輪胎式集裝箱龍門起重機墜箱故障處理

祝鵬輝

作者通聯：武漢國際集裝箱有限公司工程部 武漢市陽邏經濟開發區平江路特8號 430415

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一、概述

武漢國際集裝箱有限公司一臺額定起升重量41t、編號RTG02的輪胎式集裝箱龍門起重機（RTG），采用西門子S7-300 PLC和6SE70系列變頻器控制系統。根據起升機構負載既是恒轉矩負載又是位能負載的特點，系統采用帶測速編碼器的閉環矢量變頻控制方式，實現恒轉矩調速和恒功率調速，具有足夠的調速硬度和良好的低轉矩特性，滿足起升機構位能性負載的四象限運行要求。即使在零速時起升電機也能以額定轉矩的150%輸出，其輸出轉矩的能力可承擔全部負載轉矩。起升機構采用電氣能耗制動與機械制動相結合的制動方式，機械制動滯后于電氣制動，能耗制動是電機減速時由調速系統自身產生的，電機減速即將停止時，機械制動器再參與制動。

電機從啟動到全速運轉，加速時間設置為4s，當操作手柄離開零位時，PLC立即向變頻器發出運行指令，但電機并不立即運轉（速度為零）。變頻器向電機輸出勵磁電流建立磁場，當建立電磁轉矩后，變頻器發出運行信號給PLC，PLC再延遲0.2s發出制動器打開信號，制動器得電打開，電機開始運轉。電機從全速運轉到停止，減速時間設置為3s，當操作手柄從某擋退到零位時，變頻器輸出頻率逐漸下降，同時能耗制動開始。當實際速度下降到額定轉速的2.5%時，變頻器輸出繼續運行，但會給PLC發出此時變頻器已為零速的控制信號，使PLC給制動器合閘的信號消失，制動器失電抱閘，電機停轉。

2012年4月，RTG02在作業過程中突然出現墜箱事故。司機描述為在正常作業中，吊具提升到四層箱高后，起升手柄回零位，操作小車手柄往后倒車向車道運行過程中，吊具突然失控下墜，砸到下方兩個貝位中間的三層箱上。起升鋼絲繩脫出滑輪2～3m，故障報警顯示電機超速，制動器剎車片已燒毀。

二、故障分析及處理

1.故障分析

分析PLC控制程序和變頻器參數設定，認為控制制動器的打開、抱閘時間設置合理，能很好的與電機運行同步。變頻器、PLC的參數設置以及它們之間的配合也未出現錯誤。據此初步判定RTG02墜箱不是系統電氣控制的問題，而是制動器本身電氣或機械發生故障，導致制動器工作異常。

RTG02起升機構制動器采用電力液壓盤式制動器，通過制動瓦塊（摩擦襯墊）施壓于制動盤，對旋轉機械進行停止制動。當機構斷電，停止工作，制動器的驅動裝置——推動器也同時斷電，并停止驅動。這時制動彈簧的彈力通過兩側制動臂傳遞到制動瓦，使制動覆面產生規定的壓力并建立規定的制動力矩，起到制動作用。當機構通電驅動時，制動器的推動器也同時通電驅動并迅速產生足夠的推力推起推桿，使制動彈簧進一步壓縮，制動臂向兩側外張，使制動瓦覆面脫離制動盤，消除制動覆面的壓力和制動力矩，停止制動作用。

通電檢查制動器時，發現推動器在通電后動作緩慢，推桿不停的上下跳動，工作異常。檢查推動器電機及線路均正常，打開推動器發現液壓油缸密封圈磨損，產生過大間隙，壓力異常造成推桿推力不穩定。調整制動彈簧時，力矩始終達不到要求，彈簧彈力明顯下降。

通過上述檢查，分析判斷起升機構溜鉤墜箱的主要原因是推動器液壓密封圈磨損引起驅動壓力泄漏，壓力保不住，不時打壓，導致頂桿推力不夠而上下跳動，造成頂桿的補償行程不足，致使制動器打開時間與電機運轉不同步，制動器未完全打開，電機運轉時制動盤與剎車片磨損，形成大的制動間隙并產生大量摩擦熱；制動器力矩彈簧彈力下降，產生制動力矩不夠，剎不住車。

2.處理措施

（1）更換一臺新的同型號電力液壓盤式制動器。

（2）重新對起升機構的西門子變頻器做靜止狀態電機辨識。步驟：①在設備停機狀態下，通過西門子DriverMonitor軟件，在線重新設定變頻器中相應控制字參數設定值（表1）。②參數設定完后，設備開機。使變頻器由（°008）待機狀態進入到開機準備（°009）狀態。③通過變頻器PMU參數設置單元，將參數P115設定為2，然后按下PMU單元的切換鍵P，當PMU單元輸出顯示報警A078“零速測量跟蹤”后立刻按下開機鍵I，變頻器接電進行自動電機辨識程序。在自動電機辨識過程中變頻器報故障，將取消辨識而關機。④靜止狀態電機辨識完后，將改過的控制字參數設定值改回到原設定值即可。

表1

通過靜止狀態下的電機辨識，變頻器會執行“自動參數設置”，并對電機進行接地故障測試，泄漏測量，執行DC測量改善閉環控制。同時重新測量電機空載電流、磁抗、R（定子+電纜）、總泄漏阻抗、R（轉子）等性能參數，進一步優化了電機模型，提高了閉環矢量控制的精度和可靠性。

（3）增加制動器的釋放限位開關和行程補償檢測開關，并將開關量信號接入PLC進行安全控制。

三、總結

RTG02起重機已在公司運行8年，期間發生過1次類似溜鉤墜箱現象，起升機構在起吊重箱加速時，因發動機功率不足造成發電機電壓下降，變頻器報F008故障（低壓故障）使緊停保護回路動作，制動器抱閘停止，重箱下墜，下滑距離約0.3m。可見整機的安全保護非常可靠，出現溜鉤現象時緊急制動裝置對整機進行了有效保護，但是此次制動器出現失靈現象之前卻沒有任何異常征兆。后續調查發現該制動器在打開、抱閘過程中，釋放保護限位開關損壞后既無新開關更換也無法修復，為此維修人員斷開保護開關的接線，并且屏蔽程序中的保護信號，使設備暫時恢復運行（此后始終未更換保護限位開關）。雖然此次溜鉤主要原因是制動器自身異常，但由于釋放保護限位開關未接線，使起升控制對制動器失去有效檢測和保護，未能及時發現制動器推桿異常，以及制動片磨損，最終導致制動器失靈。

起重機出現溜鉤現象是非常嚴重的安全事故隱患，要嚴格按規章制度操作，加大設備巡檢力度，及時處理設備中的各種問題，加強設備日常動態記錄的檢查。杜絕一切可能的安全隱患，決不能為滿足一時生產需要，隨意短接、斷開或取消電氣保護裝置。