330/80 t 鑄造起重機安全制動器優化

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#線轉爐作業區現有4 臺330/80 t 冶金鑄造起重機吊運液態鋼（鐵）水罐，是與D、E 兩座200 t 轉爐及兩臺連鑄機相配套使用的起重設備[1]，轉爐前兩臺擔負著向轉爐兌鐵水任務，轉爐后兩臺擔負著向連鑄機吊運鋼水罐任務。 為避免重大安全事故的發生，在起重機主起升機構卷筒上安裝了安全制動器，能夠在主起升減速機斷軸或主起升卷筒超速的情況下將其鎖住，避免鋼（鐵）水罐落地事故的發生。 起重機運行初期，安全制動器經常出現誤動作現象，導致起重機正常工作時安全制動器將主起升卷筒鎖住，影響了正常生產。 此外，電網突然斷電等突發情況時，安全制動器先于工作制動器制動，對起重機機械傳動部件造成很大的沖擊，損傷機械元件。因此，采取相應措施對該安全制動器進行優化后，解決了上述問題，為起重機穩定運行提供了保障。

1 安全制動器工作原理

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

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

安全制動器電氣控制圖見圖2。起重機正常工作時，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，電機通電，電機驅動齒輪泵將液壓油通過油管壓入制動鉗。 同時，電磁閥EV1 轉到截止狀態，制動鉗內油壓上升推動安全制動器制動鉗打開[2]。 當制動鉗內油壓達到20 MPa 時，開關B1的常閉點斷開，主接觸器線圈斷電，接觸器觸頭斷開，電機斷電，油泵停止運行，安全制動器進入保壓狀態。當制動鉗內油壓達到17.5 MPa 時，開關B1閉合，主接觸器線圈通電，接觸器觸頭閉合，電機通電，油泵運行向制動鉗儲油倉內補油增壓，使制動鉗內油壓始終處于保證制動鉗開啟的狀態。

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

當兩臺增量編碼器輸出脈沖差為200 個/s時，認為連接兩個卷筒的減速機中有一臺的輸出軸斷開；當兩臺增量編碼器輸出脈沖大于13 000 個/s 時，認為連接兩個卷筒的兩臺減速機輸出軸同時斷開。 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，電磁閥進入導通狀態，制動鉗儲油倉內的液壓油通過電磁閥回流到油箱中[3]。 制動鉗在內部碟簧彈力作用下閉合，制動器進行制動。

2 存在的問題及優化措施

2.1 存在的問題

起重機實際運行過程中，安全制動器經常出現誤動作，導致起重機主起升機構無法運行。 此外，如果出現電網事故斷電的情況，工作制動器與安全制動器將同時失電，而兩種制動器反應時間不同，安全制動器先制動使主起升機構停止。由于安全制動器制動力矩大于工作制動器，會對主起升機構中的各機械傳動部件造成嚴重沖擊，降低減速機及聯軸器各齒軸壽命，嚴重時導致減速機斷軸或打齒事故發生，影響吊車的安全運行。統計了2020 年安全制動器誤動作及處理方法見表1。

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

2.2 原因分析及優化措施

（1）經過現場檢查并結合理論分析認為，安全制動器頻繁誤動作是由于編碼器信號源受到外界干擾，以及起重機在主起升機構啟動或停止瞬間，卷筒連接軸處產生振動，導致編碼器向PLC 發出錯誤的超速、斷軸信號。

采用單獨敷設編碼器信號電纜的方式，重新設計信號電纜路徑，使信號電纜與動力電纜完全隔離，最大限度避免電磁干擾。對PLC 控制程序進行了優化，由原來的起重機運行全程采集編碼器信號，優化為起重機工作制動器閉合后350 ms 內停止采集，因此，起重機制動產生振動使編碼器發出的錯誤信號就不會被采集。 優化前后的安全制動器控制程序見圖3 和圖4。

圖4 優化后安全制動器控制程序Fig. 4 Controlling Program for Safety Brake after Optimization

（2）在安全制動器液壓回路中安裝一個單向節流閥，利用其阻尼作用實現機械延時。 當主卷斷電時，通過節流閥控制液壓油回流流量使安全制動器制動反應時間延后工作制動器500～600 ms，以保障吊車的平穩制動[3]。 對4 臺起重機分別在不同工況下進行了模擬試驗，達到了預期效果。 工作制動器和安全制動器空載時不同工況下制動時間見表2 所示。

表2 工作制動器和安全制動器空載時不同工況下制動時間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，起重機主起升安全制動器未發生誤動作現象，從根本上解決了由于機械振動及外界信號干擾使安全制動器誤動作的問題；解決了電網事故斷電時安全制動器對主起升傳動機構各齒軸沖擊大的問題，避免生產系統的臨時性非計劃停機、停產，避免重大事故發生，保證了生產連續進行。

3 安全制動器常見故障及處理方法

安全制動器是起重機運行過程中最重要的安全裝置，一旦安全制動器發生故障，起重機就會停機。如果不能快速地排除故障，將會對轉爐系統的生產造成巨大的影響。 生產實踐中總結安全制動器常見故障及處理方法見表3。

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

4 結語

針對鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠330/80 t 鑄造起重機安全制動器經常出現誤動作和電網突然斷電時安全制動器對起重機機械傳動部件產生較大沖擊的問題，優化了安全制動器控制程序，由原來的起重機運行全程采集編碼器信號，優化為起重機工作制動器閉合后350 ms 內停止采集；在安全制動器液壓回路中安裝一個單向節流閥，利用其阻尼作用使安全制動器制動反應時間延后工作制動器500～600 ms，從根本上解決了由于機械振動及外界信號干擾使安全制動器誤動作的問題，以及電網事故斷電時安全制動器對主起升傳動機構各齒軸沖擊大的問題，避免生產系統的臨時性非計劃停機、停產，避免重大事故發生，從而保證生產連續進行。