單一故障保護起重機的製作方法

2023-08-11 05:15:11

專利名稱：單一故障保護起重機的製作方法
技術領域：
本發明涉及起重運輸機械，尤其涉及用於核電站的特種起重機以及化工等危險環境中使用的起重機。
背景技術：
目前，在核電站中放射性較高的廠房內運行的起重機，普遍存在一種現實隱患，當驅動部件出現單一故障時，需要維修人員進入到廠房中對故障進行排除，維修人員將遭受較大的輻射，從而對身體造成極大傷害。現有技術中的單一故障保護起重機，如美國專利US4175427，SINGLE FAILURE PROOF CRANE (單一故障保護起重機)和美國專利 US4069921，OVERHEAD CRANE INCLUDING A SINGLE FAILURE PROOF HOIST (具有單一故障保護起升機構的橋式起重機)，其主要技術特點是起升機構單一故障後對載荷的「保護」，只能夠保持住載荷，防止載荷墜落，但不具備繼續工作的能力，需要維修人員登上起重機將故障排除後才能繼續運行。產生這種「待修不能續動」的缺陷的主要原因是目前起重機上使用的制動器均為單開閘式常閉制動器，當制動器出現開閘裝置、線路故障時，制動器只會抱閘而無法開閘，導致傳動鏈被閘死，即使驅動部件是冗餘的，也無法對間死的傳動鏈進行驅動。另外，現有技術中的單一故障保護起重機只是對起升機構設置了單一故障的保護，在大車運行和小車運行上則沒有按單一故障保護進行設計。安全機構的設計是不充分的，無法滿足更高安全級別的要求。

發明內容
本發明的目的在於，研發一種單一故障保護起重機，當起重機各驅動部件出現單一故障時，旨在克服傳統制動器出現故障後傳動鏈被閘死的缺陷，保證當起重機起升機構和大小車運行機構驅動部件出現單一故障時，起重機不僅能夠保持住載荷，還能夠繼續工作或至少進行一個工作循環以便創造維修條件。本發明的技術解決方案是這樣實現的—種單一故障保護起重機，包括大車運行機構、橋架、小車運行結構、起升機構、大車水平輪裝配、小車水平輪裝配、小車架和電氣控制系統，其特徵在於大車運行機構安裝在橋架的四個角上，共四套，對稱布置，採用分別驅動形式；每套大車運行機構均由電動機
A、雙開閘制動器A、制動輪A、減速器A、聯軸器I、軸I、聯軸器II、大車車輪裝配、編碼器A 和編碼器B組成；小車運行機構安裝在小車架上，共兩組，每組小車運行機構均由小車車輪裝配、2個聯軸器III、2根浮動軸、2個聯軸器IV、減速機B、電動機B、雙開閘制動器B、制動輪B、編碼器C和編碼器D組成；起升機構安裝在小車架上平面，由電動機C、制動輪聯軸器、 雙開閘制動器C、減速器C、制動輪C、捲筒、平衡臂、定滑輪組、旋轉吊鉤、鋼絲繩A、鋼絲繩
B、編碼器E、編碼器F、編碼器G和編碼器H組成；電動機C、制動輪聯軸器、減速器C和制動輪C在捲筒的每端各布置一套，雙開間制動器C在捲筒的每端各布置一套；起升機構的鋼絲繩A從捲筒上下來之後，依次繞過滑輪A、滑輪F和滑輪D，最後固定在平衡臂的一端；鋼絲繩B從捲筒上下來之後，依次繞過滑輪C、滑輪E和滑輪B，最後固定在平衡臂的另一端；滑輪A、滑輪B、滑輪C、滑輪D安裝在旋轉吊鉤上；滑輪E和滑輪F則安裝在定滑輪組上；雙開閘制動器A、雙開閘制動器B和雙開閘制動器C，均具有兩套開閘裝置，通過兩個控制電路控制，一備一用，當一套開閘裝置出現故障無法開閘時，制動器上的另一套開閘裝置能夠將制動器打開。所述雙開閘制動器A、雙開閘制動器B和雙開閘制動器C均包括制動器架、制動閘瓦、開閘裝置、推桿、上閘裝置和曲柄、其特徵在於還包括備用開閘裝置，其一端與制動器架剛性聯接，其另一端則與曲柄鉸接和/或自由連接。與現有技術相比較，本發明的優點顯而易見，主要表現在1.冗餘程度高、安全性和可靠性高，大車運行機構、小車運行機構和起升機構均採用冗餘設計，當出現單一故障時，起重機還能夠繼續吊運載荷。2.採用雙開閘制動器，當一套開閘裝置出現故障無法開閘時，另一套開閘裝置能夠將制動器打開，保證機構的正常工作。


