起重機(jī)用塊式制動器有限元分析及檢驗(yàn)研究

黃安虎

摘要：起重機(jī)是我國工業(yè)中使用最廣泛的機(jī)械設(shè)備之一，為我國的工業(yè)發(fā)展提供了巨大的貢獻(xiàn)，但在日常使用中，起重機(jī)經(jīng)常會發(fā)生故障問題，所以起重機(jī)的日常維護(hù)、檢驗(yàn)工作需要得到重視。下面本文就起重機(jī)用塊式制動器這一關(guān)鍵零部件的檢驗(yàn)和維護(hù)工作談?wù)劊胤治隽藟K式制動器的制動失效原因，并淺析了其檢驗(yàn)工作的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：起重機(jī) 用塊式制動器 分析及檢驗(yàn)

引言

制動器是保證起重機(jī)在日常工作中正常運(yùn)轉(zhuǎn)和安全工作的關(guān)鍵零部件，主要原理是采用制動器所產(chǎn)生的摩擦阻力以直接接觸的形式與系統(tǒng)形成的一個(gè)熱轉(zhuǎn)換從而達(dá)成制動的目的。目前起重機(jī)大部分的事故原因都與制動器有很大的關(guān)系，一旦發(fā)生緊急的事故時(shí)，如果不能及時(shí)的采取制動，就會對工作人員的生命造成威脅。所以需要對起重機(jī)制動器的失效進(jìn)行分析，以保證在起重機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，制動器能發(fā)揮出作用，為工作人員的生命安全做出保障。下面我們就來利用有限元來分析塊式制動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的故障分析。

一.塊式制動器的工作原理

塊式制動器主要是應(yīng)用在起重機(jī)等重型機(jī)械上，由制動瓦塊、制動臂、制動輪和松閘器組成，在內(nèi)測有兩塊由摩擦材料制成的制動瓦塊，分別被安裝在兩制動臂上，在松閘器的閘力作用下，制動瓦塊因?yàn)槟Σ帘Ьo制動輪產(chǎn)生制動力矩。當(dāng)通電時(shí)，通過推力桿使得制動臂張開，從而保證制動器在起重機(jī)的各個(gè)工作機(jī)構(gòu)的啟停運(yùn)轉(zhuǎn)。主彈簧保證了間隙間的制動力大小，副彈簧確保了瓦輪間的間隙大小。我們可以由圖1圖2可以看到塊式制動器的整體結(jié)構(gòu)。

二.制動器有限元分析

通過對制動器建立三維模型來分析制動器在工作狀態(tài)下的整體受力情況和零部件形變情況。本文通過Workbench軟件來進(jìn)行有限元的分析。首先將建立的制動器的三維模型導(dǎo)入到軟件中，采用六面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分。在軟件中設(shè)置制動器的狀態(tài)為固定狀態(tài)，在制動瓦輪上設(shè)置制動力矩1000N.m，在力矩的作用下來驗(yàn)證制動器的工作情況，這可以幫助我們來分析制動器失效的原因和具體的故障部位。

根據(jù)軟件計(jì)算出的結(jié)果來進(jìn)行有限元的求解計(jì)算，可以得到制動器的應(yīng)力和應(yīng)變分布圖，通過對分布圖的觀察可以發(fā)現(xiàn)出，制動器的最大結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)，以及制動器結(jié)構(gòu)應(yīng)變最高數(shù)值為多少，那些零部件受到的應(yīng)變值過大，以及制動器的整體的安全數(shù)值為多少。μ

通過得到這些數(shù)據(jù)可以幫助我們完成對制動器的檢驗(yàn)工作和日常維修工作，從而為工作人員的生命安全提供重要的保障。

三.制動器失效分析

這里我們可以用一個(gè)公式來計(jì)算制動器的制動力矩：

其中F為每個(gè)制動塊作用在制動輪上的制動力，N：μ為制動輪與制動塊之間的摩擦系數(shù)，rm為制動輪的摩擦半徑，m：n為制動器中的制動塊數(shù)量和制動輪的制動力為已知的。

（1）制動力和制動間隙，制動塊作用于制動輪上，而制動力的大小則是由壓縮彈簧來決定的，所以在制動器投入到正常使用的過程中制動塊會因?yàn)橹苿娱g隙的變大而減少，所以制動塊的磨損是因?yàn)閺椈闪Φ臏p小由制動間隙體現(xiàn)出來的，這就可以得出制動力是取決于制動間隙的大小的。

（2）摩擦系數(shù)，在制動器的不斷使用過程中，隨著制動襯墊的不斷使用搜到磨損，導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低，并且因?yàn)槟Σ習(xí)?dǎo)致制動襯墊的溫度升高，熱量的升高會使得摩擦系數(shù)降低，在嚴(yán)重一些就會導(dǎo)致制動失效，形成安全事故。一些潤滑油滲透到制動襯墊也會導(dǎo)致摩擦系數(shù)的降低，使得制動力大大下降，達(dá)不到形成制動的力度，導(dǎo)致事故發(fā)生。

四.制動器的故障排查及自監(jiān)測

在起重機(jī)的日常使用過程中，會經(jīng)常出現(xiàn)制動失效或制動力不足的情況，而對于這一類的問題的排查工作需要注意的就是制動器中的制動輪，這個(gè)部件經(jīng)常會因?yàn)殚L時(shí)間的使用導(dǎo)致受到磨損，從而使得制動器的制動力不足，所以在制動器的排查工作中不能忽視。

（一）制動器結(jié)構(gòu)

