起升机构采用多制动器技术

李锐鹏 高宏波 李会勤

大连华锐重工集团有限公司 大连 116052

0 引言

制动器是起重机的关键部件，国内外起重机设计规范及相关标准对起重机制动器的性能要求、设置要求、控制方法等有详尽的叙述。合理设置和控制制动器不仅能保障起重机的正常工作和安全，还能延长制动器及制动轮（盘）的寿命，特别是起升机构采用多个制动器时，其设置要求和控制方法尤为重要。本文对各标准的不同描述进行分析比较，提出最优方案。

1 各国对起升机构设置多个制动器的要求

1.1 GB/T 3811—2008《起重机设计规范》

GB/T 3811—2008《起重机设计规范》对起升机构设置多个制动器的要求为第6.1.1.3.1.3条c），吊运液态金属和易燃易爆的化学品及危险品的起升机构：每套驱动装置应装有2个支持制动器，每一个制动器的制动安全系数不低于1.25；对于2套彼此有刚性联系的驱动装置，每套装置应装有2个支持制动器，每一个制动器的制动安全系数应不低于1.10；对于采用行星差动减速器传动，每套驱动装置也应装有2个支持制动器，每一个制动器的制动安全系数应不低于1.75。

1.2 FEM—1998《起重机设计规范》

FEM—1998《起重机设计规范》对起升机构设置多个制动器的要求为第7.5.3.2条，制动系统要按起升荷重的1.6倍进行设计。搬运融化物质起重装置应有2个彼此独立操作的机械式制动器，每一个都要满足上述要求；第2个制动器相对于第1个制动器应滞后一段时间起作用。

1.3 CMAA NO.70—2004电动桥式起重机规范

美国起重机制造协会对起升机构设置多个制动器的要求为第4.9.1.5条，吊运熔融金属起重机的每个独立的起升装置应安装2个支持制动器（1个装在减速器轴上）并应外加控制制动装置。每个制动器所具有的最小扭矩额定值等于制动器所在位置上的额定载荷起升扭矩。第5.3.4条规定：起升机构上安装有2个支持制动器时，可以包括1个延时抱闸的制动器。

1.4 ASME NOG-1：-2015桥门式起重机构造规范

美国机械工程师协会对起升机构设置多个制动器的要求为第5416.1条（a），带紧急制动的典型起升机构包括1个齿轮减速器和1个驱动电动机、2个工作制动器和1个紧急制动器（见图1）。其中一个工作制动器充当主制动器，另一个工作制动器充当延迟设置的备用制动器。第5416.1条（b）规定：带有冗余齿轮减速器的典型起升机构包括1个驱动电动机，通过高速轴连接到2个单独的齿轮减速器和2个制动器（见图2）。其中一个工作制动器充当主制动器；另一个工作制动器充当延迟设置的备用制动器。在单个起升机构传动链故障后，至少应有2个制动器用于止住紧急状态的负荷下坠。

图1 带紧急制动的典型起升机构

图2 带有冗余齿轮减速器的典型起升机构

第6422.1条（a）规定：吊运危险物品的一类起重机的起升机构采用2个支持制动器时，每个制动器的制动力矩不小于起升机构额定载荷下力矩的125%。第6422.2条（c）规定：不吊运危险物品的一类起重机和二、三类起重机的起升机构采用2个支持制动器时，每个支持制动器的制动力矩为额定载荷起升力矩的100%。

1.5 AIST TR06-2005钢厂电动桥式起重机技术规范

美国钢铁技术协会对起升机构设置多个制动器的要求为第4.1.1条，所有吊运熔融金属的起升机构都应配备1个以上的制动器。在任何情况下，全部制动器额定值之和，按制动器作用点的满载提升扭矩的百分比计算，吊运熔融金属的不得小于175%；任何一个制动器失效都不应使总制动扭矩降低到125%以下。

