船用起貨機電力系統(tǒng)剎車遲緩故障分析

章煜 陸鎧琦 郁開豪

摘要：本文研究了造成船用起貨機出現(xiàn)的剎車遲緩的原因。起貨機的基本制動原理分為電氣制動和機械制動，這兩者的故障將會引起控制線路故障和剎車裝置本身的故障。其中，控制線路故障主要由電阻值的整定不恰當以及計時裝置不準確造成;剎車裝置本身由于長期負荷下工作，剎車裝置容易出現(xiàn)磨損和老化。本文針對控制線路故障和剎車裝置本身的故障提出了針對性的檢測方法。

關(guān)鍵詞：船用起貨機;電力系統(tǒng);剎車裝置

中圖分類號：U674? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）20-0151-02

1? 研究背景與意義

船舶起重機械是一種船舶上用以裝卸貨物的裝置，主要包括起重臂裝置、甲板起重機械和其他裝卸機械。海上起重船是特種起重船的一種，是在海洋環(huán)境中進行運輸作業(yè)的，主要用于船舶間貨物轉(zhuǎn)運、補給、水下作業(yè)等重要任務(wù)。海上工作環(huán)境給貨物起重機的控制帶來了巨大的挑戰(zhàn)和困難，一方面為了保證起重設(shè)備的定位精度和運輸效率，需要控制起重運輸過程中產(chǎn)生的擺動;另一方面，由于起重設(shè)備固定在船舶等移動平臺上，平臺本身的運動會對載荷的運動產(chǎn)生很大的影響。

目前，貨物裝運量的持續(xù)增加的現(xiàn)狀加大了起貨機起升機構(gòu)的作業(yè)頻率，戶外工作會比正常的起貨機使用更加容易出現(xiàn)問題，在這種長期工作的條件之下，會由于各種不確定性的因素導致機器故障，其中以起升機構(gòu)制動器失效影響最大。制動器是作為整個起貨機最為關(guān)鍵的設(shè)備，設(shè)備的常規(guī)故障可以進行檢修停機，但是制動器的失效往往會在不確定的時候發(fā)生不可預知的后果，制動器是作為船用起貨機的機械安全防線，為了不發(fā)生人員的傷亡和財產(chǎn)的損失，一定要避免發(fā)生重大的設(shè)備和人身傷亡事故。

2? 船用起貨機概述

船舶起重設(shè)備，又稱“船舶起重設(shè)備”，指安裝在船上裝卸貨物的設(shè)備的總稱。不同類型的船舶、不同類型的貨物和不同數(shù)量的貨艙擁有不同類型和數(shù)量的貨物裝卸設(shè)備。目前，船舶主要是吊桿起重設(shè)備由吊桿、升降柱（或桅桿）、索具和絞車（或絞車）等組成。

吊桿起重設(shè)備有兩種裝卸貨物的方式：單桿操作和雙桿操作。單桿操作是使用吊桿來裝卸貨物，吊具吊起貨物后，拉繩使其與吊具一起搖擺到舷外或貨艙口，然后放下貨物，然后將吊具轉(zhuǎn)回其原始位置。雙桿操作則是一個動臂放置在貨物艙口上方，另一個動臂伸出船外，兩個動臂用電纜固定在某個工作位置。兩個吊架的吊索同時連接到一個吊鉤，雙桿作業(yè)的裝卸效率高于單極作業(yè)，而且勞動強度也較輕。埃貝爾吊桿裝置由雙桿的吊臂裝置改進而來，兩個千斤頂控制的兩組左右臂提升裝置通過使用兩個操作桿來快速放置，這是實現(xiàn)自動化貨物裝卸的重要一步。

3? 船用起貨機的基本制動原理

船用起貨機在制動方法上主要分為兩種：機械和電氣制動。

3.1 機械制動

機械制動方法一般有閘瓦式電磁制動器和圓盤式電磁制動器。閘瓦式電磁制動器是與電動機制造無關(guān)的外部機構(gòu)，電機軸上的制動輪在兩個摩擦片之間轉(zhuǎn)動，制動器的電磁線圈不通電，支架在彈簧力的作用下擰緊，摩擦片緊緊抓住制動輪，電機的旋轉(zhuǎn)軸被制動。電磁線圈通電，電樞壓縮彈簧，支架松開，摩擦片與制動輪分離，電機軸便可以轉(zhuǎn)動。

