起重设备的冗余设计

徐丽华近年来，很多用户在采购起重机时，往往要求冗余设计。冗余设计是针对一些特殊工况，为避免因为设备故障导致对生产有重大影响的情况而做的。因为起重设备是移动设备，冗余设计不仅是在线备用，在设计时也要考虑现场条件和成本。1 机械机构冗余当起重机出现故障时，一些机构仍然需要动作，如果是机械传动链的故障，则需要有应急机构来完成。一般下列情况需要配置应急机构。1.1 起升机构采用大减速器驱动因为铸造起重机吊运的是高温液态金属，当起重机的起升电动机出现故障不能继续工作后，钢水包将凝住，整个炼钢生产线都将处于瘫痪状态。采用大减速器驱动方案的铸造起重机的起升机构，采用2 台电动机驱动，每台电机的额定功率是总净功率的0.65。当一台电动机发生故障时，另一台电动机（过载53%）仍可以驱动起升机构完成一个工作循环。2 台电动机互为应急时的冗余。1.2 起升机构采用行星减速器驱动铸造起重机行星减速器驱动方案的起升机构，采用2 台电动机驱动，每台电机的额定功率是总净功率的0.5。当一台电动机发生故障时，另一台电动机仍可以驱动起升机构长期工作。机构的速度是正常运行时的1/2。2 台电动机互为应急时的冗余。1.3 俯仰应急机构具有活动臂架的起重设备（岸边桥式集装箱起重机、卸船机、装船机、门座起重机等），为躲避大型船只等障碍物，臂架需要升起，如果臂架俯仰机构传动链发生故障，将会影响船舶靠岸或引起碰撞。所以需要设置应急机构。当臂架俯仰主机构故障时，或动力电源故障时，可通过链条将应急机构连接到卷筒上，启动应急电机将臂架仰起。2 总电源故障时的应急电源起重机供电电源故障时，起重机将陷入瘫痪状态，一般情况下问题不大，待处理故障后通电再使用。但对于断电后需要将起重机移动到安全地的，或像电磁吸盘，断电后要保证重物不能掉下，又或是断电后需要查找故障、照明等，这时需要配置应急电源。对于轨道安装在厂房房顶的起重机，可随机配置应急电源如蓄电池、柴油发电机、UPS 等。对于轨道安装在地面的起重机（港口机械、门式起重机等），应急电源一般取自地面轨道附近的维修电源箱（属于地面设备），通过手摇电缆卷筒将地面的维修电源引到起重机上。一般应急电源的容量考虑应急照明、应急机构、PLC、控制回路等工况必须用的使用设备。3 驱动冗余3.1 变频系统整流回馈装置冗余变频系统2 套整流回馈单元可以互备，正常工作时，各自独立工作，当一套整流回馈单元故障时，通过切换开关，先把故障单元切除，再将两条直流母线连接在一起，保证起重机能够继续运行。设计适用于吊运液态金属的铸造起重机，因为如果整流装置故障，则整个起重机所有机构都不能运行，假如故障发生在吊运时，则处理故障需要一定时间，这样就会发生液态金属冷却凝滞，钢水包损坏，导致整个炼钢生产线都将处于瘫痪状态。该设计是采用变频技术的优点之一。3.2 逆变器冗余1大车、小车走行机构，当采用多台电机驱动时，分2 组电动机，分别由2 套变频器控制。当一套变频器或一组电动机出现故障时，可由另一套变频器驱动另一组电动机工作。这个设计适用于所有多台电机驱动的行走机构。如果采用其他调速方案，该设计思路也适用。3.3 逆变器冗余2当臂架俯仰机构的变频器故障时，通过故障操作选择，可以将大车变频器切换到俯仰机构，以驱动俯仰机构电机工作。设计适用于两个不同时工作且驱动功率相近的机构，其驱动变频器互为冗余。如果采用其他调速方案，该设计思路也适用。4 制动器接触器冗余制动器接触器冗余，见图1。图1 制动器接触器冗余K71 与K72 和K73 互为冗余。该设计适用于所有起重设备的起升机构，主要是因为防止接触器触点粘连后，接触器断不开回路导致不能抱闸而发生溜钩甚至重物坠毁事件。5 PLC 冗余设计PLC 是起重机电控系统中逻辑控制的核心，负责采集命令、状态信息，向驱动器（变频器）发送动作指令。一旦PLC 的CPU 发生故障，整机将陷入瘫痪。采用冗余PLC 系统将会解决此问题。如果一个控制器出现问题，冗余系统用一对相同的机架保持用户机器继续运行。在不允许待机的工况下，或自动运行的起重机（如干熄焦提升机），是需要PLC具有冗余功能的。如果出于成本的考虑，可以做硬线PLC 旁路回路，保证PLC 故障时，系统不至于瘫痪。6 结束语随着科技进步，起重机的设计会越来越完善，冗余设计会更加全面地应用到起重设备上，使起重运输机械更安全、可靠，并且大大提高起重设备的使用率。举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章基于无人机平台的起重机金属结构损伤检测方法关于起重机轴承结构选择和技术参数计算等于15.6个充电宝，奥睿科500W应急电源：让你不花冤枉钱大型化、多样化、智能化——钢桥专用设备的发展趋势中电技术PMC智能型低压电动机保护控制器与热继电器比较

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