桥式起重机大车制动系统分析

杨亚林/YANG Ya-lin

（上海交通大学，上海 200210）

桥式起重机在物料搬运中必不可少，属于特种设备，对于安全性方面考核尤为重要。某厂近期在安装调试桥式起重机时发现其在制动时大车滑行距离太小，导致起吊的重物出现剧烈摆动的现象，起吊重物突然大幅度向前摆起，可能导致物料失衡倾倒，另外也存在潜在的人员事故风险。为了解决这一问题，本文创建了桥式起重机大车电机制动的制动模型，给出了制动器校正的方法，通过具体的算例分析,对于一般的行走机构制动方面的问题具有参考作用。

1 大车制动模型的建立

在桥式起重机制动的过程中由于切断了电能供应，所以能量转化过程实际上是起重机构的系统动能全部转化为摩擦功。摩擦包括了导轨与滑轮的滑动摩擦和制动器装置的制动摩擦。在制动过程中，大车做匀减速行驶。

在一般性的要求里，桥式起重机大车以常速运行时，断电后大车的制动滑行距离范围不超过v2/5000

式中v——起重机系统制动前初始运行速度，m/s；

aSys——起重机系统制动时匀减速运动的加速度，m/s2。

滑动摩擦主要有轮子转动阻力，轴承摩擦，轨道与轮子位置偏移引起的摩擦力。风阻和其他一些力如需计入，也应单独列出。滑动摩擦力大致可以用下式表示

式中fg——轮子转动阻力系数，N/t,见表1；

W——起重机和载荷总重量，kg；

Mzc——轴承的摩擦力矩，Nm，见表1；

d——大车机构轮子外径，m；

μ——铸铁在钢轨上滑行，大约取为0.12～0.15；

g——重力加速度，取9.81m/s2；

表1 常用转动阻力系数和轴承摩擦力矩表

α——轨道不平行度，一般取0.5‰。

制动器的制动施加于系统的摩擦力为

式中m——电机数量；

MBr——电机制动器力矩；

n——电机转速，r/min;

v——大车机构行进速度，m/min;

η——机构传动效率，一般为0.90～0.95。

则制动时起重机系统的加速度为

式中mMot——电机转动惯量折算出的重量，kg。

在制动时，电机转动惯量折算的公式如下

式中JMot——电机转动惯量，kgm2。

2 制动器校正

以上建立了起重机大车制动的力学模型。为了判断所选的制动器是否能使用，我们还需要对制动器校正制动功。

一般地，从摩擦盘的正常使用和寿命考虑，制动器在每一次制动时不得超过要求的制动功。

起重机及其载荷折算到电机轴端的惯量为

则系统总转动惯量为

系统的阻力矩为

则每次制动时摩擦功为

式中Ω——电机额定运行时的角速度，rad/s。

3 计算实例

已知起重机带载总重量为32000kg，大车行进速度为40m/min，轮子外径是0.2m，起重机大车行走机构使用了4台电机，电机转速为2800r/min,电机的制动器型号为A03,力矩为4.0Nm，则滑动摩擦力为

制动器的制动力为

电机转动惯量为0.031kgm2，则电机折算的重量为

起重机系统在制动时的加速度为

则制动后起重机总滑行距离为

在求出滑行距离后，还需要对选定的制动功校正，过程如下。

将起重机及载荷折算为电机轴伸端的转动惯量为

系统总转动惯量为

系统折算的阻力矩为

在制动器在一次制动时产生的摩擦功为

为简化计算，取制动器平均分配制动功。每个制动器在制动时大约产生摩擦功

图1是制动器的制动功与动作频率曲线，从图中我们查到A03型制动器在每次制动功为850J时，制动频率可以达到560c/h，完全满足使用要求的360c/h。

4 小 结

本文通过合理地建立起重机大车的制动物理模型，对一个起重机实例进行了计算，得到起重机大车的制动距离。并对制动过程中制动器进行了校核，为类似制动器的选择提供了依据。