門座起重機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)液壓制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化的探討

魏進(jìn)軍　云雪峰

摘 要：文章以門座起重機(jī)的繞線式電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)及液壓制動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)形式為研究對(duì)象，對(duì)于設(shè)備使用過程中出現(xiàn)的回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)過載、聯(lián)軸器發(fā)熱等故障進(jìn)行探討，分析故障的危害，并提出改進(jìn)方案，以確保設(shè)備的正常作業(yè)。

關(guān)鍵詞：門座起重機(jī)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；液壓制動(dòng)；繞線式電動(dòng)機(jī)；連鎖保護(hù)

1 概述

門座起重機(jī)是港口貨物裝卸、船舶施工安裝、大型水電站建壩工程中被廣泛使用的重要設(shè)備。其中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀況直接關(guān)系裝卸速度和整機(jī)性能，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)系統(tǒng)大致分為變頻變力制動(dòng)和液壓制動(dòng)兩種，后者較前者優(yōu)勢(shì)在于制動(dòng)平穩(wěn)沖擊小、成本低廉等，在業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可且有著廣泛的應(yīng)用。文章僅對(duì)液壓制動(dòng)形式的優(yōu)化改進(jìn)進(jìn)行探討。

2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成

回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由回轉(zhuǎn)支承裝置和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置組成。支承裝置為門座起重機(jī)上回轉(zhuǎn)部分提供穩(wěn)固的支承，同時(shí)將上回轉(zhuǎn)部分的壓力傳遞給門架。驅(qū)動(dòng)裝置用來驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)部分相對(duì)于門架實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)。制動(dòng)時(shí)通過踩踏司機(jī)室內(nèi)制動(dòng)踏板將制動(dòng)液壓力通過液壓管路傳遞給制動(dòng)器，制動(dòng)器對(duì)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行制動(dòng)（圖1）。

3 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

通過聯(lián)動(dòng)臺(tái)上的主令開關(guān)將回轉(zhuǎn)啟停及調(diào)速信號(hào)傳遞給PLC，PLC通過切換主回路正反轉(zhuǎn)接觸器和轉(zhuǎn)子切電阻接觸器對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制；轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，電動(dòng)機(jī)能夠提供的最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，保證了回轉(zhuǎn)電機(jī)具備可靠的過載能力，同時(shí)亦能保證電動(dòng)機(jī)能夠低速啟動(dòng)（圖2）。整套電氣系統(tǒng)配備過流、過載等保護(hù)器件。

4 回轉(zhuǎn)工況研究

起動(dòng)及運(yùn)行：回轉(zhuǎn)制動(dòng)器打開，轉(zhuǎn)子回路串接電阻起動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)子中串入外接電阻可增大電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst，從而保證了電動(dòng)機(jī)的大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)特性。運(yùn)行中，通過逐級(jí)減少轉(zhuǎn)子電阻值，增大回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。

制動(dòng)：制動(dòng)時(shí)回轉(zhuǎn)主令手柄歸零，回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)斷電，司機(jī)踩踏制動(dòng)踏板，制動(dòng)液壓油帶動(dòng)制動(dòng)器閉合進(jìn)行制動(dòng)。

門座起重機(jī)實(shí)際操作中，基于裝卸現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜多變和司機(jī)操作水平參差不齊等諸多因素，起動(dòng)時(shí)，很難保證制動(dòng)器釋放動(dòng)作超前于回轉(zhuǎn)主令手柄啟動(dòng)動(dòng)作；同理，制動(dòng)時(shí)也很難保證回轉(zhuǎn)主令手柄歸零動(dòng)作超前于制動(dòng)器閉合動(dòng)作。如果制動(dòng)器閉合，回轉(zhuǎn)電機(jī)仍處于通電狀態(tài)，電機(jī)承載轉(zhuǎn)矩為門機(jī)上回轉(zhuǎn)常規(guī)轉(zhuǎn)矩及制動(dòng)器附加轉(zhuǎn)矩之和，電機(jī)、聯(lián)軸器、制動(dòng)器等處于過載運(yùn)行狀態(tài)。

