離心式棘輪棘爪安全制動器控制芻議

黃 斌，蔣元棟，阮一暉

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院蘇州分院，江蘇 蘇州 215031）

1 概述

起升機構(gòu)制動器是起重機械重要的安全保護裝置，從作用上一般可以分為工作制動器和安全制動器兩種。工作制動器即起升機構(gòu)正常工作中起載荷支持作用的制動器，故亦稱支持制動器；安全制動器即當起升機構(gòu)因機構(gòu)失效或傳動裝置損壞等而發(fā)生超速下降運行并達到規(guī)定值時動作，使起升機構(gòu)迅速制停的制動器。對于普通用途的起重機，其起升機構(gòu)一般僅設置工作制動器；而對于特殊用途（如用于吊運熔融金屬）的起重機，有的則既要求設置工作制動器，同時又要求設置安全制動器。在對安全制動器的控制要求方面，TSG Q7015-2016《起重機械定期檢驗規(guī)則》（以下簡稱《定檢規(guī)》）和TSG Q7016-2016《起重機械安裝改造重大修理監(jiān)督檢驗規(guī)則》（以下簡稱《監(jiān)檢規(guī)》）中的相關(guān)條文作出了明確規(guī)定。但目前以鋼絲繩電動葫蘆（如國產(chǎn)CDY、MDY型，且經(jīng)型式試驗合格）作為起升機構(gòu)用于吊運熔融金屬的起重機（如電動單梁起重機、電動葫蘆橋式起重機等），其起升機構(gòu)采用的離心式棘輪棘爪安全制動器的控制卻難以完全符合《定檢規(guī)》和《監(jiān)檢規(guī)》的要求，同時也給特種設備檢驗人員的判定帶來了困惑。為此筆者進行了相關(guān)分析和比較，并提出了相應建議。

2 離心式棘輪棘爪安全制動器的工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)示意圖

離心式棘輪棘爪安全制動器是目前鋼絲繩電動葫蘆安全制動器設計、制造中廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 離心式棘輪棘爪安全制動器結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 工作原理分析

如圖1所示，該鋼絲繩電動葫蘆安全制動器為離心式純機械動作型安全制動器，實現(xiàn)安全制動的兩個主要機械部件是棘輪和棘爪。圖中棘輪1通過棘輪固定螺栓4將其套裝固定在卷筒3上并與卷筒實現(xiàn)緊配，棘輪隨卷筒同步一體轉(zhuǎn)動；蓮花盤2通過蓮花盤固定螺栓5將其固定在棘輪1上，蓮花盤隨棘輪同步一體轉(zhuǎn)動；滾輪6通過滾輪銷軸8固定在棘爪9上，滾輪可繞滾輪銷軸軸心作同心轉(zhuǎn)動；棘爪9通過棘爪銷軸10固定在電動葫蘆外殼11上，棘爪因蓮花盤轉(zhuǎn)動可繞棘爪銷軸軸心作同心擺動，且擺動幅度受拉簧7的拉力約束。

具體工作原理：電動葫蘆起升機構(gòu)正常運行時，棘輪、蓮花盤隨卷筒以正常速度同步轉(zhuǎn)動，棘爪上的滾輪始終隨蓮花盤的轉(zhuǎn)動而緊貼跟蹤外切，同時棘爪也由此而發(fā)生擺動，但棘爪與棘輪一直保持分離狀態(tài)。若起升機構(gòu)超速下降運行時，則卷筒在被吊重物重力的作用下通過鋼絲繩帶動而逐漸加速轉(zhuǎn)動；當超速下降運行速度達到規(guī)定值（1.5倍額定速度前）時，棘爪上與蓮花盤作跟蹤并相對轉(zhuǎn)動的滾輪因受蓮花盤離心力增大（蓮花盤的離心力大于拉簧的拉力）的作用而突然與蓮花盤分離，并使棘爪瞬間頂入棘輪內(nèi)卡住棘輪，于是起升機構(gòu)便立即停止下降而迅速制停；同時棘爪碰觸電氣安全聯(lián)動開關(guān)（圖中略）并切斷起升機構(gòu)的動力電源，從而達到緊急制動的目的。

