制动器的研究与应用

张 婷北京起重运输机械设计研究院 北京 100007摘 要：分别对惯性制动器、脚踏变频变力制动器、二步叠加电力液压鼓式制动器，这三种结构形式独特、技术领先、具有市场竞争力的制动器进行了综述和评价，总结了这三种制动器的工作原理、特点与优点，希望今后能广泛的应用在各大企业的生成制造中，能为企业的生产和发展做出贡献。Abstract: The paper starts with reviewing and evaluating three kinds of brakes, i.e., inertia brake, foot-operated variablefrequency variable-force brake and two-step electro-hydraulic drum brake. The three brakes are unique in structure,leading in technology and competitive in market. In addition, their working principles, characteristics and advantages are summarized. The study is aimed at promoting the application of the three brakes, hoping that the brakes can be widely used in the production and manufacturing of enterprises and make contributions to the development of the enterprises.关键词：制动器；惯性制动器；脚踏变频变力制动器；二步叠加电力液压鼓式制动器Keywords: brake; inertia brake; foot-operated variable-frequency variable-force brake; two-step electro-hydraulic drumbrake中图分类号：U463.51 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2018）05-0118-031 惯性制动器的研究与应用传统的常闭式制动器都是利用弹簧力上闸，机构需要运行时必须借助外力源（如电磁铁的吸力、液力推杆的推力等）进行松闸。惯性制动器则是根据惯性制动技术原理这一独特的核心技术设计而成的制动产品。如图1 所示，从表面上看，惯性制动器的结构与弹簧上闸的盘片式制动器十分相似，实际上，它突破了传统制动器依靠外力源松闸的模式，集制动器、联轴器和离合器于一体，采用了端部具有可分合凹凸螺旋面的滑动式主从动顶压套的纯机械结构，不需电气或液压推力元件作制动外力源即可实现制动的闭合和释放。由于惯性制动器独特的内在结构和制动、传动功能，特别适合用于大型起重设备的防风制动装置，其优点为：1）具有二步制动功能 即在制动过程中，第一步为较小力矩的快速制动，使起重机机构平稳减速，减缓制动冲击；第二步为实施额定力矩的延时制动，延时时间可以根据设备运行的需要予以设置，最长可达30 s，因而具有较宽范围的适应性。2）对运行机构具有良好的应力释放功能和动态防风功能。大型港口起重机械在上部机构运行时，其巨大的惯性作用会通过金属结构传导致下部的支承轮系统。采用传统的常闭制动器时，各主动车轮被紧紧刹住，无法释放惯性冲击力，从而加剧起重机金属结构的疲劳损伤，并影响整机的使用寿命。当大车运行机构采用惯性制动器后，惯性制动器允许整机沿轨道方向有轻微晃动，此间起重机上部的惯性冲击力通过车轮传递到惯性制动器的从动轴端，迫使其首先消除空程，将动应力释放，随即迅速回复到制动状态。而当起重机在作业或非工作状态下遇到突发强风的袭击欲将被吹动之时，惯性制动器固有的传动特性能可靠、有效地实施制动且制动力矩不发生退化，从而确保起重机动态防风的安全性。3）对机构运行实行限速安全制动。限速安全制动在设备正常工作时处于打开状态，不参与工作。当起重机某机构因设备故障原因导致运转速度达到或超过安全临界速度时，惯性安全制动器利用其速度直接反馈控制功能，立即实行限速安全制动，以保证设备安全，防止事故发生。由于惯性制动器的上述突出优点，目前已在国内各大港口和冶金、铁路、电力、造船等其他行业得到广泛运用。图1 PD 系列底座安装式惯性制动器外形结构图2 PE 系列法兰安装式惯性制动器外形近年来，随着各类起重机产品的技术进步和发展需要，制动器产品也不断改进和完善，已形成包括PD 通用型、PM 密闭型、PE 立式安装型（见图2）等在内的惯性制动系列产品。