薛紅軍

（新疆德勤互力工業(yè)技術有限公司）

1 前言

鑄造起重機作為冶金行業(yè)的特種設備，在起重機設計、制造及使用都有專門的起重機國家標準。針對鑄造起重機設計、制造及使用國家都有特殊要求。如《起重機械安全規(guī)程》(GB6067-2010)、《起重機設計規(guī)范》(GB381l-2008)、《冶金起重機技術條件之鑄造起重機》（JB/T7688.5-2012）等標準。國外如歐洲搬運工程協(xié)會FBM和美國鋼鐵工程師協(xié)會AISEA等也針對鑄造起重機制定了標準。其中相關內(nèi)容提出：安全保護裝置是起重機上的一個重要的、關鍵安全部件，特別是對主起升機構各種動器裝置在設計、應用中應高度重視。

2 問題的提出

八鋼熱燜渣處理工序使用5臺冶金鑄造起重機，用于煉鋼鋼渣的吊運，起重機主起升配備安全制動器，安全制動器只能靠人工干預打開或抱閘，當主起升出現(xiàn)斷軸等異常狀況時，無法自動檢測識別，不能發(fā)揮安全制動器的功效。再加上運行后疏于維護保養(yǎng)，導致主起升安全制動器無法使用，起重機運行中存在重大安全隱患。

雖然嘗試恢復安全制動器的作用，但由于編碼器數(shù)據(jù)采集存在問題，最終沒有成功。

3 改造方案簡述

在鑄造起重機主起升機構上，高速軸部分采用工作制動器，低速軸部分采用安全制動器對起升機構故障進行控制。通常情況下，工作制動器、安全制動器同時參與故障控制。但在有些故障狀態(tài)下（如高速軸不可控故障、低速軸故障），只能依靠安全制動器進行故障控制。圖1為鑄造起重機主起升布置圖。從制動的目的來看，制動時間越短越好，但根據(jù)制動的原理，運動的能量在短時間內(nèi)消失是有害的。因此合理調(diào)整兩種制動器起動時間的設定、制動時間的長短以及二者之間的時間差，直接影響到制動器的工作性能和整臺鑄造起重機的安全性、穩(wěn)定性。

圖1 鑄造起重機主起升布置圖

改造準備期間，查閱了大量國內(nèi)外安全制動器的相關資料，同時與一些國內(nèi)知名鑄造起重機廠家專業(yè)技術人員進行交流，也與ABB港口機械部、西門子工廠自動化進行探討。確定了檢測方案：（1）卷筒轉(zhuǎn)速比較。理論情況下，兩套輸出的卷筒轉(zhuǎn)速相同，卷筒轉(zhuǎn)速差為零，如果檢測出兩套輸出的卷筒轉(zhuǎn)速差超出設定值，說明起升機構傳動鏈發(fā)生低速軸故障。（2）超速檢測。檢測高速軸部分是否超速、低速軸部分是否超速，以確定起升機構傳動鏈是否發(fā)生故障。這個檢測方案涵蓋了高速軸故障和低速軸故障。

在不同的工況下，與編碼器交叉作用，共同保護起升機構。當卷筒轉(zhuǎn)速比較失效時，超速開關也作為二級開關，在最大限度確保起升機構的安全。

與之對應硬件系統(tǒng)就是在起重機主起升鋼絲繩卷筒軸端加裝增量編碼器及電子超速開關，在原有西門子S7-300系列PLC中增加兩塊FM350-1高速計數(shù)模塊（見圖2），用于讀取編碼器采集的速度信號，然后將信號進行處理，進行超速及卷筒轉(zhuǎn)速差的比較，同時高低速超速開關通過PLC程序連鎖與編碼器交叉作用，共同保護起升機構。當出現(xiàn)超速或卷筒轉(zhuǎn)速差大于設定值時，安全制動器動作，在設定的時間內(nèi)抱住鋼絲繩卷筒，從而避免惡性事故的發(fā)生。