由上述離心式棘輪棘爪安全制動器的工作原理分析可見，該安全制動器是利用起升機構(gòu)超速下降時卷筒轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力使棘輪棘爪機構(gòu)動作而實現(xiàn)制動的，且僅當超速下降運行速度達到規(guī)定值時緊急制動，起升機構(gòu)以正常速度運行和工作制動器（圖中略）制動時安全制動器始終處于非動作狀態(tài)。

3 相關(guān)規(guī)定要求

3.1 起重機械檢驗規(guī)則關(guān)于制動器的控制要求

（1）《定檢規(guī)》關(guān)于制動器的控制要求。

《定檢規(guī)》C5.1.1條中關(guān)于制動器的控制要求：“檢查制動器的控制是否符合GB/T 3811-2008《起重機設計規(guī)范》中7.5.6的要求。”

（2）《監(jiān)檢規(guī)》關(guān)于制動器的控制要求。

《監(jiān)檢規(guī)》C11.1.1條中關(guān)于制動器的控制要求：“檢查制動器的控制是否符合GB/T 3811-2008《起重機設計規(guī)范》中7.5.6的要求?！?/p>

3.2 GB/T 3811-2008關(guān)于安全制動器的控制要求

GB/T 3811-2008《起重機設計規(guī)范》7.5.6條中關(guān)于安全制動器的控制要求：“對設有安全制動器的起升機構(gòu)，在正常作業(yè)時，其支持制動器動作后，安全制動器延時動作，其延時動作時間可調(diào)；在進行緊急制動時，安全制動器應立即動作?！?/p>

4 符合性比較與建議

4.1 符合性比較

從上述離心式棘輪棘爪安全制動器的工作原理與安全制動器的控制規(guī)定要求比較可以看出，離心式棘輪棘爪安全制動器的控制難以完全符合《定檢規(guī)》、《監(jiān)檢規(guī)》和《起重機設計規(guī)范》相關(guān)條文的規(guī)定要求。其問題主要在于該安全制動器僅當起升機構(gòu)超速下降運行速度達到規(guī)定值時起緊急制動作用，而正常作業(yè)時始終處于非動作狀態(tài)，即“在正常作業(yè)時，電動葫蘆的支持制動器動作后，安全制動器不會動作”。然而《起重機設計規(guī)范》并不適用于作為輕小型起重設備的電動葫蘆這一起重機部件的設計，且TSG Q7012-2008《輕小型起重設備型式試驗細則》、JB/T9008.1-2014《鋼絲繩電動葫蘆 第1部分：型式與基本參數(shù)、技術(shù)條件》等安全技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標準也均未對電動葫蘆“在正常作業(yè)時，其支持制動器動作后，安全制動器延時動作”作出明確要求。例如：JB/T9008.1-2014《鋼絲繩電動葫蘆 第1部分：型式與基本參數(shù)、技術(shù)條件》5.4.1.6條規(guī)定：“設置安全制動器時，其功能應滿足如下要求：當傳動部件失靈或工作制動器失靈導致載荷下墜時，應能可靠地支持住額定載荷?！?/p>

4.2 建議

鑒于目前鋼絲繩電動葫蘆廣泛采用的離心式棘輪棘爪安全制動器，其控制雖然難以完全符合《定檢規(guī)》、《監(jiān)檢規(guī)》和《起重機設計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定要求；但是TSG Q7012-2008及JB/T9008.1-2014等安全技術(shù)規(guī)范和行業(yè)標準并未對電動葫蘆“在正常作業(yè)時，其支持制動器動作后，安全制動器延時動作”作出明確要求，以及《起重機設計規(guī)范》也不適用于電動葫蘆的設計制造等實際情況；筆者建議對于電動葫蘆起升機構(gòu)安全制動器的控制要求能否在《定檢規(guī)》、《監(jiān)檢規(guī)》中僅提出“在進行緊急制動時，安全制動器應立即動作”的規(guī)定，而不對“在正常作業(yè)時，其支持制動器動作后，安全制動器延時動作，其延時動作時間可調(diào)”作出要求。這樣既有利于提高檢規(guī)的可操作性，也有助于規(guī)避檢驗風險。

5 結(jié)束語

綜上所述，筆者分析了鋼絲繩電動葫蘆廣泛采用的離心式棘輪棘爪安全制動器的工作原理，并將該安全制動器的控制與《定檢規(guī)》、《監(jiān)檢規(guī)》的相關(guān)條文要求進行了符合性比較，同時提出了相應建議。