李理，王賡，董園，韓志勇

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠5#線轉(zhuǎn)爐作業(yè)區(qū)現(xiàn)有4 臺(tái)330/80 t 冶金鑄造起重機(jī)吊運(yùn)液態(tài)鋼（鐵）水罐，是與D、E 兩座200 t 轉(zhuǎn)爐及兩臺(tái)連鑄機(jī)相配套使用的起重設(shè)備[1]，轉(zhuǎn)爐前兩臺(tái)擔(dān)負(fù)著向轉(zhuǎn)爐兌鐵水任務(wù)，轉(zhuǎn)爐后兩臺(tái)擔(dān)負(fù)著向連鑄機(jī)吊運(yùn)鋼水罐任務(wù)。 為避免重大安全事故的發(fā)生，在起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)卷筒上安裝了安全制動(dòng)器，能夠在主起升減速機(jī)斷軸或主起升卷筒超速的情況下將其鎖住，避免鋼（鐵）水罐落地事故的發(fā)生。 起重機(jī)運(yùn)行初期，安全制動(dòng)器經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)作現(xiàn)象，導(dǎo)致起重機(jī)正常工作時(shí)安全制動(dòng)器將主起升卷筒鎖住，影響了正常生產(chǎn)。 此外，電網(wǎng)突然斷電等突發(fā)情況時(shí)，安全制動(dòng)器先于工作制動(dòng)器制動(dòng)，對(duì)起重機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部件造成很大的沖擊，損傷機(jī)械元件。因此，采取相應(yīng)措施對(duì)該安全制動(dòng)器進(jìn)行優(yōu)化后，解決了上述問題，為起重機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

1 安全制動(dòng)器工作原理

330/80 t 鑄造起重機(jī)安全制動(dòng)器為常閉制動(dòng)器，分別安裝在兩個(gè)主起升鋼絲繩卷筒兩側(cè)，由盤式制動(dòng)器和與其相連的液壓泵站及電氣控制箱組成，內(nèi)部碟簧提供制動(dòng)力，PLC 輸出繼電器（KF）接點(diǎn)控制安全制動(dòng)器工作，卷筒軸頭上的兩臺(tái)增量編碼器控制PLC 的工作狀態(tài)。 安全制動(dòng)器位置簡圖見圖1。

圖1 安全制動(dòng)器位置簡圖Fig. 1 Diagram for Position of Safety Brake

安全制動(dòng)器電氣控制圖見圖2。起重機(jī)正常工作時(shí)，PLC 輸出繼電器（KF）線圈通電，其常開觸頭閉合，主接觸器和電磁閥控制線圈通電，主接觸器觸頭吸合，電機(jī)通電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪泵將液壓油通過油管壓入制動(dòng)鉗。 同時(shí)，電磁閥EV1 轉(zhuǎn)到截止?fàn)顟B(tài)，制動(dòng)鉗內(nèi)油壓上升推動(dòng)安全制動(dòng)器制動(dòng)鉗打開[2]。 當(dāng)制動(dòng)鉗內(nèi)油壓達(dá)到20 MPa 時(shí)，開關(guān)B1的常閉點(diǎn)斷開，主接觸器線圈斷電，接觸器觸頭斷開，電機(jī)斷電，油泵停止運(yùn)行，安全制動(dòng)器進(jìn)入保壓狀態(tài)。當(dāng)制動(dòng)鉗內(nèi)油壓達(dá)到17.5 MPa 時(shí)，開關(guān)B1閉合，主接觸器線圈通電，接觸器觸頭閉合，電機(jī)通電，油泵運(yùn)行向制動(dòng)鉗儲(chǔ)油倉內(nèi)補(bǔ)油增壓，使制動(dòng)鉗內(nèi)油壓始終處于保證制動(dòng)鉗開啟的狀態(tài)。

圖2 安全制動(dòng)器電氣控制圖Fig. 2 Electric Control Diagram for Safety Brake

當(dāng)兩臺(tái)增量編碼器輸出脈沖差為200 個(gè)/s時(shí)，認(rèn)為連接兩個(gè)卷筒的減速機(jī)中有一臺(tái)的輸出軸斷開；當(dāng)兩臺(tái)增量編碼器輸出脈沖大于13 000 個(gè)/s 時(shí)，認(rèn)為連接兩個(gè)卷筒的兩臺(tái)減速機(jī)輸出軸同時(shí)斷開。 以上兩種情況下，KF 線圈斷電，其常開觸頭打開，電磁閥控制線圈斷電，電磁閥進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，制動(dòng)鉗儲(chǔ)油倉內(nèi)的液壓油通過電磁閥回流到油箱中[3]。 制動(dòng)鉗在內(nèi)部碟簧彈力作用下閉合，制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)。

