起重机起升机构安全保护系统

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Abstract：Aiming at the problem that craneS hoisting mechanism could cause casualties and equipment damage andother serious problems arising from failure of its braking system dunng the process of hoisting of liquid metal and large-scaleequipment，the paper introduces a serial of safety protection procedure added to the hoisting mechanism through counting ofdrum encoder and PLC programming，to improve the safety performance of]hoisting mechanism。

Keywords：hoisting mechanism；safety protection；brake2011年 8月，江苏某钢厂用 180 t铸造起重机将满载钢水的钢包起吊进行钢水测温。待测温完成后，司机将控制手柄打到上升-挡，发现钢包出现下滑情况，马上将控制手柄打回零位，钢包仍然下落，立即按下急停按钮，此时钢包已经坠落至地面并发生倾翻，溅出 70多吨钢水，幸未造成人员伤亡及设备损坏的重大事故。

1 事故分析发生事故的起重机主起升机构使用的是国外某著名品牌的可控硅定子调压调速系统，采用 1台调压调速器驱动 2台电动机同时工作。

正常工作时 ，控制手柄 打到上升-挡 ，调压装置首先驱动电机建立力矩，再通过内部控制板检测 ，当力矩达到开闸设定值时 ，制动器打开，电机旋转 ，机构开始上升。而此时起重机控制手柄打到上升-挡，由于调压装置控制板出现瞬时故障，在没有建立足够起升力矩 的情况下 ，给出制动器打开信号 ，出现钢包下滑情况。而将控制手柄打 回零位后，调速器没有控制制动器进行有效制动 ，钢包仍然继续下滑。

再按下急停按钮，整机断电，但此 时由于钢包下落速度较快且 已接近地面，最终造成钢包坠落至地面并发生倾翻。

《起重运输机械》 2013(9)2 改进方案目前，起升机构电控系统-般采用调压调速或变频调速，通过调速器内部的制动器控制点对制动器给予控制。-旦调速器 自身的控制系统出现故障，触发制动器误动作时，后果极其严重。

为防止调速装置故障，造成制动器控制信号失效，增强起升机构安全性能，特增加安全保护系统。

2.1 安全保护系统的设计思想在保证调速装置对制动器有效控制的前提下，使用卷筒编码器对起升机构整个传动链进行监测，经 PLC运算后，输出中间继电器信号，串联至制动器的控制回路中，提高制动器控制的安全级别 ，使起升机构运行更加安全、可靠。

2.2 安全保护系统的硬件结构安全保护系统主要是 由制动器控制回路和传动链监测回路组成。

2.2.1 制动器控制回路制动器控制回路采用 2个接触器主触点串联方式控制制动器，以防止接触器主触点粘连，造成制动器无法闭合。见图 1，K07为调速器自身的制动器控制继电器，称为工作制动器；K071为安全保护系统输出的继电器，称为安全保护制动器。

2.2.2 传动链监测回路在起升机构传动系统的末端 (即卷筒尾部)，- 79 - K71K723-50HzAC 380VAC IVK071K07 IA1K7l匕 K72亡图 l 制动器控制回路电路图安装增量型编码器，编码器连接至西门子 FM350高速计数拈上，见图2。通过此种方式，对卷筒的旋转方向及旋转速度进行计数，再经过 PLC进行相应编程，控制继电器输出，从而控制安全保护制动器，达到安全保护的目的。

图2 传动链监测回路系统图2.2.3 安全保护系统主要硬件配置表安全保护系统的主要硬件配置见表 1。

表1 安全保护系统的主要硬件配置名称 型 号 数量CPU 6ES7 315-2AH14-0AB0 1存储卡 6ES7 953-8LG0o-0AA0 l计数拈 6Es7 350-1AHO2-0AEO 2编码器 HLE-1024H-3F-AC 22.3 安全保护系统的软件配置STEP-7 V5.4及以上版本；安装计数拈- 80 - FM350的驱动程序。

2.4 安全保护系统方案2.4.1 计时强制保护1)方案说明手柄打回零位，经过延时后，强制安全保护制动器闭合。(断电延时时间的设置原则：断电延时时间≥机构减速时间)。此方案可有效保护调速器给定信号继电器触点粘连，调速器的工作制动器控制失灵等情况。

2)程序监控实例见图3，手柄回到零位后，时间继电器 1"200开始计时。在正常情况下，机构能够在此时间内完成减速、停车过程。在 T200时间后，无论机构处于何种状态，安全保护系统控制的安全保护制动器 K071都将断开，制动器闭合，强制机构停车。

I4 1主起升零位 05- T200115001主起工作制动器保护11Q广-- $5T#2S500删 I S.rV BI BcDl图3 方案 1程序监控图2.4.2 制动器的双重控制1)方案说明手柄回到零位后，检测卷简编码器数值，如果卷筒编码器速度值降至程序设定的零速值以下，安全保护制动器闭合，从而达到制动器的第二重控制。此方案为制动器的安全保护控制，不可取代原有调速器对工作制动器的控制。

2)程序监控实例见图 4，其 中 TEMP432、TEMP433分别为 2个卷筒编码器的读数，IN2：25为安全保护程序设定的零速值 (此速度值应遵循调速器先进行其 自身工作制动器制动，而后此保护再起作用的原则确定)。手柄回到零位后，检测卷筒编码器数值，如果由任-卷简编码器速度值降至25以下，经过T206的延时后，安全保护制动器 K071断开，制动器闭合。

2.4.3 上升时溜钩1)方案说明操作手柄打上升时，检、坝0卷筒编码器信号，《起重运输机械》 2013 (9)图4 方案2程序监控图M 500 3主起工制T206 动器保护 l2而i-1 M500 3”-Q ---< IB1 l踹嘲瞄 糍- j如果此时有任意-个编码器的反馈为下降方 向，安全保护制动器将立即进行制动。

