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铸造起重机标准2012版与安全制动器设置的探讨

文档作者: 申昌宏 顾翠云        文档来源: 太原重工股份有限公司技术中心
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更新时间: 2021年04月07日
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铸造起重机标准2012版 与安全制动器设置的探讨 申昌宏顾翠云 太原重工股份有限公司技术中心 太原030024 摘要:主要分析了铸造起重机标准2012版相对于1999版在安全要求方面的主要变化,对几种典型起升机 构安全制动器设置的必要性进行了探讨,提出了安全制动器的选择方法和注意事项。 关键词:铸造起重机标准;起升机构;安全制动器选择 中图分类号:TG231.1 文献标识码:A 文章编号:1001—0785 (2012)10—0001—05 Abstract:The paper mai~y analyzes certain major changes in the ladle crane standard 2012 compared to standard 1999,discusses the necessity of being equipped with safety brakes on several typical hoisting mechanisms,and then pres— ents the selection methods for the safety brake and points needing to be paid more attention tO. Keywords:ladle crane;hoisting mechanism;selection of safety brake 0 概述 随着标准JB/T 7688.5—l20l2《冶金起重机技术 条件第5部分铸造起重机》(以下简称铸造起重机 标准2012版)的贯彻实施,JB/T 7688.15—1999 《冶金起重机技术条件铸造起重机》(以下简称铸造 起重机标准1999版)将会被废止。为了保证铸造起 重机安全可靠的工作,铸造起重机标准2012版相对 于1999版在安全方面增加了很多具体要求,如对主 起升机构传动链的冗余要求以及安全制动器的设置 要求、钢丝绳选择安全系数的确定、起升机构制动 器的控制以及安全保护功能设置的要求等。这些变 化将会引起起重机制造成本的增加,尤其是主起升 机构设置安全制动器的要求,一批正在使用的起重 机因此需要改造,甚至会报废。安全制动器一般为 盘式制动器,需要在卷筒端部设置一个制动盘。为 了满足安全制动器制动工作面积的要求,制动盘 的直径需要比卷筒直径大500~700 mnl,由此将会 使起重机整机高度增加500—700 IBm。对此,铸造 起重机的设计、制造、使用维护、安全监管部门 应引起足够的重视。本文主要介绍了铸造起重机 标准2012版相对于1999版的在安全要求方面的主 要变化,对起升机构安全制动的设置进行探讨。 1 铸造起重机标准2012版在安全方面的 要求 铸造起重机标准2012版相对于1999版在安全 《起重运输机械》 2012(10) 方面主要增加了下列要求: 1)当一个制动器出现故障时,为了保证其在 高速轴上仍有一个制动器能够制动,每套主起升 机构传动链的驱动轴上应装设2套能够独立工作 的制动器。这2套制动器每套制动器的安全系数 按照GB/T 381 l—2o08《起重机设计规范》的规定 选取。为了降低2套制动器同时上闸对传动链零 部件造成的冲击载荷,其中一套作为工作制动器, 另一套作为紧急制动器,紧急制动器滞后于工作 制动器0.2—0.3 S上闸。 2)主起升机构安全制动器的设置。