40T門機(jī)旋轉(zhuǎn)制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)探討

張宇

（秦皇島港股份有限公司雜貨港務(wù)分公司，河北 秦皇島 066000）

1 前言

在實(shí)際使用中，操作人員反映這樣一種現(xiàn)象：當(dāng)40T門機(jī)使用一段時間后，會出現(xiàn)制動不靈活的情況；通過觀察發(fā)現(xiàn)制動片在未過多磨損的情況下出現(xiàn)了制動片與制動輪間隙變小的情況；通過調(diào)整制動間隙，可以恢復(fù)制動靈活性，但使用一段時間后會再次發(fā)生制動延時變長的情況。

針對這種情況，技術(shù)組經(jīng)過觀察和拆解相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)是40T門機(jī)的旋轉(zhuǎn)制動系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，主要問題情況有以下幾點(diǎn)：（1）制動架連桿鎖母與制動器手輪分別為左旋和右旋，在司機(jī)擰緊手輪時，可以自動產(chǎn)生收緊力，以達(dá)到在靜態(tài)下抱緊制動輪的目的；但當(dāng)司機(jī)旋松手輪時，制動架連桿會與手輪一起轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動方向正好與鎖母的松扣方向相同，進(jìn)而出現(xiàn)鎖母松扣，增大制動架間隙的現(xiàn)象發(fā)生。（2）空壓系統(tǒng)在冬季會出現(xiàn)系統(tǒng)欠壓等情況，從而影響制動系統(tǒng)的正常工作。

以上問題需要對40T門機(jī)的旋轉(zhuǎn)制動系統(tǒng)進(jìn)行多處改造，但考慮到采用外委設(shè)計并更換整套制動系統(tǒng)的成本較高，我隊技術(shù)人員經(jīng)過討論決定自己對現(xiàn)有的40T門機(jī)旋轉(zhuǎn)制動系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，具體技術(shù)方案如下所示。

2 技術(shù)方案

2.1 制動分泵連桿鎖母防松技術(shù)方案

2.1.1 制動分泵連桿鎖母退扣分析

制動泵連桿的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，當(dāng)司機(jī)正向旋緊手輪1時，位于右側(cè)的鎖母2旋向與手輪旋向相反。整個制動分泵在二者的作用下相互壓緊，從而使制動架抱緊制動輪；但該連桿3為圓柱形通桿，在旋轉(zhuǎn)方向上缺乏約束，當(dāng)司機(jī)松開手輪時，手輪與連桿螺紋旋緊后會由于摩擦或者銹蝕等原因會出現(xiàn)連桿與手輪一起同向轉(zhuǎn)動的情況發(fā)生，該連桿旋向正好與鎖母的松扣方向相同，從而導(dǎo)致鎖母松扣，制動架打開的情況發(fā)生。

圖1 制動分泵結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.2 防松裝置設(shè)計

考慮到連桿鎖母在調(diào)節(jié)制動分泵間隙時需要重新擰緊，因此，需要采用機(jī)械式防松設(shè)計，以便于二次緊固。傳統(tǒng)的防松方式（諸如破壞螺紋副、鐵絲直接鎖住等防松方式）均不同程度地存在重復(fù)使用性差、穩(wěn)定性差、安裝拆卸不便等缺點(diǎn)；采用將連桿中間改為方軸的方式存在加工成本高，不便于后期養(yǎng)護(hù)等問題。因此，我們決定設(shè)計一種新的制動分泵連桿防轉(zhuǎn)（鎖母防松）裝置。具體設(shè)計思路如下： （1）設(shè)計并加工防松卡盤裝置，該卡盤具有伸出端面的兩個爪型凸起；同時在制動分泵與連桿連接頭處也加工出兩處對應(yīng)凹槽，凹槽與凸起形成T型卡槽式結(jié)構(gòu)，形成防止連桿軸轉(zhuǎn)動的約束。（2）在連桿一端的螺紋上銑制兩個平形的平面，并與防松卡盤的兩個平形平面構(gòu)成配合，同樣形成防止制動分泵連桿軸向轉(zhuǎn)動的約束。其實(shí)際安裝效果如圖2、3所示。

圖2 防松裝置安裝示意圖

圖3 防松裝置裝配效果圖

2.1.3 滑動墊片設(shè)計

考慮到緩解制動分泵手輪和連桿的“緊皺”問題，技術(shù)人員從消除手輪旋轉(zhuǎn)摩擦力矩的角度入手，對手輪與制動分泵接觸面的摩擦副進(jìn)行了如下分析。

圖4 力學(xué)模型

分析該摩擦副，可以建立如下力學(xué)模型（圖4）。從模型中可以看到，現(xiàn)有手輪在與分泵接觸的摩擦力矩fM是由無數(shù)個摩擦力f產(chǎn)生的力矩，則摩擦力矩可表示為：

可以通過添加銅墊片的方式改善手輪與制動分泵接觸面的摩擦系數(shù)，以達(dá)到改善摩擦力的效果。為此，技術(shù)人員設(shè)計并制造了手輪端面階梯型銅墊片。通過該階梯型墊片不僅可以改善摩擦表面系數(shù)，還可以增加制動分泵的間隙補(bǔ)償能力。