5 上述誤操作造成的不利影響

（1）回轉(zhuǎn)電機(jī)過載起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)間增加，如超過設(shè)定時(shí)間（D-Time），會(huì)引起保護(hù)繼電器動(dòng)作，使回轉(zhuǎn)電機(jī)斷電，嚴(yán)重時(shí)直接引起電機(jī)堵轉(zhuǎn)，影響裝卸效率；回轉(zhuǎn)電機(jī)過載運(yùn)行中，處于大電流工作，如超過設(shè)定時(shí)間（O-Time），會(huì)引起過熱繼電器動(dòng)作，使回轉(zhuǎn)電機(jī)斷電，同樣影響裝卸效率（圖3）；同時(shí)回轉(zhuǎn)電機(jī)長(zhǎng)期處于過載工況，會(huì)引起電機(jī)過熱，造成繞組絕緣降低，最終造成電機(jī)燒毀；控制元件和線路長(zhǎng)時(shí)間過載運(yùn)行，會(huì)引起接觸器和斷路器的觸點(diǎn)發(fā)熱，壽命減少，嚴(yán)重時(shí)造成觸點(diǎn)燒壞；造成電機(jī)軸承發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)軸承磨損，會(huì)加大電機(jī)振動(dòng)，降低電機(jī)使用性能和壽命。

（2）回轉(zhuǎn)聯(lián)軸器采用摩擦片式極限力矩聯(lián)軸器，電動(dòng)機(jī)輸出軸通過彈性柱銷與聯(lián)軸器聯(lián)接。當(dāng)過載超過摩擦片所能提供的最大力矩時(shí)，摩擦片間相互摩擦卸力并產(chǎn)生熱量，整個(gè)聯(lián)軸器短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的溫升，因?yàn)閺椥灾N為膠性材質(zhì)，長(zhǎng)期過熱必然加劇彈性柱銷的磨損并降低其使用壽命，過載發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)甚至直接引起彈性柱銷熔化，需消耗人力物力對(duì)柱銷進(jìn)行更換。

（3）制動(dòng)器于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行制動(dòng)，加劇制動(dòng)盤的磨損，降低回轉(zhuǎn)制動(dòng)的安全性能，縮短了制動(dòng)盤的更換周期。

6 液壓制動(dòng)改進(jìn)探討

綜上所述，故障原因?yàn)榛剞D(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行與回轉(zhuǎn)制動(dòng)同時(shí)誤動(dòng)作，缺少必要的電氣連鎖保護(hù)。改進(jìn)方案如下，選用重型結(jié)構(gòu)（金屬外殼、金屬擺桿）的擺桿式機(jī)械限位開關(guān)，安裝于制動(dòng)踏板下，踏板非制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，依靠踏板的回位彈簧拉力觸發(fā)限位動(dòng)作；機(jī)械限位常閉觸點(diǎn)引入PLC，在PLC程序內(nèi)部與回轉(zhuǎn)電機(jī)啟停信號(hào)形成電氣聯(lián)鎖保護(hù)；制動(dòng)時(shí)，腳踏踩下，機(jī)械限位歸位，限位內(nèi)部觸點(diǎn)動(dòng)作將制動(dòng)器動(dòng)作信號(hào)傳遞給PLC（圖4）。

引入連鎖保護(hù)，起動(dòng)時(shí)，當(dāng)腳踏動(dòng)作回轉(zhuǎn)制動(dòng)時(shí)，即使扳動(dòng)回轉(zhuǎn)手柄，回轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)也不會(huì)啟動(dòng)。制動(dòng)時(shí)，腳踏動(dòng)作，回轉(zhuǎn)電機(jī)自動(dòng)斷電保護(hù)。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過上述技術(shù)改進(jìn)，門座起重機(jī)在裝卸使用過程中，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在保證正常裝卸效率的前提下，啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)平穩(wěn)無沖擊，再無過流、堵轉(zhuǎn)情況發(fā)生，降低了極限力矩聯(lián)軸器的工作溫度，延長(zhǎng)了制動(dòng)鼓的使用周期，提高了整機(jī)的工作效率。

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