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起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)安全保護(hù)系統(tǒng)

文檔作者：崔海豐李秀苓文檔來(lái)源：大連華銳重工集團(tuán)起重機(jī)設(shè)計(jì)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月10日
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起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)安全保護(hù)系統(tǒng)
崔海豐李秀苓
大連華銳重工集團(tuán)起重機(jī)設(shè)計(jì)院 大連116052
摘要：針對(duì)起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)在吊運(yùn)液態(tài)金屬、大型設(shè)備過(guò)程中，如果出現(xiàn)控制系統(tǒng)失靈，會(huì)造成人員傷
亡、設(shè)備損毀重大事故的問(wèn)題。介紹通過(guò)對(duì)卷簡(jiǎn)編碼器計(jì)數(shù)，經(jīng)過(guò)PLC編程運(yùn)算，對(duì)起升機(jī)構(gòu)增加一系列的安
全保護(hù)程序，以增強(qiáng)起升機(jī)構(gòu)安全性能。
關(guān)鍵詞：起升機(jī)構(gòu)；安全保護(hù)；制動(dòng)器
中圖分類號(hào)：TH21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—0785(2013)09—0079—04
Abstract：Aiming at the problem that crane’S hoisting mechanism could cause casualties and equipment damage and
other serious problems arising from failure of its braking system dunng the process of hoisting of liquid metal and large—scale
equipment，the paper introduces a serial of safety protection procedure added to the hoisting mechanism through counting of
drum encoder and PLC programming，to improve the safety performance of]hoisting mechanism．
Keywords：hoisting mechanism；safety protection；brake
2011年8月，江蘇某鋼廠用180 t鑄造起重機(jī)
將滿載鋼水的鋼包起吊進(jìn)行鋼水測(cè)溫。待測(cè)溫完
成后，司機(jī)將控制手柄打到上升一擋，發(fā)現(xiàn)鋼包
出現(xiàn)下滑情況，馬上將控制手柄打回零位，鋼包
仍然下落，立即按下急停按鈕，此時(shí)鋼包已經(jīng)墜
落至地面并發(fā)生傾翻，濺出70多噸鋼水，幸未造
成人員傷亡及設(shè)備損壞的重大事故。
1 事故分析
發(fā)生事故的起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)使用的是國(guó)外
某著名品牌的可控硅定子調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，采用1
臺(tái)調(diào)壓調(diào)速器驅(qū)動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)機(jī)同時(shí)工作。
正常工作時(shí)，控制手柄打到上升一擋，調(diào)
壓裝置首先驅(qū)動(dòng)電機(jī)建立力矩，再通過(guò)內(nèi)部控
制板檢測(cè)，當(dāng)力矩達(dá)到開閘設(shè)定值時(shí)，制動(dòng)器
打開， 電機(jī)旋轉(zhuǎn)，機(jī)構(gòu)開始上升。而此時(shí)起重
機(jī)控制手柄打到上升一擋， 由于調(diào)壓裝置控制
板出現(xiàn)瞬時(shí)故障，在沒(méi)有建立足夠起升力矩的
情況下，給出制動(dòng)器打開信號(hào)，出現(xiàn)鋼包下滑
情況。而將控制手柄打回零位后，調(diào)速器沒(méi)有
控制制動(dòng)器進(jìn)行有效制動(dòng)，鋼包仍然繼續(xù)下滑。
再按下急停按鈕，整機(jī)斷電，但此時(shí)由于鋼包
下落速度較快且已接近地面，最終造成鋼包墜
落至地面并發(fā)生傾翻。
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2013 (9)
2 改進(jìn)方案