同时，为了有效推广和集成应用惯性制动新技术，将PE 立式安装型惯性制动器与K 系列螺旋锥齿轮减速器以及交流变频电机进行集成设计并系列化生产，形成了PE 三合一惯性制动减速器系列产品（见图3、图4），为各类起重机主机厂和广大起重机用户提供更多高性能的制动器、减速器新产品。图3 PE 三合一系列惯性制动减速图4 三合一惯性制动减速器在大型港口起重机上的应用2 脚踏变频变力制动器的研究与应用随着交流变频技术的成熟与推广应用，它已逐步取代了大多数的直流调速和其他传统的交流调速技术，为各类电动机械设备特别是起重运输机械的技术发展带来了革命性的变化。在我国沿海和内河港口中，门座起重机是一种广泛应用的主力装卸设备。其中，较早期生产的门座起重机的旋转机构，其电机调速控制仍然采用传统的转子串电阻调速方式以获得良好的快启动响应，而旋转机构制动器一般都采用液压制动或是电磁制动。由于门座起重机旋转作业时惯性大，制动力矩很难控制，常造成整台门座起重机晃动厉害，对电机轴和旋转变速箱高速轴也有很大损伤。此外，液压制动油路经常会进空气或油管漏油，造成刹车失灵。如果在风大的情况下，作业司机不踩住脚踏板旋转机构则门座起重机很容易被吹动，若突然遇上断电，旋转机构难以控制，存在着一定的安全隐患。在起重机大车运行机构中，也存在类似的问题需要改进。针对上述实际存在的技术问题，将交流变频技术的优越调速控制性能植入旋转机构或运行机构制动器的技术途径，研究开发了脚踏变频变力制动技术。该技术是将变频技术直接运用到液压鼓式制动器中，液力推动器的电动机采用的是变频电机，通过脚踏控制器改变变频电机转速以改变推动器的推力，从而达到适时控制制动力矩的大小和制动时间的目的。脚踏变频变力制动器的机构如图5 图6 所示。图5 脚踏变频变力制动器的结构原理图6 YWK 脚踏变频变力制动器的产品外形其制动功能可通过脚踏控制和手动控制两种方式实现，且可自由转换。通过脚踏控制器可以适时控制制动力矩的大小和制动时间。通过手动控制可以实现持续制动，减轻驻车制动时的操作强度。同时，该制动器还具备在断电或停机状态时，由自动控制和手动控制实现自锁制动（微电机由自带蓄电池供电）的功能。备用制动功能可实现与主传动电控系统自动控制衔接的工作制动。电动式磨损自动补偿装置补偿精度高，动作准确可靠，使用寿命长。在实际应用中可以采用模块化设计，通过不同组合实现多种功能，以适应不同工况需求。该新型制动器适用于大型臂架式起重机旋转机构和大型桥式起重机的大车或小车驱动机构的减速和停车制动。由于脚踏变频变力制动器的特点和优越性，目前已在近20 个港口的500 多台门座起重机上获得成功的应用。3 二步叠加电力液压鼓式制动器的研究与应用YWZE 二步叠加电力液压鼓式制动器，是在YWZ型系列电力液压鼓式制动器的基础上，根据起重机大车运行机构起动和制动的特殊要求而研发的新型制动器，其结构原理和外形如图7、图8 所示。1. 初级制动弹簧元件 2. 叠加制动弹簧元件图7 二步叠加电力液压鼓式制动器结构原理图8 YWZE 二步叠加电力液压鼓式制动器外形该制动器配置初级和叠加双制动弹簧机构，由电气控制制动器，产生不同大小的两级制动力矩作用到制动轮上，实现二步制动或叠加制动。用户可根据使用要求，很方便地对两级制动力矩的大小进行单独调节。可在设备正常作业过程中使用较小的制动力矩实施制动，避免制动时产生大的冲击，实现平稳、无晃动减速停车。当遇突发阵风或设备停止工作需要驻车时，在原较小制动力矩上再叠加一个较大的制动力矩，共同作用到制动轮上来实现防风或驻车制动，从而解决设备作业中减速制动需小制动力矩、而停车制动或防风制动需大制动力矩的矛盾。由于YWZE 型系列二步、叠加电力液压鼓式制动器的特点和优越性，目前已广泛用于港口、冶金、矿山、建筑等行业的起重、皮带运输等机械设备。举报/反馈发表评论发表作者最新文章高定位精度的第三代核环行起重机运行系统 刚柔耦合动力学仿真01-2014:40液压挖掘机转台有限元分析与疲劳强度评估01-2014:33SPMT 液压平板车车板变形有限元计算与仿真模拟01-2014:31相关文章摩托罗拉Edge S官宣：首发高通骁龙870芯片 1月26日见李文启：你的表演观众不相信，就是失败的“钢铁侠”大幅跳空摸涨停！今年全行业有望再创历史纪录港股ETF大幅下挫港股100ETF跌超8%加快构建新发展格局 新型智慧城市建设多地落子

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