基于功能安全分级的起重机智能制动器制动频率区间研究*

孙远韬 黄重阳 陈凯歌 张 氢 秦仙蓉

同济大学机械与能源工程学院 上海 201804

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制动器作为各型起重机起升和行走机构的核心安全部件，对保障其安全运行起着至关重要的作用。制动器主要有2个功能：消耗载荷的动能和停止载荷的运动。随着起重机的运动惯量和运动速度不断提高，为令制动的中间过程可控，避免制动过急造成传动系统乃至整机结构的损伤，智能型制动器应运而生[1,2]。

主流的常闭式智能型制动器由制动弹簧按压摩擦材料以保持制动器的常闭状态，而电液推动器则通过一支杠杆来压缩弹簧以实现开闭的中间过程，故电液推动器的驱动电机频率决定了制动力的大小。为了保证这种功能复杂多样的新型智能制动器的安全可靠，需要对其功能安全特性进行研究。国际电工委员会曾提出了功能安全的概念，其中SIL[3-5]是IEC61508—《电气/电子/可编程电子 安全系统的功能安全》中的一个重要概念，SIL基于风险和安全的概念展开，SIL越高，系统越安全，风险越低。

制动频率是智能型制动器的核心参数，因而从频率入手以保证其制动可靠性是重中之重。此前，文献[6]提出了一种基于功能安全的起重机安全防护系统设计方法，文献[7] 进一步对这种方法进行了实施，实施对象为起重机用智能制动器。在进行SIL划分时，主要考虑了制动器机械结构静强度的可靠性及失效概率，但智能制动器的运行受到驱动电机的频率波动制约，导致其制动过程中存在可靠性问题。……