直流行車起升串聯(lián)型制動器線圈失效分析

摘 要：梅鋼一煉鋼廠6#行車采用串聯(lián)直流制動器系列制動器，但其工作環(huán)境惡劣，制動線圈易產(chǎn)生晃動摩擦與擠壓，工作頻繁，導致6#行車起升串聯(lián)型直流制動器線圈頻繁故障甚至燒毀。基于此，提出了增加制動器線圈導線的截面積，并采用耐高溫環(huán)氧樹脂澆注固定等措施進行改進。改進后制動器線圈的現(xiàn)場測試表明，該措施效果明顯，解決了6#行車系統(tǒng)制動器線圈燒損嚴重及性能不匹配的問題。

關(guān)鍵詞：制動器線圈;擠壓;截面積;線圈匝數(shù)

0 ? ?引言

梅鋼一煉鋼廠加料跨220/35 t行車（即6#行車）是煉鋼廠加料跨主作業(yè)線重點直流行車設備，該行車主要負責煉鋼廠兩座轉(zhuǎn)爐鐵水的吊運工作。如果行車吊運的鐵水供應不足，將會使得煉鋼廠生產(chǎn)線降速，嚴重情況下甚至導致生產(chǎn)線斷澆。因此，6#行車的穩(wěn)定與否，將直接影響到煉鋼廠主線生產(chǎn)能否順利進行。而制動器又是該行車設備的重要組成部分，一旦制動器失靈，后果將不堪設想[1]。

該行車主卷制動器在國產(chǎn)化轉(zhuǎn)換的過程中，采用原焦作制動器廠生產(chǎn)的MWT-762/9C3型串聯(lián)直流制動器系列制動器來代替進口制動器，該制動器在機械性能方面基本能滿足現(xiàn)場需要。但由于制動器線圈部分在制造工藝以及相關(guān)技術(shù)參數(shù)方面與該行車主卷主回路電氣控制系統(tǒng)（PQZ-2602直流起升屏控制系統(tǒng)）不匹配，使得制動器線圈頻繁燒損，以及多次出現(xiàn)制動器不能可靠打開等現(xiàn)象，這些問題不僅會導致維修成本居高不下，而且還會給安全生產(chǎn)帶來較大隱患。

1 ? ?原因分析

為解決6#行車制動器線圈頻繁燒損問題，梅鋼與制動器廠家對6#行車主卷制動器線圈控制系統(tǒng)的運行特性、環(huán)境、溫度、負載情況以及該系列線圈的制造工藝、技術(shù)參數(shù)等進行了全面的分析與研究，最終得出目前該系列制動器線圈主要存在如下兩方面不足：

（1）線圈的晃動摩擦與擠壓導致線圈出線側(cè)頻繁燒損;

（2）制動器線圈發(fā)熱嚴重導致線圈燒損。

相關(guān)原理分析如下：

1.1 ? ?線圈的晃動摩擦與擠壓導致線圈出線側(cè)頻繁燒損

經(jīng)過對多個燒損線圈的解剖分析，發(fā)現(xiàn)近80%的燒損線圈均因線圈引出線側(cè)絕緣損傷而導致線圈接地燒損。究其根源為原有線圈與銜鐵及鐵芯部分采用分離安裝，如圖1所示。當制動器銜鐵部分反復動作時，鐵芯固定螺栓易松弛，且由于安裝結(jié)構(gòu)原因又難以進行及時有效的緊固和防松，再加上電磁力的作用使得構(gòu)件之間的擠壓更易產(chǎn)生間隙，導電粉塵更易進入，導致線圈在長期使用過程中，與鐵芯及銜鐵外殼產(chǎn)生晃動摩擦與擠壓，從而使絕緣相對比較薄弱的線圈引出線側(cè)絕緣頻繁燒損及燒損側(cè)對地放電、發(fā)熱，致使線圈燒損。

1.2 ? ?制動器線圈發(fā)熱嚴重導致線圈燒損

對6#行車的主卷電機、電機控制屏以及配套的MWT制動器與制動器線圈的相關(guān)技術(shù)參數(shù)進行計算分析（圖2）。6#行車主卷電機銘牌上JC%=100%時數(shù)據(jù)為：Pe=200 kW，Ie=975 A。而根據(jù)原焦作制動器廠MWT系列制動器配套使用說明書，該行車制動器線圈數(shù)據(jù)為：Ie制動器=1 050 A（JC%=25%時）。

根據(jù)《起重機設計手冊》，串聯(lián)線圈型直流制動器需根據(jù)工作機構(gòu)、工作制和電機負載電流3個因素來選擇其串聯(lián)線圈的規(guī)格。在MWT系列制動器樣本中列出的直流串聯(lián)線圈的不同JC%值下的電流值是指在不同接電持續(xù)率下的線圈的最大允許發(fā)熱電流，因此在選擇線圈時，電機在相應的接電持續(xù)率下的電機負載電流的均方根值（即熱值電流）不應超過線圈的額定發(fā)熱電流[2-3]。依據(jù)均方根電流計算公式：