一般制動器結(jié)構(gòu)會隨著長時(shí)間的使用導(dǎo)致零部件出現(xiàn)形變，而達(dá)不到制動的效果。一般以下幾種情況是經(jīng)常出現(xiàn)的，首先是液壓馬達(dá)的繞組出現(xiàn)問題，從而造成馬達(dá)的推動力無法滿足制動器的正常制動。其次就是傳動結(jié)構(gòu)中零部件由于長時(shí)間的使用而出現(xiàn)形變，一般是擺動餃點(diǎn)處出現(xiàn)磨損導(dǎo)致零部件無法發(fā)揮出正常作用。最后就是制動輪出現(xiàn)損壞導(dǎo)致制動器無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（二）其他原因

除了制動器本身的問題外，一些外界的因素也會導(dǎo)致制動器無法進(jìn)行正常制動，像電氣設(shè)計(jì)不合理、PLC程序出現(xiàn)問題也會導(dǎo)致制動器失效。

經(jīng)過以上分析可知，在制動器的日常檢驗(yàn)工作中應(yīng)該著重的對制動器多發(fā)故障的零部件進(jìn)行檢查，并及時(shí)的進(jìn)行維修更換，并考慮到工作環(huán)境和工作人員的專業(yè)能力對其進(jìn)行起重機(jī)操作水平考核。

五.制動器故障排查及檢測

（一）制動器失效

在起重機(jī)的日常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會出現(xiàn)制動器失靈的情況發(fā)生。這類情況的發(fā)生多是由于制動帶的脫落導(dǎo)致的，此外還有可能是因?yàn)閺椈墒Щ蛑苿悠髁悴考p壞導(dǎo)致的。一旦發(fā)現(xiàn)有這種問題的發(fā)生，一定要及時(shí)的進(jìn)行檢修，找出故障點(diǎn)，并及時(shí)的修復(fù)和更換相應(yīng)的零件外，還需要對制動器的相關(guān)數(shù)值進(jìn)行調(diào)整，找到制動器最適宜的于寧數(shù)據(jù)，從而保證起重機(jī)的工作安全。

（二）制動輪溫度過高

制動器的正常工作中，會有大量的摩擦系數(shù)，制動輪之間的相互摩擦?xí)?dǎo)致制動輪的溫度會在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到300到400度，在這種溫度的影響下，制動帶會發(fā)生冒煙的情況。這里需要對制動器進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，使得制動帶的中心和制動輪的中心重合，讓兩邊的制動間隙相等，這樣能夠有效的降溫，從而讓制動器能夠正常的工作。

（三）制動臂無法正常打開

在起重機(jī)工作過程中會出現(xiàn)制動臂無法打開的情況出現(xiàn)，而這類問題多是因?yàn)楦黠溄狱c(diǎn)出現(xiàn)了故障才使得制動臂無法正常打開，而制動臂的打開是需要電壓的，線圈和整流元件的損壞也會導(dǎo)致制動臂打不開的情況出現(xiàn)。一旦發(fā)現(xiàn)這種情況，我們需要根據(jù)故障原因來具體分析，并制定出解決方案來進(jìn)行相應(yīng)的維修工作。并且在起重機(jī)的日常維修養(yǎng)護(hù)工作中我們可以對各餃接點(diǎn)進(jìn)行稀油澆注，以減少其在日常工作中的磨損。

（四）自監(jiān)測

自監(jiān)測主要是以三種形式來對起重機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測工作，分別是對制動器動作的自監(jiān)測：對制動力的自監(jiān)測：對制動器的動作和制動力的自監(jiān)測。其中對制動器動作的自監(jiān)測是采用驅(qū)動主機(jī)制動器的動作開關(guān)和安裝在制動器上的微動開關(guān)來完成對制動器動作的自監(jiān)測。制動力方面是通過探測流在制動器線圈內(nèi)的電流變化的數(shù)據(jù)來完成監(jiān)測工作的。最后的制動器故障的監(jiān)測是通過制動力和制動器內(nèi)部的制動瓦塊的開合動作狀態(tài)來進(jìn)行監(jiān)測的。

六.制動器的日常維護(hù)工作

制動器在起重機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中屬于間斷性的工作部件，在起重機(jī)中的起升結(jié)構(gòu)和開閉結(jié)構(gòu)中的使用是非常頻繁的，受到的應(yīng)力是很大的，所以在制動器的日常維修養(yǎng)護(hù)工作中，我們需要注意的是制動彈簧的長度是不能超過安全數(shù)值的，否則極易產(chǎn)生安全事故。制動襯墊的厚度一旦低于安全數(shù)值也是需要及時(shí)的進(jìn)行更換的。其次在制動過程中制動溫度不能超過180度，如果超出這個(gè)數(shù)據(jù)的話，就需要及時(shí)的采取措施進(jìn)行降溫。并且需要經(jīng)常性的對制動輪表面進(jìn)行清理，主要是要清理掉其表面的油污和異物，并對各鉸接點(diǎn)定期潤滑，特別是在惡劣的工作環(huán)境中就更需要完成以上等維修養(yǎng)護(hù)措施。

結(jié)束語

綜上所述，制動器是確保起重機(jī)能夠正常工作的重要零部件，其主要的工作原理是依靠摩擦產(chǎn)生的阻力來達(dá)成制動的目的?，F(xiàn)階段的起重機(jī)在工作過程中發(fā)生的事故問題，多與制動器有關(guān)，一旦發(fā)生制動失效，則會對工作人員的生命安全造成嚴(yán)重的威脅，所以在制動器的日常維修養(yǎng)護(hù)工作中我們要重視制動器多發(fā)故障的原因，并采取相應(yīng)的措施來預(yù)防此類事故的發(fā)生，這需要我們定期對制動器進(jìn)行檢查和自監(jiān)測工作，并采用有限元來進(jìn)行分析故障點(diǎn)，以此來確保起重機(jī)的正常使用，保障工作人員的生命安全。

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