武鋼一煉鋼加料跨220mw橋式起重機主卷揚制動系統(tǒng)的改進

武鋼一煉鋼加料跨220mw橋式起重機主卷揚制動系統(tǒng)的改進

研究了1臺180噸大型復(fù)雜傾斜機械的故障，主要針對設(shè)備兩側(cè)的180噸。通過試驗,對電動液壓推桿制動器的制動行程、制動時間及電動液壓推桿動作滯后同時進行測定和研究。為電動液壓推桿制動器在起升機構(gòu)上的運用找到了理論根據(jù),并提出了加速電動液壓推桿動作的可行性措施。起重機的工作任務(wù)是間歇及周期性的,其各個工作部位時時都處于頻繁起動、停止和制動過程中,制動器是起重機機構(gòu)中重要的組成部分,既是控制裝置,又是安全裝置。制動器的使用可以使起重機停車準(zhǔn)確可靠,同時能使重物懸掛空中,所以制動系統(tǒng)的完好,是日常安全點檢的重點。制動工作原理是通過摩擦副的摩擦產(chǎn)生制動作用。根據(jù)工作需要,或?qū)⑦\動動能轉(zhuǎn)化為摩擦熱能消耗,使機構(gòu)休止運動;通過靜止的摩擦力,來保持系統(tǒng)原有相對靜止的狀態(tài)。武鋼一煉鋼分廠加料跨現(xiàn)有180t橋式起重機兩座,其主卷揚系統(tǒng)使用的是電磁式制動器。電磁鐵制動器在一煉鋼分廠的應(yīng)用是很常見的,因為其具有制動迅速、結(jié)構(gòu)簡單的特點,但在實際生產(chǎn)中還存在著諸多問題,如噪聲大、耗電多、磁鐵線圈易燒壞,使用壽命短等,導(dǎo)致在使用過程中頻繁更換與安裝線圈,造成大量物力與人力的浪費。如出渣跨180t起重機使用的電磁鐵制動器,均勻每臺起重機每月要燒壞磁鐵線圈10多個,最高月份竟連續(xù)燒壞40多個。再如某跨間起重機使用的電磁鐵制動器,平均每年更換磁鐵線圈要耗資2～3萬元。不僅造成巨大的備件成本損耗,而且直接影響到生產(chǎn),同時電磁鐵制動器還存在著制動過猛,制動吸合時的沖擊力會直接作用在閘輪上,沖擊力很大,易使固定螺栓松動而導(dǎo)致制動失靈,可靠性差。所以從技術(shù)應(yīng)用及實際生產(chǎn)方面,一煉鋼分廠起重機的電磁鐵制動器已不能適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此,車間決定對主要起重機上主卷制動器實施技術(shù)改造,將短行程電磁鐵制動器改造為液壓推桿式制動器。原理分析1.被定鐵從磁電磁鐵制動器使用的是常閉式的設(shè)計,即不工作時,其處于抱閘制動狀態(tài),其制動力矩由抱閘產(chǎn)生的摩擦力提供;當(dāng)線圈通直流電工作時,制動器打開,線圈繞組所產(chǎn)生的電磁場使動磁鐵鐵心壓縮彈簧被定磁鐵吸附,此時閘架打開,解除制動。概括來說電磁鐵制動器主要缺點是:(1)制動器軸向結(jié)構(gòu)尺寸較大,安裝布局復(fù)雜。(2)液力偶合器軸中用來潤滑的油脂易受到環(huán)境影響,時間一長就會產(chǎn)生流失風(fēng)化,使軸承潤滑效果降低,加大軸承間的磨損。(3)用來壓縮的彈簧較多,主簧易生銹,而且與其他輔簧長度可能亦不同,造成壓盤與拉桿或隔盤與拉桿間導(dǎo)向不好,使摩擦片歪斜,較快損壞摩擦片。(4)當(dāng)制動器動靜磁鐵不能很好吸合時,所產(chǎn)生的氣隙較大,吸力減小,折損了制動效果。由于電磁制動器的上述問題得不到很好的解決,其缺陷一直困擾著使用單位。2.動器及閘架的組成結(jié)構(gòu)液壓推桿制動器因其具有平穩(wěn)制動的特點,而在工業(yè)中廣泛使用。其優(yōu)點有噪聲小、電耗小、壽命長、安全可靠、方便維護等。液壓推桿制動器分為液壓推力器和制動閘架兩大組成部分。制動閘架由制動瓦塊、主彈簧、制動臂、調(diào)整桿等組成;液壓推力器的上半部是一小型電動機,下半部為一小型離心式的液壓泵,液壓泵活塞與上部的兩推桿相連。當(dāng)電動機工作帶動下部的液壓泵,所產(chǎn)生油壓推動活塞,使推桿一起向上位移,使閘瓦動作而達到松開抱閘的目的;當(dāng)電動機斷電停止工作時,主簧的彈力使活塞推桿向下移動復(fù)位,使閘瓦抱緊閘輪。3.自動臂式制動器的優(yōu)點(1)u3000抗脈沖噪聲據(jù)相關(guān)文獻介紹,一臺直徑200mm的電磁鐵制動器,工作時的脈沖噪聲會在85dB以上;而一臺直徑400mm的液壓推桿制動器,起動時幾乎沒有噪聲,不存在噪聲干擾。