3.2 電氣制動

電氣制動方法有：回饋制動、能耗制動和反接制動。

回饋制動是電動機接在電力網(wǎng)上才能產(chǎn)生的一種制動方式?；仞伒碾娔苄枰邢牡膶ο蟛拍軐崿F(xiàn)電能被消耗，這個對象即接在電網(wǎng)上的各中線性和非線性負荷。如果掛在點網(wǎng)上的功率太小不能全部電能消耗，制動的效果也將會不明顯。雙速或三速的起貨機，操作從高速回到低速運行。原來高速狀態(tài)的轉(zhuǎn)速高于低速檔的同步轉(zhuǎn)速，從高速過渡到低速，也會產(chǎn)生回饋制動。電動機接在電網(wǎng)上運行，轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，回饋制動就必然產(chǎn)生，無須采取任何電路措施。機械能轉(zhuǎn)換成的電能回饋給電網(wǎng)上的負載使用，沒有浪費。

能耗制動是在異步電動機與電網(wǎng)斷開的情況下進行的。定子繞組切斷電源，立即在任意2相繞組上通人直流電流。定子繞組在被斷掉電源之后，轉(zhuǎn)子在原有的儲存的機械能作用下繼續(xù)朝工作的方向旋轉(zhuǎn)，但此時由于轉(zhuǎn)子繞組切割的是直流電，從而在電樞上將產(chǎn)生的恒定磁場，隨即產(chǎn)生的感應(yīng)電勢和電流將會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流與恒定磁場產(chǎn)生，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是與轉(zhuǎn)速方向相反的，這必將會阻止旋轉(zhuǎn)，起到制動的作用直到電動機停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子電流消失，這時能耗制動的制動作用也隨機消失。

反向制動是指通過突然改變電源的相序，使旋轉(zhuǎn)的異步電動機盡快停止的制動方法。當電源的相序改變時，定子的旋轉(zhuǎn)磁場反向，但電機在慣性的作用下仍保持原來的方向，轉(zhuǎn)子的電流反向，從而產(chǎn)生反向制動力矩。

4? 剎車遲緩原因分析及措施

4.1 控制線路故障分析

4.1.1 繼電器延時時間過長

延時繼電器主要用于直流或交流操作的各種保護和自動控制線路中，作為輔助繼電器，增加觸點數(shù)量和觸點容量，通過延時繼電器控制的強電回路可以避免直接的開關(guān)操作帶來的系統(tǒng)震蕩，可根據(jù)需要自由調(diào)節(jié)延時的時間。當主令從高速檔回零后一般起貨機要在低速檔運行后再斷電剎車，而低速檔運行的時間長短取決于時間繼電器的延時時間，那么時間繼電器的延時時間調(diào)節(jié)過長，一旦主令從高速檔回零檔后起貨機會在低速檔運行較長的時間將會出現(xiàn)剎車滯后。

4.1.2 主接觸器的故障或誤動作

交流接觸器是一種自動切換裝置。在使用過程中，主要對其電路結(jié)構(gòu)進行控制和管理，保證電機設(shè)備的正常使用。但在實際應(yīng)用過程中，易受各種因素的影響，出現(xiàn)相應(yīng)的失效問題，使系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性大大降低。在船用起重機中，高速齒輪到低速齒輪需要在接觸動作成功后才能實現(xiàn)，但在切換過程中，如果動作過慢或動作不成功，重物會自由下落。

4.1.3 電磁系統(tǒng)故障

在長期使用過程中，電磁系統(tǒng)會出現(xiàn)鐵心噪聲大的現(xiàn)象，導致電樞失效、線圈故障等，當鐵心與電樞之間有間隙時，阻抗越大，越小流過的電流。如果電磁系統(tǒng)工作時嗡嗡聲過大或異常，則可判斷電磁系統(tǒng)故障。原因可能是電樞與鐵芯接觸不良或電樞傾斜。多次碰撞后，電樞與鐵芯接觸面磨損或變形，或接觸面生銹、油污、灰塵等。造成接觸面接觸不良，吸收時產(chǎn)生振動和噪聲，加速鐵芯損壞，同時使線圈過熱，甚至燒毀線圈嚴重的案件。

4.2 剎車裝置本身的故障分析

4.2.1 剎車片故障及間隙過大

剎車片的長期高負荷使用必不可少的會出現(xiàn)故障或者間隙過大的現(xiàn)象，剎車片屬于消耗品，這是極為正常的現(xiàn)象。剎車片故障在實際判斷中非常直觀，起貨卸貨的時候感受它力度總是變化。剎車時感覺很吃力，或是感覺剎車沒有以前靈敏了，那么說明剎車片必須要盡快檢查一下。

4.2.2 線圈絕緣破壞

線圈絕緣的破壞極容易發(fā)生匝間短路和接地短路故障，處理絕緣破壞時，應(yīng)先仔細檢查繞組絕緣損傷的情況及部位。除絕緣老化變質(zhì)外，一般是可做局部修理的，接地點大多數(shù)都在槽口附近。

