盛余兴 浅谈起重机制动器的安全性与维护保养(电子版).doc

江苏海事职业技术学院2011届专科生毕业设计（论文）

专科毕业设计（论文）

设计题目： 浅谈起重机制动器的安全性与维护保养

系 部： 船舶与港口工程系
专 业： 机械制造及自动化
班 级： 081301
姓 名： 盛余兴 学 号：083908130138
指导教师： 金铮 职 称： 副教授

2011年 5 月 9 日

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江苏海事职业技术学院2011届专科生毕业论文设计（论文）

目 录
目 录 I
摘 要 II
Abstract III
1 引言 1
2 制动器的分类 1
2.1 制动器的原理 1
2.2 简述常用制动器 2
3 起重机制动器的安全性能 3
3.1 制动器安全性的预想改进方法 3
3.2 控制系统的要求 4
4 制动器的故障分析及维护保养 5
4.1 制动器的故障分析 5
4.2 制动器的维护和保养 6
4.3 制动器的调整 8
结 论 9
致 谢 10
参 考 文 献 11

摘 要
制动器是起重机上不可或缺的部件。在起重吊运作业中，利用它可以完成一些起重动作，如：使重物悬停在空中某一位置，或使运转着的机构降低速度，最后停止运动，同时他也是一个安全机构。制动器保证着机构的正常运作，保证着陆地上作人员的安全。各种制动器的原里和安全性能我们都要了解，以保证在发生故障的时能妥善应对。此外，平时的维护保养能大大的延长机器的寿命和减少故障发生率。

关键词：制动器；安全性能；故障分析
Abstract
The brake is a crane lifts the essential components of cranes.In crane hoisting the assignments, use it can accomplish some lifting movements, such as: make heavy in the air one position hovering, or make the agency cut speed running, finally stop exercising,meanwhile it is also a security set.The brake ensure the normal function of the organization and also ensure the safty of the peoplo in the land.We will know the original and safety performance for all All sorts of brake,to ensure that the problems can respond appropriately.in addition, some of the maintenance of the delay can greatly increase the machine's life and the failure rate.