圖1單一故障保護起重機的主視圖；圖2圖1的俯視圖；圖3大車運行機構示意圖；圖4小車運行機構示意圖；圖5起升機構俯視圖；圖6圖5的仰視圖；圖7鋼絲繩纏繞原理圖；圖8傳統形式的制動器；圖9雙開閘制動器(一)；圖10雙開閘制動器(二)；圖1IPLC及監控管理系統配置圖；圖12起升機構控制系統；圖13起升機構保護系統及檢測裝置布置圖；圖14起升機構制動器控制邏輯圖。在圖中1、大車運行機構，2、橋架，3、小車運行機構，4、起升機構，5、大車水平輪裝配，6、小車水平輪裝配，7、小車架，8、電氣控制系統；1. 1、電動機A，1.2、雙開閘制動器A， 1. 2. 1、制動器架，1. 2. 2、制動閘瓦，1. 2. 3、開閘裝置；1. 2. 4、推桿，1. 2. 5、上閘裝置，1. 2. 6、 曲柄，1. 2. 7、備用開閘裝置，1. 3、制動輪A，1. 4、減速器A，1. 5、聯軸器I，1. 6、軸I，1. 7、聯軸器II，1. 8、大車車輪裝配，1. 9、編碼器A，1. 10、編碼器B，3. 1、小車車輪裝配，3. 2、聯軸器 111,3. 3、浮動軸，3. 4、聯軸器IV，3. 5、減速機B，3. 6、電動機B，3. 7、雙開閘制動器B，3. 8、制動輪B，3. 9、編碼器C，3. 10、編碼器D，4. 1、電動機C，4. 2、制動輪聯軸器，4. 3、雙開閘制動器 C，4. 4、減速器C，4. 5、制動輪C，4. 6、捲筒，4. 7、平衡臂，4. 8、定滑輪組，4. 9、制動輪D，4. 10、 旋轉吊鉤，4. 11、鋼絲繩A，4. 12、鋼絲繩B，4. 13、滑輪A，4. 14、滑輪B，4. 15、滑輪C，4. 16、滑輪D，4. 17、滑輪E，4. 18、滑輪F，4. 19、編碼器E，4. 20、編碼器F，4. 21、編碼器G，4. 22、編碼器 H，8. 1. 1-1 冗餘 CPU 模塊 I，8. 1. 1-2 冗餘 CPU 模塊 II，8. 1.2-1 冗餘 PROF I BUS-DP 總線通訊模塊，8. 1.3光纖接口模塊，8. 1.4-1電氣室1#遠程站，8. 1.4-2電氣室邶遠程站， 8. 1.4-3司機室遠程站，8. 1.4-4小車盤遠程站，8. 1. 5_1起升機構1#變頻器，8. 1.5-2 變頻器，8. 1. 6-1大車機構1#變頻器，8. 1. 6-2大車機構2#變頻器，8. 1. 7-1小車機構1#變頻器，8. 1. 7-2小車機構2#變頻器，8. 1. 8現場總線耦合器，8. 1. 9-1大車1#位置檢測多圈絕對值編碼器，8. 1.9-2大車姊位置檢測多圈絕對值編碼器，8. 1. 10-1起升機構1#稱重單元，8. 1. 10-2起升機構姊稱重單元，8. 1. 11-1起升機構捲筒側位置檢測多圈絕對值編碼器，8. 1. 11-2起升機構吊鉤側拉線式多圈絕對值編碼器，8. 1. 12-1起升機構捲筒側位置檢測多圈絕對值編碼器，8. 1. 12-2小車雷射測距儀，8. 1. 13乙太網網絡交換機，8. 1. 14電氣室工業計算機，8. 1. 15司機室觸控螢幕，8. 1. 16電氣室印表機。