目前，起升機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)一般采用調(diào)壓調(diào)速
或變頻調(diào)速，通過(guò)調(diào)速器內(nèi)部的制動(dòng)器控制點(diǎn)對(duì)
制動(dòng)器給予控制。一旦調(diào)速器自身的控制系統(tǒng)出
現(xiàn)故障，觸發(fā)制動(dòng)器誤動(dòng)作時(shí)，后果極其嚴(yán)重。
為防止調(diào)速裝置故障，造成制動(dòng)器控制信號(hào)失效，
增強(qiáng)起升機(jī)構(gòu)安全性能，特增加安全保護(hù)系統(tǒng)。
2．1 安全保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想
在保證調(diào)速裝置對(duì)制動(dòng)器有效控制的前提下，
使用卷筒編碼器對(duì)起升機(jī)構(gòu)整個(gè)傳動(dòng)鏈進(jìn)行監(jiān)測(cè)，
經(jīng)PLC運(yùn)算后，輸出中間繼電器信號(hào)，串聯(lián)至制
動(dòng)器的控制回路中，提高制動(dòng)器控制的安全級(jí)別，
使起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行更加安全、可靠。
2．2 安全保護(hù)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
安全保護(hù)系統(tǒng)主要是由制動(dòng)器控制回路和傳
動(dòng)鏈監(jiān)測(cè)回路組成。
2．2．1 制動(dòng)器控制回路
制動(dòng)器控制回路采用2個(gè)接觸器主觸點(diǎn)串聯(lián)
方式控制制動(dòng)器，以防止接觸器主觸點(diǎn)粘連，造
成制動(dòng)器無(wú)法閉合。見圖1，K07為調(diào)速器自身的
制動(dòng)器控制繼電器，稱為工作制動(dòng)器；K071為安
全保護(hù)系統(tǒng)輸出的繼電器，稱為安全保護(hù)制動(dòng)器。
2．2．2 傳動(dòng)鏈監(jiān)測(cè)回路
在起升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)的末端(即卷筒尾部)，
一79 —
K71
K72
3-50Hz
AC 380V
AC IV
K071＼
K07 I
A1
K7l匕 K72亡
圖l 制動(dòng)器控制回路電路圖
安裝增量型編碼器，編碼器連接至西門子FM350
高速計(jì)數(shù)模塊上，見圖2。通過(guò)此種方式，對(duì)卷筒
的旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行計(jì)數(shù)，再經(jīng)過(guò)PLC進(jìn)
行相應(yīng)編程，控制繼電器輸出，從而控制安全保
護(hù)制動(dòng)器，達(dá)到安全保護(hù)的目的。
圖2 傳動(dòng)鏈監(jiān)測(cè)回路系統(tǒng)圖
2．2．3 安全保護(hù)系統(tǒng)主要硬件配置表
安全保護(hù)系統(tǒng)的主要硬件配置見表1。
表1 安全保護(hù)系統(tǒng)的主要硬件配置
名稱 型號(hào) 數(shù)量
CPU 6ES7 315 —2AH14 —0AB0 1
存儲(chǔ)卡 6ES7 953—8LG0o一0AA0 l
計(jì)數(shù)模塊 6Es7 350—1AHO2—0AEO 2
編碼器 HLE一1024H一3F—AC 2
2．3 安全保護(hù)系統(tǒng)的軟件配置
STEP一7 V5．4及以上版本；安裝計(jì)數(shù)模塊
一80 一
FM350的驅(qū)動(dòng)程序。
2．4 安全保護(hù)系統(tǒng)方案
2．4．1 計(jì)時(shí)強(qiáng)制保護(hù)
1)方案說(shuō)明
手柄打回零位，經(jīng)過(guò)延時(shí)后，強(qiáng)制安全保護(hù)
制動(dòng)器閉合。(斷電延時(shí)時(shí)間的設(shè)置原則：斷電延
時(shí)時(shí)間≥機(jī)構(gòu)減速時(shí)間)。此方案可有效保護(hù)調(diào)速
器給定信號(hào)繼電器觸點(diǎn)粘連，調(diào)速器的工作制動(dòng)
器控制失靈等情況。
2)程序監(jiān)控實(shí)例
見圖3，手柄回到零位后，時(shí)間繼電器1"200開
始計(jì)時(shí)。在正常情況下，機(jī)構(gòu)能夠在此時(shí)間內(nèi)完成
減速、停車過(guò)程。在T200時(shí)間后，無(wú)論機(jī)構(gòu)處于何
種狀態(tài)，安全保護(hù)系統(tǒng)控制的安全保護(hù)制動(dòng)器K071
都將斷開，制動(dòng)器閉合，強(qiáng)制機(jī)構(gòu)停車。
I4 1
主起升零位
‘ =05- T200
115001
主起工作制
動(dòng)器保護(hù)11
Q廣—— $
5T#2S500S刪．r r I
V BI ?
