贵州省乌江思林升船机制动系统

2016-11-15许坤洋贵州省乌江航道通航管理局

珠江水运 2016年20期

关键词：升船机卷筒乌江

◎ 墙　红　许坤洋　贵州省乌江航道（通航）管理局

贵州省乌江思林升船机制动系统

◎ 墙红许坤洋贵州省乌江航道（通航）管理局

贵州省乌江思林水电站通航建筑物为钢丝绳卷扬全平衡垂直升船机，为贵州省内在建的第一个升船机项目。本文主要对贵州省乌江思林升船机的制动系统进行了介绍。

可控安全平衡重盘式制动器液压系统

1.概述

贵州省乌江思林升船机是贵州省内在建的第一座大型升船机项目，采用的是钢丝绳卷扬全平衡型式，具备可适应较高的水头、船只过坝时间短、运行经济、设备安装制造难度小、机电和金属结构工程量小、电气线路短、基本不耗水、安全系数高等特点。

钢丝绳卷扬全平衡式升船机的制动系统是该类型升船机的重要设备，系统的运行性能对升船机安全可靠的运行有极其重要的影响，对制动系统的合理选型、工作可靠性研究、设备定性都是一个非常严谨的技术问题。

2.制动系统的工作特性

贵州省乌江思林升船机的承船厢通过若干钢丝绳悬吊，重量有平衡重完全平衡，主提升机只需克服摩擦力和转矩即可带动承船厢升降运行。思林升船机的提升速度和下降速度均为12m/min，加速度为0.01m/s2，紧急制动减速度为0.04m/s2，额定提升力为2060KN，承船厢额定误载水深≤±15cm。

贵州省乌江思林升船机主提升系统卷筒上布置有8×5组制动器，高速电机与高速减速器之间的联轴器上设置4×1组制动器，可控安全卷筒上布置了8×7组制动器。制动系统包括盘式制动器、液压泵站以及相关的检测感应器、电气控制设备。

主提升系统驱动承船厢以0.01m/s2的加速度从0加速到0.02m/s后匀速上升或下降，到达经过计算后的位置高程时，以0.01m/s2的减速度逐渐减速到指定位置，对接锁定装置锁定，以确保承船厢厢内的水面高程和过坝渠道或者下游引航道的水面高程基本一致。当升船机在运行过程中发生故障，比如过载、系统掉电等事故工况时，主机需要紧急停机，升船机的紧急停机机制由驻车制动系统实施，安全制动器辅助实施，对接锁定装置兼作沿程安全锁定，保障承船厢设备以及所载船舶的安全。

3.制动器的性能要求

现在常用的制动器有鼓式制动器和盘式制动器，而大型的提升起重设备基本都采用盘式制动器，盘式制动器的工作原理都是碟形弹簧上闸，液压动力松闸，液压动力由中心液压泵站产生，但是由于结构的差异，制造工艺的不同，从而导致性能的差异。根据升船机的运行特点和使用条件，贵州省乌江思林升船机采用了吉凯恩集团的STROMAG-SIME制动器，其主要特点有：碟形弹簧上闸，制动力矩较大；构件少，制动安全可靠，维护方便；设计精巧，结构紧凑，安装简单，调试方便；制动头具有角相调节功能，能保证摩擦块完全接触制动盘，磨损均匀，制动力矩恒定，对安装精度要求不高；不含石棉之等特种材质摩擦片，制动平稳可靠；采用性能优异的碟形弹簧，制动次数大于200000次；具有松闸显示开关，操作便捷、性能安全可靠；制动钳与制动盘之间的间隙可独立调节，制动时相应时间快，小于0.3s；

工作环境温度在-20℃～+80℃之间，适应河道上温差变幅大的情况。3.1制动器

（1）工作制动器

工作制动器布置在主提升高速电机与高速减速器之间的联轴器上，其主要作用是在电气制动失效的情况下将主机紧急制动。为保证制动器在各种运行工况下均有稳定的摩擦力，制动力应大于高速轴的静扭矩，即每套工作制动器的制动力不能小于2倍的电动机额定扭矩。

（2）安全制动器

安全制动器的主要作用是有效把持住整个系统因承船厢漏水和水漫船厢、船厢倾斜等事故工况产生的承船厢不平衡载荷。当事故工况发生时，主提升卷筒所承受的最大不平衡载荷低于转矩平衡重的重量，且安全制动器的有效制动能力受转矩平衡重的控制。因此，加大安全制动器的有效制动能力，就可以有效提高升船机的安全可靠性。故在满足主机设备布置的条件下，应尽可能加大转矩平衡重的比例。在贵州省乌江思林升船机项目设计中，率先采用了在每一组主提升的两侧增设一组可控安全卷筒，同时在每个可控安全卷筒上布置了7组可控安全制动器，可控安全卷筒的平衡重块为1400t，这样不仅增加了转矩平衡重的比例，而且增强了制动效果，当事故工况发生时，可更大程度的保证承船厢上设备及人员的安全。安全制动器分为可控安全制动器和驻车制动器，在每个主提升卷筒上布置有5组驻车制动器，在正常工况和故障工况下，二者的主要作用都是保证主机的机械传动系统在停机后不受外来载荷的作用力，避免传动设备因过载而损坏。

（3）对接锁定装置

将升船机承船厢上的对接锁定装置兼作沿程安全锁定，是我国在升船机领域上的独创设计技术。为确保钢丝绳卷扬垂直升船机在通航水位变幅大时的运行要求及承船厢在升降过程中准确、可靠的锁定相应位置，对接锁定装置起着至关重要的作用。

贵州省乌江思林升船机对接锁定装置的安全锁定方式为摩擦夹紧式，在承船厢升降过程中，可实现无级锁定。其原理为利用液压缸压紧摩擦块与轨道之间产生的摩擦力，将承船厢锁定在竖直轨道上。当故障工况发生时，对接锁定装置受中央电气控制系统的指令，锁定竖直轨道，给承船厢提供一定的静摩擦力，使承船厢能稳定停靠。为更大的提高制动系统的安全可靠性，防止承船厢倾斜，对接锁定装置布置在承船厢的四个角上，沿承船厢中心轴线对称。

3.2关键技术

在制动系统中，各制动器均需通过液压缸驱动，故对液压控制技术有着同步、保压、调速、超载保护、顺序动作、比例卸载等有着不同的要求。

在制动系统中，主要采用的技术有∶

（1）因系统对制动器上闸、松闸的一致性要求比较高，故所有的制动器由一台中心泵站提供压力控制，且工作制动器、驻车制动器和安全制动器三者的控制阀彼此独立。

（2）为提高系统的安全可靠性，油泵电机采用双备份机制，主要的换向阀冗余配置，并要求换向阀带阀芯位置具备反馈功能。

（3）当发生故障工况时，平衡系统的惯性力是制动系统必须克服的作用力。因此，为防止故障工况时，力矩对主提升电机产生过载，造成主提升电机的损害，可控安全制动器和驻车制动器分级上闸，工作制动器调压上闸。

（4）由于升船机要求制动响应时间短，故系统采用了大容量储能器，并配置了冗余机构。

（5）工作制动器需要在其控制回路上设置压力比例阀，并给定预先设置好的压力曲线，按照此曲线调压上闸。

（6）工作制动器是通过中心液压泵站统一提供液压动力，故从中心泵站到各组工作制动器的管路距离需一致，以确保各组工作制动器的液体压力一致。

（7）对接锁定装置的主要技术要点为液压缸的可靠保压和匀速泄压。