Keywords: Brake, Safety performance, Failure analysis

I

1 引言
在有关港口作业的行业中，起重机的作用渐渐凸显出来。在起重机各个机构中，制动器是不可缺少的一个组成部分。起升机构中必须用制动器将起吊物品保持在一个固定的水平位置；运行机构与旋转机构需要制动器使其在一定时间内停下来；在露天和斜坡上运行的起重机，行走机构的制动器还有防止风力吹动或防止下滑的作用。随着集装箱的规格越来越大，船的分段越来越重，对于起重设备的制动器的要求也越来越高。各种制动装置被设计出来，运用在不同的工作环境中。
2 制动器的分类
制动器由闸架、闸瓦、横拉杆、制动片、主弹簧、顶丝和底座组成。
制动器的分类：
⑴按结构特征分为块式、带式和盘式三种
⑵按操纵方式分为手动、自动和二者兼有的方式三种
⑶按工作状态分为常闭式和常开式两种
①常闭式制动器是靠弹簧或重力的作用处于和闸状态，当机构工作时，可利用外力（如人力，电磁铁，电力磁铁电力液压或液压电磁铁等）使制动器松闸。
②常开式制动器处于长期松闸状态，只有施加外力时，才能使其合闸。
从工作安全及减轻工人的劳动强度考虑，起重机的所有机构都必须采用常闭式制动器。
2.1 制动器的原理
制动器的原理总的来说为当机构断电，停止工作时，制动器的驱动装置－推动器也同时断电（或延时断电），停止驱动（推力消除），这时制动弹簧的弹簧力通过两侧制动臂传递到制动瓦上，使制动覆面产生规定的压力，并建立规定的制动力矩，起到制动作用；当机构通电驱动时，制动器的推动器也同时通电驱动并迅速产生足够的推力推起推杆，迫使制动弹簧进一步压缩，制动臂向两侧外张，使制动瓦制动覆面脱离制动轮，消除制动覆面的压力和制动力矩，停止制动。
2.2 简述常用制动器
常用的制动器可分为长行程电磁铁制动器、短行程电磁铁制动器、液压推杆制动器、液压电磁铁制动器。
⑴长行程电磁铁双瓦块制动器
工作原理: 重锤合闸电磁铁松闸
⑵短行程电磁铁双瓦块制动器
电磁铁就装在制动杠杆上，因此，
电磁铁行程较短，通常小于5mm，故称为短行程电磁铁双瓦块式制动器。
图2-1 短行程电磁铁瓦块式制动器简图
工作原理：见图2-1，松闸时，电磁铁线圈7通电后吸引铁芯8，铁芯转动时将中心丝杠5压向左方，辅弹簧9使杠杆１、2及其上的两瓦块同时离开制动轮。合闸时，电磁铁断电，于是主弹簧3产生合闸力。利用螺母6来调节合闸力的的大小。
⑶电力液压推杆瓦块式制动器
为获得更大制动力矩，并满足工作平稳性和繁重工作条件等方面的要求，可采用电力液压推杆制动器。
工作原理：弹簧合闸电力液压推动器松闸
⑷液压电磁铁瓦块制动器
液压电磁铁瓦块制动器由闸架，液压电磁铁和硅整流器三部分组成。
原理：通过对液压电磁铁的松、合闸控制制动器的松合闸
3 起重机制动器的安全性能
安全性能主要是指主动安全（避免事故的能力）和被动安全（事故发生后对乘员的保护作用）。主动安全又称积极安全性。就行为而言，当重物要在空中停止时就需要制动器制动，这属于主动安全，但事故一般也发生在这时。
据了解，现在大多数工厂的起重机制动器，都是采用双瓦块式制动器，当需要开闸或制动时，通过电磁铁吸、放或油泵的起动、停止，将制动弹簧的弹力压紧或释放，使制动瓦离开制动轮或贴合夹在制动轮上，达到开闸或制动的要求。在发生脱档、溜钩事故时(一般这种情况都是发生在起吊大型重物时)在起重机上配备的数名负责监护的工作人员，就会用撬棍等工具加大制动瓦对制动轮的施压，从而达到紧急制动的目的，以制止事故的发生或减少事故的损坏程度。在一些事故中，桥机上负责监护的工作人员也采取了这样的措施，但没有取得相应的作用，反而却因为制动器发生崩裂，制动器碎片飞出致使监护人员伤亡的重大事故。为什么明明采取了措施而没取得相应的效果呢?
首先，负责监护工作的机械工作人员使用撬棍等工具加大制动瓦对制动盘的压力，从而加大制动效果的做法是从实际工作中衍生出的方法,没有理论依据。实际上,当起重机在起吊大型重物而又发生脱档、溜钩事故时，起动电机、传动轴会随着重物的加速下滑产生飞逸转速，传动轴上的制动轮也随之产生强大的径向振动力。此时，起重机制动器动作合闸，制动瓦会受到巨大的径向冲击力，这是设计制动器时的理论值,若再人为的加大制动瓦对制动轮的施压，制动瓦本身所受到的巨大冲击力也就会更大，从而超过这个理论值时制动瓦发生崩裂的危险性就会升高，在制动器前施压的工作人员的危险性可想而知。因此，使用撬棍等工具加大制动瓦对制动轮的施压，从而达到紧急制动目的的工作方法不可取。其次，制动器只设置在传动轴上不够完善。因为假如发生脱档而制动器却又机械性损坏的时候，就没有任何办法能减少事故的损失了。那么应如何减少起重机因为脱档而产生的事故损失呢？例如45t门坐式起重机的制动方式可以借鉴。
3.1 制动器安全性的预想改进方法
以我厂45t门座式起重机的制动方式为例，其承重极限为45t，主提升机制动形式为液压盘式制动器，包括工作制动器和安全制动器两套系统。升起机构每次需要动作时，安全制动器首先开闸，开闸到位后主提升电机出力达到一定的扭矩后工作制动器开闸，升船机开始运行；需要停机时，工作制动器配合主提升电机先合闸制动，延时6s后安全制动器合闸制动，完成运行过程。发生故障和事故时，还能按照编制的制动动作程序，安全地紧急制动停机。整个过程可靠安全，在45t吊车的安装调试及这几年的运行中得到可靠的验证。因此，如果起重机采用以下制动方式，可以达到安全可靠的效果。
⑴采用液压盘式制动器
和块式和带式制动器相比，液压盘式制动器具有制动原理简洁可靠，合闸响应快等特点。在合闸制动时，制动瓦对制动盘的作用力是轴向的而不是径向的，使制动盘承受的冲击力非常小，让制动失效概率降至最低。
⑵增加安全制动器
这里所要增加的安全制动器，是指参照45t门座式起重机的制动器设置，在卷筒部分增加制动盘并在相应合适的位置放置数组盘式制动器，使它们成为完全独立的一套安全制动系统。这样做的优点是显而易见的：
①无需监护人员的人力操作，杜绝人员被伤害的危险性；
②增强了起重机运行的安全可靠性，当起重机发生事故时能有效防止事故的扩大。通俗说就是假如起重机发生脱档、溜钩事故，即使是在起动电机、传动轴、工作制动器、减速箱都损坏的情况下，卷筒部分的安全制动器都能有效地合闸制动，制止吊钩继续下滑，防止事故进一步扩大；
③在某些需要由变速箱进行机械切换高低速档的特殊桥式起重机上，只需将安全制动器合闸制动，确保卷筒被安全制动器抱紧后，做好相应的防止安全制动器误动措施，就可以根据需要，松开工作制动器进行高速档与低速档的互换工作。
3.2 控制系统的要求
考虑到起重机起重机构需要频繁动作，并有点动的动作要求，如果安全制动器也频繁动作，就会影响到升降的动作要求，因此，控制系统的设计应满足以下工作状态的要求：
(1)正常工作状态。每次启动起重机前，起重机司机按下启动按扭，安全制动器自动开闸，开闸到位后发信号到操作台允许起重机工作。起重机工作期间，升降的制动工作由工作制动器完成，安全制动器保持常开状态。起重作业结束，工作制动器合闸制动，起重机司机检查无异后，在离开操作台前，断掉起重机电源，安全制动器合闸锁定，工作结束；
(2)起重机发生故障时的工作状态。发生故障时，起重机司机按应急制动按扭，工作制动器立即合闸制动，安全制动器延迟2～5s合闸制动，防止事故；
(3)起重机发生破坏事故时的工作状态。发生事故时，起重机司机按紧急制动按扭，起重机控制电源断开，工作制动器和安全制动器立即失电合闸制动，防止发生事故；
(4)在特殊情况下（如起重机突然系统失电），工作制动器和安全制动器也应同时进行紧急合闸制动。
或者将安全制动器设置为常开式安全制动器，平时安全制动器始终保持全开状态，起重机升降的制动工作由工作制动器完成，安全制动器作为一种保护备用。当起重机发生故障和事故或工作制动器需要检修、需要松开工作制动器进行切换高速档与低速档的时候，安全制动器才投入使用。
4 制动器的故障分析及维护保养
制动器是保证起重机安全正常工作的重要部件之一，直接影响各机构运动的准确性和可靠性，它的工作正常与否直接影响到人身和设备的安全，制动器必须经常按标准进行调整。
4.1 制动器的故障分析
故障情况
产生原因
处理方法
起重物不能停于空中
杠杆系统中活动关节被卡住
调整各活动关节，加油润滑使其转动灵活
制动轮与制动带有油污
用煤油清洗制动轮或制动带
制动带磨损过限
更换制动带
弹簧压力不足
调整弹簧压力
制动杠杆螺母松开
拧紧螺母
制动器易于脱开调整位置
调整螺母，松动螺母未拧紧
重新调整制动器后紧好螺母并将背母拧紧
制动带不能脱开制动轮
活动关节卡住
检查各活动关节加油润滑，使其转动灵活
制动带黏上带油污的制动轮
用煤油清洗制动带和制动轮
弹簧张力过大
调整弹簧使张力合适
电磁铁线圈烧坏
更换电磁铁线圈
液压电磁铁油液不够
更换合适的油液
液压推动器叶轮卡住
检查电气部分调整推动器机构
在工作时冒烟发出焦味制动带损坏过快，制动轮温度过高
制动轮与制动带间隙过小或两侧间隙不等，松闸动作不均衡导致一边未打开
调整制动器，使间隙合乎要求并保持两侧间隙相等
调整制动器杠杆系统，使闸带离开均匀
制动器跳动明显
制动器的轴线与制动轮（传动轴）的轴线不同心
在安装时应使制动器的轴线与制动轮（传动轴）的轴线一至，防止制动器工作时产生抖动。
起升机构溜钩
制动力矩变小
及时更换制动器闸架排除卡塞物
制动轮或制动瓦衬有油污，有卡塞使制动摩擦系数减小导致制动力矩减小
制动轮或制动瓦衬清洗干净，去除油污
制动器主弹簧张力较小或主弹簧螺母松动
调紧主弹簧螺母增加制动力矩
弹簧疲劳，失效
调节相应顶丝和副弹簧，使制动轮与制动轮间隙均匀

