盘式制动器在安全制动系统中的应用桥式起重机制动器的使用及维护.docx
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盘式制动器在安全制动系统中的应用桥式起重机制动器的使用及维护
盘式制动器在安全制动系统中的应用
作者：
佚名文章来源：
技术论文
1 引言
升船机的主提升机由完全相同的4台卷扬机和静平衡滑轮组组成，并通过在高速减速器出轴处设置的同步轴、齿式联轴器、换向锥齿轮箱将主提升机连成一个矩形的封闭的传动系统。
在4台直流电机的出轴联轴器上各设置了1台工作制动器，用于配合电机控制实现主提升机的正常升降运行动作，并可在高速运行状态下制动。
而在主提升机的16个卷筒的外侧支承端的制动盘上各设置了3对安全制动器。
布置方式为平衡重侧设置2对，承船厢侧设置1对。
共配备了安全制动器48对，用于实现：
（1）承船厢升降终止停位（由电机控制和工作制动器实现）后的附加上闸制动，即机械安全锁定。
（2）事故状态或非正常工况下配合工作制动器的先行上闸动作进行延时紧急制动，在减缓冲击的情况下实现安全制动。
（3）升降起动过程中安全制动器先行松闸动作，然后对电机施加预加转矩以及工作制动器松闸。
2 安全制动系统的构成和原理
安全制动系统是由液压盘式制动器、液压泵站和管路组成。
根据制动能力选择了法国SIME公司生产的SH18型制动器作为动作元件，并由SIME公司提供了一套液压驱动装置。
制动系统使用盘式制动器，可以在有限的设备布置空间内，尽可能多设置制动单元，使得主提升机的制动失效概率降至最小。
采用对称式管路布置，以均衡各制动器之间的动作时间，保证制动的同时性和可靠性。
另外，液压泵站采用了18MPa的中高压液压驱动设计和较小的工作流量，以减少液压系统的沿程阻力损失和局部压力损失，减少管路内部油液撞击。
以上各个特性可以表明：
升船机安全制动系统是一套常闭制动系统，较之以往的采用块式制动器的系统具有制动原理简洁可靠，上闸响应快，多点制动同时性好等特点。
本系统主要用于以下三种工作阶段中：
（1）正常的上闸制动：
在电机减速至设定值的同时，工作制动器投入工作；延时2s～5s后，安全制动系统才投入工作，在短时间内各安全制动器必须将已静止的卷筒可靠上闸。
由于上闸时安全制动器的闸瓦处于静摩擦状态，闸瓦与制动盘之间无相对运动，安全制动器安装基础并不承受制动冲击，间接地保护了通航建筑物和主提升机设备。
（2）正常的起动松闸：
当主提升机开始上升或下降运行前，需将安全制动器先行松闸，液压站泵油以使安全制动器开始同时松闸，在6s内各制动器完全松闸。
安全制动器松闸到位后，传动柜开始启动。
当电枢电流逐步增加的同时，电机转矩也在增加。
此时，工作制动器松闸，确认松闸到位后，主提升机可以进行上升和下降运行动作。
（3）事故工况时的紧急上闸制动：
当升船机发生①单台电机损坏；②封闭同步传动轴系的任一根轴损坏；③任一高速减速装置的传动环节损坏。
上述三者之一的假想事故工况时，电机减速运行，同时工作制动器立即上闸；延时1s～3s后，安全制动系统工作，安全制动器上闸完成紧急制动。
此工况与正常上闸制动的区别在于：
由于安全制动器的投入只受延时继电器的控制，紧急制动时虽然工作制动器已先行制动，但当安全制动器延时上闸时，主提升机的运行速度不一定为零，即紧急制动时安全制动器的闸瓦可能处于动摩擦状态。
另外，在系统设定的非正常工况下（如升降速度超速，紧急制动按钮被按下、主提升机主供电电源断电等），也由安全制动器系统进行紧急制动。
以上各动作的延时设置在现场整定。
3 安全制动器
3.1 主要技术参数
安全制动器的主要技术参数见表1，
表1 主要技术参数表
项 目
单位
数 值