具體實施例方式如圖1 圖14所示的一種單一故障保護起重機，包括大車運行機構1、橋架2、小車運行機構3、起升機構4、大車水平輪裝配5、小車水平輪裝配6、小車架7和電氣控制系統 8，詳見圖1和圖2。大車運行機構1安裝在橋架2的四個角上，共四套，對稱布置，採用分別驅動形式。 每套大車運行機構1均由電動機Al. 1、雙開閘制動器Al. 2、制動輪Al. 3、減速器Al. 4、聯軸器II. 5、軸I 1. 6、聯軸器III. 7、大車車輪裝配1. 8、編碼器Al. 9和編碼器Bi. 10組成，如圖3所示。小車運行機構3安裝在小車架7上，共兩組，如圖2所示。每組小車運行機構3均由小車車輪裝配3. 1、2個聯軸器III3. 2、2根浮動軸3. 3、2個聯軸器IV3. 4、減速機B3. 5、 電動機B3. 6、雙開間制動器B3. 7、制動輪B3. 8、編碼器C3. 9和編碼器D3. 10組成，如圖4所示。每套小車運行機構3都按能夠單獨驅動額定載荷選取，當一套出現故障時，另一套能夠在額定速度下繼續工作。起升機構4安裝在小車架7上平面，由電動機C4. 1、制動輪聯軸器4. 2、雙開閘制動器C4. 3、減速器C4. 4、制動輪C4. 5、捲筒4. 6、平衡臂4. 7、定滑輪組4. 8、制動輪D4. 9、旋轉吊鉤4. 10、鋼絲繩A4. 11、鋼絲繩財.12、編碼器E4. 19、編碼器F4. 20、編碼器G4. 21和編碼器H4. 22組成；電動機C4. 1、制動輪聯軸器4. 2、減速器C4. 4和制動輪C4. 5在捲筒4. 6 的每端布置一套，雙開閘制動器C4. 3在捲筒4. 6的每端布置一套，如圖5和圖6所示。每套電動機C4. 1、制動輪聯軸器4. 2、雙開閘制動器C4. 3、減速器C4. 4和制動輪C4. 5都按能夠在額定速度下單獨驅動額定載荷選取，當一套出現故障時，捲筒4. 6另一端的一套能夠繼續在額定速度下正常工作，不受工作循環次數的限制。雙開閘制動器Al. 2、雙開閘制動器B3. 7和雙開閘制動器C4. 3，均具有兩套開閘裝置，通過兩個控制電路控制，一備一用，當一套開閘裝置出現故障無法開閘時，制動器上的另一套開間裝置能夠將制動器打開，這樣可避免一套開間裝置出現故障時制動器無法打開。起升機構4的鋼絲繩纏繞原理見圖7，為交叉纏繞的形式。鋼絲繩A4. 11從捲筒 4. 6上下來之後，依次繞過滑輪A4. 13、滑輪F4. 18和滑輪D4. 16，最後固定在平衡臂4. 7的一端；鋼絲繩B4. 12從捲筒4. 6上下來之後，依次繞過滑輪C4. 15、滑輪E4. 17和滑輪B4. 14， 最後固定在平衡臂4. 7的另一端。鋼絲繩A4. 11和鋼絲繩B4. 12能均衡地分配載荷，當其中一根因損壞而斷開時，另一根能夠平穩的保持住載荷。滑輪A4. 13、滑輪B4. 14、滑輪C4. 15、滑輪D4. 16安裝在吊鉤4. 10上。滑輪E4. 17 和滑輪F4. 18安裝在定滑輪組4. 8上。電氣控制系統8主要包括PLC及監控管理系統8. 1、起升機構控制系統8. 2、大車運行機構控制系統8. 3、小車運行機構控制系統8. 4等。PLC及監控管理系統8. 1如圖11所示。主要包括冗餘CPU模塊I、118. 1. 1_1、 8. 1. 1-2、冗餘 PR0FIBUS-DP 總線通訊模塊 I、118. 1. 2-1,8. 1. 2_2、光纖接口模塊 8. 1. 3、電氣室1#遠程站8. 1.4-1、電氣室姊遠程站8. 