对于主起 升机构设置2套驱动装置,即2台电动机、2套减 速系统、2套或多套卷筒装置以及4套制动器,并 在输出轴有刚性连接。当其中一套电动机、控制 装置或者传动链失效时,用另一套驱动装置通过2 个减速器之间的刚性连接装置,可将动力传到故 障侧,使2个卷筒的转速一致,从而保证吊具上 的2个吊点在高度上一致,钢水包不会发生倾斜, 故在卷筒端部可不设置安全制动器。 对于主起升机构设置一套驱动装置,或设置2 套驱动装置在输出轴上无刚性连接时,均应在卷 筒上设置安全制动器。 当额定起重量不大于16 t时,如果主起升机 构不设置安全制动器,在设计时其工作级别应至 少比实际作业条件所要求的高2级,最小工作级 别不应低于M5。 3)当主起升机构采用2套驱动装置时,2套 — — 1 —— 驱动装置应由2套控制系统控制,当其中一套驱 动装置的电动机或电气控制系统发生故障时,另 一套驱动装置和电气控制系统应能在额定起重量 时完成一个工作循环。 4)主起升机构的钢丝绳缠绕系统。双吊点应 采用4根钢丝绳缠绕系统,单吊点至少采用2根钢 丝绳缠绕系统。钢丝绳末端应固定在平衡杠杆上, 不能使用平衡滑轮。也就是说,当1根钢丝绳意 外断裂时,对于双吊点仍然有3根钢丝绳悬挂载 荷,单吊点仍有1根钢丝绳悬挂载荷,不会使钢 水包坠落。 钢丝绳安全系数一般应比所在机构工作级别 所对应的安全系数值增加25% ,最大可达9.0;或 在选择钢丝绳时,采用相邻的高一级机构工作级 别所对应的选择系数C值。 5)电动葫芦起升机构。电动葫芦作为起升机 构吊运熔融金属时,其额定起重量不能大于16 t。 电动葫芦除应满足JB/T 9008-2004的规定外,还 应满足下列要求: ① 当额定起重量大于5 t时,电动葫芦除设置 一个工作制动器外,还应设置安全制动器。安全 制动器设置在电动葫芦的低速级上,当工作制动 器失效或传动部件破断时,能够可靠地支持住额 定载荷; ② 当额定起重量小于或等于5 t时,电动葫芦 除设置1个工作制动器外,也宜在低速级上设置 安全制动器,否则电动葫芦应按1.5倍额定起重量 设计; ③ 电动葫芦应具有高温隔热功能,且工作级 别不应低于M6级。 6)主起升机构电气控制系统增加的要求有: 应设超速保护,超速整定值为最大工作速度(最 大工作速度是指满载下降所能达到的最大稳定运 行速度)的1.2—1.3倍;起升机构应保证电动机 先通电,制动器后打开,当电机失电后,高速轴 制动器应立即制动;非自动复位的紧急停车开关 应采用闭点控制;主起升机构制动器的控制 ,应 有防止因一个接触器损坏、粘连造成控制失效的 措施。 2 典型起升机构安全制动器的设置 图1所示为单电动机、单减速器传动主起升 一2 一 机构的典型布置图。在高速轴上装设有工作制动 器。由于只有1套驱动装置,故在卷筒端部的制 动盘上应装设安全制动器。这种布置只有1个卷 筒和1套定滑轮组,适用于单吊点的主起升机 构。 1.电动机2.钢丝绳平衡杠杆3.联轴器 4、6.工作制动器5.减速器7.卷筒 8.定滑轮组9.安全制动器 图1 单电动机、单减速器传动主起升机构布置图 艘 | l\ |/ 』 \ |/ I\ / 1 l/ I 归 显 . 工 2 \— , = 1.电动机2、3.工作制动器4.减速器5.联轴器 6.安全制动器7.右卷筒8.左卷筒9.定滑轮组 图2 双电动机、单减速器传动主起升机构布置图 图2a为双电动机、单减速器传动主起升机构 布置图。在高速轴上装设有4套工作制动器,钢 丝绳平衡杠杆设置在吊具横梁上。卷筒和定滑轮 组均为2套,可适用于双吊点的主起升机构。 如果减速器为行星减速器,则一台电动机与 行星减速器的太阳轮轴相连,另一台电动机和与 大齿圈外啮合的小齿轮轴相连。2台电动机由2套 装置控制,当其中1台电动机或1套控制装置出现 《起重运输机械》 2012 (10) 故障时,该侧的制动器抱闸,另一侧电动机可单 独运行,并能以1/2倍的额定速度连续工作。