在輸出零轉(zhuǎn)矩的過程中變頻器一邊建立電機(jī)磁場，一邊啟動轉(zhuǎn)速追蹤功能。當(dāng)電機(jī)磁場建立完成后，變頻器將進(jìn)入第三步。

起升變頻器將自動切換到給定速度為0的速度控制模式，此時電機(jī)可以輸出穩(wěn)定可靠的電磁轉(zhuǎn)矩將快速下溜的重物按照預(yù)設(shè)的減速時間拉停并以零速懸停在空中。然后進(jìn)入第四步。

變頻器輸出制動器失效報警信號，提醒塔機(jī)司機(jī)操作手柄控制起升變頻器將重物下放到地面安全位置。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過對本文的分析可知，制動器作為塔式起升機(jī)構(gòu)中非常重要的一部分，它關(guān)乎著貨物以及人員的人身安全，故此務(wù)必要給予高度重視，同時也要認(rèn)真分析清楚引發(fā)塔式起升機(jī)構(gòu)制動器失效的原因并且及時加以糾正，最大程度的保障人員的安全，在今后的工作當(dāng)中也應(yīng)當(dāng)要加大研究力度，減少事故發(fā)生的概率。