基于功能安全分級的起重機智能制動器制動頻率區間研究*

孫遠韜 黃重陽 陳凱歌 張 氫 秦仙蓉

同濟大學機械與能源工程學院 上海 201804

0 引言

制動器作為各型起重機起升和行走機構的核心安全部件，對保障其安全運行起著至關重要的作用。制動器主要有2個功能：消耗載荷的動能和停止載荷的運動。隨著起重機的運動慣量和運動速度不斷提高，為令制動的中間過程可控，避免制動過急造成傳動系統乃至整機結構的損傷，智能型制動器應運而生[1,2]。

主流的常閉式智能型制動器由制動彈簧按壓摩擦材料以保持制動器的常閉狀態，而電液推動器則通過一支杠桿來壓縮彈簧以實現開閉的中間過程，故電液推動器的驅動電機頻率決定了制動力的大小。為了保證這種功能復雜多樣的新型智能制動器的安全可靠，需要對其功能安全特性進行研究。國際電工委員會曾提出了功能安全的概念，其中SIL[3-5]是IEC61508—《電氣/電子/可編程電子 安全系統的功能安全》中的一個重要概念，SIL基于風險和安全的概念展開，SIL越高，系統越安全，風險越低。

制動頻率是智能型制動器的核心參數，因而從頻率入手以保證其制動可靠性是重中之重。此前，文獻[6]提出了一種基于功能安全的起重機安全防護系統設計方法，文獻[7] 進一步對這種方法進行了實施，實施對象為起重機用智能制動器。在進行SIL劃分時，主要考慮了制動器機械結構靜強度的可靠性及失效概率，但智能制動器的運行受到驅動電機的頻率波動制約，導致其制動過程中存在可靠性問題。……