起重机用块式制动器有限元分析及检验研究

黄安虎

摘要：起重机是我国工业中使用最广泛的机械设备之一，为我国的工业发展提供了巨大的贡献，但在日常使用中，起重机经常会发生故障问题，所以起重机的日常维护、检验工作需要得到重视。下面本文就起重机用块式制动器这一关键零部件的检验和维护工作谈谈，着重分析了块式制动器的制动失效原因，并浅析了其检验工作的重点。

关键词：起重机 用块式制动器 分析及检验

引言

制动器是保证起重机在日常工作中正常运转和安全工作的关键零部件，主要原理是采用制动器所产生的摩擦阻力以直接接触的形式与系统形成的一个热转换从而达成制动的目的。目前起重机大部分的事故原因都与制动器有很大的关系，一旦发生紧急的事故时，如果不能及时的采取制动，就会对工作人员的生命造成威胁。所以需要对起重机制动器的失效进行分析，以保证在起重机正常运转时，制动器能发挥出作用，为工作人员的生命安全做出保障。下面我们就来利用有限元来分析块式制动器的内部结构数据，并进行相应的故障分析。

一.块式制动器的工作原理

块式制动器主要是应用在起重机等重型机械上，由制动瓦块、制动臂、制动轮和松闸器组成，在内测有两块由摩擦材料制成的制动瓦块，分别被安装在两制动臂上，在松闸器的闸力作用下，制动瓦块因为摩擦抱紧制动轮产生制动力矩。当通电时，通过推力杆使得制动臂张开，从而保证制动器在起重机的各个工作机构的启停运转。主弹簧保证了间隙间的制动力大小，副弹簧确保了瓦轮间的间隙大小。我们可以由图1图2可以看到块式制动器的整体结构。

二.制动器有限元分析

通过对制动器建立三维模型来分析制动器在工作状态下的整体受力情况和零部件形变情况。本文通过Workbench软件来进行有限元的分析。首先将建立的制动器的三维模型导入到软件中，采用六面体网格进行划分。在软件中设置制动器的状态为固定状态，在制动瓦轮上设置制动力矩1000N.m，在力矩的作用下来验证制动器的工作情况，这可以帮助我们来分析制动器失效的原因和具体的故障部位。

根据软件计算出的结果来进行有限元的求解计算，可以得到制动器的应力和应变分布图，通过对分布图的观察可以发现出，制动器的最大结构应力数据，以及制动器结构应变最高数值为多少，那些零部件受到的应变值过大，以及制动器的整体的安全数值为多少。μ

通过得到这些数据可以帮助我们完成对制动器的检验工作和日常维修工作，从而为工作人员的生命安全提供重要的保障。

三.制动器失效分析

这里我们可以用一个公式来计算制动器的制动力矩：

其中F为每个制动块作用在制动轮上的制动力，N：μ为制动轮与制动块之间的摩擦系数，rm为制动轮的摩擦半径，m：n为制动器中的制动块数量和制动轮的制动力为已知的。

（1）制动力和制动间隙，制动块作用于制动轮上，而制动力的大小则是由压缩弹簧来决定的，所以在制动器投入到正常使用的过程中制动块会因为制动间隙的变大而减少，所以制动块的磨损是因为弹簧力的减小由制动间隙体现出来的，这就可以得出制动力是取决于制动间隙的大小的。

（2）摩擦系数，在制动器的不断使用过程中，随着制动衬垫的不断使用搜到磨损，导致摩擦系数降低，并且因为摩擦会导致制动衬垫的温度升高，热量的升高会使得摩擦系数降低，在严重一些就会导致制动失效，形成安全事故。一些润滑油渗透到制动衬垫也会导致摩擦系数的降低，使得制动力大大下降，达不到形成制动的力度，导致事故发生。

四.制动器的故障排查及自监测

在起重机的日常使用过程中，会经常出现制动失效或制动力不足的情况，而对于这一类的问题的排查工作需要注意的就是制动器中的制动轮，这个部件经常会因为长时间的使用导致受到磨损，从而使得制动器的制动力不足，所以在制动器的排查工作中不能忽视。