2 起升机构采用多制动器问题分析及建议

2.1 制动器的设置

制动系统的失效主要有3个方面：制动器本身失效，制动控制系统失效，制动轮（盘）及其所安装的轴损坏。上述各国对制动系统主要关注4方面：制动器的设置、制动器的控制、制动器的安全系数、对制动器本身的性能要求。关于制动器的设置问题各国共同的特点是只关注了制动器数量，没有关注制动器设置的具体位置要求。如图1所示，将2个制动器设置在减速器的同一侧，减速器高速轴外伸部分与制动轮配合的根部直径最小，且有过度圆角是疲劳损坏最危险部位，当靠近减速器位置制动器的轴损坏，整个制动系统将失效，起升载荷失控。虽然设置了2个制动器，但没有起到2个制动器的作用，在实际应用中曾出现过多起制动轮处减速器轴断裂造成载荷坠落的现象。建议起升机构采用多制动器时尽可能将制动器设置在靠近减速器的两侧（见图3），那么如果一个制动器所在位置的轴损坏，另一个制动器可以保证载荷不失控，真正起到2个制动器的作用。

图3 制动器设置在减速器两侧

2.2 制动器的控制

起升载荷停止过程包括减速、停止、支持3个过程。减速可通过机械式或电气式来实现，机械式一般由机械式制动器来实现，机械式制动器具有减速、停止和支持功能。美国和欧洲搬运协会标准对起升机构采用2个支持制动器时，其中一个制动器延时制动。而中国起重机相关标准虽然对起升机构制动器的设置及安全系数有详细的描述，但对采用多制动器的控制没有具体要求。在实际应用中无论采用多少个制动器，所有制动器都设置为同时工作，这种设置存在问题包括：1）在起升机构没有采用较好的调速系统时，由于制动总力矩较大，制动过猛，对机构传动件及起重机产生较大的冲击，制动轮、制动器摩擦片磨损较快。2）有的使用者为了减小冲击，将制动器制动力矩调小，即采用2个制动器，但2个制动器总力矩可满足起升机构所需的制动力矩。当一个制动器失效后，另一个制动器就不能满足起升机构所需的制动力矩，造成载荷失控，发生事故。建议参照国外标准对1套起升机构采用2个制动器时，第2个制动器延时制动。其优点为：1）可改善起升机构的运行性能；2）可大大提高制动系统的安全可靠性，真正起到2个制动器应有的作用；3）可提升易维护性。采用多制动器的起升机构一般多用于工作频繁、对安全可靠性要求较高的场所，如炼钢企业，对设备的快速维护要求较高，第1个制动器作为经常工作的制动器，制动轮（盘）、制动衬垫易磨损，将其安装在易更换的部位（见图4），便于快速维修更换，且该部位轴不传递来自电动机的扭矩，只在制动时承受制动扭矩，受力单一，轴寿命较高；第2制动器作为备用或安全制动器延时制动，制动衬垫和相应的制动轮磨损较小，一般不需要更换，可安装在不易更换的位置，该处轴只传递来自电动机的扭矩，不承受制动扭矩，简化了该处轴的受力状态，延长了轴的寿命，可谓一举多得。若2套机构刚性相连，则2套机构的第1制动器先制动，第2制动器延时制动（见图4）。

图4 起升机构中第1、2制动器位置

2.3 制动器的安全系数

制动器的安全系数是起重机设计的重要计算依据，各国起重机设计规范对制动器的安全系数都有明确的要求。通过以上对各国标准的对比可以看出：吊运熔融金属的起升机构采用双制动器时，中国标准的制动器安全系数与美国标准一致（为1.25），采用2个以上制动器时，中国标准的制动器安全系数大于美国标准。欧洲搬运协会标准没有细分起升机构的不同构造形式，起升机构采用2个制动器时，每个制动器安全系数统一取较高值（为1.6），结合多年来的实际应用，综合来看中国起重机标准中制动器的安全系数较为合理。

3 结论

起升机构采用多制动器时，一直采用将制动器设置在靠近减速器两侧，第2制动器延时制动技术，实践证明效果很好，同时也证明了中国标准制定的制动器安全系数比较合理。采用将制动器设置在靠近减速器两侧，第2制动器延时制动并设置在易检修一侧，可以大大提高起升机构的使用性能、安全可靠性和易维护性，可进一步全面推广。