1.4-2、司機室遠程站8. 1.4-3、小車盤遠程站8. 1. 4-4、起升機構1#變頻器8. 1. 5-1、起升機構2#變頻器8. 1. 5_2、大車機構1#變頻器8. 1. 6-1、大車機構2#變頻器8. 1. 6-2、小車機構1#變頻器8. 1. 7_1、小車機構2#變頻器8. 1. 7-2、現場總線耦合器8. 1. 8、大車1#位置檢測多圈絕對值編碼器8. 1. 9_1、大車2# 位置檢測多圈絕對值編碼器8. 1. 9-2、起升機構1#稱重單元8. 1. 10-1、起升機構2#稱重單元8. 1. 10-2、起升機構捲筒側位置檢測多圈絕對值編碼器8. 1. 11-1、起升機構吊鉤側拉線式多圈絕對值編碼器8. 1. 11-2、小車位置檢測多圈絕對值編碼器8. 1. 12-1、小車雷射測距儀8. 1. 12-2、乙太網網絡交換機8. 1. 13、電氣室工業控制計算機8. 1. 14、司機室觸控螢幕 8. 1. 15以及電氣室印表機8. 1. 16等網絡設備節點。控制系統PLC採用了集-散結構；主機CPU冗餘、總線通訊模塊以及通訊介質冗餘，當發生硬體損壞或故障時，系統立即進行無擾動自動切換，切換時間小於10ms，切換過程無任何數據丟失，可以實現設備不停機運行。當發生致命錯誤時，CPU立即進入一個安全狀態或保持為安全模式，確保人身、機器、環境、過程的高度安全。電氣室工業計算機運行監控管理軟體，提供設備電氣系統過程數據的連續的監視和讀取，實現過程顯示、故障檢測、報警、數據統計、實時趨勢分析、數據歸檔等功能，提供關鍵設備的運行狀況統計功能，對備件的採購提供科學的數據基礎；對不同的操作員級別分別授予不同的操作權限，保障系統運行安全和穩定性能；司機室觸控螢幕實現設備運行過程數據顯示、故障報警、數據統計、數據歸檔等功能。當出現故障時，當前畫面會根據故障的級別自動彈出報警信息，操作員可以通過翻閱進一步了解故障信息，為設備的操作和維護提供便捷的服務，儘量減少設備的故障停機時間， 提高運行效率。各機構均設置雙套變頻調速驅動系統，極大地增強了系統運行的安全裕度；且各機構位置檢測系統以及起升機構的載荷稱重系統均按照多樣性原則以及冗餘理念進行設置，同PLC控制系統聯網實時通訊，保證數據檢測的正確性，通過PLC系統的數據運算和處理，從而實現整車自動運行和定位功能。起升機構控制系統8. 2如圖12所示。起升機構設置2臺變頻器分別驅動A側電機和B側電機，正常情況下，兩套驅動系統均同步工作(通過光纖以主從控制模式實現同步運行)，當其中一套驅動系統(如變頻器、電機)出現故障時，通過司機室授權操作，可以操作另一套驅動系統單機獨立運行，滿足機構運行要求，最大限度減少停機時間。
正常情況下，兩臺變頻器均通過現場總線同PLC系統實時通訊，機構的啟動/停止命令、速度給定、狀態讀取等均通過通訊的方式完成。在PLC系統故障或通訊中斷的情況下，為了完成該條件下的操作，各變頻器的DI埠均設有硬線控制迴路，以保證在故障條件下也能夠保證設備的應急操作。起升機構保護系統及檢測裝置的設置如圖13所示。平衡臂檢測限位開關8. 2. 1、 8. 2. 2用於檢測平衡臂是否傾斜、冗餘的稱重檢測裝置8. 2. 3用於實時檢測載荷重量，上升過運行限位開關8. 2. 4a、8. 2. 4b用於防止起升機構衝頂、鋼絲繩疊繞開關8. 2. 5,8. 2. 6 用於檢測鋼絲繩是否疊繞、旋轉限位開關8. 2. 7用於設定上升和下降過程的減速以及停止限位、捲筒側脈衝編碼器8. 2. 8,8. 2. 