輕型卷?yè)P(yáng)機(jī)液壓盤(pán)式剎車(chē)系統(tǒng)及其測(cè)試臺(tái)的設(shè)計(jì)

李瑞敏

（華晨寶馬汽車(chē)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110143）

卷?yè)P(yáng)機(jī)是通過(guò)卷繞鋼絲繩、鏈條或皮帶提升或牽引重物的機(jī)械設(shè)備，廣泛運(yùn)用于建筑、礦山、碼頭、汽車(chē)等工業(yè)領(lǐng)域。作為起重驅(qū)動(dòng)設(shè)備，卷?yè)P(yáng)機(jī)須有可靠的剎車(chē)系統(tǒng)。通常卷?yè)P(yáng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)是制動(dòng)電機(jī)，即電機(jī)本身帶剎車(chē)裝置，但為了確保安全，還需外置更加可靠的剎車(chē)系統(tǒng)。文中設(shè)計(jì)了一種輕型卷?yè)P(yáng)機(jī)液壓盤(pán)式剎車(chē)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了試驗(yàn)臺(tái)用于測(cè)試和調(diào)整。

1 卷?yè)P(yáng)機(jī)液壓盤(pán)式剎車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)某輕型皮帶卷?yè)P(yáng)機(jī)的額定起重載荷及其結(jié)構(gòu)尺寸等，計(jì)算得到剎車(chē)力為4500N。剎車(chē)系統(tǒng)響應(yīng)要快［1］，即當(dāng)卷?yè)P(yáng)機(jī)需要轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)剎車(chē)盤(pán)能立即釋放，而在需要停止時(shí)剎車(chē)盤(pán)能立即復(fù)位。根據(jù)使用情況，要求剎車(chē)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間小于2s。基于剎車(chē)系統(tǒng)剎車(chē)力及可靠性的要求，選擇某公司機(jī)械常制動(dòng)［2］的液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置（圖1），由杠桿式夾鉗和單作用油缸組成，釋放油液壓力為11MPa。卷?yè)P(yáng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，給油缸供油克服另一腔的碟簧彈力驅(qū)動(dòng)杠桿機(jī)構(gòu)釋放剎車(chē)盤(pán)；卷?yè)P(yáng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，給油缸泄油，在碟簧的作用下夾鉗迅速?gòu)?fù)位夾緊剎車(chē)盤(pán)。

圖1 液壓盤(pán)式剎車(chē)裝置

參考文獻(xiàn)［3-5］設(shè)計(jì)液壓盤(pán)式剎車(chē)系統(tǒng)，如圖2所示。液壓泵只能短時(shí)或間歇工作，長(zhǎng)時(shí)間或頻繁工作油溫會(huì)升高。溫度開(kāi)關(guān)用于監(jiān)測(cè)油溫，其動(dòng)作溫度為80 ℃。外置精過(guò)濾濾油器便于液壓油品質(zhì)觀察和濾芯更換，保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。不可調(diào)CE安全閥（動(dòng)作壓力16MPa）保證系統(tǒng)安全性。單向閥配合蓄能器用于蓄能保壓，即當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到壓力開(kāi)關(guān)所設(shè)定壓力、液壓泵停止工作時(shí)，油液不回流，系統(tǒng)保壓；當(dāng)需要釋放剎車(chē)時(shí)，電磁閥切換位置，蓄能器迅速補(bǔ)償油缸所需油液釋放剎車(chē)，確保響應(yīng)時(shí)間小于2 s。溢流閥設(shè)置壓力應(yīng)在CE安全閥和壓力繼電器設(shè)置壓力之間。壓力表用于實(shí)時(shí)觀察系統(tǒng)壓力。旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)可使系統(tǒng)泄壓，在維修液壓系統(tǒng)或重新連接管路時(shí)，須先給系統(tǒng)泄壓，直到壓力表顯示為0MPa方可操作［6］。

圖2 液壓盤(pán)式剎車(chē)系統(tǒng)原理圖

液壓系統(tǒng)控制如下：1）壓力繼電器S05閉合即壓力低于設(shè)定值，且油溫開(kāi)關(guān)S06閉合即油溫不高于80 ℃，油泵電機(jī)啟動(dòng)，給系統(tǒng)建立壓力，隨時(shí)準(zhǔn)備迅速釋放剎車(chē)；2）給電磁閥電磁鐵Y1 上電，即可釋放剎車(chē)；3）為保證系統(tǒng)運(yùn)行安全，當(dāng)S06 斷開(kāi)即油溫高于80 ℃，報(bào)警油溫過(guò)高；當(dāng)發(fā)出釋放剎車(chē)信號(hào)2 s 后，接近開(kāi)關(guān)S07 沒(méi)有檢測(cè)到剎車(chē)油缸活塞，報(bào)警剎車(chē)釋放超時(shí)；當(dāng)泵電機(jī)工作20 s后，壓力開(kāi)關(guān)S05還沒(méi)有斷開(kāi)，即系統(tǒng)壓力還沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值，報(bào)警液壓泵運(yùn)行超時(shí)；當(dāng)泵電機(jī)接觸器跳閘，報(bào)警電機(jī)過(guò)流。

2 液壓盤(pán)式剎車(chē)系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 控制電路設(shè)計(jì)