由 于行星减速器的特殊性,在单电动机工作时传动 链上任何一个零件都不过载,只是承受1倍载荷, 故可长时间工作,只是升降速度降低1倍。每台 电动机的功率都按0.5倍的总功率选取,传动链上 的零件也按1倍载荷设计。由于行星减速器比一 般普通减速器多1个自由度,因此在卷筒端部应 该装设安全制动器。 如图2b所示,若减速器内部是2套齿轮传动 系统,2个卷筒同时连接到减速器的低速轴上,属 于2套驱动系统在低速轴上刚性连接,在卷筒端 部可不用装设安全制动器。每个电动机的功率都 按0.65倍的总功率选取,减速器和传动链上的其 他零件需按2倍载荷进行强度校核。 如果减速器内部是1套齿轮传动系统,属于2 台电动机、1套减速系统驱动,在卷筒端部应该装 设安全制动器。每台电动机的功率都按0.65倍的 总功率选取,减速器和传动链上的其他零件需按2 倍载荷进行强度校核。 图3所示为典型的2台电动机、2套减速系统 传动、2个卷筒的布置形式。在每套驱动装置的高 速轴上装设有2个工作制动器。2套驱动装置在输 出轴有同步联轴器,所以在卷筒上不需要装设安 全制动器。 1.电动机2.钢丝绳平衡杠杆3.定滑轮组4.联轴器 5、6.工作制动器7.减速器8.浮动轴9.左卷筒 10.低速轴联轴器11.右卷筒 图3 双电动机、双减速器传动主起升机构布置图 这种布置形式当其中1台电动机、控制装置 或者传动链失效时,用另一套驱动装置通过2个 减速器之间的同步联轴器1O可以把动力传到故障 侧,使2个卷筒的转速一致,从而保证吊具上的2 个吊点在高度上一致,钢水包不会发生倾斜。当 《起重运输机械》 2012 (10) 其中1台电动机、控制装置或传动链失效时,把 该侧的工作制动器打开,用另一套驱动装置需要 能够把所吊运的钢水包放回地面,甚至要求用1 套驱动装置完成1个工作循环。在这种情况下, 电动机和传动链上的其他零件都要承受2倍载荷。 每台电动机的功率都是按照0.65倍的总功率选取, 减速器和传动链上的其他零件也按照2倍载荷进 行强度校核。 图4所示的是双电动机、双减速器传动、2个 卷筒平行的主起升机构布置图。2个电动机分别通 过联轴器驱动减速器,在减速器的低速轴上通过 卷筒联轴器分别驱动1个双联卷筒。在每套驱动 装置的高速轴上装设有2个工作制动器。为了减 少小车架的外形尺寸,这种结构的钢丝绳平衡杠 杆一般设置在吊具横梁上。 在减速器的大齿轮之间设有同步齿轮,2个减 速器通常连成一体,故又称为1个整体减速器。 这种布置形式属于2套驱动装置在低速轴有同步 联接,所以在卷筒上不需要装设安全制动器。电 动机功率选型计算和传动零部件的受力情况与图3 所示布置形式相同。这种布置形式适合于双吊点、 大吨位的铸造起重机。 1.电动机2、4.工作制动器3.联轴器5.左卷筒 6.减速器7.减速器8.右卷筒9.定滑轮组 图4 双电动机、双减速器传动主起升机构布置图 图5所示的是4台电动机、3个减速器传动、 2个卷筒平行的主起升机构布置图。4个电动机分 别通过一个联轴器驱动中央减速器的高速轴,在 中央减速器的2个低速轴上分别通过联轴器驱动 二级减速器的高速轴,在二级减速器的低速轴上 通过卷筒联轴器分别驱动1个双联卷筒。在每套 驱动装置的高速轴上装设有2个工作制动器,钢 丝绳平衡杠杆设置在吊具横梁上。 — — — — 电动机4和13为同一组电动机,连接在减速 器的1根高速轴的两端;5和l4为另一组电动 机,连接在减速器的另一根高速轴的两端,2组 电动机分2套装置控制。4个电动机适合于起重 量大、起升速度高的起升机构。当4个电动机的 功率满足机构总功率要求时,也可以把一组中的 2个电动机用一台电动机代替。在二级减速器的 低速轴上没有同步联接,故在卷筒上要装设安全 制动器。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 / | f f _1/ \\幽 n 白| |F ‘ /\ / \. . \ 。L I、l I l \ \ l I I l I / 蕈E L — I —\ , 茹 I直 I/ , l 10 11 12 13 14 15 1.