起重機(jī)制動器的設(shè)計與選用

閻石，張軍，崔桐

（撫順市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所，遼寧 撫順 113000）

起重機(jī)作為一種大型的電力驅(qū)動裝置，在當(dāng)今工業(yè)、建筑、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，在貨物吊運(yùn)當(dāng)中有著極大的作用。起重機(jī)的應(yīng)用可以有效提高生產(chǎn)、勞動效率，降低人工勞力投入強(qiáng)度，保障項目實(shí)施效益。起重機(jī)在吊運(yùn)過程中，主要是通過重復(fù)、間歇吊運(yùn)形式，并通過水平移動、垂直升降實(shí)現(xiàn)貨物搬運(yùn)和傳遞。由于起重機(jī)吊運(yùn)貨物都是一些重物，所以在吊運(yùn)過程中的危險因素多，對起重機(jī)制動器（如圖1）設(shè)計與選用提出了更高的要求。強(qiáng)化起重機(jī)制動器設(shè)計能夠避免貨物在吊運(yùn)過程中出現(xiàn)意外下落、滑動問題，可見制動器對保障起動機(jī)運(yùn)行安全、效率的重要性，這就需要加強(qiáng)起重機(jī)制動器方面的研究工作。

圖1 （鼓式）起重機(jī)制動器結(jié)構(gòu)圖

1 起重機(jī)制動器設(shè)計原則

在起重機(jī)制動器設(shè)計方面，通常有兩種設(shè)計形式：一種是盤式制動器；另一種是鼓式制動器（如圖1）。其中，盤式制動器的結(jié)構(gòu)原理較為簡單，在實(shí)際使用當(dāng)中效率也非?？?；鼓式制動器是在電機(jī)、減速箱中高速運(yùn)轉(zhuǎn)，通常制動結(jié)構(gòu)接近與減速箱側(cè)面位置。通過電磁勵磁的吸、放原理，通過油泵控制制動的停止和啟動，內(nèi)部彈簧彈力會在此時進(jìn)行壓緊和釋放，起到了制動或開閘作用。

起重機(jī)制動器是通過摩擦常閉電機(jī)實(shí)現(xiàn)制動功能，制動器通常設(shè)置在電動機(jī)和減速器旋轉(zhuǎn)軸中。隨著起重機(jī)制造行業(yè)不斷發(fā)展，當(dāng)今起重機(jī)制動器都是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。大部分起重機(jī)都會采用標(biāo)準(zhǔn)制動器，在制動器設(shè)計當(dāng)中，要按照相關(guān)設(shè)計原則進(jìn)行，主要包括：（1）標(biāo)準(zhǔn)性原則。當(dāng)今起重機(jī)制動器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，大部分制動器都可以實(shí)現(xiàn)通用。除了一些特殊形態(tài)的起重機(jī)之外，大部分起重機(jī)制動器設(shè)計只需要按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行即可，特別是在連接尺寸方面必須要符合標(biāo)準(zhǔn)性要求。（2）安全性原則。制動器是保障起重機(jī)安全運(yùn)行的重要元器件，并且要承受重物的荷載，所以在制動器設(shè)計當(dāng)中需要保障制動器材料的強(qiáng)度和質(zhì)量，要求起重機(jī)制動器在正常工作條件下壽命長達(dá)30年，制動拉桿、彈簧、制動臂等都要滿足實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。（3）匹配性原則。由于起重機(jī)運(yùn)行中需要制動器進(jìn)行控制，所以在制動器設(shè)計當(dāng)中，要求重點(diǎn)考慮起重機(jī)整體結(jié)構(gòu)和制動器之間的匹配關(guān)系，包括實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)條件以及性能參數(shù)等。