測(cè)試臺(tái)電氣系統(tǒng)包括泵電機(jī)的1個(gè)空氣開(kāi)關(guān)及1個(gè)接觸器、1個(gè)24 V電源及上游的空氣開(kāi)關(guān)、控制器及8個(gè)輸入點(diǎn)和6個(gè)輸出點(diǎn)、按鈕、旋鈕及報(bào)警指示燈等?？刂破鬏斎爰拜敵鳇c(diǎn)如表1～2所示。

表1 控制器輸入點(diǎn)

表2 控制器輸出點(diǎn)

IM151-7 CPU 是ET200S 分布式I/O 系 統(tǒng)的組件，是可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)分散控制任務(wù)的接口控制模塊[7]，將其作為系統(tǒng)的控制器，如圖3 所示，右側(cè)依次為帶診斷功能的電源模塊PM-E 24VDC 及數(shù)字量I/O模塊，其中2個(gè)輸入模塊均為標(biāo)準(zhǔn)型，輸出模塊為2 個(gè)0.5 A 標(biāo)準(zhǔn)型和1 個(gè)2 A 安全型，安全型輸出模塊用于驅(qū)動(dòng)所需驅(qū)動(dòng)電流較大的電磁換向閥。電源部分電路如圖4 所示，供給泵電機(jī)380 V電壓，380 V 轉(zhuǎn)24 V 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源為控制器及I/O模塊提供電能。信號(hào)輸入部分電路如圖5 a～b 所示，各輸入點(diǎn)作用見(jiàn)表1。信號(hào)輸出部分電路如圖5c～d所示，各輸出點(diǎn)作用見(jiàn)表2。

圖3 控制器及輸入輸出模塊

圖4 電源部分

圖5 PLC輸入輸出信號(hào)

2.2 PLC程序設(shè)計(jì)

在西門(mén)子Simatic 控制器編程軟件step7 中組態(tài)并編程。定義符號(hào)地址如表3所示，數(shù)據(jù)類(lèi)型均為Bool。程序包括組織塊OB1 和矩形波輸出功能塊FC1。組織塊OB1 有10 個(gè)程序段，包括系統(tǒng)使能、自動(dòng)及手動(dòng)測(cè)試、報(bào)警輸出等。矩形波輸出模塊FC1用于自動(dòng)測(cè)試時(shí)周期性的開(kāi)合剎車(chē)，開(kāi)合周期為60 s，占空比為0.5。具體程序如圖6所示。

表3 符號(hào)地址表

圖6 PLC程序

3 液壓盤(pán)式剎車(chē)系統(tǒng)測(cè)試及調(diào)整

將液壓剎車(chē)系統(tǒng)的泵電機(jī)M0、壓力開(kāi)關(guān)S05、溫度開(kāi)關(guān)S06、油缸活塞檢查接近開(kāi)關(guān)S07 及剎車(chē)釋放電磁閥Y1（圖4～5）連接到測(cè)試系統(tǒng)中。將S05短接，給系統(tǒng)上電，然后擰動(dòng)S04旋鈕使系統(tǒng)建立壓力，通過(guò)觀察壓力表的示數(shù)調(diào)整溢流閥的壓力為14.5 MPa，取消S05 短接，調(diào)整壓力開(kāi)關(guān)使其動(dòng)作壓力為13 MPa。常按手動(dòng)測(cè)試按鈕S03 開(kāi)始剎車(chē)，釋放按鈕停止剎車(chē)。如手動(dòng)測(cè)試沒(méi)有問(wèn)題，則可擰動(dòng)S01旋鈕對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)合循環(huán)測(cè)試，控制剎車(chē)持續(xù)30 s，停止30 s。通過(guò)觀察液壓剎車(chē)系統(tǒng)是否能可靠開(kāi)合并結(jié)合報(bào)警指示燈判斷系統(tǒng)功能和性能是否正常。若剎車(chē)系統(tǒng)動(dòng)作不正?；驕y(cè)試系統(tǒng)報(bào)警，分析異常及報(bào)警原因，有針對(duì)性地優(yōu)化調(diào)整系統(tǒng)壓力、更換或維修液壓系統(tǒng)零部件，并嘗試按S02 按鈕復(fù)位系統(tǒng)。通過(guò)刻意連續(xù)手動(dòng)測(cè)試，使液壓系統(tǒng)溫度升高、調(diào)整油缸活塞檢查接近開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)離活塞桿、調(diào)整S05的動(dòng)作壓力大于溢流閥壓力等，觀察測(cè)試臺(tái)是否報(bào)警，從而診斷液壓剎車(chē)系統(tǒng)各功能部件及測(cè)試臺(tái)功能是否正常。

4 結(jié)論

根據(jù)卷?yè)P(yáng)機(jī)對(duì)液壓剎車(chē)裝置剎車(chē)力、可靠性及響應(yīng)速度的要求，設(shè)計(jì)了液壓盤(pán)式剎車(chē)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、維修保養(yǎng)方便。同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)功能、性能驗(yàn)證及調(diào)整或維修需求設(shè)計(jì)了測(cè)試臺(tái)，可對(duì)液壓盤(pán)式剎車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)測(cè)試。測(cè)試臺(tái)具有油溫過(guò)高、剎車(chē)動(dòng)作過(guò)慢、泵電機(jī)過(guò)流及系統(tǒng)壓力建立太慢等報(bào)警功能，可通過(guò)觀察剎車(chē)裝置的動(dòng)作及系統(tǒng)的報(bào)警信息診斷并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整或維修。