40T门机旋转制动系统结构优化改进探讨

张宇

（秦皇岛港股份有限公司杂货港务分公司，河北 秦皇岛 066000）

1 前言

在实际使用中，操作人员反映这样一种现象：当40T门机使用一段时间后，会出现制动不灵活的情况；通过观察发现制动片在未过多磨损的情况下出现了制动片与制动轮间隙变小的情况；通过调整制动间隙，可以恢复制动灵活性，但使用一段时间后会再次发生制动延时变长的情况。

针对这种情况，技术组经过观察和拆解相关机构发现是40T门机的旋转制动系统出现了问题，主要问题情况有以下几点：（1）制动架连杆锁母与制动器手轮分别为左旋和右旋，在司机拧紧手轮时，可以自动产生收紧力，以达到在静态下抱紧制动轮的目的；但当司机旋松手轮时，制动架连杆会与手轮一起转动，该转动方向正好与锁母的松扣方向相同，进而出现锁母松扣，增大制动架间隙的现象发生。（2）空压系统在冬季会出现系统欠压等情况，从而影响制动系统的正常工作。

以上问题需要对40T门机的旋转制动系统进行多处改造，但考虑到采用外委设计并更换整套制动系统的成本较高，我队技术人员经过讨论决定自己对现有的40T门机旋转制动系统进行升级改造，具体技术方案如下所示。

2 技术方案

2.1 制动分泵连杆锁母防松技术方案

2.1.1 制动分泵连杆锁母退扣分析

制动泵连杆的结构示意图如图1所示，当司机正向旋紧手轮1时，位于右侧的锁母2旋向与手轮旋向相反。整个制动分泵在二者的作用下相互压紧，从而使制动架抱紧制动轮；但该连杆3为圆柱形通杆，在旋转方向上缺乏约束，当司机松开手轮时，手轮与连杆螺纹旋紧后会由于摩擦或者锈蚀等原因会出现连杆与手轮一起同向转动的情况发生，该连杆旋向正好与锁母的松扣方向相同，从而导致锁母松扣，制动架打开的情况发生。

图1 制动分泵结构示意图

2.1.2 防松装置设计

考虑到连杆锁母在调节制动分泵间隙时需要重新拧紧，因此，需要采用机械式防松设计，以便于二次紧固。传统的防松方式（诸如破坏螺纹副、铁丝直接锁住等防松方式）均不同程度地存在重复使用性差、稳定性差、安装拆卸不便等缺点；采用将连杆中间改为方轴的方式存在加工成本高，不便于后期养护等问题。因此，我们决定设计一种新的制动分泵连杆防转（锁母防松）装置。具体设计思路如下： （1）设计并加工防松卡盘装置，该卡盘具有伸出端面的两个爪型凸起；同时在制动分泵与连杆连接头处也加工出两处对应凹槽，凹槽与凸起形成T型卡槽式结构，形成防止连杆轴转动的约束。（2）在连杆一端的螺纹上铣制两个平形的平面，并与防松卡盘的两个平形平面构成配合，同样形成防止制动分泵连杆轴向转动的约束。其实际安装效果如图2、3所示。

图2 防松装置安装示意图

图3 防松装置装配效果图

2.1.3 滑动垫片设计

考虑到缓解制动分泵手轮和连杆的“紧皱”问题，技术人员从消除手轮旋转摩擦力矩的角度入手，对手轮与制动分泵接触面的摩擦副进行了如下分析。

图4 力学模型

分析该摩擦副，可以建立如下力学模型（图4）。从模型中可以看到，现有手轮在与分泵接触的摩擦力矩fM是由无数个摩擦力f产生的力矩，则摩擦力矩可表示为：

可以通过添加铜垫片的方式改善手轮与制动分泵接触面的摩擦系数，以达到改善摩擦力的效果。为此，技术人员设计并制造了手轮端面阶梯型铜垫片。通过该阶梯型垫片不仅可以改善摩擦表面系数，还可以增加制动分泵的间隙补偿能力。

2.2 空压机系统改造设计方案

2.2.1 空压机管路改造设计方案

原有制动系统在司机室设有刹车脚踏，司机的脚踏动作通过空压系统传递到刹车分泵，从而完成制动动作。但原机设计中从脚踏到空压机这段管道采用金属硬管连接，使用时间久后发生锈蚀不便于维修。为此，我们将该段管道换为气压软管，在接头处用对丝连接；并将对丝位置设置于司机室维修窗处，这样不仅便于日常检查，也方便了后期养护维修。

2.2.2 空压机欠压预警改造设计方案

在PLC控制系统中添加一组蜂鸣报警器和时间继电器，将其连接入PLC空压机信号输入点，当空压机工作达到欠压预设压力点时直接启动报警器，并在15秒后旋转机构自动停机。此过程中，操作者可及时确保门机处于安全状态后，排查制动刹车系统欠压问题。对比以往的欠压直接断电功能，该改进降低了旋转机构突然停机产生的安全风险。

具体工作原理如下所述：

改造前PLC控制电路如图5所示，当电接点压力表欠压接电闭合时，欠压信号输入PLC输入模块，使旋转机构直接停机。

图5 PLC输入模块

改造后PLC控制电路如图6所示，当欠压电接点压力表接电闭合时，蜂鸣器报警，时间继电器接通15秒后将欠压信号输入至PLC空压机压力保护接点。使旋转驱动电路断电，旋转动作停止。

图6 欠压报警回路设计电路图

3 应用情况

（1）目前，本项目自主研发设计的制动系统分泵连杆锁母防松装置已经完成设计并在机修班的努力下加工成功。其实际使用效果良好，通过测试，经过200次的手轮旋松试验后，该锁母仍无发生松扣现象，效果良好。

（2）本项目自主研发设计的旋转制动手轮阶梯型铜垫片经过加工，其投入使用后，手轮由静摩擦向动摩擦转换的最大摩擦力得到了明显的降低，手轮旋转更加灵活方面，达到了预期的目的。

（3）空压机管路经过改造后，对丝安装位置在司机室维修窗处，养护维修时间对比改造前节约了1个小时/次。达到了预期效果。

（4）经过改造的空压机控制系统添加了欠压预警功能，该功能投入使用后可以有效地提前预警空压机欠压情况，从而给司机足够的反映时间，达到了预期要求。

4 结语

经过本次技术改造，解决了以往困扰门机操作人员的制动延时问题。降低了门机因为制动不灵活发生磕碰事故的可能性。利用自主维修的灵活性，对门机旋转制动系统进行升级改造，节约了外委维修费用，优化了系统结构。同时还提炼出一部分具有较强推广作用的结构性改造，有助于同类问题的分析和解决。

（1）设计加工了一种可以二次拆卸的制动架连杆锁母机械防松装置。通过在连杆端铣制平形扁平面，并加装自主设计制造的爪型防松器；同时，在制动分泵与连杆连接段铣制槽口。通过爪型防松器与槽口相配合产生的力矩，彻底消除了连杆随司机手轮转动而导致锁紧螺母松脱的现象。

（2）设计加工了一种改善表面摩擦状况同时延长间隙补偿能力的阶梯型垫片装置。在手轮与制动分泵的接触端面上安装该铜垫片，不仅可以起到降低手轮与制动分泵的摩擦系数、缓解摩擦的作用，还可以起到扩大制动器的间隙补偿能力的作用。

（3）设计了一种旋转系统欠压报警系统，通过添加时间继电器与凤鸣报警器，为旋转系统空气助力系统添加欠压报警功能，以便于操作人员及时发现空压机故障，避免因突然失压停机而发生磕碰事故。