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

１  現有起升機構中設置的安全制動器

出于安全性、可靠性的考慮，常在起重機起升機構中設置包括安全制動器在內的安全制動系統，當緊急情況發生時，將卷筒制動住。目前常用的安全制動系統，起重機安全監控管理系統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）、包括液壓站在內的液壓系統及配套的管路、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。當測出的卷筒轉速超過額定轉速某一設定值或當低速軸、高速軸的轉速比超過設定值 （一般為減速器速比的１ ２ ～１ ４ 倍）時，電氣控制系統控制液壓系統工作，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分離。發生以下３ 種緊急情況時，安全制動器起制動作用：

１）如發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，當卷筒轉速超過額定轉速設定值時，電氣系統控制液壓系統的電磁閥動作，高壓油泄壓，依靠彈簧力推動摩擦片壓緊在法蘭盤兩側，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節出現問題，也有可能引起卷筒失速，這時，編碼器測出的低速軸、高速軸的轉速比超過設定值，同樣由電氣系統控制電磁閥動作，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，節流閥難以精確調整，很難達到理想的效果。

現有的安全制動系統結構繁雜，在整個制動過程中必須提供額外的電力，且由電氣控制系統參與控制整個系統，如電氣控制系統出現問題則可能產生嚴重后果，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、結構簡單的安全制動系統，以解決以上問題。

２ 非能動安全制動系統

非能動安全制動系統用在起升機構中，能夠在無額外動力的條件下，當卷筒超過額定轉速設定值后，通過將驅動安全制動器動作的液壓系統或氣動系統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，將起升機構的卷筒制動并停止轉動，起到安全制動作用，見圖２。

非能動自動安全制動系統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卷筒的端部法蘭盤上，安全制動器由氣缸推動，壓力容器內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的方向閥包括轉軸、作為旋轉體的一對小鋼球、一對轉臂、閥芯、作為彈性元件的壓縮彈簧以及閥體。當卷筒轉速超速時，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，會加速轉動。當卷筒轉速超過正常轉速一定值時，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，起重機安全監控系統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。如果起升機構的電氣系統有故障或突然停電時，正常工作的制動器也能將起升機構制動，安全制動器不會動作，不會產生不良后果，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速的示意圖，處于截止位，圖４為方向閥在卷筒正常工作轉速的示意圖，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變化。當轉軸隨卷筒正常工作轉動時，小鋼球在離心力的作用下，帶動轉臂擺動到與轉軸具有一定的夾角，并推動閥芯向右滑動一定的距離，并在壓縮彈簧的作用下，確保正常轉速下，閥芯處于氣路截止位，防止出現誤動作。當卷筒轉速超過正常轉速一定時，小鋼球在離心力的作用下，帶動轉臂擺動到與轉軸垂直的位置，克服壓縮彈簧的張力并推動閥芯繼續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置的通道而連通，實現連通氣路的功能，氣路連通后，即可驅動安全制動器以對卷筒進行制動。

非能動安全制動系統驅動安全制動器的動力也可以來自液壓系統，由液壓缸代替氣動系統中的氣可為圖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不會在電氣系統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 結論

現有常用安全制動系統和非能動安全制動系統比較見表１ 。

從表１可以看出，非能動安全制動系統在電氣系統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結構簡單，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中。

非能動安全制動系統僅是一個概念系統，是否可靠、實用還需未來實踐驗證。