2 起重機(jī)制動器設(shè)計

物料搬運(yùn)對起重機(jī)的運(yùn)行環(huán)境、自身要求非常高。起重機(jī)工作級別分為A1-A8，機(jī)構(gòu)工作級別為M1-M8，但是制動器卻沒有提出明確的級別。起重機(jī)工作級別分為兩個形態(tài)：（1）荷載狀態(tài)。對應(yīng)起重機(jī)運(yùn)載變化特定，但是制動器的力矩是一定的，無論是什么工作級別，只需要正確挑選制動器即可，從這個意義上來說，制動器是一種從單一指標(biāo)上確定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。（2）使用等級。也就是針對起重機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時會間歇動作的特點(diǎn)，但是制動器沒有該特點(diǎn)。不同級別起重機(jī)只能采用不同級別制動器，這樣才能夠滿足起重要求。在起重機(jī)設(shè)計當(dāng)中，想要滿足起重機(jī)性能、功能要求，不能將起重機(jī)視為一個單一標(biāo)準(zhǔn)部件，還需要根據(jù)工作等級等一系列指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，此時單一按照制動器力矩選擇則無法滿足要求，甚至造成安全隱患，這就需要根據(jù)起重機(jī)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。主要包括以下情況。

一般工況制動器，例如在加工車間起重機(jī)、裝配起重機(jī)等，在設(shè)計中其工作級別要≤M5、滿載率＜40%、負(fù)載率＜40%、工作循環(huán)次數(shù)每小時小于10次、制動次數(shù)每小時＜30次，通常不需要緊急制動，安全要求一般，還需要保證制動器力矩動作時間快，襯墊摩擦系數(shù)小。因此，通常石棉樹脂剎車帶或石棉銅絲剎車帶制動器設(shè)計為主，摩擦系數(shù)為0.35，最高溫度不超過250℃。

專用工況制動器，例如鑄造起重機(jī)、廢料抓斗起重機(jī)等，在設(shè)計中其工作級別要≤M6、滿載率＜40～60%、負(fù)載率＜60%、工作循環(huán)次數(shù)每小時在20～30次之間、制動次數(shù)每小時標(biāo)定100次，需要增設(shè)緊急制動，安全要求中，還需要保證制動器力矩摩擦片溫度較高。因此，通常以石棉橡膠剎車帶制動器設(shè)計為主，摩擦系數(shù)為0.4，最高溫度在200℃之內(nèi)。

特殊工況制動器，例如在鑄造起重機(jī)、橋岸、裝卸橋等，在設(shè)計中其工作級別要＞M6、滿載率標(biāo)定100%、負(fù)載率在70～90%之間、工作循環(huán)次數(shù)每小時標(biāo)定60次、制動次數(shù)每小時＞200次，必須要具備緊急制動功能，安全要求高，還需要保證制動器力矩摩擦溫度高，通常磨耗非常大。因此，通常以無石棉樹脂摩擦襯墊制動器設(shè)計為主，摩擦系數(shù)為0.4，最高溫度在 250～400℃之間。

3 起重機(jī)制動器選用

3.1 制動器選擇

起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)型制動器大體上可以分為三個類型：電力液壓制動器、液壓制動器、電磁制動器。其中，電力液壓制動器主要是采用電力液壓驅(qū)動裝置實(shí)現(xiàn)制動功能，通常將該類型制動器安裝到起重機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的高速轉(zhuǎn)軸中。具有使用性能強(qiáng)、維護(hù)便捷、使用方便、運(yùn)行壽命長等特性，這也是當(dāng)今常見的制動器類型之一；電磁制動器在上世紀(jì)80年代使用較為頻繁，與電力液壓制動器相比，其運(yùn)行性能較低，所以在當(dāng)今極少使用，已經(jīng)被淘汰；液壓制動機(jī)在實(shí)際使用中具有大功率、大力矩的特點(diǎn)，順應(yīng)了當(dāng)今起重裝置大型化、大功率化發(fā)展的趨勢。該設(shè)備更多是在中大型起重機(jī)或特定起重機(jī)中應(yīng)用。在進(jìn)行上述三種制動器選用過程中，要結(jié)合制動器選用原則，選擇符合起重機(jī)本身性能的制動器。通常情況下，普通工業(yè)生產(chǎn)或工程建設(shè)的起重機(jī)，主要是采用電力液壓制動器；重大物品吊運(yùn)或特殊吊運(yùn)要求的采用液壓制動器；電磁制動器由于已經(jīng)過時，所以不推薦使用，可以在有指定要求的特殊情況下使用。

