冶金铸造起重机安全制动器的设计改进

2019-10-23薛红军

新疆钢铁 2019年2期

薛红军

（新疆德勤互力工业技术有限公司）

1 前言

铸造起重机作为冶金行业的特种设备，在起重机设计、制造及使用都有专门的起重机国家标准。针对铸造起重机设计、制造及使用国家都有特殊要求。如《起重机械安全规程》(GB6067-2010)、《起重机设计规范》(GB381l-2008)、《冶金起重机技术条件之铸造起重机》（JB/T7688.5-2012）等标准。国外如欧洲搬运工程协会FBM和美国钢铁工程师协会AISEA等也针对铸造起重机制定了标准。其中相关内容提出：安全保护装置是起重机上的一个重要的、关键安全部件，特别是对主起升机构各种动器装置在设计、应用中应高度重视。

2 问题的提出

八钢热焖渣处理工序使用5台冶金铸造起重机，用于炼钢钢渣的吊运，起重机主起升配备安全制动器，安全制动器只能靠人工干预打开或抱闸，当主起升出现断轴等异常状况时，无法自动检测识别，不能发挥安全制动器的功效。再加上运行后疏于维护保养，导致主起升安全制动器无法使用，起重机运行中存在重大安全隐患。

虽然尝试恢复安全制动器的作用，但由于编码器数据采集存在问题，最终没有成功。

3 改造方案简述

在铸造起重机主起升机构上，高速轴部分采用工作制动器，低速轴部分采用安全制动器对起升机构故障进行控制。通常情况下，工作制动器、安全制动器同时参与故障控制。但在有些故障状态下（如高速轴不可控故障、低速轴故障），只能依靠安全制动器进行故障控制。图1为铸造起重机主起升布置图。从制动的目的来看，制动时间越短越好，但根据制动的原理，运动的能量在短时间内消失是有害的。因此合理调整两种制动器起动时间的设定、制动时间的长短以及二者之间的时间差，直接影响到制动器的工作性能和整台铸造起重机的安全性、稳定性。

图1 铸造起重机主起升布置图

改造准备期间，查阅了大量国内外安全制动器的相关资料，同时与一些国内知名铸造起重机厂家专业技术人员进行交流，也与ABB港口机械部、西门子工厂自动化进行探讨。确定了检测方案：（1）卷筒转速比较。理论情况下，两套输出的卷筒转速相同，卷筒转速差为零，如果检测出两套输出的卷筒转速差超出设定值，说明起升机构传动链发生低速轴故障。（2）超速检测。检测高速轴部分是否超速、低速轴部分是否超速，以确定起升机构传动链是否发生故障。这个检测方案涵盖了高速轴故障和低速轴故障。

在不同的工况下，与编码器交叉作用，共同保护起升机构。当卷筒转速比较失效时，超速开关也作为二级开关，在最大限度确保起升机构的安全。

与之对应硬件系统就是在起重机主起升钢丝绳卷筒轴端加装增量编码器及电子超速开关，在原有西门子S7-300系列PLC中增加两块FM350-1高速计数模块（见图2），用于读取编码器采集的速度信号，然后将信号进行处理，进行超速及卷筒转速差的比较，同时高低速超速开关通过PLC程序连锁与编码器交叉作用，共同保护起升机构。当出现超速或卷筒转速差大于设定值时，安全制动器动作，在设定的时间内抱住钢丝绳卷筒，从而避免恶性事故的发生。

图2 PLC硬件组态图

4 改造方案的实施

安全制动器是一种碟簧上闸、液压松闸的盘式制动器。制动器由一对制动头组成，分别装有碟簧组和油缸。碟簧组支承在机体端盖里，经由活塞、承压板、螺栓和制动靴使制动衬垫压向制动盘，产生制动力，实现制动。制动时产生的切向力直接传递到带导向法兰的机体上，由机体抵消切向力。正常工作时油泵电机转动通过齿轮泵将制动头油缸通入压力油，制动器松闸，活塞在压力油作用下移动，将制动衬垫从制动盘向后收回，实现松闸。

安全制动器电气控制主要是围绕节流电磁阀的得失电来进行。起重机送电时，电磁阀得电，阻断回油管路，安全制动器松闸，主起升运行异常时电磁阀失电，安全制动器抱闸。节流电磁阀的得失电由卷筒转速是否正常来控制，转速依靠编码器采集，所以安全制动器控制核心在于采集速度信号编码器数据的处理。