离心式棘轮棘爪安全制动器控制刍议

黄 斌，蒋元栋，阮一晖

（江苏省特种设备安全监督检验研究院苏州分院，江苏 苏州 215031）

1 概述

起升机构制动器是起重机械重要的安全保护装置，从作用上一般可以分为工作制动器和安全制动器两种。工作制动器即起升机构正常工作中起载荷支持作用的制动器，故亦称支持制动器；安全制动器即当起升机构因机构失效或传动装置损坏等而发生超速下降运行并达到规定值时动作，使起升机构迅速制停的制动器。对于普通用途的起重机，其起升机构一般仅设置工作制动器；而对于特殊用途（如用于吊运熔融金属）的起重机，有的则既要求设置工作制动器，同时又要求设置安全制动器。在对安全制动器的控制要求方面，TSG Q7015-2016《起重机械定期检验规则》（以下简称《定检规》）和TSG Q7016-2016《起重机械安装改造重大修理监督检验规则》（以下简称《监检规》）中的相关条文作出了明确规定。但目前以钢丝绳电动葫芦（如国产CDY、MDY型，且经型式试验合格）作为起升机构用于吊运熔融金属的起重机（如电动单梁起重机、电动葫芦桥式起重机等），其起升机构采用的离心式棘轮棘爪安全制动器的控制却难以完全符合《定检规》和《监检规》的要求，同时也给特种设备检验人员的判定带来了困惑。为此笔者进行了相关分析和比较，并提出了相应建议。

2 离心式棘轮棘爪安全制动器的工作原理

2.1 结构示意图

离心式棘轮棘爪安全制动器是目前钢丝绳电动葫芦安全制动器设计、制造中广泛采用的结构形式，其结构示意图如图1所示。

图1 离心式棘轮棘爪安全制动器结构示意图

2.2 工作原理分析

如图1所示，该钢丝绳电动葫芦安全制动器为离心式纯机械动作型安全制动器，实现安全制动的两个主要机械部件是棘轮和棘爪。图中棘轮1通过棘轮固定螺栓4将其套装固定在卷筒3上并与卷筒实现紧配，棘轮随卷筒同步一体转动；莲花盘2通过莲花盘固定螺栓5将其固定在棘轮1上，莲花盘随棘轮同步一体转动；滚轮6通过滚轮销轴8固定在棘爪9上，滚轮可绕滚轮销轴轴心作同心转动；棘爪9通过棘爪销轴10固定在电动葫芦外壳11上，棘爪因莲花盘转动可绕棘爪销轴轴心作同心摆动，且摆动幅度受拉簧7的拉力约束。

具体工作原理：电动葫芦起升机构正常运行时，棘轮、莲花盘随卷筒以正常速度同步转动，棘爪上的滚轮始终随莲花盘的转动而紧贴跟踪外切，同时棘爪也由此而发生摆动，但棘爪与棘轮一直保持分离状态。若起升机构超速下降运行时，则卷筒在被吊重物重力的作用下通过钢丝绳带动而逐渐加速转动；当超速下降运行速度达到规定值（1.5倍额定速度前）时，棘爪上与莲花盘作跟踪并相对转动的滚轮因受莲花盘离心力增大（莲花盘的离心力大于拉簧的拉力）的作用而突然与莲花盘分离，并使棘爪瞬间顶入棘轮内卡住棘轮，于是起升机构便立即停止下降而迅速制停；同时棘爪碰触电气安全联动开关（图中略）并切断起升机构的动力电源，从而达到紧急制动的目的。

由上述离心式棘轮棘爪安全制动器的工作原理分析可见，该安全制动器是利用起升机构超速下降时卷筒转动产生的离心力使棘轮棘爪机构动作而实现制动的，且仅当超速下降运行速度达到规定值时紧急制动，起升机构以正常速度运行和工作制动器（图中略）制动时安全制动器始终处于非动作状态。

3 相关规定要求

3.1 起重机械检验规则关于制动器的控制要求

（1）《定检规》关于制动器的控制要求。

《定检规》C5.1.1条中关于制动器的控制要求：“检查制动器的控制是否符合GB/T 3811-2008《起重机设计规范》中7.5.6的要求。”

（2）《监检规》关于制动器的控制要求。

《监检规》C11.1.1条中关于制动器的控制要求：“检查制动器的控制是否符合GB/T 3811-2008《起重机设计规范》中7.5.6的要求。”

3.2 GB/T 3811-2008关于安全制动器的控制要求

GB/T 3811-2008《起重机设计规范》7.5.6条中关于安全制动器的控制要求：“对设有安全制动器的起升机构，在正常作业时，其支持制动器动作后，安全制动器延时动作，其延时动作时间可调；在进行紧急制动时，安全制动器应立即动作。”

4 符合性比较与建议

4.1 符合性比较

从上述离心式棘轮棘爪安全制动器的工作原理与安全制动器的控制规定要求比较可以看出，离心式棘轮棘爪安全制动器的控制难以完全符合《定检规》、《监检规》和《起重机设计规范》相关条文的规定要求。其问题主要在于该安全制动器仅当起升机构超速下降运行速度达到规定值时起紧急制动作用，而正常作业时始终处于非动作状态，即“在正常作业时，电动葫芦的支持制动器动作后，安全制动器不会动作”。然而《起重机设计规范》并不适用于作为轻小型起重设备的电动葫芦这一起重机部件的设计，且TSG Q7012-2008《轻小型起重设备型式试验细则》、JB/T9008.1-2014《钢丝绳电动葫芦 第1部分：型式与基本参数、技术条件》等安全技术规范和行业标准也均未对电动葫芦“在正常作业时，其支持制动器动作后，安全制动器延时动作”作出明确要求。例如：JB/T9008.1-2014《钢丝绳电动葫芦 第1部分：型式与基本参数、技术条件》5.4.1.6条规定：“设置安全制动器时，其功能应满足如下要求：当传动部件失灵或工作制动器失灵导致载荷下坠时，应能可靠地支持住额定载荷。”

4.2 建议

鉴于目前钢丝绳电动葫芦广泛采用的离心式棘轮棘爪安全制动器，其控制虽然难以完全符合《定检规》、《监检规》和《起重机设计规范》的相关规定要求；但是TSG Q7012-2008及JB/T9008.1-2014等安全技术规范和行业标准并未对电动葫芦“在正常作业时，其支持制动器动作后，安全制动器延时动作”作出明确要求，以及《起重机设计规范》也不适用于电动葫芦的设计制造等实际情况；笔者建议对于电动葫芦起升机构安全制动器的控制要求能否在《定检规》、《监检规》中仅提出“在进行紧急制动时，安全制动器应立即动作”的规定，而不对“在正常作业时，其支持制动器动作后，安全制动器延时动作，其延时动作时间可调”作出要求。这样既有利于提高检规的可操作性，也有助于规避检验风险。

5 结束语

综上所述，笔者分析了钢丝绳电动葫芦广泛采用的离心式棘轮棘爪安全制动器的工作原理，并将该安全制动器的控制与《定检规》、《监检规》的相关条文要求进行了符合性比较，同时提出了相应建议。