左卷筒2.中央减速器3、12.工作制动器 4、5、13、14.电动机6、11.联轴器7.右卷筒 8.安全制动器9.定滑轮组10、15.二级减速器 图5 4个电动机、3个减速器传动主起升机构布置图 中央减速器一般为行星减速器,也可以是棘 轮棘爪减速器。当中央减速器为行星减速器时, 如果其中1台电动机或1套控制装置出现故障,把 该组的另一台电动机切换掉,该侧的制动器抱闸, 另一侧电动机可以单独运行,并能以1/2倍的额 定速度连续工作。由于行星减速器的特殊性,在 单电动机工作时传动链上任何一个零件都不过载, 只是承受1倍载荷,可以长时间工作,但工作速 度降低1倍。每组电动机的功率都按0.5倍的总功 率选取,传动链上的零件也按1倍载荷设计。当 中央减速器为棘轮棘爪减速器时,当其中1套电 动机、控制装置或传动链失效时,把该组的另一 台电动机切换掉,工作制动器打开,用另一套驱 动装置需要能够把所吊运的钢水包放回地面,甚 至要求用1套驱动装置完成1个工作循环,在这种 情况下,电动机和传动链上的其他零件都要承受2 倍载荷。每台电动机的功率都按0.65倍的总功率 选取,减速器和传动链上的其他零件也按2倍载 — — 4 —— ‘ 荷进行强度校核。 3 安全制动器的选型及注意事项 起升机构的安全制动器装设在驱动系统传动 链的最末端,即卷筒装置端部的制动盘上。起升 机构一通电安全制动器就处于打开状态,正常情 况下安全制动器不参与工作。在起升机构上设置 有1套传动链检测系统,当检测系统检测到下列 情况之一时:①2个卷筒的转速不一致;②电动机 或卷筒超速;③高速轴与低速轴之间的速比发生 变化时,控制系统立即控制安全制动器抱闸。在 故障状态下,调速装置控制电源被切断,工作制 动器立即闭合,安全制动器随后闭合。另外在司 机室内设置有安全制动器的紧急按钮,当司机发 现紧急情况时,可立即按动该按钮,使安全制动 器立即抱闸。并能通过手动方式,点动安全制动 器,使重物缓慢下降。 安全制动器选型一般根据卷筒上的力矩再放 大一个安全系数。这个安全系数大小在GB/T 381 1—2008、铸造起重机标准2012版以及FEM标 准中均未具体给出,安全制动器厂家的一般推荐 数值为≥1.5。根据多年的使用经验以及对安全制 动器制动距离的计算,安全系数选择在1.6~1.75 之间比较合适。安全系数取值过大,安全制动器 制动力矩增大,制动时会给起升机构传动链上的 零部件造成较大的冲击载荷,甚至导致传动链上 的零部件损坏;安全系数取值太小,安全制动器 制动力矩不足,制动距离太大,将会带来不安全 隐患。 安全制动的设置还必须考虑一个重要因素, 在传动链发生故障或起重机突然断电情况下,由 于安全制动器响应时间短,安全制动器一般会先 于工作制动器上闸。由于安全制动器先于工作制 动器上闸,在低速轴上施加一个很大的制动力矩, 使低速轴在短时间内停止转动,而高速轴上的电 动机、制动轮(盘)等具有的转动惯量也要在短 时间内消耗掉,给传动系统造成很大的冲击载荷, 这个冲击载荷可能造成传动链上某个强度较弱的 零件损坏。如果安全制动器因某种原因误动作的 冲击载荷导致零部件损坏,是不能接受的。为此, 在安全制动器的电气控制系统和液压系统上,需 要增加特殊延时装置,保证无论在何种情况下,当 《起重运输机械》 2012(10) 考虑起吊物初始摆动的起重机摆动控制技术 李国杰 三一集团有限公司 上海200125 摘要:针对起重机工作过程中起吊物经常有初始摆动的现象,为提升起重机作业效率,提高起重机吊装 对位准确性以及实现起重机自动控制,文中提出了一种有效的起吊物初始摆动的摆动控制系统,研究了各控制 参数的选择,分析了控制系统的特征,得到了优化控制范围和最优控制点。该摆动控制系统是非线性控制系统, 与常规摆动控制相比,具有控制系统复杂、控制难度大等特点,数值仿真试验结果验证了提出方法的有效性。 