圖2 PLC硬件組態(tài)圖

4 改造方案的實施

安全制動器是一種碟簧上閘、液壓松閘的盤式制動器。制動器由一對制動頭組成，分別裝有碟簧組和油缸。碟簧組支承在機體端蓋里，經(jīng)由活塞、承壓板、螺栓和制動靴使制動襯墊壓向制動盤，產(chǎn)生制動力，實現(xiàn)制動。制動時產(chǎn)生的切向力直接傳遞到帶導向法蘭的機體上，由機體抵消切向力。正常工作時油泵電機轉(zhuǎn)動通過齒輪泵將制動頭油缸通入壓力油，制動器松閘，活塞在壓力油作用下移動，將制動襯墊從制動盤向后收回，實現(xiàn)松閘。

安全制動器電氣控制主要是圍繞節(jié)流電磁閥的得失電來進行。起重機送電時，電磁閥得電，阻斷回油管路，安全制動器松閘，主起升運行異常時電磁閥失電，安全制動器抱閘。節(jié)流電磁閥的得失電由卷筒轉(zhuǎn)速是否正常來控制，轉(zhuǎn)速依靠編碼器采集，所以安全制動器控制核心在于采集速度信號編碼器數(shù)據(jù)的處理。

4.1 數(shù)據(jù)采集及信號處理

（1）安全制動器控制選用S7-300系列PLC,高速計數(shù)模塊（FM350-1）用于處理編碼器采集的速度信號。

通過相應的FC參數(shù) L_DIRECT，L_PREPAR，T_CMP_V1， T_CMP_V2，C_DOPARA，RES_SYNC，RES_ZERO，和OT_ERR_A開始需要FM350-1的任務。在調(diào)用FC前必須按任務需要在DB中輸入適當?shù)闹担ㄑb載值，比較值，低限，高限，更新時間）。

（2）將DB數(shù)據(jù)塊中DB34為速度實際值，當主起升手柄離開零位延時3秒后開始采集，速度實際值小于-3或大于3時，開始進行數(shù)據(jù)比較。ACT_CNTV為速度實際值；#A05_S40_1_2為主起升零位（見圖3）。

圖3 編碼器數(shù)據(jù)采集

（3）通過編碼器采集的卷筒的轉(zhuǎn)速實際值與設定值進行比較，設定值一般為卷筒最高轉(zhuǎn)速的1.25倍。如圖4所示。

總共進行6組比較：1#編碼器正轉(zhuǎn)超速比較；1#編碼器反轉(zhuǎn)超速比較；2#編碼器正轉(zhuǎn)超速比較；2#編碼器反轉(zhuǎn)超速比較；兩個卷筒正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速差比較；兩個卷筒反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速差比較。

當超過比較值時，說明主起升超速或傳動鏈輸出嚴重故障，安全制動器延時抱閘，避免惡性事故發(fā)生。

圖4 卷筒轉(zhuǎn)速實際值與設定值比較

4.2 改造注意事項

（1）安全制動器編碼器電纜一定選用三對屏蔽雙絞電纜，且屏蔽電纜兩端接地，減少信號干擾。

（2）調(diào)整兩側松閘間隙，可設定制動力矩。松閘間隙可以從1mm調(diào)整到4mm，夾緊力或制動力矩將相應減小。間隙越大，制動器上閘時間越長。

5 結束語

改造完成后，實測運行數(shù)據(jù)表明：安全制動器在任何工作狀況下都能合理動作，實際制動距離達到理論計算距離設計的目標，同時安全制動器參與制動時的沖擊問題在容許的范圍之內(nèi)。起重機運行過程中有效避免常規(guī)故障下緊急制動時對系統(tǒng)的過大沖擊。

2018年7月五臺冶金鑄造起重機安全制動器投運后，其工作動作準確，性能穩(wěn)定、安全可靠，通過記錄數(shù)據(jù)可知，三次都避免了主起升超速下滑事故的發(fā)生。改進后提高鑄造起重機的安全性能，保證了鑄造起重機的安全運行。