由此可知，電機工作在JC%=60%時，電機額定工作電流為：Ie電機=1 250 A，而Ie制動器=1 050×（25/60）1/2≈678 A，Ie電機>Ie制動器。因此，如果按電機相關(guān)配套參數(shù)選用，制動器熱值電流選擇標準偏低，即當JC%為60%時制動器線圈不符合要求，線圈必將發(fā)熱嚴重。

2 ? ?處理對策

綜合上述分析，MWT系列串聯(lián)型線圈的針對性改進方案如下：

2.1 ? ?針對線圈的晃動摩擦與擠壓

將線圈制動器與鐵芯及銜鐵之間利用一種耐高溫、散熱性能較好的環(huán)氧樹脂進行整體澆注，有效避免線圈與鐵芯及銜鐵的相對運動。另外，在線圈引出線側(cè)拐彎處采取雙層絕緣層及加環(huán)氧板等絕緣加強保護措施。

2.2 ? ?針對制動器線圈發(fā)熱嚴重

由1.2分析可知，要減少制動線圈的發(fā)熱，就要增加線圈導線的截面積。另外，考慮到未來生產(chǎn)節(jié)奏的加快，線圈選用時需留有一定的余量，因此將主卷制動器電氣參數(shù)選定為：JC%=40%時，Ie制動器=1 250 A。

設用于電流為I1和JC1%工作制下的線圈數(shù)據(jù)為：導線截面積為a1×b1，匝數(shù)為N1，20 ℃時線圈阻值為R1。

需重新計算的線圈在同樣工作制下，電流為I2時的數(shù)據(jù)：導線截面積為a2×b2，匝數(shù)為N2，20 ℃時線圈阻值為R2。

根據(jù)單位面積的載流量不變（即電流密度不變）的原則有：

由原制動器線圈的參數(shù)可知：JC%=40%時，I1=1 050×（25/40）1/2≈830 A，a1=4.5 mm，b1=70 mm，N1=19匝，I2=1 250 A，代入式（2）得：a2×b2=I2（a1×b1）/I1=1 250×（4.5×70）/830≈474.4 mm2。

根據(jù)線圈實際安裝尺寸，選擇b2=85 mm，則a2=5.58 mm。因此，根據(jù)導線牌號線圈可選擇相關(guān)截面積相當（如4根1.4 mm×85 mm）的H級絕緣的雙玻璃絲扁銅線繞制而成。如保持線圈匝數(shù)不變，導線截面積增加至3×（1.4 mm×85 mm），則可計算出改進后的線圈的最小厚度B2=（4×1.4+0.25）×19=111.15 mm。實際MWT-762/9C3線圈銜鐵至鐵芯內(nèi)部的厚度為120 mm，111.15 mm<120 mm，故該線圈符合安裝要求。

綜上可得，適當增加制動器線圈導線的截面積，使制動器線圈額定工作電流增加至1 250 A，工作制由原來的S3-25%修改為S3-40%（一個工作周期按10 min計算）。

3 ? ?改進后的效果

將上述處理對策運用到6#行車的制動線圈中，經(jīng)長期運行，收到了很好的效果。與其他未進行改進的行車相比，此類因線圈造成的行車制動故障率明顯降低。改進前，6#行車平均每年要發(fā)生2～3次制動線圈故障或燒毀故障，并伴隨生產(chǎn)節(jié)奏中斷;而改造后，通過半年多的現(xiàn)場測試，印證了文中的分析結(jié)論，效果相當明顯。運行近兩年來，6#行車再沒出現(xiàn)制動線圈故障或燒毀故障，證明了該處理對策是合理可行的。

4 ? ?結(jié)語

本文所提出的改進方案，經(jīng)過半年多的現(xiàn)場測試和近兩年的運行驗證，效果明顯，可靠地解決了梅鋼一煉鋼廠6#行車系統(tǒng)MWT-762/9C3串聯(lián)型制動器線圈燒損嚴重及性能不匹配的問題，大大提高了制動器線圈的使用壽命，確保了煉鋼廠行車設備安全、穩(wěn)定運行，同時也為國內(nèi)同行業(yè)相關(guān)直流行車系統(tǒng)制動器線圈的選型及配套設計提供了一定的依據(jù)。

[參考文獻]

[1] 強莉.淺談制動器失效的原因[J].農(nóng)機使用與維修，2010（4）：105.

[2] 潘超.電梯制動器失效原因分析和改進建議[J].商品與質(zhì)量，2019（7）：151.

[3] KORYTOV M S，SHCHERBAKOV V S，TITENKO V V.Compara-

tive analysis of methods of cargo vibration damping moved by overhead crane[J].Journal of Physics：Conference Series，2018，1050：1-10.

收稿日期：2020-12-03

作者簡介：陳禮明（1977—），男，江蘇南京人，碩士研究生，工程師，研究方向：冶金電氣設備及自動化。