浅谈电动轮边制动系统在沿海门座机的应用

2021-06-22徐佳斌党继辉

机电产品开发与创新 2021年3期

徐佳斌，党继辉，朱帅

（宁波市凹凸重工有限公司，浙江宁波 315176）

0 引言

门座机的防风（特别是工作状态下的防风）问题，已经是有关单位十分关注的重要课题，也是各主机制造商和相关配套商研究的重要课题。本文提出了一种电动轮边制动系统，整个系统由防风预警装置、电动轮边制动器（核心装置）、智能逻辑运算控制器和物联网远程通信模块组成，根据用户的要求可以通过组合不同的功能模块，满足门座机各种工况工作状态下的动态防风和非工作状态下的辅助防风。

1 系统核心装置（电动轮边制动器）优势

1.1 工作原理分析

电动轮边制动器和液压轮边制动器都是采用车轮多点制动，利用设备自重产生抗风阻力的辅助制动装置。两者都是常闭式设计，由压缩的弹簧作用力使制动夹钳上闸，夹紧车轮轮缘，使起重机车轮停止转动，利用车轮与轨道之间产生的静摩擦力起到抗风防滑作用。两者区别是打开和维持夹钳的驱动方式不同。电动轮边制动器是采用微电机驱动滚珠丝杆幅的结构作推动装置，通过凸轮增力机构来消除制动弹簧作用力，将制动夹钳松闸。松闸后，电机停止工作，由电磁保持器来逆止减速传动装置反转，维持松闸状态。液压轮边制动器由液压钳盘制动器、液压站、液压胶管组成。其夹钳打开方式是液压站得电向制动器油缸供给压力油，通过液压力使制动器松闸。当制动压力达到设定值时，电机断电，由单向阀保压蓄能器补压。当制动压力低于设定值时，压力变送器检测信号并控制电机开启，向制动器补给压力油继续维持夹钳松闸状态。

1.2 安装调试分析

相比之下，本系统的电动夹轮器安装前只需将安装支架加工好。再按照以下步骤进行安装即可：①顺时针旋转锁紧螺母，使之向电动推杆侧移动一定距离并同时缩短连接杆的连接长度，将制动臂向电动推杆方向移动，使夹钳间距尺寸大于车轮宽度；②用合适的工具吊装制动器，平移至轮边制动器的安装架，并用螺栓连接；③将制动器调整对中；④安装并调整后制动器要满足运行规程的要求。

本系统的电动轮边制动器夹钳形状是环状结构见图1，夹钳的下端面做的跟车轮轮圈内边缘形状匹配，这样夹钳不会与车轮轮辐条产生干涉，能够更加贴合车轮轮缘，夹钳与车轮轮圈的接触面积最大化，且不会与车轮轮辐加强筋干涉。

图1 制动夹钳结构优化Fig.1 Brakeclampstructureoptimization

1.3 运行维护分析

电动轮边制动器设置了手动手柄释放，在断电等特殊情况下，可实现单个制动器的释放，相比较液压式轮边制动器，可更简便地实现手动释放的相关操作，使制动器开闸，实现应急情况下的特殊操作。液压轮边制动器运行过程中维护要求高，定检项目多，且运行中若液压油泄漏将直接影响制动功能并会对现场环境造成污染。电动夹轮器由于其使用的是电力驱动，供能绿色清洁，不存在液体泄漏等环保问题。相比于液压式夹轮器而言，电动夹轮器的维护则较为简单，只需每7～10 个工作日对制动器及车轮两侧摩擦面状态的性能进行检查即可。

2 案例分析

本案例是我公司为舟山某大型国营企业一台50t 门座式起重机安装的一套电动轮边制动系统。由于50t 门座机设备庞大，业主对此台门座机的防风提出了较高的防风要求，要求起重机在工作状态下能够抵抗短时35m/s风速强台风的能力，并且制动时要求设备平稳，不得有强烈的冲击，同时门座机制动状态可以直接在总控制室进行远程监测，便于远程防风管理。

2.1 改造方案

门座机的主要参数为：吊具下额定起重量：最大50t；变幅范围：33～100m；轨距：10.5m；最大起升高度：轨面上60m；大车车轮数量：48；门座机总重约：790t：大车轮压：工作状态最大28t；大车驱动轮高速轴制动力矩224Nm，总传动比49。该门座机共有车轮48 个、车轮直径为500mm；大车驱动采用了12 点驱动方式带动24 个驱动轮，被动轮是24 个。全部驱动点在高速轴上采用了外置式盘式制动器，用于起重机运行过程中的正常减速制动和辅助防风制动。

为满足这台门座机防风要求，门座机的防风制动方案为：该车24 个被动车轮采用8套电动轮边制动器用于工作状态下的防风制动（同时作为非工作状态下的辅助防风制动）。电动轮边制动器的规格的选定：轮边制动器的规格主要根据起重机工作状态下最大轮压来确定；该门座机的最大轮压为28t，故选择DLZ40 规格的轮边制动器。

防风能力验算：计算和便于说明问题，我们仅对轮边制动器和驱动轮高速轴制动所产生的防风能力进行验算，忽略轨道坡道阻力影响。

门座机的风载参数为：总迎风面积A=370m2；计算风速V=35m/s；风力系数C=1.3；起重机在工作状态下可能承受的最大风载FW 为：PW=361194N。

这样总的抗风阻力：P3=406944＞361194=PW（N），可完全满足35m/s 风速下的抗风要求。

2.2 控制系统模块选择

此台门座机的电动轮边制动系统的控制箱采用1 台控制器控制8 个轮边制动器，控制器由电源模块、电动推动器电机控制模块、电动推动器电磁铁控制模块、制动器动作控制及信号反馈模块和信号指示模块、无线通信模块组成。

2.3 门座机制动系统优化功能

（1）二次吸合释放制动功能：电动轮边制动器在得到闭闸信号时，电磁铁失电，由于碟簧力的作用，如果一次闭闸，碟簧释放过程一般在1s 左右，将产生一定的冲击作用，可能对制动器和台车相关零部件的使用寿命等产生一定影响。所以在闭闸的过程中，利用程序实现在0.8s左右的二次吸合再释放的方式进行闭闸，可以极大地减少冲击，又不造成电磁铁衬垫的大量磨损。经过大量的试验验证，采用电磁铁二次释放的闭闸控制方式，完全可实现制动器的安全稳定闭闸。

（2）逐点成对释放制动功能：8 台电动轮边制动器分四批顺序上闸，延时时间设定：首批2 个轮边制动器制动无延时，第二批制动延时时间由KT2 整定为2s。第三批制动延时时间由KT3 整定为2s。第四批制动延时时间由KT4 整定为2s。整个系统操作间隔时间由KM10 的空气延时开关整定，时间设定10s，大于控制器所有制动点制动延时时间之和。逐点成对释放制动功能根据风向来逐个启动，即远离风向的一对装置先启动，相当于起重机在往前移动时，起重机后方车轮上安装的轮边制动器先启动，然后间隔一定的时间，再启动相邻的轮边制动器，直到起重机移动方向最前方车轮上的轮边制动器也被启动，这种制动方式大大降低了急刹车的危险性，减小了制动时对门座机的冲击。

（3）掉电延时制动：当门座机供电断电时，控制系统自身所带的备用电源可以实现上述的二次吸合释放制动及逐点成对释放制动功能。而不会在断电瞬间使全部的轮边制动器同时上闸造成门座机产生很大的冲击。