4.2 制动器的维护和保养
在作业前对制动器，应检查各活动接点连杆及销轴的灵活性，螺栓是否有松动或脱落的现象，制动片的磨损是否达到报废标准，开启闸瓦时两瓦块与制动轮表面的距离是否相等，制动轮与传动是否有松动现象发生，轴与孔的过盈量是否足够，紧固螺栓是否有松动现象，制动轮的表面是否有油污，制动轮的表面有无明显的划痕及脱落现象。铰链处有无卡滞及磨损情况，液压系统是否正常。
在作业前对制动器进行试车：
⑴试大小车及制动器：大小车制动器启动时要先点动，然后逐级加速，当控制器打到最后一档时拉回零位试大小车制动器的松紧和制动距离。
⑵试主卷及制动器：先点动一下控制器，控制器打下降逐档加速到最后一档时把制动器拉回零位，试主卷制动器是否灵活。
4.2.1 制动器的润滑
⑴制动器的各铰点应根据工况定期进行润滑工作，至少每隔一周应润滑一次，在高温环境下工作的每隔三天润滑一次，润滑时不得把润滑油沾到摩擦片或制动轮的摩擦面上。
⑵及时清除制动摩擦片与制动轮之间的尘污
4.2.2 制动器的报废标准
⑴制动衬料、制动环、制动带等刹车衬料件，当磨损量达到原厚度的50%时应报废。
⑵制动轮有裂纹破坏时，制动轮应报废。
⑶制动轮的磨损报废：起升机构和变幅机构的制动轮轮缘表面磨损量达到原轮缘厚度的40%时，制动轮应报废；运行机构的制动轮轮缘表面磨损量达到原轮缘厚度的50%时，制动轮应报废。
⑷制动器各铰节点处的销轴和销轴孔的磨损量达到原销轴直径或销孔直径尺寸的5%时，销轴和带销轴孔的零件应报废。
⑸制动器的制动力臂断裂及严重变形。
⑹制动弹簧的断裂及失效。
4.3 制动器的调整
制动器理论上的调整如表4-1
表4-1 常闭式制动器制动安全系数K
起升机构工作级别
一
二
三
四
制动安全系数K
1.5
1.75
2
2.5