型号 SH18-2静态制动摩擦力N160000动态制动摩擦力N180000闸瓦与制动盘间隙mm1（最大）制动半径m1.78（制动中心）制动闸瓦材料 非石棉复合材料制动片摩擦系数μ ≥0.4（动静态相同）工作压力MPa18工作温度℃-5～+40成组工作响应时间s≤0.3补偿角（°）≤5重 量kg270（1对）最大外形尺寸mm350×400×850
3.2 工作原理
基本原理是利用液压作用力松闸，利用碟簧组的弹簧力进行上闸制动。
当油压力降低为零时（上闸过程），碟簧预紧产生的弹簧力通过碟簧中置推动轴以及磨损补偿螺柱而作用于闸瓦上，施加的正向弹簧力使闸瓦与制动盘贴合而产生制动正压力从而可以制约制动盘的旋转趋势，油缸的压力容腔充油升压（松闸过程），当油液压力逐步升高至工作压力时，与闸瓦相连的活塞受油压作用，克服碟簧的预紧力并压缩碟簧而产生向后位移，活塞通过中空大螺柱、碟簧中置推动轴、闸瓦磨损补偿螺柱而带动闸瓦后移，形成闸瓦与制动盘之间的间隙，从而解除了制动盘上作用的制动正压力，卷筒及制动盘进入回转驱动状态。
此制动器的主要特点有：
（1）液压有效作用面积大，液压系统的工作压力设计为中高压即可，避免了高压系统的管道振动和噪声。
（2）液压油缸的活塞与闸瓦不是刚性联接，而是通过两道螺纹联接传递轴向力，并且闸瓦固定在靴板和靴板球铰上，闸瓦的小角度摆动产生的附加弯矩不会传递到液压油缸的活塞上，从而自动纠正闸瓦在运行中产生的偏斜；制动时产生的摩擦力可以由闸瓦经靴板和碟簧座直接传递到制动器的安装支架上去，不会对油缸和活塞产生损伤。
在结构上，靴板设计成筒状并与碟簧座直接配合接触，同时碟簧座与油缸是分离的，碟簧座的载荷不会作用于油缸而使油缸产生变形。
良好的结构保证活塞只受轴向力的作用，杜绝了闸瓦的载荷对活塞运动的影响，使得活塞的动作平滑快捷。
（3）闸瓦与制动盘间隙的补偿调整方便，只需拧动闸瓦磨损补偿螺柱即可实现，并且不会改变碟簧的初始预紧力，同时闸瓦的更换也很方便。
（4）闸瓦材料具有较高的摩擦系数和较高的许用比压，耐磨性能好。
即使在摩擦表面温度900℃的情况下进行制动，摩擦系数也可以保持较长的一段时间不会下降，具有良好的高速高温恒力矩能力。
（5）制动器成对对称使用，对制动盘和卷筒不会产生附加的侧向载荷。
从SH18型安全制动器的特性来看，该型制动器已经具备了良好的构造与制动能力，并且具备松闸到位指示和闸瓦磨损检测装置等各种检测装置，是一种理想的、易于布置的盘式制动器。
4 液压控制系统
4.1 主要技术参数
液压控制系统也称为安全制动器液压站，其主要技术参数如下：
电机功率：
45kW；
径向柱塞泵流量：
120L/min;
泵最大工作压力：
22.5MPa;
压力可调区域：
18.0MPa～22.5MPa;
蓄能器开启压力：
20.0MPa;
蓄能器容积：
10L；
手动泵容积排量：
9mL/次；
手动泵最大压力：
20.0MPa；
电源：
动力：
～380V,50Hz,三相，允许偏差±15%；
检测与控制：
～220V,50Hz，单相，允许偏差±15%；
油量：
液压站：
700L；
管路与制动器：
250L；
液压油正常工作温度：
3℃～70℃；
液压站重量：
1500kg（无油状态）；
液压站外形尺寸：
1700mm×2000mm×1972mm。
4.2 系统原理
（1）主提升机工作时，液压站的电机连续运转，径向柱塞泵经由125μm的过滤器从油箱吸入液压油产生压力油，各控制阀的电磁铁得电（EV1、EV2）。
当电磁卸荷阀（件10）失电时，制动器回油并上闸制动，泵出的压力油也由电磁卸荷阀直接回油箱。
（2）当电磁卸荷阀得电时，电磁卸荷阀即为安全阀，压力调定为22.5MPa。
压力油进入制动器并开始松闸，此时系统压力由压力继电器（件18）进行调定：
若系统压力升高至最高工作压力（20MPa），压力继电器输出信号使遥控电磁阀的电磁铁EV2失电，相应使带行程限位的二通插装溢流阀（件8）的阀口开启量增加，二通插装溢流阀加大溢流，系统压力逐步下降；若系统压力降至最小工作压力（18MPa），压力继电器输出信号使遥控电磁阀的电磁铁EV2得电，二通插装溢流阀的遥控口与系统压力连通，插装阀阀芯移向阀座，阀口开启量减少，系统压力逐步升高。
