摘要：介紹設(shè)置在起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)中的一種非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)，不需要提供額外的動(dòng)力，也無(wú)需由電氣系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)的低速級(jí)———卷筒超過(guò)額定轉(zhuǎn)速設(shè)定值后，即可自動(dòng)啟動(dòng)安裝在卷筒上的安全制動(dòng)器，使起升機(jī)構(gòu)及時(shí)制動(dòng)并停止運(yùn)轉(zhuǎn)，起到緊急情況下的安全制動(dòng)作用。

１  現(xiàn)有起升機(jī)構(gòu)中設(shè)置的安全制動(dòng)器

出于安全性、可靠性的考慮，常在起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)中設(shè)置包括安全制動(dòng)器在內(nèi)的安全制動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)緊急情況發(fā)生時(shí)，將卷筒制動(dòng)住。目前常用的安全制動(dòng)系統(tǒng)，起重機(jī)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)包括安裝在低速級(jí)上的液壓盤式安全制動(dòng)器 （作用在卷筒的法蘭盤上）、包括液壓站在內(nèi)的液壓系統(tǒng)及配套的管路、安裝在高速級(jí)上的工作制動(dòng)器、分別安裝在卷筒 （低速級(jí)）和電機(jī) （高速級(jí)）的編碼器及相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)等，見(jiàn)圖１ 。正常工作時(shí)，工作制動(dòng)器工作，安全制動(dòng)器不工作，在電氣控制系統(tǒng)的控制下，由工作制動(dòng)器對(duì)高速軸實(shí)施制動(dòng)或釋放。當(dāng)測(cè)出的卷筒轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速某一設(shè)定值或當(dāng)?shù)退佥S、高速軸的轉(zhuǎn)速比超過(guò)設(shè)定值 （一般為減速器速比的１ ２ ～１ ４ 倍）時(shí)，電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)工作，使得安全制動(dòng)器動(dòng)作將卷筒制動(dòng)住。

從圖１ 看出，液壓盤式安全制動(dòng)器為常閉式制動(dòng)器，工作時(shí)安全制動(dòng)器的液壓缸在高壓油推動(dòng)下，克服彈簧壓力將摩擦片從卷筒法蘭盤兩側(cè)分離。發(fā)生以下３ 種緊急情況時(shí)，安全制動(dòng)器起制動(dòng)作用：

１）如發(fā)生工作制動(dòng)器制動(dòng)力不足或有其他故障無(wú)法制動(dòng)時(shí)，有可能在重物的作用下導(dǎo)致卷筒失速，當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速設(shè)定值時(shí)，電氣系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)的電磁閥動(dòng)作，高壓油泄壓，依靠彈簧力推動(dòng)摩擦片壓緊在法蘭盤兩側(cè)，起到安全制動(dòng)作用；

２）如果從電機(jī)到卷筒的整個(gè)傳動(dòng)鏈中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，也有可能引起卷筒失速，這時(shí)，編碼器測(cè)出的低速軸、高速軸的轉(zhuǎn)速比超過(guò)設(shè)定值，同樣由電氣系統(tǒng)控制電磁閥動(dòng)作，使得安全制動(dòng)器緊急制動(dòng)住卷筒法蘭盤；

３）起重機(jī)整機(jī)失電后，因工作制動(dòng)器和安全制動(dòng)器均為常閉式制動(dòng)器，它們將同時(shí)失電，起到制動(dòng)作用，這樣，有可能對(duì)正在運(yùn)行中的傳動(dòng)鏈產(chǎn)生沖擊并造成損壞。為此，常在液壓站到安全制動(dòng)器的管路上加裝節(jié)流閥，以滯后安全制動(dòng)器的動(dòng)作，保護(hù)傳動(dòng)鏈不受沖擊。但在實(shí)際使用中，節(jié)流閥難以精確調(diào)整，很難達(dá)到理想的效果。

現(xiàn)有的安全制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁雜，在整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中必須提供額外的電力，且由電氣控制系統(tǒng)參與控制整個(gè)系統(tǒng)，如電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題則可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果，或如果有突然停電的情況，安全制動(dòng)器和工作制動(dòng)器同時(shí)制動(dòng)，也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，可靠性不高。因此，需要一種不用提供額外動(dòng)力、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的安全制動(dòng)系統(tǒng)，以解決以上問(wèn)題。

２ 非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)

非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)用在起升機(jī)構(gòu)中，能夠在無(wú)額外動(dòng)力的條件下，當(dāng)卷筒超過(guò)額定轉(zhuǎn)速設(shè)定值后，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)安全制動(dòng)器動(dòng)作的液壓系統(tǒng)或氣動(dòng)系統(tǒng)中的限速方向閥由截止位切換至連通位，自動(dòng)啟動(dòng)安裝在卷筒上的安全制動(dòng)器動(dòng)作，將起升機(jī)構(gòu)的卷筒制動(dòng)并停止轉(zhuǎn)動(dòng)，起到安全制動(dòng)作用，見(jiàn)圖２。

