胡贤奎
北京建工土木工程有限公司 北京市 100007
摘要：随着经济建设的快速发展，我国各行业发展非常迅速，其中工业建设的不断进步推动我国整体经济建设的发展速度。改革开放以来，我国的经济社会取得了巨大的发展成就，其中一个最显著的特点就是工业化进程不断加快，现代工业生产在规模上较过去有了显著提升。同时，伴随着现代工业规模化生产的不断发展，包括桥式起重机在内的起重机械被广泛应用于工业生产之中，这对提升生产效率和减少劳动作业强度具有极其重要的现实意义。
关键词：桥式起重机；紧急停止系统的设计
引言
现代科技的高速发展，为我国快速进入现代化发展阶段奠定了非常坚实的基础，使我国的成就和成果得到了世界领域的高度认可。桥式起重机的工作环境复杂，吊重相对较大，尤其在紧急或特定气象状况导致非常严重的特殊事故，需要进行紧急停机制动。一般情况下，失效保护机制安装在起重机低速轴的末端，有别于日常制动器，专门作为失效保护紧急安全制动器执行紧急停止命令。因此对桥式起重机紧急停止系统设计的展开研究是很有意义的。
1关于桥式起重机
桥式起重机由电动机驱动车沿轨道纵向前后运动，另一车及提升机构由电动机驱动，沿桥架轨道控制设备左右运动。若升降重物，则由起重电机驱动垂直运动，实现重物多角度、多方面运动。而PLC桥式起重机的电气系统由配电保护板块、主副起升机板块、PLC控制模块等构成，各个模块由PLC控制器、变频器、纠偏设置、安全保护构成。ABB品牌的PLC控制器由AC800M控制器、机柜、CB（ControlBuilder）编程工具、I/O中心、CEX-bus通信线、CPU、DIN轨道等内容构成。
2桥式起重机制动机理
桥式起重机的主要组成有三大部分，第一部分为桥架结构，第二部分运行机构和第三部分电气控制。其主要作用机制是利用升降机构调运吊重，起重小车在轨道上进行运动是实现吊重的空间移动。制动机制主要有两种，第一种为机械制动，第二种为电气制动。机械制动是通过制动器配合液压系统和电磁控制来实现实时的制动方式。电气制动具体可以分为三种形式。一是反接制动，就是利用切换电源相序的方式实现制动。二是能耗制动，是指在电机定子绕组通入直流电流，利用电磁感应作用实现制动。三是再生制动，是将电动机切换成发电机运转，通过惯性力矩，将一其他能量储存为电能并，并且实现制动的过程。桥吊起升应急制动器系统主要是由液压站和制动器两个部分控制，而液压电磁的运作又会受到PLC控制，因此紧急制动系统主要有机械制动系统和电气制动系统，机械制动系统由液压站-制动盘构成，电气制动系统由PLC控制。
3吊钩和卷筒
对于吊钩故障的预防，首先要做的就是在起重机运行时严禁超载吊运。超载吊运是导致吊钩出现严重磨损、变形和疲劳裂纹的直接原因，做到正确使用起重机是预防该类故障事故发生的根本性举措。其次，在日常的检查维护和每次使用前，应对吊钩的开口度和危险断面的磨损情况进行认真检查，并依据相关标准要求判断其是否能够继续使用，而对于出现裂纹的吊钩一定要报废处理，严禁通过补焊等形式进行修补。吊钩从初始产生裂纹和变形到最终发生断裂间需要经历一个过程，往往会有一些征兆，通过加强检查往往可以提前识别到相关危险源，这对故障预防具有重要作用。对于卷筒故障的预防，主要包括以下两个方面的举措：首先，做好卷筒和钢丝绳之间的润滑。良好的润滑可以控制磨损量，进而可以降低卷筒发生破裂故障的几率。此外，要加强对卷筒的检测工作。按照相关标准要求，一旦发现卷筒的筒壁磨损达到原来的20%或出现裂纹时，就必须立即对其进行更换。
4桥式起重机防摇控制系统设计
桥式起重机主要用于交通运输港口、大型零件生产车间、煤机生产车间等，以运输大型物料。桥式起重机呈门形结构，两侧为固定立柱，两道滑轨位于立柱上方，运行小车在滑轨上进行往复运动。小车下方悬挂绳索，用于固定待运输的重物。操作人员通过手动控制小车达到运输重物的目的。衡量桥式起重机控制系统两个核心指标一为定位精度，即小车位移增量，二为悬挂重物的摇摆角度，必须控制在一定范围之内。目前桥式起重机控制系统多采用继电器加人工控制模式，控制精度较差，运行重物时的摇摆角无法控制。采用人工控制模式时，经长时间培训后仍无法避免起重机摇摆，且人为因素影响较大，无法达到现代工厂高效率、智能化生产的目的。针对起重机工作过程中的悬挂重物的摇摆问题以及小车位移增量问题，国内外研究人员在理论研究以及实际应用等方面展开一系列的研究。基于桥式起重机控制系统，达到预防和消除摇摆的目的，如通过加装硬件减摆装置，主要方法有增加交叉绳索、增加平衡梁等装置。上述两种消摆装置的复杂性较高、绳索容易缠绕，存在安全隐患；还有学者通过软件系统、软件算法实现减小桥式起重机悬挂重物摇摆角，如基于输入整形控制系统，对起重机控制系统固有频率进行控制，采用ZV、ZVD、ZVDD整形方案，但该方案不能完全防止起重机摇摆，且易受外界环境影响；还有采用比例积分微分PID控制、线性二次型调节器LQR控制、自适应控制、神经网络学习算法、机器学习自适应算法等，通过仿真试验以及实际使用情况验证所设计系统的稳定性和正确性，达到消除摇摆的目的。
5备用应急系统
一般桥式起重机PLC及变频器控制都有备用系统，正常运行为总线通信模式，支持起重机正常运作。而另一套则为开关量控制方式，用于处理应急问题和突发问题。若遇到总线紧急情况，PLC及时切换应计系统，以开关量控制系统，并将紧急情况反馈给操作热源，显示故障信号。此外，两种操作系统其操作速度相同，在操作方面分析，两系统切换无异样操作，仍可保证系统运行稳定。
6俯仰驱动机械保护
俯仰机构驱动装置设在机器房，主要由电机、联轴节、制动器、卷筒、低速轴盘式制动器以及超速保护装置、限位保护装置及角度位置编码器等组成。俯仰超速保护是前大梁俯仰速度超速时使机构停止工作的安全装置：超速保护，装在电机的另一出轴端上，速比1:1，当俯仰机构的速度达到额定速度的115％时，使电机停止工作，并使盘式制动器和低速级制动器同时制动，保证前大梁的俯仰安全。在确保大梁能够进行正常工作运作，在这里进行两方面的制动设置，一是高速端液压盘式制动器，二是低速端液压盘式制动器。在紧急情况下，当前大梁俯仰超速，速度达到额定速度的1.15倍时，通过紧停按钮或超速马达动作，使得两个制动器同时制动，确保安全。
结语
随着桥式起重机的应用范围越来越广泛，其工作安全要求也会随之提高，因此对桥式起重机紧急停止的设计需要进行更加深入的研究，而且不仅仅只考虑到制动控制，需要从桥式起重机的工作环境、整体机械结构和电气设备等因素进行综合性的考虑设计，才能构造具有整体效能的制动控制系统，更能有力度的保障起重机械的安全性能。
参考文献
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