? BcDl
圖3 方案1程序監(jiān)控圖
2．4．2 制動(dòng)器的雙重控制
1)方案說(shuō)明
手柄回到零位后，檢測(cè)卷簡(jiǎn)編碼器數(shù)值，如
果卷筒編碼器速度值降至程序設(shè)定的零速值以下，
安全保護(hù)制動(dòng)器閉合，從而達(dá)到制動(dòng)器的第二重
控制。此方案為制動(dòng)器的安全保護(hù)控制，不可取
代原有調(diào)速器對(duì)工作制動(dòng)器的控制。
2)程序監(jiān)控實(shí)例
見圖4，其中TEMP432、TEMP433分別為2
個(gè)卷筒編碼器的讀數(shù)，IN2：25為安全保護(hù)程序設(shè)
定的零速值(此速度值應(yīng)遵循調(diào)速器先進(jìn)行其自
身工作制動(dòng)器制動(dòng)，而后此保護(hù)再起作用的原則
確定)。手柄回到零位后，檢測(cè)卷筒編碼器數(shù)值，
如果由任一卷簡(jiǎn)編碼器速度值降至25以下，經(jīng)過(guò)
T206的延時(shí)后，安全保護(hù)制動(dòng)器K071斷開，制動(dòng)
器閉合。
2．4．3 上升時(shí)溜鉤
1)方案說(shuō)明
操作手柄打上升時(shí)，檢、壩0卷筒編碼器信號(hào)，
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2013 (9)
圖4 方案2程序監(jiān)控圖
M 500 3
主起工制
T206 動(dòng)器保護(hù)l2
而i一1 “M500 3”
一
Q 一一-<卜?>-一一
lIl耥 黼I I
。
一
一J1 ? 一-曼 ?
圖5 方案3程序監(jiān)控圖(上升方向)
該保護(hù)程序?qū)Σ僮魇直仙?，但電機(jī)起升力
矩不足，重物拖著鉤頭下滑情況，能夠起到及時(shí)、
有效的保護(hù)。并且經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)故障模擬測(cè)試，吊運(yùn)
滿載試驗(yàn)，保護(hù)程序效果極其明顯，完全避免了
起升時(shí)溜鉤、重物墜落地面事故的發(fā)生。
操作手柄下降方向時(shí)，TEMP411、TEMP413
為正值，表明卷筒正在往下降方向旋轉(zhuǎn)，見圖6。
2．4．4 下降時(shí)溜鉤
手柄打下降各擋時(shí)，將各個(gè)擋位速度給定值
與2個(gè)編碼器反饋值分別相減，如果差值超過(guò)
40％ ，且持續(xù)時(shí)間超過(guò)0．5 s，安全保護(hù)制動(dòng)器立
即制動(dòng)。
保護(hù)程序如圖7，其中TEMP21、TEMP22分
別為2個(gè)卷筒速度給定值與編碼器反饋值的差值。
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2013(9)
11500 2
主起工作制
"1'205 動(dòng)器保護(hù)2
。
l
L#O
? J
圖6 方案3程序監(jiān)控圖(下降方向)
1 j
主起降一檔
‘‘=05- r2o1
。 F-oo~o． 廠 系1
4
一
O 0 一I
P2
0 l
O0 l 41N2 I
一
4
TEM P227
圖7 方案4保護(hù)程序示例
2．4．5 盤式制動(dòng)器控制
1)： 案說(shuō)明
對(duì)于卷筒加裝盤式制動(dòng)器的系統(tǒng)，當(dāng)手柄回
到零位且工作制動(dòng)器已經(jīng)閉合，但卷筒編碼器仍能
表2 事故起重機(jī)各擋2卷筒編碼器讀數(shù)
手柄擋位 1號(hào)編 波動(dòng) 2號(hào)編 波動(dòng)
碼器 范圍 碼器 范圍
1．擋 一54 —53～一56 —56 —54一一56
上升 2：擋 一138 ——134～．—141 一l4o ．．135～．—140
3：擋 一275 ——266 ．——283 —276 —．269～．．280
4擋 一550 ．．538一．．554 —552 ——539一．．555
1擋 54 53—57 56 52—57
下降 2擋 138 133—140 136 132～141
3擋 276 270～280 274 268—278
4擋 566 547 574 568 558～570
圖8 方案5程序監(jiān)控圖
一81—
堆料機(jī)懸臂共振問(wèn)題的分析與解決
韓剛?cè)A張起偉余崇義
華電重工股份有限公司 北京100077
摘要：結(jié)合工程實(shí)例分析堆料機(jī)懸臂結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振的原因，通過(guò)理論分析，提出了合理有效地消除堆料
機(jī)懸臂結(jié)構(gòu)共振的措施。
關(guān)鍵詞：堆料機(jī)；懸臂；共振
中圖分類號(hào)：U653．928． 5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001—0785(2013)09—0082—04
