薛紅軍

（新疆德勤互力工業(yè)技術(shù)有限公司）

1 前言

鑄造起重機(jī)作為冶金行業(yè)的特種設(shè)備，在起重機(jī)設(shè)計(jì)、制造及使用都有專門的起重機(jī)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)鑄造起重機(jī)設(shè)計(jì)、制造及使用國(guó)家都有特殊要求。如《起重機(jī)械安全規(guī)程》(GB6067-2010)、《起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB381l-2008)、《冶金起重機(jī)技術(shù)條件之鑄造起重機(jī)》（JB/T7688.5-2012）等標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外如歐洲搬運(yùn)工程協(xié)會(huì)FBM和美國(guó)鋼鐵工程師協(xié)會(huì)AISEA等也針對(duì)鑄造起重機(jī)制定了標(biāo)準(zhǔn)。其中相關(guān)內(nèi)容提出：安全保護(hù)裝置是起重機(jī)上的一個(gè)重要的、關(guān)鍵安全部件，特別是對(duì)主起升機(jī)構(gòu)各種動(dòng)器裝置在設(shè)計(jì)、應(yīng)用中應(yīng)高度重視。

2 問(wèn)題的提出

八鋼熱燜渣處理工序使用5臺(tái)冶金鑄造起重機(jī)，用于煉鋼鋼渣的吊運(yùn)，起重機(jī)主起升配備安全制動(dòng)器，安全制動(dòng)器只能靠人工干預(yù)打開(kāi)或抱閘，當(dāng)主起升出現(xiàn)斷軸等異常狀況時(shí)，無(wú)法自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別，不能發(fā)揮安全制動(dòng)器的功效。再加上運(yùn)行后疏于維護(hù)保養(yǎng)，導(dǎo)致主起升安全制動(dòng)器無(wú)法使用，起重機(jī)運(yùn)行中存在重大安全隱患。

雖然嘗試恢復(fù)安全制動(dòng)器的作用，但由于編碼器數(shù)據(jù)采集存在問(wèn)題，最終沒(méi)有成功。

3 改造方案簡(jiǎn)述

在鑄造起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)上，高速軸部分采用工作制動(dòng)器，低速軸部分采用安全制動(dòng)器對(duì)起升機(jī)構(gòu)故障進(jìn)行控制。通常情況下，工作制動(dòng)器、安全制動(dòng)器同時(shí)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(dòng)器進(jìn)行故障控制。圖1為鑄造起重機(jī)主起升布置圖。從制動(dòng)的目的來(lái)看，制動(dòng)時(shí)間越短越好，但根據(jù)制動(dòng)的原理，運(yùn)動(dòng)的能量在短時(shí)間內(nèi)消失是有害的。因此合理調(diào)整兩種制動(dòng)器起動(dòng)時(shí)間的設(shè)定、制動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短以及二者之間的時(shí)間差，直接影響到制動(dòng)器的工作性能和整臺(tái)鑄造起重機(jī)的安全性、穩(wěn)定性。

圖1 鑄造起重機(jī)主起升布置圖

改造準(zhǔn)備期間，查閱了大量國(guó)內(nèi)外安全制動(dòng)器的相關(guān)資料，同時(shí)與一些國(guó)內(nèi)知名鑄造起重機(jī)廠家專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行交流，也與ABB港口機(jī)械部、西門子工廠自動(dòng)化進(jìn)行探討。確定了檢測(cè)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(cè)出兩套輸出的卷筒轉(zhuǎn)速差超出設(shè)定值，說(shuō)明起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈發(fā)生低速軸故障。（2）超速檢測(cè)。檢測(cè)高速軸部分是否超速、低速軸部分是否超速，以確定起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈?zhǔn)欠癜l(fā)生故障。這個(gè)檢測(cè)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(hù)起升機(jī)構(gòu)。當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)速比較失效時(shí)，超速開(kāi)關(guān)也作為二級(jí)開(kāi)關(guān)，在最大限度確保起升機(jī)構(gòu)的安全。