(2)電磁鐵反應(yīng)器zwz3—節(jié)省電耗一個相同直徑400mm的兩制動器比較:電動機(YT1—12Z/10)使用功率為400W;而電磁鐵制動器(ZWZ3—400/400)當(dāng)線圈通電率為100%時,功耗為660W。由此可見,推桿制動器比電磁鐵制動器在能耗上減少三分之一以上,具有節(jié)能作用。(3)內(nèi)生線圈項目電磁鐵制動器的磁鐵線圈,在工作環(huán)境中易受溫度、粉塵、起動頻次以及供電等客觀因素的影響,易產(chǎn)生線圈開路或短路。對于液壓推力器里面的小型離心液壓泵,是在全密封的條件下工作的,潤滑好、油質(zhì)干凈無污染,基本可杜絕環(huán)境的影響,另外轉(zhuǎn)軸、液壓泵葉片和液壓缸等不易磨損,亦可延長其使用壽命。如精煉跨200t起重機主起升制動系統(tǒng)使用的液壓推桿制動器從2007年到目前年仍在正常工作。(4)動閘輪間隙情況液壓制動器維護方便,日常中只需檢查制動閘瓦與制動閘輪的間隙情況,間隙有了偏差可作適當(dāng)調(diào)整其制動行程。有些液壓推力器液壓泵可適當(dāng)補充L—AN32全損耗系統(tǒng)用油;制動閘瓦也可以方便迅速地更換。(5)液壓系統(tǒng)正常運行時,主卷電動從機構(gòu)設(shè)計環(huán)現(xiàn)用電磁鐵制動器的線圈為直流控制,改造后的液壓推桿式制動器使用交流控制,作業(yè)環(huán)境符合50Hz,380V的三相交流電標(biāo)準(zhǔn),這樣電氣盤控制系統(tǒng)中就可以省去穩(wěn)壓整流模塊。由于更新的液壓推桿式制動器為常閉式的,所以可以直接將主卷電動機一次接線并聯(lián)出來接液壓制動器電動機,當(dāng)主卷電動機工作時,液壓制動器電動機也得電松閘;而主卷電動機停止運行時,制動器電動機也同時斷電達到制動的效果。現(xiàn)將其運用目標(biāo)管理,步步推進,現(xiàn)備件已經(jīng)申報,設(shè)計方案已落實,待備件到位后,利用檢修時間,進行安裝調(diào)試。制動推力根據(jù)以往使用情況,液壓推桿制動器有一個很大的缺陷:當(dāng)斷電制動時,其上部運行的小電動機轉(zhuǎn)子和推桿的活塞在慣性的作用下,其轉(zhuǎn)速不能立刻地降至零,所以仍然會存在制動的推力,這樣會使抱閘產(chǎn)生一段滯后時間(不能立即抱閘),使得起吊重物在制動后仍會下滑一段距離,如果使用在起升的制動系統(tǒng)上,會發(fā)生“溜鉤”現(xiàn)象。起重機“溜鉤”是嚴(yán)重的安全隱患,必須采取措施加以改進克服。1.制動距離的影響所謂“溜鉤”就是當(dāng)起升電動機斷電后到重物完全停止所需要的時間T制,在這段時間T制內(nèi),重物在慣性的作用下繼續(xù)移動的距離s制,當(dāng)s制超過了規(guī)定的指標(biāo),即為“溜鉤”。不難發(fā)現(xiàn),距離s制的大小與機構(gòu)在制動前的瞬時速度v和制動時間T制的大小有關(guān),表示為:由式(1)可以看出,控制“溜鉤”的發(fā)生減小制動距離s制,就需要密切控制制動前的速度v與制動時間T制,本章節(jié)從制動時間T制著手改進液壓推桿制動器的“溜鉤”問題。通常情況下,制動時間T制由四部分組成,即T制=t斷+t慣+t復(fù)+t制。2.應(yīng)該采取的措施(1)電機旋轉(zhuǎn)時間表t如上文所述,液壓推桿制動器都與起升電動機并聯(lián),理論上起升電動機與制動器電動機應(yīng)同時斷電,如圖1所示。當(dāng)主卷電動機斷電,其電動機轉(zhuǎn)子在自身和負(fù)載的慣性作用下將持續(xù)轉(zhuǎn)動一段時間,這時起升電動機M相對于制動器電動機M制來看就成發(fā)電機,液壓推動器的電動機在起升電動機的作用下仍繼續(xù)得電工作,繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。通常對于普通的起升機構(gòu)異步電動機,其斷電后到其定子電壓衰減至零的過程時間可表示為T0=0.05～0.12s,據(jù)有關(guān)資料介紹t斷=(1.7～1.8)T0。針對此種情況,只需串聯(lián)一個接觸器或中間繼電器2KM,使電動機M制單獨供電后,斷電時1KM和2KM同時斷開即可消除t斷所持續(xù)的這段時間,如圖2所示。(2)兩組串聯(lián)電容器的模型改造此種情況,主要是由液壓推桿制動器自身決定。