制动器的调整制动器的调整标准理论上应按表所提供的制动安全系数K值进行调整，但K值之测定较为困难，实际工作中，常用下述调节方法作为标准。
制动器的调整主要包括制动力矩的调整、瓦块退距（推动器补偿行程）的调整和两侧瓦块退距均等的调整。
制动力矩的调整：利用两把扳手，一把旋转力矩调整螺母时，另外一把扳手卡在锁紧螺母上调整，以免锁紧螺母随着力矩调整螺母的调整抵到制动弹簧上使制动弹簧失去作用，闸瓦抱不紧制动轮。通过顺时针旋转力矩调整螺母时，弹簧工作长度变短，制动力矩增大，反之减小。
瓦块退距（推动器补偿行程）的调整：推动器额定行程必须工作在两条绿色线之内，如到红色线内则应对推动器的补偿行程或超过绿色线必须进行调整。到红色线内时制动器的闸瓦将制动轮抱的太松，不调整制动器起不到抱闸的作用失去了制动器的作用会照成溜钩的事故；超过绿色线则抱闸太紧，吊重物将会吃力易照成制动器冒烟发出焦味。顺时针旋转（拧进）制动拉杆或退距调整螺母，将推动器补偿行程调整到额定值，调定后将制动拉杆的防松螺母背紧。
两侧瓦块退距均等：如果出现一侧制动衬垫在制动器释放状态下有浮帖制动轮的现象，可能是均等装置的螺母松动，只有将制动器闭合，拧紧锁紧螺母即可。

结 论
通过对各种制动器结构的认识和检测维修方面的了解，可见液压盘式制动器具有制动原理简洁可靠，合闸响应快等特点。起重机各机构的使用质量和寿命，在很大程度上取决于经常而正确地维护与保养。经常检查设备润滑情况是否良好是保证起重机正常运转，延长机件寿命、提高效率及促使安全生产的重要措施。起重机修理的目的时维持起重机的再生产能力，正确地操作与维护是保证在使用过程中的安全，减少事故的发生，延长机械的使用寿命，以此来提高生产效率。未来几年液压盘式制动器将会得到快速的推广和运用，有着广阔的市场前景。

致 谢
大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持；感谢我的母校给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢老师和同学们三年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年充满了感动。 这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师金铮老师对我的关心和支持尤为重要。如果没有金铮老师的指导与督促这篇论文的完成将遥遥无期，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节老师都给予了我悉心的指导。在此谨向金老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

参 考 文 献
[1] 廖爱军 起重机制动器安全性能浅析[J]. -机械研究与应用，2010
[2] 王萍 桥式起重机事故分析及预防[J]. -企业技术开发，2009
[3] 周明衡 离合器、制动器选用手册[M].北京：化学工业出版社，2003
[4] 顾迪民 工程起重机[J]. 中国建筑工程出版社，1988
[5] GB3811-83 起重机设计规范[M].中国标准出版社，1984
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