2)程序监控实例见图5，手柄打到上升方向，经过 T201的延时后 ，检测 2个卷筒编码器 的读数 TEMP411和TEMP413(在实例中，卷筒上升方向旋转时，2个卷筒编码器的读数为负值)，若卷筒编码器读数为负值，在 T205时间后，将控制安全保护制动器K071断开，制动器闭合。

主起工作制T205 动器保护2-s26XYT-1M50o 2”- - - - - s Q-(>---lIl耥 黼 I I。

- - J1 --曼 图 5 方案3程序监控图 (上升方向)该保护程序对操作手柄上升，但电机起升力矩不足，重物拖着钩头下滑情况，能够起到及时、有效的保护。并且经过现场故障模拟测试，吊运满载试验，保护程序效果极其明显，完全避免了起升时溜钩、重物坠落地面事故的发生。

操作手柄下降方 向时，TEMP411、TEMP413为正值，表明卷筒正在往下降方向旋转，见图 6。

2.4.4 下降时溜钩手柄打下降各挡时，将各个挡位速度给定值与2个编码器反馈值分别相减，如果差值超过40%，且持续时间超过 0.5 s，安全保护制动器立即制动。

保护程序如图7，其 中 TEMP21、TEMP22分别为2个卷筒速度给定值与编码器反馈值的差值。

《起重运输机械》 2013(9)11500 2主起工作制"1'205 动 器保护 2。

lL#O J图6 方案 3程序监控图 (下降方向)1 j主起降-档05- r201。 Foo-o 厂 系1 。

4-O -I0P20 lO0 41N2 l I-4TEM P227图7 方案4保护程序示例2.4.5 盘式制动器控制1)： 案说明对于卷筒加装盘式制动器的系统，当手柄回到零位且工作制动器已经闭合，但卷筒编码器仍能表 2 事故起重机各挡 2卷筒编码器读数1号编 波动 2号编 波动 手柄挡位码器 范围 码器 范围1.挡 -54 -53～-56 -56 -54--562：挡 -138 -134～.-141 -l4o .135～.-140 上升3：挡 -275 -266 .-283 -276 -.269～.2804挡 -550 .538-.554 -552 -539-.5551挡 54 53-57 56 52-572挡 138 133-140 136 132～141 下降3挡 276 270～280 274 268-2784挡 566 547 574 568 558～570图8 方案 5程序监控图- 81- 堆料机悬臂共振问题的分析与解决韩刚华 张起伟 余崇义华电重工股份有限公司 北京 100077摘 要：结合工程实例分析堆料机悬臂结构产生共振的原因，通过理论分析，提出了合理有效地消除堆料机悬臂结构共振的措施。

关键词：堆料机；悬臂；共振中图分类号：U653.928. 5 文献标识码 ：A 文章编号：1001-0785(2013)09-0082-04Abstract：Considering the engineering practices，the resonance cause arising from the cantilever of the stacker is an-alyzed，with reasonable and effective measures for eliminating cantilever resonance of stacker put forward through theoreti-cal analysis。

Keywords：stacker；cantilever；resonance某港 口堆料机投入试运营后，即发现堆料机悬臂结构强烈振动，堆料机悬臂头部振动幅度达500-600 mm，呈现典型的共振特性。笔者参与了该堆料机设计过程中的钢结构有限元分析，同时也全程参与振动问题发生后的整改过程。本文将理论结合实际，对振动问题的原因进行详细分析，提出多种解决共振问题的方案，最终选择最经济的方法成功消除了堆料机悬臂结构共振影响。

1 共振原因分析堆料机额定堆料能力 2 660 t/h，堆料回转半径 42 m。堆料机主体由上部结构、中心料斗、同转平台、门座架、行走机构、附属结构等组成。

其上部结构由悬臂、L形梁、拉杆、悬臂带式输送机、配重等组成，如图1所示。悬臂、L形主梁以及拉杆之间通过铰点进行连接。悬臂带式输送机检测到速度值情况下，控制盘式制动器进行制动。

此方案解决了工作制动器损坏或传动链损坏等紧急情况，造成工作制动器失灵，机构无法停车，从而控制盘式制动器进行制动。

2)程序监控实例如图8，当手柄回到零位且工作制动器已经闭合，经过T209延时后，监控 2个卷简编码器读数TEMP432和TEMP433，若能检测到大于25的速度值的情况下，在 T210时间后，直接控制盘式制动器闭合。

在编制上述保护程序前，应多次操作手柄的各个挡位，读取 2个卷筒编码器相应的读数，观察传动系统的误差、编码器读数波动范围、最优设置程序中的参考值、滤波时间等。即应避免数值设置过小，保护程序频繁误动作；又应避免数值设置过大，保护程序动作不灵敏。

表 2为事故起重机主起升机构，操作手柄各个挡位，2个卷筒编码器相应的读数。

- 82 - 此读数与编码器脉冲数、数据采样周期、卷筒旋转速度、编码器前端增速齿轮箱传动比等因素有关。

3 改进结果在发生事故的起重机上，按上述方案整改后，进行了故障模拟试验和空载、额定载荷吊载试验。

试验表明，此方案极大地降低了事故发生的概率，提高了起重机起升机构电控系统的安全可靠性，并可对故障进行及时检测、报警和锁定，在发生类似故障时，能及时停止起升机构运行，避免事故扩大。该起重机在增加安全保护系统后，运行至今，未再出现类似问题。

作 者 ：崔海丰地 址 ：大连市旅顺经济技术开发区顺达路 29号邮 编：116052收稿日期：2012-08-18《起重运输机械》 2013(9)