关键词:起重机;初始摆动控制;运动控制;最优控制范围;数值仿真 中图分类号:TH21 文献标识码:A 文章编号:1001—0785(2012)10—0005—08 Abstract:Aiming at initial swing phenomenon of lifting objects during crane operation,the paper puts forward an effective swing control system to improve the crane eficiency and hoisting positioning accuracy,and realize automatic control to crane,with research on selection of control parameters,and analysis of characteristics of the control system.The optimal control scope and best control points are worked out in the paper.Such swing control system is non—linear control system, which is more complex and more difi cult to realize the control to load swing than normal swing Control methods.The numerical simulation test verifies the effectiveness of the proposed method. Keywords:crane;initial swing control;motion control;optimum control scope;numerical simulation 0 引言 为了有效提升起重机作业效率,提高起重机 吊装对位准确性及实现起重机自动化操作,减小 物流成本,近年来关于起重机摆动控制的研究成 为起重机自动控制研究的热点 1 J。但是,纵观现 有文献针对起重机在满载小车水平行走时起吊物 的初始摆动控制的研究却很少。 起重机在作业过程中经常会产生初姑摆动, 引起这种初始摆动的原因有很多种,其中的主要 原因之一是起重机作业对象结构形状的多样化。 不同的起吊物有不同的结构形状或内部物料状态, 导致每个起吊物的重心位置不同,所以,起重机 对起吊物进行吊装作业时,作业装置中心很难完 全与起吊物重心重合,导致起重机将起吊物从初 始位置起吊后,出现初始摆动情况。其次,在起 重机将起重物吊离地面进行起升作业时,起重小 车的位置是否合适(钢丝绳上部固定位置偏离起 吊物重心)也会造成初始摆动现象产生。 此外,起重机在实际作业过程中始终会受到 诸如风载荷、摩擦载荷、振动等外部载荷的影响, 这些因素也将引起起吊物的非正常现象。 起重机在水平运动时,初始摆动的存在将使 二次摆动和大振幅摆动的可能性大大增加,严重 检测系统检测到传动链上某个环节出现故障(超 速、断轴或联轴器失效),或起重机突然断电后, 控制系统立即控制所以制动器上闸,并保证安全 制动器滞后于工作制动器上闸。减小安全制动器 上闸时对传动链造成的冲击载荷,避免传动链上 零部件的损坏。 参考文献 [1]GB/T 3811—2008 起重机设计规范[s] 《起重运输机械》 2012(1 o】 [2]JB/T 7688.5—2012 冶金起重机技术条件第5部分 铸造起重机[S]. [3]JB/T 7688.15—1999 冶金起重机技术条件铸造起重 机[S]. 作 者:申昌宏 地 址:山西省太原市万柏林区玉河街53号 邮 编:030024 收稿日期:2012—04—20 — — — —
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