3.2 考慮制動器應(yīng)用安全

在制動器選擇過程中，由于制動器在起重機(jī)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，除非起重機(jī)在施工中對制動器有明確的特殊要求，否則都會選擇標(biāo)準(zhǔn)型制動器，要求制動器運(yùn)行參數(shù)、規(guī)格能夠符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。與此同時，在起重機(jī)制動器選用當(dāng)中，不同型號、不同類型起重機(jī)在制動器選擇上存在著一定差異性，這就需要提前掌握起重機(jī)制動器安裝尺寸與規(guī)格，如果制動器尺寸與規(guī)格無法滿足起重機(jī)安裝要求，則無法正常安裝制動器，即使安裝成功也會存在著非常大的安全隱患。想要確保起重機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的安全性，需要重點(diǎn)關(guān)注制動器的力矩性能，要求制動器和起重機(jī)運(yùn)行參數(shù)相吻合。在選用過程中，要重點(diǎn)對制動器力矩運(yùn)行尺寸進(jìn)行檢測，并以此信息作為依據(jù)，采用刻線方法對制動器力矩值進(jìn)行調(diào)整，確保制動器處于最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 驅(qū)動裝置檢查

事先檢查起重機(jī)制動器各個零部件的安全性與剛性，如果條件允許需要對制動器進(jìn)行性能檢測，特別是一些軸心、承載的核心零部件，要確保每個零部件都能夠滿足國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動裝置作為制動器的重要部件，是整個制動器當(dāng)中的動力元器件。特別是驅(qū)動裝置負(fù)責(zé)起重機(jī)運(yùn)行荷載，這就需要對驅(qū)動裝置進(jìn)行科學(xué)分析，合理調(diào)整驅(qū)動參數(shù)，確保制動器運(yùn)行的安全性。再者根據(jù)驅(qū)動裝置運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，觀測運(yùn)行參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的變化，在不增設(shè)制動襯墊磨損條件下，需要增設(shè)計自動補(bǔ)償制動器，這樣可以加強(qiáng)驅(qū)動裝置運(yùn)行控制，避免驅(qū)動參數(shù)超出指定范圍，否則容易造成制動性能瞬間消失，造成事故。

3.4 分析裝置的適配性

制動器作為起重機(jī)運(yùn)行中的重要部件，并且任何機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)都直接、間接和制動器有著關(guān)系，這就需要確保適配性能，關(guān)注制動器和起重機(jī)各個零部件是否達(dá)到功能契合。在選擇制動器過程中，要著重關(guān)注起重機(jī)各系統(tǒng)之間是否匹配，制動器適配是否能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，包括整體運(yùn)行性能以及應(yīng)用環(huán)境等。起重機(jī)制動器當(dāng)中裝有制動襯墊，能夠加強(qiáng)制動器的性能補(bǔ)償。調(diào)節(jié)制動器的補(bǔ)償系統(tǒng)，并采用相應(yīng)措施進(jìn)行加固，這樣可以避免因此制動襯墊磨損造成起重機(jī)突然失去制動，降低因制動性能不足出現(xiàn)安全事故的幾率。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)今起重機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)、工程建設(shè)當(dāng)中的應(yīng)用十分廣泛，制動器作為起重機(jī)重要的內(nèi)部組成工具，會直接影響整個起重機(jī)運(yùn)行的安全性。這就需要掌握起重機(jī)制動器設(shè)計相關(guān)知識，并貫徹設(shè)計原則、合理挑選制動器，并對制動器進(jìn)行科學(xué)調(diào)試，充分發(fā)揮起重機(jī)制動器的運(yùn)行效用，保證起重機(jī)的運(yùn)行安全。