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起重裝備制動器運行狀態健康監測 —— 文章正文2020-04-11

一、概述

制動器是保證復雜起重裝備日常安全穩定運行的關鍵設備,是起重裝備最為關鍵也是最后一道安全保護裝置。制動器的作用是使起重裝備運動機構或其他設備能按照作業者的要求達到減速、停止,同時具有保證起重機運動機構或機器起到狀態停止的要求。起重裝備制動系統制動性能的好與壞直接關系到起重裝備運行的可靠性、安全性。如果某一臺起重裝備在工作的過程中出現故障,而又沒有及時進行制動并且排除解決故障問題,則不僅有可能會導致起重裝備制動器本身損壞,更嚴重的可能會造成機毀人亡的慘重事故。

二、制動器典型失效模式及失效機理分析

1.制動器典型失效模式

起重裝備常用的制動器種類很多,但其基本原理基本相同,因此失效模式也大同小異。本篇以港口起重機常用的電力液壓盤式制動器為研究對象分析制動器典型失效模式。

通過對國內大型港口起重裝備運輸廠及制動器的設計制造單位的調研,分析電力液壓盤式制動器系統組成,參照國內外標準、手冊和制動器使用維修記錄,從結構出發,建立了電力液壓盤式制動器典型結構失效層次圖,如圖1所示。

圖1 電力液壓盤式制動器典型結構失效層次圖

從制動器結構失效圖可以看出,制動器失效主要是由機械部分失效和推動器系統失效兩大因素引起的,而推動器系統與控制系統有直接的關系,因此制動器機械部分的失效是最容易表征出來的。

對國內外相關制動器失效事故進行一定的分析,發現大部分制動器失效主要表現在兩個方面,一是控制信號發出但制動器不開閘,即制動器不正常工作;二是制動轉矩不足,當設備出現緊急情況需要急停時,制動器的制動轉矩不足而使其不能安全制動(或者在減速階段不能使卷筒的速度減?。?。從圖2可以看出,制動器主要的失效模式有制動器不開閘、制動轉矩不足、閘瓦磨損不均、空運時間過長及溫度過高。

圖2 制動器主要的失效模式

2.制動器失效機理分析

1)制動器不開閘

起重機上常用的制動器為常閉式,當起重機從斷電停機狀態到起動開始工作的狀態時,制動器必須解除制動。起重機開始工作時,電動機起動,制動器推桿向上移動,制動臂離開制動盤直到閘瓦完全松開。因此當起重機開始工作,制動器不開閘,其主要原因為控制信號失效、液缸油液不足不能推動制動推桿、活動鉸點卡死不能動作以及推動器電動機故障。

制動器不開閘與控制信號失效有著密切的關聯。在役起重機尤其對工作十年以上的起重機而言,制動器的電氣控制問題故障較多,由GB 7588―2003標準可知,制動器的兩個接觸器應獨立分開控制閘瓦的開合。然而,在現實中,常存在以下情況:制動器的兩個控制裝置并沒有分開;接觸器的連接方式為并聯。

2)制動轉矩不足

在制動器工作時,可以將制動轉矩看成由兩部分構成,一部分是制動彈簧預緊力產生的制動轉矩,用Mt來表示,其值為正;另外一部分是推動器的推力產生的制動轉矩,方向與Mt相反,用Md來表示,其值為正。則制動轉距M可表示為

另由推動器推力F產生的制動轉矩為

式中,N為正壓力;F為推力;i為驅動杠桿比;d1為有效摩擦直徑;Mt為額定制動轉矩;μ為摩擦系數。

由電力液壓盤式制動器構造可知,泵的壓力與轉速、轉速與功率都是二次方的關系,而轉速與流量是正比例關系,故推動器產生的推力F與制動器電動機轉速n的二次方成正比關系,如圖3所示。

圖3 制動轉矩與制動電動機轉速關系


式中,ne為電動機額定轉速;Fe為推動器在電動機額定轉速下的推力。

故制動轉矩可表示為

由以上公式可見,影響制動轉矩的主要因素有制動電動機轉速、推動器的推力、閘瓦與制動盤之間的摩擦系數、閘瓦間隙、主彈簧預壓量等,而造成制動轉矩不足主要有三個方面的原因,即正壓力不足、摩擦系數下降、制動盤接觸面不足。

引起正壓力不足的原因主要有四點:一是閘瓦間隙過大造成正壓力不足;二是制動器主彈簧疲勞或斷裂而引起的性能降低或失效;三是推動器活塞和液壓缸卡??;四是由于推動器液壓缸漏油造成制動電動機燒壞。造成摩擦系數下降的原因主要有制動盤污染、制動盤過熱和摩擦片磨損嚴重。制動盤接觸面不足的原因主要有兩方面:一是制動盤偏擺,由于制動裝置安裝存在誤差、加工誤差、周圍環境(如振動)的影響,制動裝置會存在偏擺;二是由于閘瓦制動時溫度過高,而發生疲勞變形,即閘瓦溫度的循環變化引起內應力變化并產生疲勞破壞。

3.空運時間過長

制動器開始起動到投入有效制動轉矩的時間為上閘時間,制動器理論響應時間為0.3~0.5s。由于制動器開閘間隙大、油液回流慢、彈簧疲勞或者拉桿鉸點故障等,易造成空運時間過長,使制動距離太長,引發起重機安全事故,即為制動失效。

其原因主要有以下三點:

第一是退距距離過長。這樣會造成制動器閉合時閘瓦的行程變大,從而造成閉合時間過長。

第二是制動器液壓缸阻力過大。當制動器在閉合時,推桿向下移動,此時液壓缸的油液會對推桿有阻力作用,如果液壓缸阻力過大,推桿復位的時間就會加長,容易造成空運時間過長。

第三是密封圈損壞。制動器上閘瞬間推動器液壓缸回路存在一定的壓力,如果密封圈損壞,則會造成壓力不足而影響推桿移動的時間,因此會影響空運時間。


(責任編輯:  來源:  時間:2020-04-11)
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