橋式起重機大車制動系統改造

李世強

（柳州市瑞中運鋼材儲運有限公司，廣西柳州 545002）

0 引言

柳州市鷓鴣江鋼鐵物流園共有56臺橋式起重機（簡稱行車），承擔著高線、螺紋鋼、鋼卷、中板、開平板、型材等材料的吊裝任務，年累計吊裝1000多萬噸鋼材。為了滿足繁重的吊裝工作任務，要求行車既要運行速度快、吊裝物品穩，又要停車位置準，就必須有一個行之有效的行車制動系統。行車制動系統是否靈敏可靠直接關系著行車設備及人員的安危，如果行車上沒有了制動系統，就相當于汽車沒有了剎車，后果是很嚴重的。

行車制動系統之一的大車制動系統是行車的關鍵部件。大車制動系統如果調整制動距離過短，吊鉤及被吊物件由于慣性作用產生相應的幅度擺動，從而無法迅速準確平穩地落到應停放的位置上，如果擺動的幅度過大也會發生脫鉤或碰撞事故。因此一套安全、靈敏、可靠的大車運行制動系統非常迫切需要的。

1 原行車大車制動系統存在的問題

QD20/5-24.5-A6型行車大車（主要技術參數：主鉤起重量為20 t，副鉤起重量為5 t，跨距為24.5 m）制動系統采用液力推動常閉式抱閘，抱閘用電一直是與電機并聯使用，原制動方案如圖1所示，M1為橋式起重機大車的電機，M2為橋式起重機大車的剎車電機，M1與M2輸入電源均采用三相380 V，并聯接法，電機M1與M2的同時得電或者同時失電，M2電機線圈才用星形接法。當大車電機啟動時，剎車電機也同時啟動，抱閘打開；大車電機失電時，剎車電機也同時失電，抱閘閉合，大車立刻剎車。

然而在實際運行時，由于行車本身重量有40多噸，加上10多噸的吊物重量，在運行速度快、停車時抱閘過緊的情況下，車體的大慣性使行車產生很大的震動，易造成吊物擺動過大、軌道變形等事故；若抱閘過松，當行車在無制動狀態下全速行駛中電機失電后，大車能滑行近50多米，大車停不住，同樣易發生撞車事故。以上存在的問題說明大車原設計制動系統方案是無法使用的，形同虛設，僅僅是為了通過檢查而已。

因此，物流園的行車在投入使用后將行車的大車制動系統全都打開不用。為了準確停車，行車操作工采用打反車制動的方式來實現。盡管明文規定不準打反車制動，但是在沒有行之有效的大車制動系統情況下，也只能不得已而為之。

然而在日常的使用中，采用打反車制動的弊端也逐漸凸顯，對安全生產構成了重大的安全隱患。由于反向制動時，電機電流很大，頻繁地使用，不僅會造成很大電耗，且易損壞接觸器、電機及減速機齒輪，甚至造成很大的安全事故。近幾年，在物流園作業中因打反車制動發生多起安全事故，在打反車制動時電流過大引起空開跳閘，高速運行的大車在掉電情況下帶著吊物撞向圍墻和汽車，引起圍墻倒塌和汽車損壞，萬幸的是沒有出現人身傷害事故。如果物流園仍然使用打反車制動來停車，行車撞壞設備、廠房、車輛、人員等重大事故遲早會發生，后果將不堪設想。

2 現有制動系統方案

2.1 腳踏液壓制動器

針對原行車大車制動系統存在的問題，公司于2014年7月花費了70 386元人民幣購買了4套腳踏液壓制動器（每套平均175 965元人民幣）對4臺行車進行大車制動系統改造。腳踏液壓制動器主要用于中、小型起重機大車運行的平穩減速制動，是一種常開式制動器，為行車人員提供了一種平穩放慢和減速制動的方法。該制動器剛投入使用時，蹬踏腳感明顯，制動效果很好；但在使用幾個月后，發現了該制動器固有的缺陷，經常出現剎車不靈現象，多次出現事故，有一次撞壞貨車，賠償了車主1.1萬元人民幣。分析原因是：由于制動踏板離大車制動器距離較長（管路超過20 m），一旦管路系統有滲油現象或管路中竄入空氣，就很容易產生剎車失靈現象。在使用的過程中安全性和可靠性較差，因此使用過程中具有不穩定性。而且整個制動系統維護很不方便，在更換制動器管路系統中的任何零部件后，必須對需兩個人配合對整個系統進行排氣處理。

2.2 常閉變頻制動器

在腳踏液壓制動器多次出現失靈現象后，行車操作工不敢使用該制動方案。公司于2014年12月從深圳某公司花費30 426元人民幣購買了2套常閉變頻制動器。該制動器利用變頻器輸出頻率的變化控制電機的轉速從而控制液壓壓力的輸出，從而控制剎車的力度。該制動器采用常閉式制動，行車上電后，制動器就一直處于打開狀態，當腳踩踏板時，行車制動。這種制動器設計方案沒有考慮節能效果，行車上電后制動器電機一直轉動，浪費能量，而且當運行中行車意外失電時，行車突然處于抱閘狀態，行車產生很大的震動。

