論塔機起升機構的制動器失效保護

高偉 張偉南

科曼薩建設機械（杭州）有限公司 浙江 杭州 311223

近年來，伴隨著我國經濟的高速發展，也使得我國的建筑行業迎來了一片良好的發展契機，塔式起重機由于具備多種優勢所以被得以廣泛應用于建筑行業中，但是起升機構在長時間的作業下，免不了發生制動失效的現象，從而引發安全事故，所以需要加大對制動器失效保護方法的研究，以確保安全。

1 塔機起升機構的相關概述分析

塔式起重機由于覆蓋面廣、起升高度高、可自升加高等優勢，被建筑施工單位廣泛的選用，其主要擔負垂直運輸的任務。近年來，隨著城市高樓林立，建設項目不斷推進，建設難度也隨之增大。在高樓建設中，場地受限，吊裝構件體積增大，數量增加，吊重增加，要求塔機的機型也增大，今后的發展大型和超大型的塔機將更為廣泛的應用。由于塔式起重機重心高、吊裝范圍廣、垂直運輸距離大、安全風險也高，每年塔式起重機的安全事故不在少數，所以當務之急應當要提高塔機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產安全[1]。

2 起升機構制動器失效原因分析

起升機構的制動常規的做法是在電機與減速機之間安裝一個鼓式制動器，結構為常閉式。在工作時，通過液壓推力器將制動器打開，進入正常工作。如下圖。

圖1 常規起升機構

另一種結構是使用制動電機。在電機尾端安裝盤式電磁制動器，也是常閉式。在工作時，通過電磁電圈的吸力將制動器打開，進入正常工作。如下圖。

根據筆者的工作經驗，引起塔式起重機制動失效的因素較多，大致可以分為以下的幾種方式：①制動器在維護或檢修后調整不當，導致制動力矩過小，不能保證正常的制動，當起升機構在下降制動的過程中遇到較大的沖擊載荷，超過較大的制動器制動力矩，從而蹓鉤下滑。②由于長時間的運行使得制動器出現嚴重的磨損，從而引發的制動器失效。例如制動瓦磨損、制動盤磨損、制動器工作結構磨損、液壓推桿失效等。③制動器連續高速制動，在制動過程當中由于摩擦升溫，使制動瓦墊和制動輪之間的溫度不斷上升，導致摩擦系數下降，繼而引發制動失效。④電氣控制部分故障等因素，從而使得制動器無法響應抱閘信號，以至于制動器失效[2]。

圖2 機電帶制動的起升機構

3 塔機起升機構制動器失效保護方法

3.1 從機械結構上解決起升機構制動器失效的問題

3.1.1 對于制動器的調整，主要包括制動力矩的調整、瓦塊退距（推動器補償行程h）的調整。應根據廠商提供的制動力矩數據進行。制動力矩的調整，一般可以根據制動器壓緊彈簧傍邊的制動力矩標尺，每次維護后調整到對應的制動力矩。瓦塊退距的調整，推動器額定行程必須工作在兩條綠色線之內，如到紅色線內則應對推動器的補償行程進行調整。

圖3 鼓式制動器

3.1.2 制動器制動瓦磨損報警，可以在制動器上增設檢測裝置。制動器在使用過程中，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，故在該制動器上增設了摩擦片磨損極限報警裝置。該裝置增設后，隨著摩擦片磨損轉換成撞板位移，到達極限位置時，撞板觸動行程開關，可向主機發出報警信號，提醒操作者對摩擦片進行更換。此功能的增設在一定程度降低了因制動器摩擦片磨損后帶來的安全事故，使制動器更加安全可靠的運行。（如圖3）

3.1.3 現在一般的制動器在安裝在高速軸端，即在電機的轉子軸上，這對制動器的選型是非常有利的，但也有不足，電機后面的傳動部分出問題，這個制動器是沒有任何幫助的。所以在卷筒的邊上增加第二制動器是很好的辦法。在一些重大關鍵項目中，為確保塔機施工安全，應使用雙制動。當其中一個制動器失效后，另一個制動器仍然能發揮作用。如下圖：

圖4 雙制動器起升機構

3.2 從電氣控制上解決起升機構制動器失效的問題

采用變頻控制，有效改善起升機構的軟啟動和軟停止。使用閉環矢量控制，在起升電機軸端增加編碼器，實時采集電機轉速。控制框圖如下：

圖5 電氣控制框圖

通過變頻器的不同控制策略可以實現以下兩個目的：

3.2.1 對起升電機的零速制動，減少制動閘瓦的磨損。通過起升變頻器實現對起升電機。

零速制動，減少制動閘瓦的磨損。操作手柄發出停止命令時，起升變頻器向起升電機定子輸入反向制動轉矩電流，并通過起升電機軸端的編碼器實時監測電機的實際轉速。當電機轉子轉速接近零轉速時（小于設定閾值），變頻器發出制動命令，通過制動器對電機的轉軸進行制動。這樣，避免了制動閘瓦與制動鼓之間的滑動摩擦，減少了制動器閘瓦的磨損，大大延長了制動閘瓦的使用壽命。

3.2.2 在制動器失效重物下溜時，變頻器自動介入，拉停下溜的重物。因制動器失效導致的吊鉤下溜，起升機構變頻器可以通過起升電機軸端編碼器檢測到這一情況，并通過向電機輸出穩定可靠的0轉速轉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

當起升變頻器處于待機狀態時，通過編碼器實時檢測電機轉速。正常時，電機反饋轉速應該是0。如果制動器失效，吊鉤下溜，電機就轉動，當轉速超過設定閾值，起升變頻器即認為制動器失效，則進入第二步。

變頻器會自動依次啟動零轉矩功能和轉速追蹤功能，使用這兩種功能可以有效解決起升變頻器報過流故障。在輸出零轉矩的過程中變頻器一邊建立電機磁場，一邊啟動轉速追蹤功能。當電機磁場建立完成后，變頻器將進入第三步。

起升變頻器將自動切換到給定速度為0的速度控制模式，此時電機可以輸出穩定可靠的電磁轉矩將快速下溜的重物按照預設的減速時間拉停并以零速懸停在空中。然后進入第四步。

變頻器輸出制動器失效報警信號，提醒塔機司機操作手柄控制起升變頻器將重物下放到地面安全位置。

4 結束語

綜上所述，通過對本文的分析可知，制動器作為塔式起升機構中非常重要的一部分，它關乎著貨物以及人員的人身安全，故此務必要給予高度重視，同時也要認真分析清楚引發塔式起升機構制動器失效的原因并且及時加以糾正，最大程度的保障人員的安全，在今后的工作當中也應當要加大研究力度，減少事故發生的概率。