通过压力继电器与二通插装溢流阀的相互调节作用，液压站的供油压力始终恒定在设定的压力范围内，压力范围由压力继电器的数值旋钮调定。
压力波动时间由节流阀（件15）调定。
采用二通插装溢流阀可以减小全流量溢流时产生的发热损失，抑制系统油温升高，同时也降低了系统对油液污染的敏感性。
（3）蓄能器（件17）用于吸收液压站的泵出口和管路中的压力脉动，并能满足向制动器提供瞬间大流量的要求。
在液压站断电或停电时，可以利用液压站附设的手动泵向制动器提供压力油，使制动器顺利松闸。
（4）液压站使用L-HM32或L-HV32液压油。
（5）由于升船机的安全制动器设置较为分散，相应的连接管路也长。
为了保证各制动器的上闸同时性，管路的设计遵循了对称性和平衡性的准则。
管路的总长约为400m左右，沿程阻力损失控制在允许的范围之内。
5 结语
下水式部分平衡垂直升船机的设计和制造，在国内都是第一次，在同一套设备中同时使用如此多的制动器在世界上也不多见。
由于采用安全制动器与工作制动器配合动作，制动失效概率大为降低，同时安全制动器对机械设备的制动冲击很小。
在制动器的选型和系统布置中我们做了大量的工作，经过对制造厂的实地考察和验收试验，可以认为本文中所选用的制动器及液压系统是符合升船机的特殊性能要求和布置特点的，设备性能先进，可以满足升船机的各种使用要求，也值得今后在大型提升设备的设计中推广使用。
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桥式起重机制动器的使用及维护（2007-06-2321:
59:
58）
桥式起重机制动器的使用及维护
一、 桥式起重机制动器的组成、工作原理及作用
一）桥式起重机的概述
桥式起重机是以间歇、重复的工作方式，通过起重吊钩或其它吊具在一定范围内起升、下降，或升降与运移物料的机械设备，又称天车。
桥式起重机的桥架沿铺设在两侧高架上的轨道纵向运行，起重小车沿铺设在桥架上的轨道横向运行，构成一矩形的工作范围，就可以充分利用桥架下面的空间吊运物料，不受地面设备的阻碍。
它广泛地应用在室内外仓库、厂房、码头和露天贮料场等处。
由功能来看，桥式起重机是由金属结构、机械传动和电气传动三大部分组成。
机械传动部分由起升机构、小车运行机构和大车运行机构三部份组成。
二）制动器的组成、工作原理及作用
制动器是桥式起重机重要的安全部件，具备阻止悬吊物件下落、实现停车等功能，只有完好的制动器对起重机运行的准确性和安全生产才能有保证。
它是由两个制动瓦块和杠杆连接对称安装在同一制动轮的两边，并利用专门的杠杆系统及制动弹簧将它们联系起来，以保证制动器的两个瓦块能同时压紧或同时离开制动轮。
1．制动器的组成
制动器（见图1）由闸架、闸瓦、横拉杆、制动片、主弹簧、顶丝和底座组成。
制动器的分类：
①按结构特征分为块式、带式和盘式三种
②按操纵方式分为手动、自动和二者兼有的方式三种
③按工作状态分为常闭式和常开式两种
⑴常闭式制动器是靠弹簧或重力的作用处于和闸状态，当机构工作时，可利用外力（如人力，电磁铁，电力磁铁电力液压或液压电磁铁等）使制动器松闸。
⑵常开式制动器处于长期松闸状态，只有施加外力时，才能使其合闸。
从工作安全及减轻工人的劳动强度考虑，起重机的所有机构都必须采用常闭式制动器。
常用的制动器可分为短行程电磁铁制动器、长行程电磁铁制动器、液压推杆制动器、液压电磁铁制动器。
2．制动器的工作原理