圖2 大車變頻制動系統改造電路

2.3 常開變頻制動器

針對常閉變頻制動器斷電抱閘出現的問題，公司于2015年4月花費34 188元人民幣從長沙某公司購買了2套常開變頻制動器。該制動器采用常開式制動，避免了浪費能量問題，也獲得良好的制動效果。這種常開變頻制動器設計方案也存在問題：在行車大車剎車停穩后，行車斷電，準備下車時，由于行車軌道的安裝精度存在一定的水平誤差，行車往往會產生一定的移動距離，使行車偏離登梯口，造成行車操作工下車困難；在遇到大風時曾經把行車吹走，帶來了很大的安全隱患。

3 大車變頻制動系統改造

3.1 改造方案

針對以上幾種行車大車制動系統存在的問題進行了改進，方案如圖2所示。剎車裝置由接觸器KM1、空氣開關QF1、時間繼電器KT1，KT2、不間斷電源UPS、急停按鈕SB1、變頻器及安裝在駕駛室腳踏變位器RP1等組成。在大車電機M1的輸入三相電源U，V，W的其中兩相（如V，W）之間接上一個接觸器KM1；由于UPS的輸出電源是220 V的交流電，因此采用了輸入電壓為單相220V的變頻器；由于單相變頻器的輸出電壓為三相220 V交流電，因此抱閘電機M2的線圈接法也相應改為三角形接法。

3.2 工作原理

（1）合上QF1，UPS及KT1線圈得電，KT1延時斷開的動合觸點閉合，KM2線圈得電，KM2常開觸點閉合，這時變頻器得電；當大車電機M1得電工作時，KM1線圈也同時得電，KM1常開觸點閉合，KT2線圈得電，KT2延時斷開的動合觸點閉合，變頻器開始工作，剎車電機M2正常運轉，抱閘打開，大車處于運行狀態；當大車電機M1失電時，KM1線圈、KT2線圈也同時失電，由于接在變頻器的啟動信號是采用KT2延時斷開的動合觸點，這時KT2延時斷開的動合觸點仍然是閉合狀態，剎車電機M2仍然正常運轉，大車處于慣性滑行狀態，只是踩下腳踏變位器RP1踏板，線號13，12之間的電阻變小，即線號13，12之間的電壓減小，變頻器輸出的頻率也隨之線性減小，剎車電機M2運轉速度也隨之線性減小，抱閘在彈簧的作用下也線性閉合，大車按照腳踏變位器RP1踏板的踩下程度進行剎車，達到了大車剎車力度可控的狀態；當腳踏變位器RP1踏板完全踩下時，變頻器輸出頻率為0，剎車電機M2停止運轉，大車立即剎車。當KT2延時斷開的動合觸點在延時時間到后，KT2延時斷開的動合觸點斷開，變頻器處在停止狀態。

（2）當大車在運行狀態時，突發意外主電源斷電故障時，大車電機M1，KT1線圈、KT2線圈及UPS均失電，大車仍然慣性滑行，這時UPS內部的電池逆變供電，使變頻器仍然處于工作狀態，大車仍然按照腳踏變位器RP1踏板的踩下程度進行剎車，達到了在斷電狀態下仍有效進行剎車的目的；當KT1延時斷開的動合觸點在延時時間到后，KT1延時斷開的動合觸點斷開，KM2線圈失電，KM2常開觸點斷開，這時變頻器失電，剎車電機M2停止運轉，大車立即剎車。

（3）時間繼電器KT1作用。在L1，N有220 V交流電的情況時，能通過UPS正常供電給變頻器；在L1，N沒有電壓的情況時，能在KT1延時的范圍內通過UPS內部電池逆變供電給變頻器工作，在KT1延時的時間到后，停止供電給變頻器，以避免UPS電池電量耗盡。

（4）時間繼電器KT2作用。當大車電機M1得電工作時，KT2延時斷開的動合觸點閉合，變頻器正常工作；當大車電機M1失電工作時，在KT2延時范圍內，變頻器仍正常輸出，在KT2延時時間到后，KT2延時斷開的動合觸點斷開，這時變頻器停止輸出，剎車電機M2停止運轉，以避免剎車電機M2在M1失電后仍在運轉情況。

（5）急停按鈕SB1作用。當遇到緊急情況時，按下SB1，變頻器斷電，剎車電機M2失電，大車處于剎車狀態。

（6）接觸器KM1作用。大車電機M1得電工作時，剎車電機M2正常運轉，抱閘打開。

（7）接觸器KM2作用。控制變頻器的輸入電源，在正常工作時變頻器得電，非正常工作時切斷UPS內部電池逆變供電。

3.3 制動系統改造的優點

（1）有較好的節能效果，剎車電機不是長時間工作，而是根據大車電機的工作狀況來運行。

（2）在行車斷電情況下，在一定的時間段里，依然能夠對行車進行有效的制動控制，達到了行車安全運行的目的。

4 改造效果

4.1 使用效果

改造后的制動系統，經行車操作工近1 a的使用，一致反映改后抱閘使用比原來的既方便，又安全，不用再擔心掉電后的危險，對人、機、物的安全有可靠的保證，可避免因原先大車抱閘不可靠而發生的人身、設備事故，從而減少不可估計的損失。

4.2 改造后的效益

（1）改造投資。每套制動系統的改造成本為0.38萬元人民幣。

（2）按類似功能的制動系統市場價格為1.7萬元人民幣。

（3）每臺行車制動系統改造成本可節省1.32萬元人民幣，若推廣使用，整個物流園可節省資金約74萬元人民幣。

5 進一步完善

在一年使用過程中，發現時間繼電器有觸點接觸不靈現象，引起制動系統故障，目前已經將傳統的時間繼電器更換為微電腦型時間控制器，整個制動系統的穩定性得到了進一步提高。