斷電后,由于制動器電動機M制自身的慣性,為減小t慣,一方面應(yīng)選用電動機轉(zhuǎn)子直徑質(zhì)量小的制動器,使其轉(zhuǎn)子慣量盡可能降到最低;另一在電路改造方面,可利用并聯(lián)電容器的方法使制動電動機產(chǎn)生反方向的轉(zhuǎn)矩,如圖3所示。圖中C為并聯(lián)在制動器電動機M制一次繞組兩端的電容組。當(dāng)通電時,電容器C充電;失電時,2KM斷開,充電的電容器便以直流電對M制一次繞組放電,這個過程相當(dāng)于M制進行電氣制動,有效地降低M制的慣性轉(zhuǎn)動,使t慣縮短。其效果與M制的自身條件和并聯(lián)電容的大小有關(guān),并聯(lián)的電容量應(yīng)與電動機容量成正比,C具體表達式為(μF):式(2)中,I制為制動器電動機的空載電流;V制為制動器電動機的電源電壓;f為制動器電動機電源的頻率。(3)壓力和接頭為了盡可能地縮短t復(fù),首先應(yīng)選用構(gòu)造設(shè)計優(yōu)良的液壓推動器,推桿所用的活塞截面應(yīng)盡量均勻。另外,可以適當(dāng)選用制動行程較小的制動器,因為活塞復(fù)位的時間隨制動行程的增加而增加。(4)抱閘前制動最后,降低制動器實際的制動時間t制,可加大制動力矩,亦可降低起吊重物制動前的瞬時速度v,對于后者降低瞬時速度V,可在抱閘前進行電氣制動,如:定子調(diào)壓制動、反向制動、能耗制動等。這些對提高制動系統(tǒng)和電動機的使用壽命都是十分有效的。3.液壓推桿制約轉(zhuǎn)子電壓綜上所述,通過對液壓推桿制動器“溜鉤”現(xiàn)象缺陷的分析,采用優(yōu)化改進后的動力接線方式,如圖4所示。該液壓制動器接線圖具有平穩(wěn)的微調(diào)功能,短時間內(nèi)的速度控制能自動調(diào)節(jié),其工作原理為:當(dāng)主卷系統(tǒng)在正常工作下由主令控制器或聯(lián)動臺操作,變換擋位時切換轉(zhuǎn)子電阻加速接觸器(JSC),調(diào)節(jié)主卷電動機的二次電壓與速度,給液壓推桿制動器電動機供電的接觸器3KM可以達到降低t斷的效果;當(dāng)主卷點動升降時,液壓推桿由主卷電動機的轉(zhuǎn)子回路通過4KM供電,機構(gòu)改用上升、下降兩個按鈕操作,中途不切換電阻,方向接觸器1KM與2KM互鎖,3KM與4KM互鎖,這時如果主卷電動機的速度快,轉(zhuǎn)子二次電壓低,推桿會在電動機M制欠壓的情況下,使主卷系統(tǒng)處于一個半制動的狀態(tài);當(dāng)主電動機斷電,運行速度降低時,主卷電動機M主的二次轉(zhuǎn)子電壓升高,M制的電壓也隨之上升,推桿隨之上升。這種半制動狀態(tài)的起升機構(gòu)速度變化范圍小,運行平穩(wěn),因而具有良好的微動性能。經(jīng)濟效益分析液壓推桿式制動器主要在一煉鋼加料跨180t橋式起重機主卷系統(tǒng)上安裝使用,共改造完成調(diào)試運行兩臺橋式起重機。從實施效果上看,制動平穩(wěn),推力恒定,無噪聲,結(jié)構(gòu)緊湊,維護方便,安全可靠,能耗降低。制動器改造后,減少了維修工作量,降低了維修費用的投入,具有以下的經(jīng)濟效益。從備件消耗的角度上,加料跨1#180t橋式起重機主卷電磁鐵制動器全年可減少使用十余個,加上取消與制動線圈相配套的穩(wěn)壓整流元件,如接觸器、繼電器等,以及更換調(diào)整電磁鐵制動器線圈所用人工成本,共計可降低備件消耗與維護共計十余萬元;從能耗的角度上,如一煉鋼加料跨1#180t橋式起重機24h連續(xù)運行,電磁制動器線圈及相配套的穩(wěn)壓整流系統(tǒng)等大大超過電動液壓推桿制動器的總耗電量;從安全生產(chǎn)的角度上,制動器屬于安全裝置,當(dāng)制動器發(fā)生故障時往往會對主卷系統(tǒng)其他部件,特別是電動機造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。不利于鋼廠的穩(wěn)定安全生產(chǎn)。綜上所述,倘若將電動液壓推桿制動器推廣使用到橋式起重機設(shè)備的其他位置的制動系統(tǒng)上,如副卷、大小車橫行等,其帶來的經(jīng)濟效益將是非常可觀的。橋式起重機在城市公路運輸系統(tǒng)的應(yīng)用更符合使用需要為貫徹“少花錢,多創(chuàng)效”的公司設(shè)備管理精