当机构断电，停止工作时，制动器的驱动装置－推动器也同时断电（或延时断电），停止驱动（推力消除），这时制动弹簧的弹簧力通过两侧制动臂传递到制动瓦上，使制动覆面产生规定的压力，并建立规定的制动力矩，起到制动作用；当机构通电驱动时，制动器的推动器也同时通电驱动并迅速产生足够的推力推起推杆，迫使制动弹簧进一步压缩，制动臂向两侧外张，使制动瓦制动覆面脱离制动轮，消除制动覆面的压力和制动力矩，停止制动操作。
3．制动器的作用
1） 支持作用：
使原来静止物体保持静止状态。
在起升机构中，保持吊重静止在空中；
2） 停止作用：
消耗运动部分的动能，使机构迅速在一定时间或一定行程内停止运动，实现各个机构在运动状态下的制动。
3） 定位作用：
当机构在运行到预定位置时，动力电源停止输送，电气系统开始制动，当电气制动完成后，起重机的机构静止，制动器同时复位抱闸，使起重机在静止时能固定位置。
4．制动器结构简图（见图2）
二．制动器的故障分析及维护保养
一）制动器的故障分析
制动器是保证起重机安全正常工作的重要部件之一，直接影响各机构运动的准确性和可靠性，它的工作正常与否直接影响到人身和设备的安全，制动器必须经常按标准进行调整。
故障情况
产生原因
处理方法
起重物不能停于空中
杠杆系统中活动关节被卡住；
制动轮与制动带有油污；
制动带磨损过限；
弹簧压力不足；
制动杠杆背母松开
调整各活动关节，加油润滑使其转动灵活；
用煤油清洗制动轮或制动带；
更换制动带；
调整弹簧压力；
拧紧背母
制动器易于脱开调整位置
调整螺母，松动背母未拧紧
重新调整制动器后紧好螺母并将背母拧紧
制动带不能脱开制动轮
活动关节卡住
制动带黏在带油污的制动轮上；
弹簧张力过大；
电磁铁线圈烧坏；
液压电磁铁油液不够；
液压推动器叶轮卡住
检查各活动关节加油润滑，使其转动灵活；
用煤油清洗制动带和制动轮；
调整弹簧使张力合适；
更换电磁铁线圈；
更换合适的油液；
检查电气部分调整推动器机构
在工作时冒烟发出焦味制动带损坏过快，制动轮温度过高
制动轮与制动带间隙过小或两侧间隙不等，松闸动作不均衡导致一边未打开
调整制动器，使间隙合乎要求并保持两侧间隙相等
调整制动器杠杆系统，使闸带离开均匀
制动器跳动明显
制动器的轴线与制动轮（传动轴）的轴线不同心
在安装时应使制动器的轴线与制动轮（传动轴）的轴线一至，防止制动器工作时产生抖动。
起升机构溜钩
制动力矩变小；
制动轮或制动瓦衬有油污，有卡塞使制动摩擦系数减小导致制动力矩减小；
制动轮外圆与孔的中心线不同心；
制动器主弹簧张力较小或主弹簧螺母松动；
弹簧疲劳，失效；
及时更换制动器闸架排除卡塞物；
制动轮或制动瓦衬清洗干净，去除油污；
调紧主弹簧螺母增加制动力矩；
调节相应顶丝和副弹簧，使制动轮与制动轮间隙均匀
二）制动器的维护和保养
⑴制动器的检查
在作业前对制动器，应检查各活动接点连杆及销轴的灵活性，螺栓是否有松动或脱落的现象，制动片的磨损是否达到报废标准，开启闸瓦时两瓦块与制动轮表面的距离是否相等，制动轮与传动是否有松动现象发生，轴与孔的过盈量是否足够，紧固螺栓是否有松动现象，制动轮的表面是否有油污，制动轮的表面有无明显的划痕及脱落现象。
铰链处有无卡滞及磨损情况，液压系统是否正常。
在作业前对制动器进行试车：
1. 试大小车及制动器：
大小车制动器启动时要先点动，然后逐级加速，当控制器打到最后一档时拉回零位试大小车制动器的松紧和制动距离。
2. 试主卷及制动器：
先点动一下控制器，控制器打下降逐档加速到最后一档时把制动器拉回零位，试主卷制动器是否灵活。
⑵制动器的润滑
1. 制动器的各铰点应根据工况定期进行润滑工作，至少每隔一周应润滑一次，在高温环境下工作的每隔三天润滑一次，润滑时不得把润滑油沾到摩擦片或制动轮的摩擦面上。
2. 及时清除制动摩擦片与制动轮之间的尘污
⑶制动衬垫的更换：
制动器使用一段时间以后，制动衬垫会磨损减薄，当衬垫的有效磨损厚度达到原厚度的50％时，应予以更换。
制动衬垫更换方法：
1. 将制动器打开至最大开口度位置；
2. 将衬垫上端的压板螺栓拧下，取下压板及调整垫；