4.2.3 匝間短路

一般剎車線圈匝間短路通過測電阻值然后根據(jù)阻值的變化來判別剎車線圈是否損壞，但有些剎車線圈匝間短路不很嚴重，用普通的萬用表測其阻值就很難判別它。判別剎車線圈匝間短路快而有效的方法是：直接單供剎車線圈的電源，聽聲響是否及時和清脆，此舉需要在鉤頭上無貨物的情況下進行。另外，剎車線圈回路的放電電阻值一定要調(diào)節(jié)好，此時剎車裝置發(fā)出的聲響及時并清脆的那么此剎車線圈是好的，反之則已損壞應(yīng)予以更換。

5? 剎車遲緩的處理方法

5.1 控制線路的故障處理方法

針對放電電阻值定值不恰當，工程人員需要重新考慮對制動電阻的選擇，首先制動電阻阻值的選定有一個不可違背的原則：應(yīng)保證流過制動電阻的電流小于制動單元的允許最大電流輸出能力，其次根據(jù)制動裝置需要負擔的制動轉(zhuǎn)矩對電阻值進行調(diào)節(jié)，但需要考慮電機內(nèi)部存在一定的損耗，約為額定轉(zhuǎn)矩的18-22%左右，阻值太小的制動電阻將導致能耗的上升。

由于整定時間導致的剎車遲緩現(xiàn)象同樣可以通過重新整定延時時間實現(xiàn)，常見延時繼電器有氣囊式和電子式的，還有鐘表式的。氣囊式的是在利用電磁鐵啟動后氣囊中的氣體經(jīng)由小孔放氣來延時執(zhí)行指令。電子式的由電子電路來延時執(zhí)行指令。這兩種延時繼電器成本較低，控制時間不長精度也不高，在傳統(tǒng)的起貨機中經(jīng)常使用，也能夠滿足要求。鐘表式的延時繼電器，利用鐘表的擒縱裝置來控制類似發(fā)條彈簧的釋放時間。如果繼電器延時時間過長，需要根據(jù)不同的延時器的說明特點來對延時時間進行調(diào)整。

對于主接觸器的故障或誤動作，實際上設(shè)計之初對于電阻值的設(shè)定是符合工況的，檢查觸點間接觸電阻增大的方法有：①觸頭壓力不足，一般觸頭壓力越大，接觸電阻越小。②觸頭表面接觸不良主要是油污和灰塵在觸頭表面形成一層電阻層，遇到這種情況通常需要調(diào)整壓力彈簧和清潔觸頭表面的污漬，若經(jīng)調(diào)整后壓力仍達不到標準要求，則應(yīng)更換新觸頭。

同時，在對觸頭的使用過程中要對觸頭磨損的厚度進行實時檢查要求，對不合格的觸頭進行實時的更換，以確保交流接觸器的正常運行。

5.2 剎車裝置本身的故障處理方法

針對剎車片故障及間隙過大，一般一個新的剎車片的厚度如果低于或等于80%時，那就已經(jīng)達到了它的磨損臨界點，說明需要更換了。如果沒有測量工具，根據(jù)肉眼觀察的也是可以給出大概的判斷的。如果發(fā)現(xiàn)剎車片的厚度不足原來的三分之一，就需要及時去檢查更換了。如果低于原來的三分之二，需要有意識的縮減下次檢查剎車片的時間來確定起貨機是不是出現(xiàn)了其他故障。

當線圈的絕緣損壞很容易觀察到。修理時，加熱繞組使絕緣軟化，用標記板撬開繞組，插入適當尺寸的絕緣材料。使用兆歐計檢查故障是否已經(jīng)消失。如果接地故障已被消除，在補片上涂一層絕緣漆。如果有兩根以上導線絕緣損壞，則同時對絕緣處進行修補，以避免匝間短路故障的發(fā)生。當連接在插槽中發(fā)生時，大多數(shù)繞組必須更換。

匝間短路是比較嚴重的設(shè)備故障，防止剎車線圈的匝間短路應(yīng)以防止剎車線圈的過熱來著手，要定期養(yǎng)護控制線路，起貨機在運行中要經(jīng)常性地檢查剎車端的工作溫度，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。有一些由于一個小小的控制線路故障會導致剎車線圈過熱甚至燒毀。因此要重視這些小故障，要做到能及時地發(fā)現(xiàn)它并隨時處理。

6? 結(jié)論

本文針對船用起貨機出現(xiàn)的剎車遲緩現(xiàn)象進行了分析，從起貨機的基本結(jié)構(gòu)和異步電機的基本制動原理出發(fā)，總結(jié)了引起剎車遲緩主要原因，主要分為控制線路故障和剎車裝置本身的故障。其中，控制線路故障常見的是由于放電電阻值的整定不恰當以及繼電裝置故障引起。剎車裝置本身由于長期負荷下工作，剎車裝置由于磨損以及線圈老化也是造成剎車遲緩的重要原因。本文結(jié)合上述故障的機理并提出了檢測的參考方法。

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