與之對(duì)應(yīng)硬件系統(tǒng)就是在起重機(jī)主起升鋼絲繩卷筒軸端加裝增量編碼器及電子超速開(kāi)關(guān)，在原有西門子S7-300系列PLC中增加兩塊FM350-1高速計(jì)數(shù)模塊（見(jiàn)圖2），用于讀取編碼器采集的速度信號(hào)，然后將信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)行超速及卷筒轉(zhuǎn)速差的比較，同時(shí)高低速超速開(kāi)關(guān)通過(guò)PLC程序連鎖與編碼器交叉作用，共同保護(hù)起升機(jī)構(gòu)。當(dāng)出現(xiàn)超速或卷筒轉(zhuǎn)速差大于設(shè)定值時(shí)，安全制動(dòng)器動(dòng)作，在設(shè)定的時(shí)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(shí)施

安全制動(dòng)器是一種碟簧上閘、液壓松閘的盤式制動(dòng)器。制動(dòng)器由一對(duì)制動(dòng)頭組成，分別裝有碟簧組和油缸。碟簧組支承在機(jī)體端蓋里，經(jīng)由活塞、承壓板、螺栓和制動(dòng)靴使制動(dòng)襯墊壓向制動(dòng)盤，產(chǎn)生制動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的切向力直接傳遞到帶導(dǎo)向法蘭的機(jī)體上，由機(jī)體抵消切向力。正常工作時(shí)油泵電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)齒輪泵將制動(dòng)頭油缸通入壓力油，制動(dòng)器松閘，活塞在壓力油作用下移動(dòng)，將制動(dòng)襯墊從制動(dòng)盤向后收回，實(shí)現(xiàn)松閘。

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

4.1 數(shù)據(jù)采集及信號(hào)處理

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

通過(guò)相應(yīng)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(kāi)始需要FM350-1的任務(wù)。在調(diào)用FC前必須按任務(wù)需要在DB中輸入適當(dāng)?shù)闹担ㄑb載值，比較值，低限，高限，更新時(shí)間）。

（2）將DB數(shù)據(jù)塊中DB34為速度實(shí)際值，當(dāng)主起升手柄離開(kāi)零位延時(shí)3秒后開(kāi)始采集，速度實(shí)際值小于-3或大于3時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。ACT_CNTV為速度實(shí)際值；#A05_S40_1_2為主起升零位（見(jiàn)圖3）。

圖3 編碼器數(shù)據(jù)采集

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

總共進(jìn)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(gè)卷筒正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速差比較；兩個(gè)卷筒反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速差比較。

當(dāng)超過(guò)比較值時(shí)，說(shuō)明主起升超速或傳動(dòng)鏈輸出嚴(yán)重故障，安全制動(dòng)器延時(shí)抱閘，避免惡性事故發(fā)生。

圖4 卷筒轉(zhuǎn)速實(shí)際值與設(shè)定值比較

4.2 改造注意事項(xiàng)

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

（2）調(diào)整兩側(cè)松閘間隙，可設(shè)定制動(dòng)力矩。松閘間隙可以從1mm調(diào)整到4mm，夾緊力或制動(dòng)力矩將相應(yīng)減小。間隙越大，制動(dòng)器上閘時(shí)間越長(zhǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

改造完成后，實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明：安全制動(dòng)器在任何工作狀況下都能合理動(dòng)作，實(shí)際制動(dòng)距離達(dá)到理論計(jì)算距離設(shè)計(jì)的目標(biāo)，同時(shí)安全制動(dòng)器參與制動(dòng)時(shí)的沖擊問(wèn)題在容許的范圍之內(nèi)。起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中有效避免常規(guī)故障下緊急制動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)的過(guò)大沖擊。

2018年7月五臺(tái)冶金鑄造起重機(jī)安全制動(dòng)器投運(yùn)后，其工作動(dòng)作準(zhǔn)確，性能穩(wěn)定、安全可靠，通過(guò)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(jìn)后提高鑄造起重機(jī)的安全性能，保證了鑄造起重機(jī)的安全運(yùn)行。