（一）制动器结构

一般制动器结构会随着长时间的使用导致零部件出现形变，而达不到制动的效果。一般以下几种情况是经常出现的，首先是液压马达的绕组出现问题，从而造成马达的推动力无法满足制动器的正常制动。其次就是传动结构中零部件由于长时间的使用而出现形变，一般是摆动饺点处出现磨损导致零部件无法发挥出正常作用。最后就是制动轮出现损坏导致制动器无法正常运转。

（二）其他原因

除了制动器本身的问题外，一些外界的因素也会导致制动器无法进行正常制动，像电气设计不合理、PLC程序出现问题也会导致制动器失效。

经过以上分析可知，在制动器的日常检验工作中应该着重的对制动器多发故障的零部件进行检查，并及时的进行维修更换，并考虑到工作环境和工作人员的专业能力对其进行起重机操作水平考核。

五.制动器故障排查及检测

（一）制动器失效

在起重机的日常运转过程中，会出现制动器失灵的情况发生。这类情况的发生多是由于制动带的脱落导致的，此外还有可能是因为弹簧失效或制动器零部件损坏导致的。一旦发现有这种问题的发生，一定要及时的进行检修，找出故障点，并及时的修复和更换相应的零件外，还需要对制动器的相关数值进行调整，找到制动器最适宜的于宁数据，从而保证起重机的工作安全。

（二）制动轮温度过高

制动器的正常工作中，会有大量的摩擦系数，制动轮之间的相互摩擦会导致制动轮的温度会在短时间内达到300到400度，在这种温度的影响下，制动带会发生冒烟的情况。这里需要对制动器进行及时的调整，使得制动带的中心和制动轮的中心重合，让两边的制动间隙相等，这样能够有效的降温，从而让制动器能够正常的工作。

（三）制动臂无法正常打开

在起重机工作过程中会出现制动臂无法打开的情况出现，而这类问题多是因为各饺接点出现了故障才使得制动臂无法正常打开，而制动臂的打开是需要电压的，线圈和整流元件的损坏也会导致制动臂打不开的情况出现。一旦发现这种情况，我们需要根据故障原因来具体分析，并制定出解决方案来进行相应的维修工作。并且在起重机的日常维修养护工作中我们可以对各饺接点进行稀油浇注，以减少其在日常工作中的磨损。

（四）自监测

自监测主要是以三种形式来对起重机进行相应的监测工作，分别是对制动器动作的自监测：對制动力的自监测：对制动器的动作和制动力的自监测。其中对制动器动作的自监测是采用驱动主机制动器的动作开关和安装在制动器上的微动开关来完成对制动器动作的自监测。制动力方面是通过探测流在制动器线圈内的电流变化的数据来完成监测工作的。最后的制动器故障的监测是通过制动力和制动器内部的制动瓦块的开合动作状态来进行监测的。

六.制动器的日常维护工作

制动器在起重机的正常运转中属于间断性的工作部件，在起重机中的起升结构和开闭结构中的使用是非常频繁的，受到的应力是很大的，所以在制动器的日常维修养护工作中，我们需要注意的是制动弹簧的长度是不能超过安全数值的，否则极易产生安全事故。制动衬垫的厚度一旦低于安全数值也是需要及时的进行更换的。其次在制动过程中制动温度不能超过180度，如果超出这个数据的话，就需要及时的采取措施进行降温。并且需要经常性的对制动轮表面进行清理，主要是要清理掉其表面的油污和异物，并对各铰接点定期润滑，特别是在恶劣的工作环境中就更需要完成以上等维修养护措施。

结束语

综上所述，制动器是确保起重机能够正常工作的重要零部件，其主要的工作原理是依靠摩擦产生的阻力来达成制动的目的。现阶段的起重机在工作过程中发生的事故问题，多与制动器有关，一旦发生制动失效，则会对工作人员的生命安全造成严重的威胁，所以在制动器的日常维修养护工作中我们要重视制动器多发故障的原因，并采取相应的措施来预防此类事故的发生，这需要我们定期对制动器进行检查和自监测工作，并采用有限元来进行分析故障点，以此来确保起重机的正常使用，保障工作人员的生命安全。

参考文献

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