摘要：介紹設(shè)置在起重機起升機構(gòu)中的一種非能動安全制動系統(tǒng)，不需要提供額外的動力，也無需由電氣系統(tǒng)進行控制，當起升機構(gòu)的低速級———卷筒超過額定轉(zhuǎn)速設(shè)定值后，即可自動啟動安裝在卷筒上的安全制動器，使起升機構(gòu)及時制動并停止運轉(zhuǎn)，起到緊急情況下的安全制動作用。

１  現(xiàn)有起升機構(gòu)中設(shè)置的安全制動器

出于安全性、可靠性的考慮，常在起重機起升機構(gòu)中設(shè)置包括安全制動器在內(nèi)的安全制動系統(tǒng)，當緊急情況發(fā)生時，將卷筒制動住。目前常用的安全制動系統(tǒng)，起重機安全監(jiān)控管理系統(tǒng)包括安裝在低速級上的液壓盤式安全制動器 （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、安裝在高速級上的工作制動器、分別安裝在卷筒 （低速級）和電機 （高速級）的編碼器及相應的電氣控制系統(tǒng)等，見圖１ 。正常工作時，工作制動器工作，安全制動器不工作，在電氣控制系統(tǒng)的控制下，由工作制動器對高速軸實施制動或釋放。當測出的卷筒轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速某一設(shè)定值或當?shù)退佥S、高速軸的轉(zhuǎn)速比超過設(shè)定值 （一般為減速器速比的１ ２ ～１ ４ 倍）時，電氣控制系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)工作，使得安全制動器動作將卷筒制動住。

從圖１ 看出，液壓盤式安全制動器為常閉式制動器，工作時安全制動器的液壓缸在高壓油推動下，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，安全制動器起制動作用：

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

２）如果從電機到卷筒的整個傳動鏈中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，也有可能引起卷筒失速，這時，編碼器測出的低速軸、高速軸的轉(zhuǎn)速比超過設(shè)定值，同樣由電氣系統(tǒng)控制電磁閥動作，使得安全制動器緊急制動住卷筒法蘭盤；

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

現(xiàn)有的安全制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁雜，在整個制動過程中必須提供額外的電力，且由電氣控制系統(tǒng)參與控制整個系統(tǒng)，如電氣控制系統(tǒng)出現(xiàn)問題則可能產(chǎn)生嚴重后果，或如果有突然停電的情況，安全制動器和工作制動器同時制動，也會產(chǎn)生嚴重后果，可靠性不高。因此，需要一種不用提供額外動力、結(jié)構(gòu)簡單的安全制動系統(tǒng)，以解決以上問題。

２ 非能動安全制動系統(tǒng)

非能動安全制動系統(tǒng)用在起升機構(gòu)中，能夠在無額外動力的條件下，當卷筒超過額定轉(zhuǎn)速設(shè)定值后，通過將驅(qū)動安全制動器動作的液壓系統(tǒng)或氣動系統(tǒng)中的限速方向閥由截止位切換至連通位，自動啟動安裝在卷筒上的安全制動器動作，將起升機構(gòu)的卷筒制動并停止轉(zhuǎn)動，起到安全制動作用，見圖２。

非能動自動安全制動系統(tǒng)主要包括安全制動器、作為制動氣源的蓄能壓力容器及帶限速裝置的方向閥 （以下簡稱方向閥），還包括閘閥、氣路管線及管路間的接頭等輔助部件。其中，安全制動器安裝且作用在起升機構(gòu)卷筒的端部法蘭盤上，安全制動器由氣缸推動，壓力容器內(nèi)可儲存有高壓惰性氣體，為安全制動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，非能動安全制動系統(tǒng)的方向閥包括轉(zhuǎn)軸、作為旋轉(zhuǎn)體的一對小鋼球、一對轉(zhuǎn)臂、閥芯、作為彈性元件的壓縮彈簧以及閥體。當卷筒轉(zhuǎn)速超速時，方向閥在其一對小鋼球離心力的作用下推動閥芯動作，使得方向閥進行換位，將儲存在壓力容器的高壓氣體送至安全制動器的氣缸，進而推動安全制動器動作，將卷筒抱死制動，完成了在卷筒超速時的安全制動功能。

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

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。當轉(zhuǎn)軸隨卷筒正常工作轉(zhuǎn)動時，小鋼球在離心力的作用下，帶動轉(zhuǎn)臂擺動到與轉(zhuǎn)軸具有一定的夾角，并推動閥芯向右滑動一定的距離，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)誤動作。當卷筒轉(zhuǎn)速超過正常轉(zhuǎn)速一定時，小鋼球在離心力的作用下，帶動轉(zhuǎn)臂擺動到與轉(zhuǎn)軸垂直的位置，克服壓縮彈簧的張力并推動閥芯繼續(xù)向右滑動一定的距離，使得閥芯處于氣路連通位，這時閥體的進口和出口通過閥芯體上設(shè)置的通道而連通，實現(xiàn)連通氣路的功能，氣路連通后，即可驅(qū)動安全制動器以對卷筒進行制動。

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

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

３ 結(jié)論

現(xiàn)有常用安全制動系統(tǒng)和非能動安全制動系統(tǒng)比較見表１ 。

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

非能動安全制動系統(tǒng)僅是一個概念系統(tǒng)，是否可靠、實用還需未來實踐驗證。