9用於實時檢測捲筒的轉速、捲筒側多圈絕對值編碼器8. 2. 8a、8. 2. 9a用於實時檢測鉤頭的運行位置、制動器開閘檢測開關8. 2. 10,8. 2. 12、 8. 2. 14,8. 2. 16用於檢測制動器的開閉狀態、制動器磨損檢測開關8. 2. 11,8. 2. 13、 8. 2. 15,8. 2. 17用於檢測制動器的磨損狀態、電機超溫檢測開關8. 2. 18,8.2. 19用於檢測電機是否超溫、電機側脈衝編碼器8. 2. 20,8. 2. 21用於實時檢測電機的轉速、松繩檢測開關8. 2. 22,8. 2. 23用於檢測鋼絲繩是否處在鬆弛狀態。其中通過電機側脈衝編碼器 8. 2. 20,8. 2. 21和捲筒側脈衝編碼器8. 2. 8,8. 2. 9的實時速度檢測，可以有效的檢測起升機構超速故障、傳動鏈破損故障、靜態反轉故障、動態態反轉等故障，保障載荷安全。起升機構制動器的控制邏輯圖見圖14。正常情況下，A側和B側的工作制動器以及緊急制動器均正常投入，4臺制動器的1#推桿(主開閘裝置)投入運行，通過PLC系統控制其對應接觸器K11、K21、K31、K41的吸合，按照上述邏輯關係從而控制各制動器的開閉動作；各制動器的姊推桿(冗餘開閘裝置)處在斷電狀態(即Κ12、Κ22、Κ32、Κ42均處於斷開狀態)。各制動器的1#推桿接觸器以及2#推桿接觸器(即Kll與Κ12、Κ21與Κ22、Κ31與 Κ32、Κ41與1(4 均設有機械聯鎖裝置。當各制動器的1#推桿接觸器閉合後，經過一段延時後(如1. 2秒，根據制動器的工作特性參數確定)，如果該制動器的開閘檢測信號還沒有反饋至PLC系統，那麼該制動器的1#推桿可能液壓缸出現了故障或其電路上出現了故障， 此時通過司機室操作，可以切換至該制動器的2#推桿工作，保證該制動器仍然能夠投入工作，從而有效的避免了設備停機。但是當姊推桿工作後，如果該制動器還是沒有開間檢測反饋信號，那麼就必需檢查該制動器開閘檢測開關以及其電路。大車運行機構控制系統8. 3、小車運行機構控制系統8. 4也均設有兩套驅動控制系統，均能夠實現單套驅動系統完成機構長時間運行功能，各制動器也均帶有雙推桿系統， 其控制邏輯參見8. 2起升機構描述。2.電控系統設計各機構均設置雙套變頻調速驅動系統，極大地增強了系統運行的安全裕度；且各機構位置檢測系統以及起升機構的載荷稱重系統均按照多樣性原則以及冗餘理念進行設置，同PLC控制系統聯網實時通訊，保證數據檢測的正確性，通過PLC系統的數據運算和處理，從而實現整車自動運行和定位功能。通過系統分析設備的運行工況以及運行要求，通過設置完善的驅動系統以及安全保護和檢測系統，智能化檢測各機構運行狀態和故障信息，以及各種故障狀態下的應急措施，實現設備自動運行和精確定位功能，給操作者以及維護人員提供詳細的圖文信息，最大程度的減少設備的故障停機時間，滿足設備運行需求，保證設備運行安全穩定。
權利要求
1.一種單一故障保護起重機，包括大車運行機構(1)、橋架O)、小車運行結構(3)、起升機構G)、大車水平輪裝配(5)、小車水平輪裝配(6)、小車架(7)和電氣控制系統(8)，其特徵在於大車運行機構(1)安裝在橋架O)的四個角上，共四套，對稱布置，採用分別驅動形式；每套大車運行機構(1)均由電動機A(l. 1)、雙開閘制動器々(1.2)、制動輪々(1.3)、 減速器A(l. 4)、聯軸器I (1. 5)、軸I (1. 6)、聯軸器II (1. 7)、大車車輪裝配(1. 8)、編碼器 A (1.9)和編碼器B (1. 