2.2 空壓機(jī)系統(tǒng)改造設(shè)計方案

2.2.1 空壓機(jī)管路改造設(shè)計方案

原有制動系統(tǒng)在司機(jī)室設(shè)有剎車腳踏，司機(jī)的腳踏動作通過空壓系統(tǒng)傳遞到剎車分泵，從而完成制動動作。但原機(jī)設(shè)計中從腳踏到空壓機(jī)這段管道采用金屬硬管連接，使用時間久后發(fā)生銹蝕不便于維修。為此，我們將該段管道換為氣壓軟管，在接頭處用對絲連接；并將對絲位置設(shè)置于司機(jī)室維修窗處，這樣不僅便于日常檢查，也方便了后期養(yǎng)護(hù)維修。

2.2.2 空壓機(jī)欠壓預(yù)警改造設(shè)計方案

在PLC控制系統(tǒng)中添加一組蜂鳴報警器和時間繼電器，將其連接入PLC空壓機(jī)信號輸入點(diǎn)，當(dāng)空壓機(jī)工作達(dá)到欠壓預(yù)設(shè)壓力點(diǎn)時直接啟動報警器，并在15秒后旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)自動停機(jī)。此過程中，操作者可及時確保門機(jī)處于安全狀態(tài)后，排查制動剎車系統(tǒng)欠壓問題。對比以往的欠壓直接斷電功能，該改進(jìn)降低了旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)突然停機(jī)產(chǎn)生的安全風(fēng)險。

具體工作原理如下所述：

改造前PLC控制電路如圖5所示，當(dāng)電接點(diǎn)壓力表欠壓接電閉合時，欠壓信號輸入PLC輸入模塊，使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)直接停機(jī)。

圖5 PLC輸入模塊

改造后PLC控制電路如圖6所示，當(dāng)欠壓電接點(diǎn)壓力表接電閉合時，蜂鳴器報警，時間繼電器接通15秒后將欠壓信號輸入至PLC空壓機(jī)壓力保護(hù)接點(diǎn)。使旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電路斷電，旋轉(zhuǎn)動作停止。

圖6 欠壓報警回路設(shè)計電路圖

3 應(yīng)用情況

（1）目前，本項目自主研發(fā)設(shè)計的制動系統(tǒng)分泵連桿鎖母防松裝置已經(jīng)完成設(shè)計并在機(jī)修班的努力下加工成功。其實(shí)際使用效果良好，通過測試，經(jīng)過200次的手輪旋松試驗后，該鎖母仍無發(fā)生松扣現(xiàn)象，效果良好。

（2）本項目自主研發(fā)設(shè)計的旋轉(zhuǎn)制動手輪階梯型銅墊片經(jīng)過加工，其投入使用后，手輪由靜摩擦向動摩擦轉(zhuǎn)換的最大摩擦力得到了明顯的降低，手輪旋轉(zhuǎn)更加靈活方面，達(dá)到了預(yù)期的目的。

（3）空壓機(jī)管路經(jīng)過改造后，對絲安裝位置在司機(jī)室維修窗處，養(yǎng)護(hù)維修時間對比改造前節(jié)約了1個小時/次。達(dá)到了預(yù)期效果。

（4）經(jīng)過改造的空壓機(jī)控制系統(tǒng)添加了欠壓預(yù)警功能，該功能投入使用后可以有效地提前預(yù)警空壓機(jī)欠壓情況，從而給司機(jī)足夠的反映時間，達(dá)到了預(yù)期要求。

4 結(jié)語

經(jīng)過本次技術(shù)改造，解決了以往困擾門機(jī)操作人員的制動延時問題。降低了門機(jī)因為制動不靈活發(fā)生磕碰事故的可能性。利用自主維修的靈活性，對門機(jī)旋轉(zhuǎn)制動系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，節(jié)約了外委維修費(fèi)用，優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。同時還提煉出一部分具有較強(qiáng)推廣作用的結(jié)構(gòu)性改造，有助于同類問題的分析和解決。

（1）設(shè)計加工了一種可以二次拆卸的制動架連桿鎖母機(jī)械防松裝置。通過在連桿端銑制平形扁平面，并加裝自主設(shè)計制造的爪型防松器；同時，在制動分泵與連桿連接段銑制槽口。通過爪型防松器與槽口相配合產(chǎn)生的力矩，徹底消除了連桿隨司機(jī)手輪轉(zhuǎn)動而導(dǎo)致鎖緊螺母松脫的現(xiàn)象。

（2）設(shè)計加工了一種改善表面摩擦狀況同時延長間隙補(bǔ)償能力的階梯型墊片裝置。在手輪與制動分泵的接觸端面上安裝該銅墊片，不僅可以起到降低手輪與制動分泵的摩擦系數(shù)、緩解摩擦的作用，還可以起到擴(kuò)大制動器的間隙補(bǔ)償能力的作用。

（3）設(shè)計了一種旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)欠壓報警系統(tǒng)，通過添加時間繼電器與鳳鳴報警器，為旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)空氣助力系統(tǒng)添加欠壓報警功能，以便于操作人員及時發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)故障，避免因突然失壓停機(jī)而發(fā)生磕碰事故。