盤式制動器在安全制動系統中的應用

   時間:2014-03-11 15:01:31
盤式制動器在安全制動系統中的應用簡介
    1 引言   升船機的主提升機由完全相同的4台卷揚機和靜平衡滑輪組組成,並通過在高速減速器出軸處設置的同步軸、齒式聯軸器、換向錐齒輪箱將主提升機連成一……
盤式制動器在安全制動系統中的應用正文
  

1 引言


升船機的主提升機由完全相同的4台卷揚機和靜平衡滑輪組組成,並通過在高速減速器出軸處設置的同步軸、齒式聯軸器、換向錐齒輪箱將主提升機連成一個矩形的封閉的傳動系統。在4台直流電機的出軸聯軸器上各設置了1台工作制動器,用於配合電機控制實現主提升機的正常升降運行動作,並可在高速運行狀態下制動。而在主提升機的16個捲筒的外側支承端的制動盤上各設置了3對安全制動器。布置方式為平衡重側設置2對,承船廂側設置1對。共配備了安全制動器48對,用於實現:

 


(1)承船廂升降終止停位(由電機控制和工作制動器實現)后的附加上閘制動,即機械安全鎖定。
(2)事故狀態或非正常工況下配合工作制動器的先行上閘動作進行延時緊急制動,在減緩衝擊的情況下實現安全制動。
(3)升降起動過程中安全制動器先行松閘動作,然後對電機施加預加轉矩以及工作制動器松閘。

2 安全制動系統的構成和原理


安全制動系統是由液壓盤式制動器、液壓泵站和管路組成。根據制動能力選擇了法國SIME公司生產的SH18型制動器作為動作元件,並由SIME公司提供了一套液壓驅動裝置。
制動系統使用盤式制動器,可以在有限的設備布置空間內,儘可能多設置制動單元,使得主提升機的制動失效概率降至最小。採用對稱式管路布置,以均衡各制動器之間的動作時間,保證制動的同時性和可靠性。另外,液壓泵站採用了18 MPa的中高壓液壓驅動設計和較小的工作流量,以減少液壓系統的沿程阻力損失和局部壓力損失,減少管路內部油液撞擊。以上各個特性可以表明:升船機安全制動系統是一套常閉制動系統,較之以往的採用塊式制動器的系統具有制動原理簡潔可靠,上閘響應快,多點制動同時性好等特點。本系統主要用於以下三種工作階段中:
(1)正常的上閘制動:在電機減速至設定值的同時,工作制動器投入工作;延時2 s~5 s后,安全制動系統才投入工作,在短時間內各安全制動器必須將已靜止的捲筒可靠上閘。由於上閘時安全制動器的閘瓦處於靜摩擦狀態,閘瓦與制動盤之間無相對運動,安全制動器安裝基礎並不承受制動衝擊,間接地保護了通航建築物和主提升機設備。
(2)正常的起動松閘:當主提升機開始上升或下降運行前,需將安全制動器先行松閘,液壓站泵油以使安全制動器開始同時松閘,在6 s內各制動器完全松閘。安全制動器松閘到位后,傳動櫃開始啟動。當電樞電流逐步增加的同時,電機轉矩也在增加。此時,工作制動器松閘,確認松閘到位后,主提升機可以進行上升和下降運行動作。
(3)事故工況時的緊急上閘制動:當升船機發生①單台電機損壞;②封閉同步傳動軸系的任一根軸損壞;③任一高速減速裝置的傳動環節損壞。上述三者之一的假想事故工況時,電機減速運行,同時工作制動器立即上閘;延時1 s~3 s后,安全制動系統工作,安全制動器上閘完成緊急制動。此工況與正常上閘制動的區別在於:由於安全制動器的投入只受延時繼電器的控制,緊急制動時雖然工作制動器已先行制動,但當安全制動器延時上閘時,主提升機的運行速度不一定為零,即緊急制動時安全制動器的閘瓦可能處於動摩擦狀態。
另外,在系統設定的非正常工況下(如升降速度超速,緊急制動按鈕被按下、主提升機主供電電源斷電等),也由安全制動器系統進行緊急制動。
以上各動作的延時設置在現場整定。

3 安全制動器

3.1 主要技術參數
安全制動器的主要技術參數見表1,

表1 主要技術參數表


單位


型號   SH18-2 靜態制動摩擦力 N 160 000 動態制動摩擦力 N 180 000 閘瓦與制動盤間隙 mm 1(最大) 制動半徑 m 1.78(制動中心) 制動閘瓦材料   非石棉複合材料 制動片摩擦係數μ   ≥0.4(動靜態相同) 工作壓力 MPa 18 工作溫度 ℃ -5~+40 成組工作響應時間 s ≤0.3 補償角 (°) ≤5 重 量 kg 270(1對) 最大外形尺寸 mm 350×400×850

 

