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(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，也使得我國(guó)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(shì)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(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)下，免不了發(fā)生制動(dòng)失效的現(xiàn)象，從而引發(fā)安全事故，所以需要加大對(duì)制動(dòng)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(shì)，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(xiàng)目不斷推進(jìn)，建設(shè)難度也隨之增大。在高樓建設(shè)中，場(chǎng)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(xiǎn)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(cái)產(chǎn)安全[1]。

2 起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器失效原因分析

起升機(jī)構(gòu)的制動(dòng)常規(guī)的做法是在電機(jī)與減速機(jī)之間安裝一個(gè)鼓式制動(dòng)器，結(jié)構(gòu)為常閉式。在工作時(shí)，通過液壓推力器將制動(dòng)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(dòng)電機(jī)。在電機(jī)尾端安裝盤式電磁制動(dòng)器，也是常閉式。在工作時(shí)，通過電磁電圈的吸力將制動(dòng)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(dòng)失效的因素較多，大致可以分為以下的幾種方式：①制動(dòng)器在維護(hù)或檢修后調(diào)整不當(dāng)，導(dǎo)致制動(dòng)力矩過小，不能保證正常的制動(dòng)，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)在下降制動(dòng)的過程中遇到較大的沖擊載荷，超過較大的制動(dòng)器制動(dòng)力矩，從而蹓鉤下滑。②由于長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行使得制動(dòng)器出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，從而引發(fā)的制動(dòng)器失效。例如制動(dòng)瓦磨損、制動(dòng)盤磨損、制動(dòng)器工作結(jié)構(gòu)磨損、液壓推桿失效等。③制動(dòng)器連續(xù)高速制動(dòng)，在制動(dòng)過程當(dāng)中由于摩擦升溫，使制動(dòng)瓦墊和制動(dòng)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(dòng)失效。④電氣控制部分故障等因素，從而使得制動(dòng)器無法響應(yīng)抱閘信號(hào)，以至于制動(dòng)器失效[2]。

圖2 機(jī)電帶制動(dòng)的起升機(jī)構(gòu)

3 塔機(jī)起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)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(dòng)器失效的問題

3.1.1 對(duì)于制動(dòng)器的調(diào)整，主要包括制動(dòng)力矩的調(diào)整、瓦塊退距（推動(dòng)器補(bǔ)償行程h）的調(diào)整。應(yīng)根據(jù)廠商提供的制動(dòng)力矩?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行。制動(dòng)力矩的調(diào)整，一般可以根據(jù)制動(dòng)器壓緊彈簧傍邊的制動(dòng)力矩標(biāo)尺，每次維護(hù)后調(diào)整到對(duì)應(yīng)的制動(dòng)力矩。瓦塊退距的調(diào)整，推動(dòng)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(duì)推動(dòng)器的補(bǔ)償行程進(jìn)行調(diào)整。

圖3 鼓式制動(dòng)器

3.1.2 制動(dòng)器制動(dòng)瓦磨損報(bào)警，可以在制動(dòng)器上增設(shè)檢測(cè)裝置。制動(dòng)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(dòng)器上增設(shè)了摩擦片磨損極限報(bào)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(shí)，撞板觸動(dòng)行程開關(guān)，可向主機(jī)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒操作者對(duì)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(dòng)器摩擦片磨損后帶來的安全事故，使制動(dòng)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(dòng)器在安裝在高速軸端，即在電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上，這對(duì)制動(dòng)器的選型是非常有利的，但也有不足，電機(jī)后面的傳動(dòng)部分出問題，這個(gè)制動(dòng)器是沒有任何幫助的。所以在卷筒的邊上增加第二制動(dòng)器是很好的辦法。在一些重大關(guān)鍵項(xiàng)目中，為確保塔機(jī)施工安全，應(yīng)使用雙制動(dòng)。當(dāng)其中一個(gè)制動(dòng)器失效后，另一個(gè)制動(dòng)器仍然能發(fā)揮作用。如下圖：

圖4 雙制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(gè)目的：

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

零速制動(dòng)，減少制動(dòng)閘瓦的磨損。操作手柄發(fā)出停止命令時(shí)，起升變頻器向起升電機(jī)定子輸入反向制動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流，并通過起升電機(jī)軸端的編碼器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)（小于設(shè)定閾值），變頻器發(fā)出制動(dòng)命令，通過制動(dòng)器對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行制動(dòng)。這樣，避免了制動(dòng)閘瓦與制動(dòng)鼓之間的滑動(dòng)摩擦，減少了制動(dòng)器閘瓦的磨損，大大延長(zhǎng)了制動(dòng)閘瓦的使用壽命。

3.2.2 在制動(dòng)器失效重物下溜時(shí)，變頻器自動(dòng)介入，拉停下溜的重物。因制動(dòng)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(cè)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(shí)，通過編碼器實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速。正常時(shí)，電機(jī)反饋轉(zhuǎn)速應(yīng)該是0。如果制動(dòng)器失效，吊鉤下溜，電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過設(shè)定閾值，起升變頻器即認(rèn)為制動(dòng)器失效，則進(jìn)入第二步。

變頻器會(huì)自動(dòng)依次啟動(dòng)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(bào)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(chǎng)，一邊啟動(dòng)轉(zhuǎn)速追蹤功能。當(dāng)電機(jī)磁場(chǎng)建立完成后，變頻器將進(jìn)入第三步。

起升變頻器將自動(dòng)切換到給定速度為0的速度控制模式，此時(shí)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(shí)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(dòng)器失效報(bào)警信號(hào)，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(yǔ)

綜上所述，通過對(duì)本文的分析可知，制動(dòng)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(shí)也要認(rèn)真分析清楚引發(fā)塔式起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器失效的原因并且及時(shí)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。