10)組成；小車運行機構(3)安裝在小車架(7)上，共兩組，每組小車運行機構(3)均由小車車輪裝配(3. 1)、2個聯軸器111(3.2)、2根浮動軸(3.3)、2個聯軸器IV (3. 4)、減速機B (3. 5)、電動機B (3. 6)、雙開閘制動器B (3. 7)、制動輪B (3. 8)、編碼器C(3.9)和編碼器D(3. 10)組成；起升機構(4)安裝在小車架(7)上平面，由電動機 C⑷1)、制動輪聯軸器(4. 2)、雙開閘制動器C (4. 3)、減速器C (4. 4)、制動輪C (4. 5)、捲筒 (4. 6)、平衡臂(4. 7)、定滑輪組(4. 8)、制動輪D(4. 9)、旋轉吊鉤(4. 10)、鋼絲繩A(4. 11)、鋼絲繩B(4. 12)、編碼器E(4. 19)、編碼器F(4. 20)、編碼器以4. 21)和編碼器H(4. 22)組成； 電動機C(4. 1)、制動輪聯軸器(4. 2)、減速器C4)和制動輪以4. 5)在捲筒(4.6)的每端布置一套，雙開閘制動器C(4.;3)在捲筒(4.6)的每端布置一套；起升機構的鋼絲繩 A(4. 11)從捲筒(4. 6)上下來之後，依次繞過滑輪A(4. 13)、滑輪F(4. 18)和滑輪D(4. 16)， 最後固定在平衡臂(4. 7)的一端；鋼絲繩B (4. 12)從捲筒(4. 6)上下來之後，依次繞過滑輪 C(4. 15)、滑輪E(4. 17)和滑輪B(4. 14)，最後固定在平衡臂(4. 7)的另一端；滑輪A(4. 13)、 滑輪B(4. 14)、滑輪C(4. 15)、滑輪IK4. 16)安裝在旋轉吊鉤(4. 10)上；滑輪以4. 17)和滑輪F (4. 18)則安裝在定滑輪組(4. 8)上；雙開閘制動器A (1. 2)、雙開閘制動器B (3. 7)和雙開閘制動器C(4.幻，均具有兩套開閘裝置，通過兩個控制電路控制，一備一用，當一套開閘裝置出現故障無法開閘時，制動器上的另一套開閘裝置能夠將制動器打開。
2.根據權利要求1所述的單一故障保護起重機，其中所述的雙開閘制動器A(1. 2)、雙開閘制動器B(3. 7)和雙開閘制動器C(4. 3)均包括制動器架(1. 2. 1)、制動閘瓦(1. 2. 2)、 開閘裝置(1.2. 3)、推桿(1.2. 4)、上閘裝置(1.2. 5)和曲柄(1. 2. 6)，其特徵在於還包括備用開閘裝置(1.2. 7)，其一端與制動器架(1.2. 1)剛性聯接，其另一端與曲柄(1.2.6)鉸接和/或自由連接。
全文摘要
本發明開公了一種單一故障保護起重機，其特徵在於大車運行機構安裝在橋架的四個角上，共四套，對稱布置，採用分別驅動形式；小車運行機構安裝在小車架上，共兩組；起升機構安裝在小車架的上平臺，起升機構的鋼繩A從捲筒上下來後，依次繞過滑輪A、F和D，固定於平衡臂的一端；鋼繩B從捲筒上下來依次繞過滑輪C、E和B，固定在平衡臂的另一端，滑輪A、B、C、D安裝在吊鉤上；滑輪E、F則安裝在定滑輪組上；裝在大車運行機構、小車運行機構及起升機構上的雙開閘制動器A、B及C均具有兩套開閘裝置，通過兩個控制電路控制，一備一用，當一套開閘裝置出現故障無法開閘時，制動器上的另一套開閘裝置能夠將制動器打開，確保該起重機的繼續運行。
文檔編號B66C9/14GK102530731SQ20111045503
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者吳克利, 徐宏偉, 時軍奎, 胡亞東, 蘇冬 申請人:大連華銳重工集團股份有限公司