3.2 工作原理
基本原理是利用液壓作用力松閘,利用碟簧組的彈簧力進行上閘制動。當油壓力降低為零時(上閘過程),碟簧預緊產生的彈簧力通過碟簧中置推動軸以及磨損補償螺柱而作用於閘瓦上,施加的正向彈簧力使閘瓦與制動盤貼合而產生制動正壓力從而可以制約制動盤的旋轉趨勢,油缸的壓力容腔充油升壓(松閘過程),當油液壓力逐步升高至工作壓力時,與閘瓦相連的活塞受油壓作用,克服碟簧的預緊力並壓縮碟簧而產生向後位移,活塞通過中空大螺柱、碟簧中置推動軸、閘瓦磨損補償螺柱而帶動閘瓦后移,形成閘瓦與制動盤之間的間隙,從而解除了制動盤上作用的制動正壓力,捲筒及制動盤進入迴轉驅動狀態。
此制動器的主要特點有:
(1)液壓有效作用面積大,液壓系統的工作壓力設計為中高壓即可,避免了高壓系統的管道振動和雜訊。
(2)液壓油缸的活塞與閘瓦不是剛性聯接,而是通過兩道螺紋聯接傳遞軸向力,並且閘瓦固定在靴板和靴板球鉸上,閘瓦的小角度擺動產生的附加彎矩不會傳遞到液壓油缸的活塞上,從而自動糾正閘瓦在運行中產生的偏斜;制動時產生的摩擦力可以由閘瓦經靴板和碟簧座直接傳遞到制動器的安裝支架上去,不會對油缸和活塞產生損傷。在結構上,靴板設計成筒狀並與碟簧座直接配合接觸,同時碟簧座與油缸是分離的,碟簧座的載荷不會作用於油缸而使油缸產生變形。良好的結構保證活塞只受軸向力的作用,杜絕了閘瓦的載荷對活塞運動的影響,使得活塞的動作平滑快捷。
(3)閘瓦與制動盤間隙的補償調整方便,只需擰動閘瓦磨損補償螺柱即可實現,並且不會改變碟簧的初始預緊力,同時閘瓦的更換也很方便。
(4)閘瓦材料具有較高的摩擦係數和較高的許用比壓,耐磨性能好。即使在摩擦表面溫度900℃的情況下進行制動,摩擦係數也可以保持較長的一段時間不會下降,具有良好的高速高溫恆力矩能力。
(5)制動器成對對稱使用,對制動盤和捲筒不會產生附加的側向載荷。
從SH18型安全制動器的特性來看,該型制動器已經具備了良好的構造與制動能力,並且具備松閘到位指示和閘瓦磨損檢測裝置等各種檢測裝置,是一種理想的、易於布置的盤式制動器。

4 液壓控制系統

4.1 主要技術參數
液壓控制系統也稱為安全制動器液壓站,其主要技術參數如下:
電機功率:45 kW;
徑向柱塞泵流量:120 L/min;
泵最大工作壓力:22.5 MPa;
壓力可調區域:18.0 MPa~22.5 MPa;
蓄能器開啟壓力:20.0 MPa;
蓄能器容積:10 L;
手動泵容積排量:9 mL/次;
手動泵最大壓力:20.0 MPa;
電源:
動力:~380 V,50 Hz,三相,允許偏差±15%;
檢測與控制:~220 V,50 Hz,單相,允許偏差±15%;
油量:
液壓站:700 L;
管路與制動器:250 L;
液壓油正常工作溫度:3 ℃~70 ℃;
液壓站重量:1500 kg(無油狀態);
液壓站外形尺寸:1700 mm×2 000 mm×1972 mm。
4.2 系統原理


(1)主提升機工作時,液壓站的電機連續運轉,徑向柱塞泵經由125 μm的過濾器從油箱吸入液壓油產生壓力油,各控制閥的電磁鐵得電(EV1、EV2)。當電磁卸荷閥(件10)失電時,制動器回油並上閘制動,泵出的壓力油也由電磁卸荷閥直接回油箱。
(2)當電磁卸荷閥得電時,電磁卸荷閥即為安全閥,壓力調定為22.5 MPa。壓力油進入制動器並開始松閘,此時系統壓力由壓力繼電器(件18)進行調定:若系統壓力升高至最高工作壓力(20 MPa),壓力繼電器輸出信號使遙控電磁閥的電磁鐵EV2失電,相應使帶行程限位的二通插裝溢流閥(件8)的閥口開啟量增加,二通插裝溢流閥加大溢流,系統壓力逐步下降;若系統壓力降至最小工作壓力(18 MPa),壓力繼電器輸出信號使遙控電磁閥的電磁鐵EV2得電,二通插裝溢流閥的遙控口與系統壓力連通,插裝閥閥芯移向閥座,閥口開啟量減少,系統壓力逐步升高。通過壓力繼電器與二通插裝溢流閥的相互調節作用,液壓站的供油壓力始終恆定在設定的壓力範圍內,壓力範圍由壓力繼電器的數值旋鈕調定。壓力波動時間由節流閥(件15)調定。採用二通插裝溢流閥可以減小全流量溢流時產生的發熱損失,抑制系統油溫升高,同時也降低了系統對油液污染的敏感性。
(3)蓄能器(件17)用於吸收液壓站的泵出口和管路中的壓力脈動,並能滿足向制動器提供瞬間大流量的要求。在液壓站斷電或停電時,可以利用液壓站附設的手動泵向制動器提供壓力油,使制動器順利松閘。
(4)液壓站使用L-HM32或L-HV32液壓油。
(5)由於升船機的安全制動器設置較為分散,相應的連接管路也長。為了保證各制動器的上閘同時性,管路的設計遵循了對稱性和平衡性的準則。管路的總長約為400 m左右,沿程阻力損失控制在允許的範圍之內。

5 結語


下水式部分平衡垂直升船機的設計和製造,在國內都是第一次,在同一套設備中同時使用如此多的制動器在世界上也不多見。由於採用安全制動器與工作制動器配合動作,制動失效概率大為降低,同時安全制動器對機械設備的制動衝擊很小。在制動器的選型和系統布置中我們做了大量的工作,經過對製造廠的實地考察和驗收試驗,可以認為本文中所選用的制動器及液壓系統是符合升船機的特殊性能要求和布置特點的,設備性能先進,可以滿足升船機的各種使用要求,也值得今後在大型提升設備的設計中推廣使用。

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