Abstract：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
某港口堆料機(jī)投入試運(yùn)營(yíng)后，即發(fā)現(xiàn)堆料機(jī)
懸臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)烈振動(dòng)，堆料機(jī)懸臂頭部振動(dòng)幅度達(dá)
500—600 mm，呈現(xiàn)典型的共振特性。筆者參與了
該堆料機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中的鋼結(jié)構(gòu)有限元分析，同時(shí)
也全程參與振動(dòng)問(wèn)題發(fā)生后的整改過(guò)程。本文將
理論結(jié)合實(shí)際，對(duì)振動(dòng)問(wèn)題的原因進(jìn)行詳細(xì)分析，
提出多種解決共振問(wèn)題的方案，最終選擇最經(jīng)濟(jì)
的方法成功消除了堆料機(jī)懸臂結(jié)構(gòu)共振影響。
1 共振原因分析
堆料機(jī)額定堆料能力2 660 t／h，堆料回轉(zhuǎn)半
徑42 m。堆料機(jī)主體由上部結(jié)構(gòu)、中心料斗、同
轉(zhuǎn)平臺(tái)、門座架、行走機(jī)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)等組成。
其上部結(jié)構(gòu)由懸臂、L形梁、拉桿、懸臂帶式輸送
機(jī)、配重等組成，如圖1所示。懸臂、L形主梁以
及拉桿之間通過(guò)鉸點(diǎn)進(jìn)行連接。懸臂帶式輸送機(jī)
檢測(cè)到速度值情況下，控制盤式制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)。
此方案解決了工作制動(dòng)器損壞或傳動(dòng)鏈損壞等緊
急情況，造成工作制動(dòng)器失靈，機(jī)構(gòu)無(wú)法停車，
從而控制盤式制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)。
2)程序監(jiān)控實(shí)例
如圖8，當(dāng)手柄回到零位且工作制動(dòng)器已經(jīng)閉
合，經(jīng)過(guò)T209延時(shí)后，監(jiān)控2個(gè)卷簡(jiǎn)編碼器讀數(shù)
TEMP432和TEMP433，若能檢測(cè)到大于25的速度
值的情況下，在T210時(shí)間后，直接控制盤式制動(dòng)
器閉合。
在編制上述保護(hù)程序前，應(yīng)多次操作手柄的
各個(gè)擋位，讀取2個(gè)卷筒編碼器相應(yīng)的讀數(shù)，觀
察傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差、編碼器讀數(shù)波動(dòng)范圍、最優(yōu)
設(shè)置程序中的參考值、濾波時(shí)間等。即應(yīng)避免數(shù)值
設(shè)置過(guò)小，保護(hù)程序頻繁誤動(dòng)作；又應(yīng)避免數(shù)值
設(shè)置過(guò)大，保護(hù)程序動(dòng)作不靈敏。
表2為事故起重機(jī)主起升機(jī)構(gòu)，操作手柄各
個(gè)擋位，2個(gè)卷筒編碼器相應(yīng)的讀數(shù)。
一82 一
此讀數(shù)與編碼器脈沖數(shù)、數(shù)據(jù)采樣周期、卷
筒旋轉(zhuǎn)速度、編碼器前端增速齒輪箱傳動(dòng)比等因
素有關(guān)。
3 改進(jìn)結(jié)果
在發(fā)生事故的起重機(jī)上，按上述方案整改后，
進(jìn)行了故障模擬試驗(yàn)和空載、額定載荷吊載試驗(yàn)。
試驗(yàn)表明，此方案極大地降低了事故發(fā)生的概率，
提高了起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)電控系統(tǒng)的安全可靠性，
并可對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)、報(bào)警和鎖定，在發(fā)生
類似故障時(shí)，能及時(shí)停止起升機(jī)構(gòu)運(yùn)行，避免事
故擴(kuò)大。該起重機(jī)在增加安全保護(hù)系統(tǒng)后，運(yùn)行
至今，未再出現(xiàn)類似問(wèn)題。
作 者：崔海豐
地 址：大連市旅順經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)順達(dá)路29號(hào)
郵 編：116052
收稿日期：2012—08—18
《起重運(yùn)輸機(jī)械》 2013(9)

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