非能動(dòng)自動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)主要包括安全制動(dòng)器、作為制動(dòng)氣源的蓄能壓力容器及帶限速裝置的方向閥 （以下簡(jiǎn)稱方向閥），還包括閘閥、氣路管線及管路間的接頭等輔助部件。其中，安全制動(dòng)器安裝且作用在起升機(jī)構(gòu)卷筒的端部法蘭盤上，安全制動(dòng)器由氣缸推動(dòng)，壓力容器內(nèi)可儲(chǔ)存有高壓惰性氣體，為安全制動(dòng)器的氣缸供氣及提供氣壓。方向閥安裝在卷筒的尾部軸的軸端，如圖３～圖５所示，非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)的方向閥包括轉(zhuǎn)軸、作為旋轉(zhuǎn)體的一對(duì)小鋼球、一對(duì)轉(zhuǎn)臂、閥芯、作為彈性元件的壓縮彈簧以及閥體。當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)速超速時(shí)，方向閥在其一對(duì)小鋼球離心力的作用下推動(dòng)閥芯動(dòng)作，使得方向閥進(jìn)行換位，將儲(chǔ)存在壓力容器的高壓氣體送至安全制動(dòng)器的氣缸，進(jìn)而推動(dòng)安全制動(dòng)器動(dòng)作，將卷筒抱死制動(dòng)，完成了在卷筒超速時(shí)的安全制動(dòng)功能。

起升機(jī)構(gòu)正常工作時(shí)，由電機(jī)、制動(dòng)器的動(dòng)作來(lái)控制重物的起升或下降。當(dāng)制動(dòng)器有故障無(wú)法正常將重物制動(dòng)住或減速器內(nèi)部齒輪有損壞時(shí)，低速軸———卷筒在起吊重物重力的作用下，會(huì)加速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)速超過(guò)正常轉(zhuǎn)速一定值時(shí)，與卷筒的尾部軸連接的方向閥開始動(dòng)作，從氣路截止位切換至氣路連通位。這時(shí)儲(chǔ)存在壓力容器的高壓惰性氣體通過(guò)氣路管線、方向閥流動(dòng)至安全制動(dòng)器的氣缸，起重機(jī)安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)而推動(dòng)安全制動(dòng)器動(dòng)作，將卷筒的端部法蘭盤抱住，終使卷筒停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將重物安全保持在空中，防止其高速墜地并造成嚴(yán)重事故。如果起升機(jī)構(gòu)的電氣系統(tǒng)有故障或突然停電時(shí)，正常工作的制動(dòng)器也能將起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)，安全制動(dòng)器不會(huì)動(dòng)作，不會(huì)產(chǎn)生不良后果，除非工作制動(dòng)器有故障，無(wú)法制動(dòng)，這時(shí)，在卷筒超速后同樣會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)安全制動(dòng)器。

圖３為方向閥在卷筒零轉(zhuǎn)速的示意圖，處于截止位，圖４為方向閥在卷筒正常工作轉(zhuǎn)速的示意圖，處于截止位，圖５為方向閥在卷筒超速時(shí)的示意圖，處于連通位。圖中的箭頭表示連通或截止的狀態(tài)變化。當(dāng)轉(zhuǎn)軸隨卷筒正常工作轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小鋼球在離心力的作用下，帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂擺動(dòng)到與轉(zhuǎn)軸具有一定的夾角，并推動(dòng)閥芯向右滑動(dòng)一定的距離，并在壓縮彈簧的作用下，確保正常轉(zhuǎn)速下，閥芯處于氣路截止位，防止出現(xiàn)誤動(dòng)作。當(dāng)卷筒轉(zhuǎn)速超過(guò)正常轉(zhuǎn)速一定時(shí)，小鋼球在離心力的作用下，帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂擺動(dòng)到與轉(zhuǎn)軸垂直的位置，克服壓縮彈簧的張力并推動(dòng)閥芯繼續(xù)向右滑動(dòng)一定的距離，使得閥芯處于氣路連通位，這時(shí)閥體的進(jìn)口和出口通過(guò)閥芯體上設(shè)置的通道而連通，實(shí)現(xiàn)連通氣路的功能，氣路連通后，即可驅(qū)動(dòng)安全制動(dòng)器以對(duì)卷筒進(jìn)行制動(dòng)。

非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)安全制動(dòng)器的動(dòng)力也可以來(lái)自液壓系統(tǒng)，由液壓缸代替氣動(dòng)系統(tǒng)中的氣可為圖２ 中氣缸推動(dòng)的作用在卷筒端部法蘭盤的盤式制動(dòng)器，也可以是氣缸推動(dòng)的作用在卷筒端部外圓的輪式制動(dòng)器。

非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)中的安全制動(dòng)器為常開式制動(dòng)器，制動(dòng)力來(lái)自氣缸或液壓缸的推動(dòng)力，且無(wú)需額外的動(dòng)力如電力，這是與安全制動(dòng)器的不同之處。這也決定了該非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)不會(huì)在電氣系統(tǒng)有故障或停電時(shí)馬上動(dòng)作，它是否動(dòng)作只取決于卷筒是否超速。

３ 結(jié)論

現(xiàn)有常用安全制動(dòng)系統(tǒng)和非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)比較見(jiàn)表１ 。

從表１可以看出，非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)在電氣系統(tǒng)故障或停電時(shí)不會(huì)馬上動(dòng)作，其只取決于卷筒是否超速，這樣，提高了起重機(jī)整機(jī)的可靠性和安全性。同時(shí)，非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，完全適用于高可靠性、高安全性的起升機(jī)構(gòu)中。

非能動(dòng)安全制動(dòng)系統(tǒng)僅是一個(gè)概念系統(tǒng)，是否可靠、實(shí)用還需未來(lái)實(shí)踐驗(yàn)證。