2 存在的問題及優(yōu)化措施

2.1 存在的問題

起重機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中，安全制動(dòng)器經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)作，導(dǎo)致起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)無法運(yùn)行。 此外，如果出現(xiàn)電網(wǎng)事故斷電的情況，工作制動(dòng)器與安全制動(dòng)器將同時(shí)失電，而兩種制動(dòng)器反應(yīng)時(shí)間不同，安全制動(dòng)器先制動(dòng)使主起升機(jī)構(gòu)停止。由于安全制動(dòng)器制動(dòng)力矩大于工作制動(dòng)器，會(huì)對(duì)主起升機(jī)構(gòu)中的各機(jī)械傳動(dòng)部件造成嚴(yán)重沖擊，降低減速機(jī)及聯(lián)軸器各齒軸壽命，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致減速機(jī)斷軸或打齒事故發(fā)生，影響吊車的安全運(yùn)行。統(tǒng)計(jì)了2020 年安全制動(dòng)器誤動(dòng)作及處理方法見表1。

表1 安全制動(dòng)器誤動(dòng)作及處理方法Table 1 Fault Operation in Safety Brake and Countermeasures for Fault

2.2 原因分析及優(yōu)化措施

（1）經(jīng)過現(xiàn)場檢查并結(jié)合理論分析認(rèn)為，安全制動(dòng)器頻繁誤動(dòng)作是由于編碼器信號(hào)源受到外界干擾，以及起重機(jī)在主起升機(jī)構(gòu)啟動(dòng)或停止瞬間，卷筒連接軸處產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致編碼器向PLC 發(fā)出錯(cuò)誤的超速、斷軸信號(hào)。

采用單獨(dú)敷設(shè)編碼器信號(hào)電纜的方式，重新設(shè)計(jì)信號(hào)電纜路徑，使信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜完全隔離，最大限度避免電磁干擾。對(duì)PLC 控制程序進(jìn)行了優(yōu)化，由原來的起重機(jī)運(yùn)行全程采集編碼器信號(hào)，優(yōu)化為起重機(jī)工作制動(dòng)器閉合后350 ms 內(nèi)停止采集，因此，起重機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)使編碼器發(fā)出的錯(cuò)誤信號(hào)就不會(huì)被采集。 優(yōu)化前后的安全制動(dòng)器控制程序見圖3 和圖4。

圖4 優(yōu)化后安全制動(dòng)器控制程序Fig. 4 Controlling Program for Safety Brake after Optimization

（2）在安全制動(dòng)器液壓回路中安裝一個(gè)單向節(jié)流閥，利用其阻尼作用實(shí)現(xiàn)機(jī)械延時(shí)。 當(dāng)主卷斷電時(shí)，通過節(jié)流閥控制液壓油回流流量使安全制動(dòng)器制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間延后工作制動(dòng)器500～600 ms，以保障吊車的平穩(wěn)制動(dòng)[3]。 對(duì)4 臺(tái)起重機(jī)分別在不同工況下進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期效果。 工作制動(dòng)器和安全制動(dòng)器空載時(shí)不同工況下制動(dòng)時(shí)間見表2 所示。

表2 工作制動(dòng)器和安全制動(dòng)器空載時(shí)不同工況下制動(dòng)時(shí)間Table 2 Braking Time of No-load Working Brake and No-load Safety Brake at Different Working Conditions ms

采取上述措施后，起重機(jī)主起升安全制動(dòng)器未發(fā)生誤動(dòng)作現(xiàn)象，從根本上解決了由于機(jī)械振動(dòng)及外界信號(hào)干擾使安全制動(dòng)器誤動(dòng)作的問題；解決了電網(wǎng)事故斷電時(shí)安全制動(dòng)器對(duì)主起升傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各齒軸沖擊大的問題，避免生產(chǎn)系統(tǒng)的臨時(shí)性非計(jì)劃停機(jī)、停產(chǎn)，避免重大事故發(fā)生，保證了生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。

3 安全制動(dòng)器常見故障及處理方法

安全制動(dòng)器是起重機(jī)運(yùn)行過程中最重要的安全裝置，一旦安全制動(dòng)器發(fā)生故障，起重機(jī)就會(huì)停機(jī)。如果不能快速地排除故障，將會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)的生產(chǎn)造成巨大的影響。 生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)安全制動(dòng)器常見故障及處理方法見表3。

表3 安全制動(dòng)器常見故障及處理方法Table 3 Common Faults of Safety Brake and Countermeasures for Them

4 結(jié)語

針對(duì)鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠330/80 t 鑄造起重機(jī)安全制動(dòng)器經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)作和電網(wǎng)突然斷電時(shí)安全制動(dòng)器對(duì)起重機(jī)機(jī)械傳動(dòng)部件產(chǎn)生較大沖擊的問題，優(yōu)化了安全制動(dòng)器控制程序，由原來的起重機(jī)運(yùn)行全程采集編碼器信號(hào)，優(yōu)化為起重機(jī)工作制動(dòng)器閉合后350 ms 內(nèi)停止采集；在安全制動(dòng)器液壓回路中安裝一個(gè)單向節(jié)流閥，利用其阻尼作用使安全制動(dòng)器制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間延后工作制動(dòng)器500～600 ms，從根本上解決了由于機(jī)械振動(dòng)及外界信號(hào)干擾使安全制動(dòng)器誤動(dòng)作的問題，以及電網(wǎng)事故斷電時(shí)安全制動(dòng)器對(duì)主起升傳動(dòng)機(jī)構(gòu)各齒軸沖擊大的問題，避免生產(chǎn)系統(tǒng)的臨時(shí)性非計(jì)劃停機(jī)、停產(chǎn)，避免重大事故發(fā)生，從而保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。