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了解起重机起升机构中的一种非能动安全制动系统

来源:恺德尔起重机安全监控管理系统专家 发表日期: 2016-06-29 18:11:00

摘要:介绍设置在起重机起升机构中的一种非能动安全制动系统,不需要提供额外的动力,也无需由电气系统进行控制,当起升机构的低速级———卷筒超过额定转速设定值后,即可自动启动安装在卷筒上的安全制动器,使起升机构及时制动并停止运转,起到紧急情况下的安全制动作用。



1  现有起升机构中设置的安全制动器

出于安全性、可靠性的考虑,常在起重机起升机构中设置包括安全制动器在内的安全制动系统,当紧急情况发生时,将卷筒制动住。目前常用的安全制动系统,起重机安全监控管理系统包括安装在低速级上的液压盘式安全制动器 (作用在卷筒的法兰盘上)、包括液压站在内的液压系统及配套的管路、安装在高速级上的工作制动器、分别安装在卷筒 (低速级)和电机 (高速级)的编码器及相应的电气控制系统等,见图1 。正常工作时,工作制动器工作,安全制动器不工作,在电气控制系统的控制下,由工作制动器对高速轴实施制动或释放。当测出的卷筒转速超过额定转速某一设定值或当低速轴、高速轴的转速比超过设定值 (一般为减速器速比的1 2 ~1 4 倍)时,电气控制系统控制液压系统工作,使得安全制动器动作将卷筒制动住。


从图1 看出,液压盘式安全制动器为常闭式制动器,工作时安全制动器的液压缸在高压油推动下,克服弹簧压力将摩擦片从卷筒法兰盘两侧分离。发生以下3 种紧急情况时,安全制动器起制动作用:

1)如发生工作制动器制动力不足或有其他故障无法制动时,有可能在重物的作用下导致卷筒失速,当卷筒转速超过额定转速设定值时,电气系统控制液压系统的电磁阀动作,高压油泄压,依靠弹簧力推动摩擦片压紧在法兰盘两侧,起到安全制动作用;

2)如果从电机到卷筒的整个传动链中任一环节出现问题,也有可能引起卷筒失速,这时,编码器测出的低速轴、高速轴的转速比超过设定值,同样由电气系统控制电磁阀动作,使得安全制动器紧急制动住卷筒法兰盘;

3)起重机整机失电后,因工作制动器和安全制动器均为常闭式制动器,它们将同时失电,起到制动作用,这样,有可能对正在运行中的传动链产生冲击并造成损坏。为此,常在液压站到安全制动器的管路上加装节流阀,以滞后安全制动器的动作,保护传动链不受冲击。但在实际使用中,节流阀难以精确调整,很难达到理想的效果。

常用安全制动系统



现有的安全制动系统结构繁杂,在整个制动过程中必须提供额外的电力,且由电气控制系统参与控制整个系统,如电气控制系统出现问题则可能产生严重后果,或如果有突然停电的情况,安全制动器和工作制动器同时制动,也会产生严重后果,可靠性不高。因此,需要一种不用提供额外动力、结构简单的安全制动系统,以解决以上问题。



2 非能动安全制动系统


非能动安全制动系统用在起升机构中,能够在无额外动力的条件下,当卷筒超过额定转速设定值后,通过将驱动安全制动器动作的液压系统或气动系统中的限速方向阀由截止位切换至连通位,自动启动安装在卷筒上的安全制动器动作,将起升机构的卷筒制动并停止转动,起到安全制动作用,见图2。


非能动安全制动系统



非能动自动安全制动系统主要包括安全制动器、作为制动气源的蓄能压力容器及带限速装置的方向阀 (以下简称方向阀),还包括闸阀、气路管线及管路间的接头等辅助部件。其中,安全制动器安装且作用在起升机构卷筒的端部法兰盘上,安全制动器由气缸推动,压力容器内可储存有高压惰性气体,为安全制动器的气缸供气及提供气压。方向阀安装在卷筒的尾部轴的轴端,如图3~图5所示,非能动安全制动系统的方向阀包括转轴、作为旋转体的一对小钢球、一对转臂、阀芯、作为弹性元件的压缩弹簧以及阀体。当卷筒转速超速时,方向阀在其一对小钢球离心力的作用下推动阀芯动作,使得方向阀进行换位,将储存在压力容器的高压气体送至安全制动器的气缸,进而推动安全制动器动作,将卷筒抱死制动,完成了在卷筒超速时的安全制动功能。

方向阀在卷筒正常工作转速的示意



起升机构正常工作时,由电机、制动器的动作来控制重物的起升或下降。当制动器有故障无法正常将重物制动住或减速器内部齿轮有损坏时,低速轴———卷筒在起吊重物重力的作用下,会加速转动。当卷筒转速超过正常转速一定值时,与卷筒的尾部轴连接的方向阀开始动作,从气路截止位切换至气路连通位。这时储存在压力容器的高压惰性气体通过气路管线、方向阀流动至安全制动器的气缸,起重机安全监控系统进而推动安全制动器动作,将卷筒的端部法兰盘抱住,终使卷筒停止转动,将重物安全保持在空中,防止其高速坠地并造成严重事故。如果起升机构的电气系统有故障或突然停电时,正常工作的制动器也能将起升机构制动,安全制动器不会动作,不会产生不良后果,除非工作制动器有故障,无法制动,这时,在卷筒超速后同样会自动启动安全制动器。



图3为方向阀在卷筒零转速的示意图,处于截止位,图4为方向阀在卷筒正常工作转速的示意图,处于截止位,图5为方向阀在卷筒超速时的示意图,处于连通位。图中的箭头表示连通或截止的状态变化。当转轴随卷筒正常工作转动时,小钢球在离心力的作用下,带动转臂摆动到与转轴具有一定的夹角,并推动阀芯向右滑动一定的距离,并在压缩弹簧的作用下,确保正常转速下,阀芯处于气路截止位,防止出现误动作。当卷筒转速超过正常转速一定时,小钢球在离心力的作用下,带动转臂摆动到与转轴垂直的位置,克服压缩弹簧的张力并推动阀芯继续向右滑动一定的距离,使得阀芯处于气路连通位,这时阀体的进口和出口通过阀芯体上设置的通道而连通,实现连通气路的功能,气路连通后,即可驱动安全制动器以对卷筒进行制动。

方向阀在卷筒超速时的示意



非能动安全制动系统驱动安全制动器的动力也可以来自液压系统,由液压缸代替气动系统中的气可为图2 中气缸推动的作用在卷筒端部法兰盘的盘式制动器,也可以是气缸推动的作用在卷筒端部外圆的轮式制动器。


非能动安全制动系统中的安全制动器为常开式制动器,制动力来自气缸或液压缸的推动力,且无需额外的动力如电力,这是与安全制动器的不同之处。这也决定了该非能动安全制动系统不会在电气系统有故障或停电时马上动作,它是否动作只取决于卷筒是否超速。



3 结论



现有常用安全制动系统和非能动安全制动系统比较见表1 。



表1  常用安全制动系统和非能动安全制动系统比较


从表1可以看出,非能动安全制动系统在电气系统故障或停电时不会马上动作,其只取决于卷筒是否超速,这样,提高了起重机整机的可靠性和安全性。同时,非能动安全制动系统结构简单,成本低,可靠性高,完全适用于高可靠性、高安全性的起升机构中。


非能动安全制动系统仅是一个概念系统,是否可靠、实用还需未来实践验证。



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