论塔机起升机构的制动器失效保护

高伟 张伟南

科曼萨建设机械（杭州）有限公司 浙江 杭州 311223

近年来，伴随着我国经济的高速发展，也使得我国的建筑行业迎来了一片良好的发展契机，塔式起重机由于具备多种优势所以被得以广泛应用于建筑行业中，但是起升机构在长时间的作业下，免不了发生制动失效的现象，从而引发安全事故，所以需要加大对制动器失效保护方法的研究，以确保安全。

1 塔机起升机构的相关概述分析

塔式起重机由于覆盖面广、起升高度高、可自升加高等优势，被建筑施工单位广泛的选用，其主要担负垂直运输的任务。近年来，随着城市高楼林立，建设项目不断推进，建设难度也随之增大。在高楼建设中，场地受限，吊装构件体积增大，数量增加，吊重增加，要求塔机的机型也增大，今后的发展大型和超大型的塔机将更为广泛的应用。由于塔式起重机重心高、吊装范围广、垂直运输距离大、安全风险也高，每年塔式起重机的安全事故不在少数，所以当务之急应当要提高塔机吊装的可靠性以及安全性，只有这样才能够最大限度的保障人员的人身安全和财产安全[1]。

2 起升机构制动器失效原因分析

起升机构的制动常规的做法是在电机与减速机之间安装一个鼓式制动器，结构为常闭式。在工作时，通过液压推力器将制动器打开，进入正常工作。如下图。

图1 常规起升机构

另一种结构是使用制动电机。在电机尾端安装盘式电磁制动器，也是常闭式。在工作时，通过电磁电圈的吸力将制动器打开，进入正常工作。如下图。

根据笔者的工作经验，引起塔式起重机制动失效的因素较多，大致可以分为以下的几种方式：①制动器在维护或检修后调整不当，导致制动力矩过小，不能保证正常的制动，当起升机构在下降制动的过程中遇到较大的冲击载荷，超过较大的制动器制动力矩，从而蹓钩下滑。②由于长时间的运行使得制动器出现严重的磨损，从而引发的制动器失效。例如制动瓦磨损、制动盘磨损、制动器工作结构磨损、液压推杆失效等。③制动器连续高速制动，在制动过程当中由于摩擦升温，使制动瓦垫和制动轮之间的温度不断上升，导致摩擦系数下降，继而引发制动失效。④电气控制部分故障等因素，从而使得制动器无法响应抱闸信号，以至于制动器失效[2]。

图2 机电带制动的起升机构

3 塔机起升机构制动器失效保护方法

3.1 从机械结构上解决起升机构制动器失效的问题

3.1.1 对于制动器的调整，主要包括制动力矩的调整、瓦块退距（推动器补偿行程h）的调整。应根据厂商提供的制动力矩数据进行。制动力矩的调整，一般可以根据制动器压紧弹簧傍边的制动力矩标尺，每次维护后调整到对应的制动力矩。瓦块退距的调整，推动器额定行程必须工作在两条绿色线之内，如到红色线内则应对推动器的补偿行程进行调整。

图3 鼓式制动器

3.1.2 制动器制动瓦磨损报警，可以在制动器上增设检测装置。制动器在使用过程中，操作者很容易忽视摩擦片磨损程度，且不容易判断摩擦片磨损极限是多少，故在该制动器上增设了摩擦片磨损极限报警装置。该装置增设后，随着摩擦片磨损转换成撞板位移，到达极限位置时，撞板触动行程开关，可向主机发出报警信号，提醒操作者对摩擦片进行更换。此功能的增设在一定程度降低了因制动器摩擦片磨损后带来的安全事故，使制动器更加安全可靠的运行。（如图3）

3.1.3 现在一般的制动器在安装在高速轴端，即在电机的转子轴上，这对制动器的选型是非常有利的，但也有不足，电机后面的传动部分出问题，这个制动器是没有任何帮助的。所以在卷筒的边上增加第二制动器是很好的办法。在一些重大关键项目中，为确保塔机施工安全，应使用双制动。当其中一个制动器失效后，另一个制动器仍然能发挥作用。如下图：

图4 双制动器起升机构

3.2 从电气控制上解决起升机构制动器失效的问题

采用变频控制，有效改善起升机构的软启动和软停止。使用闭环矢量控制，在起升电机轴端增加编码器，实时采集电机转速。控制框图如下：

图5 电气控制框图

通过变频器的不同控制策略可以实现以下两个目的：

3.2.1 对起升电机的零速制动，减少制动闸瓦的磨损。通过起升变频器实现对起升电机。

零速制动，减少制动闸瓦的磨损。操作手柄发出停止命令时，起升变频器向起升电机定子输入反向制动转矩电流，并通过起升电机轴端的编码器实时监测电机的实际转速。当电机转子转速接近零转速时（小于设定阈值），变频器发出制动命令，通过制动器对电机的转轴进行制动。这样，避免了制动闸瓦与制动鼓之间的滑动摩擦，减少了制动器闸瓦的磨损，大大延长了制动闸瓦的使用寿命。

3.2.2 在制动器失效重物下溜时，变频器自动介入，拉停下溜的重物。因制动器失效导致的吊钩下溜，起升机构变频器可以通过起升电机轴端编码器检测到这一情况，并通过向电机输出稳定可靠的0转速转矩电流将快速下溜的重物拉停并悬停在空中。

变频器控制程序逻辑，见下图：

图6 变频器控制逻辑

当起升变频器处于待机状态时，通过编码器实时检测电机转速。正常时，电机反馈转速应该是0。如果制动器失效，吊钩下溜，电机就转动，当转速超过设定阈值，起升变频器即认为制动器失效，则进入第二步。

变频器会自动依次启动零转矩功能和转速追踪功能，使用这两种功能可以有效解决起升变频器报过流故障。在输出零转矩的过程中变频器一边建立电机磁场，一边启动转速追踪功能。当电机磁场建立完成后，变频器将进入第三步。

起升变频器将自动切换到给定速度为0的速度控制模式，此时电机可以输出稳定可靠的电磁转矩将快速下溜的重物按照预设的减速时间拉停并以零速悬停在空中。然后进入第四步。

变频器输出制动器失效报警信号，提醒塔机司机操作手柄控制起升变频器将重物下放到地面安全位置。

4 结束语

综上所述，通过对本文的分析可知，制动器作为塔式起升机构中非常重要的一部分，它关乎着货物以及人员的人身安全，故此务必要给予高度重视，同时也要认真分析清楚引发塔式起升机构制动器失效的原因并且及时加以纠正，最大程度的保障人员的安全，在今后的工作当中也应当要加大研究力度，减少事故发生的概率。