3. 用手拿住衬垫并掰向制动轮一侧，沿制动轮周向抽出被换衬垫；
4. 再插入新制动衬垫；
5. 依次装上挡板、压板，拧紧压紧螺栓，应注意更换的制动衬垫与制动瓦块应良好贴合，贴合面任意处间隙不得大于0.5MM，且其上端应高出制动瓦块上端面一些，高出量应符合规定，压紧制动衬垫，使其牢固可靠。
两端压板挡板压盖制动衬垫的厚度不得超过衬垫原始厚度的一半，不小于原始厚度的1/3。
三．制动器的调整和维护
一）制动器的报废标准
1. 制动衬料、制动环、制动带等刹车衬料件，当磨损量达到原厚度的50%时应报废。
2. 制动轮有裂纹破坏时，制动轮应报废。
3. 制动轮的磨损报废：
起升机构和变幅机构的制动轮轮缘表面磨损量达到原轮缘厚度的40%时，制动轮应报废；运行机构的制动轮轮缘表面磨损量达到原轮缘厚度的50%时，制动轮应报废。
4. 制动器各铰节点处的销轴和销轴孔的磨损量达到原销轴直径或销孔直径尺寸的5%时，销轴和带销轴孔的零件应报废。
5. 制动器的制动力臂断裂及严重变形。
6. 制动弹簧的断裂及失效。
二）制动器的调整
1、制动器理论上的调整
常闭式制动器制动安全系数K
起升机构工作级别
—
、
制动安全系数K
1.5
1.75
2
2.5
制动器的调整制动器的调整标准理论上应按表所提供的制动安全系数K值进行调整，但K值之测定较为困难，实际工作中，常用下述调节方法作为标准。
⑴起升机构制动器调整标准允许的最大下滑距离为
V起——额定起升速度（m/min）
（2）大车运行机构制动器调整标准允许制动行程（又称制动距离）
V大车——大车额定运行速度（m/min）
≥—限制大车之最小制动行程，即制动器不能调得太紧，制动力矩不能过大，以防止在停车时产生过大的制动惯性力而影响大车运行性能，吊物大幅摇摆及对传动机构的冲击。
—限制大车之最大制动行程，即制动器不能调得太松，制动力矩不能过小，起重机能在规定的允许范围内安全停车，防止碰撞事故发生，起到保护起重机桥架和建筑物免遭冲击的作用。
（3）小车运行机构的调整标准允许制动行程：
V小车——小车额定运行速度（m/min）
起升机构制动器工作必须确保安全可靠，一般应每天检查并调整一次，且在正式工作前应试吊以检验其是否安全可靠。
大车制动器每2—3天应检查并调整一次，分别驱动的运行机构，两端制动器应调整协调一致，以防止制动时发生起重机扭斜和啃道现象，使运行时两端制动器完全打开而无附加摩擦阻力，确保起重机正常运行，应调整得当，以便在起重机断电后使其在允许制动行程范围内安全停车。
小车运行机构制动器应每2－3天检查并调整一次，应调整得当，以便在起重机断电后使其在允许制动行程范围内安全停车。
2．制动器的调整
制动器的调整主要包括制动力矩的调整、瓦块退距（推动器补偿行程）的调整和两侧瓦块退距均等的调整。
制动力矩的调整：
利用两把扳手，一把旋转力矩调整螺母时，另外一把扳手卡在锁紧螺母上调整，以免锁紧螺母随着力矩调整螺母的调整抵到制动弹簧上使制动弹簧失去作用，闸瓦抱不紧制动轮。
通过顺时针旋转力矩调整螺母时，弹簧工作长度变短，制动力矩增大，反之，减小。
瓦块退距（推动器补偿行程）的调整：
推动器额定行程必须工作在两条绿色线之内，如到红色线内则应对推动器的补偿行程或超过绿色线必须进行调整。
到红色线内时制动器的闸瓦将制动轮抱的太松，不调整制动器起不到抱闸的作用失去了制动器的作用会照成溜钩的事故；超过绿色线则抱闸太紧，吊重物将会吃力易照成制动器冒烟发出焦味。
顺时针旋转（拧进）制动拉杆或退距调整螺母，将推动器补偿行程调整到额定值，调定后将制动拉杆的防松螺母背紧。
两侧瓦块退距均等：
如果出现一侧制动衬垫在制动器释放状态下有浮帖制动轮的现象，可能是均等装置的螺母松动，只有将制动器闭合，拧紧锁紧螺母即可。
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