一、概述

制動器是保證復(fù)雜起重裝備日常安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵設(shè)備，是起重裝備最為關(guān)鍵也是最后一道安全保護(hù)裝置。制動器的作用是使起重裝備運動機(jī)構(gòu)或其他設(shè)備能按照作業(yè)者的要求達(dá)到減速、停止，同時具有保證起重機(jī)運動機(jī)構(gòu)或機(jī)器起到狀態(tài)停止的要求。起重裝備制動系統(tǒng)制動性能的好與壞直接關(guān)系到起重裝備運行的可靠性、安全性。如果某一臺起重裝備在工作的過程中出現(xiàn)故障，而又沒有及時進(jìn)行制動并且排除解決故障問題，則不僅有可能會導(dǎo)致起重裝備制動器本身損壞，更嚴(yán)重的可能會造成機(jī)毀人亡的慘重事故。

二、制動器典型失效模式及失效機(jī)理分析

1．制動器典型失效模式

起重裝備常用的制動器種類很多，但其基本原理基本相同，因此失效模式也大同小異。本篇以港口起重機(jī)常用的電力液壓盤式制動器為研究對象分析制動器典型失效模式。

通過對國內(nèi)大型港口起重裝備運輸廠及制動器的設(shè)計制造單位的調(diào)研，分析電力液壓盤式制動器系統(tǒng)組成，參照國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、手冊和制動器使用維修記錄，從結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立了電力液壓盤式制動器典型結(jié)構(gòu)失效層次圖，如圖1所示。

圖1 電力液壓盤式制動器典型結(jié)構(gòu)失效層次圖

從制動器結(jié)構(gòu)失效圖可以看出，制動器失效主要是由機(jī)械部分失效和推動器系統(tǒng)失效兩大因素引起的，而推動器系統(tǒng)與控制系統(tǒng)有直接的關(guān)系，因此制動器機(jī)械部分的失效是最容易表征出來的。

對國內(nèi)外相關(guān)制動器失效事故進(jìn)行一定的分析，發(fā)現(xiàn)大部分制動器失效主要表現(xiàn)在兩個方面，一是控制信號發(fā)出但制動器不開閘，即制動器不正常工作；二是制動轉(zhuǎn)矩不足，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)緊急情況需要急停時，制動器的制動轉(zhuǎn)矩不足而使其不能安全制動（或者在減速階段不能使卷筒的速度減�。�。從圖2可以看出，制動器主要的失效模式有制動器不開閘、制動轉(zhuǎn)矩不足、閘瓦磨損不均、空運時間過長及溫度過高。

圖2 制動器主要的失效模式

2．制動器失效機(jī)理分析

1）制動器不開閘

起重機(jī)上常用的制動器為常閉式，當(dāng)起重機(jī)從斷電停機(jī)狀態(tài)到起動開始工作的狀態(tài)時，制動器必須解除制動。起重機(jī)開始工作時，電動機(jī)起動，制動器推桿向上移動，制動臂離開制動盤直到閘瓦完全松開。因此當(dāng)起重機(jī)開始工作，制動器不開閘，其主要原因為控制信號失效、液缸油液不足不能推動制動推桿、活動鉸點卡死不能動作以及推動器電動機(jī)故障。

制動器不開閘與控制信號失效有著密切的關(guān)聯(lián)。在役起重機(jī)尤其對工作十年以上的起重機(jī)而言，制動器的電氣控制問題故障較多，由GB 7588—2003標(biāo)準(zhǔn)可知，制動器的兩個接觸器應(yīng)獨立分開控制閘瓦的開合。然而，在現(xiàn)實中，常存在以下情況：制動器的兩個控制裝置并沒有分開；接觸器的連接方式為并聯(lián)。

2）制動轉(zhuǎn)矩不足

在制動器工作時，可以將制動轉(zhuǎn)矩看成由兩部分構(gòu)成，一部分是制動彈簧預(yù)緊力產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩，用Mt來表示，其值為正；另外一部分是推動器的推力產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩，方向與Mt相反，用Md來表示，其值為正。則制動轉(zhuǎn)距M可表示為

另由推動器推力F產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩為

式中，N為正壓力；F為推力；i為驅(qū)動杠桿比；d1為有效摩擦直徑；Mt為額定制動轉(zhuǎn)矩；μ為摩擦系數(shù)。

由電力液壓盤式制動器構(gòu)造可知，泵的壓力與轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速與功率都是二次方的關(guān)系，而轉(zhuǎn)速與流量是正比例關(guān)系，故推動器產(chǎn)生的推力F與制動器電動機(jī)轉(zhuǎn)速n的二次方成正比關(guān)系，如圖3所示。

圖3 制動轉(zhuǎn)矩與制動電動機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系

式中，ne為電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速；Fe為推動器在電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的推力。

故制動轉(zhuǎn)矩可表示為

由以上公式可見，影響制動轉(zhuǎn)矩的主要因素有制動電動機(jī)轉(zhuǎn)速、推動器的推力、閘瓦與制動盤之間的摩擦系數(shù)、閘瓦間隙、主彈簧預(yù)壓量等，而造成制動轉(zhuǎn)矩不足主要有三個方面的原因，即正壓力不足、摩擦系數(shù)下降、制動盤接觸面不足。

引起正壓力不足的原因主要有四點：一是閘瓦間隙過大造成正壓力不足；二是制動器主彈簧疲勞或斷裂而引起的性能降低或失效；三是推動器活塞和液壓缸卡�。凰氖怯捎谕苿悠饕簤焊茁┯驮斐芍苿与妱訖C(jī)燒壞。造成摩擦系數(shù)下降的原因主要有制動盤污染、制動盤過熱和摩擦片磨損嚴(yán)重。制動盤接觸面不足的原因主要有兩方面：一是制動盤偏擺，由于制動裝置安裝存在誤差、加工誤差、周圍環(huán)境（如振動）的影響，制動裝置會存在偏擺；二是由于閘瓦制動時溫度過高，而發(fā)生疲勞變形，即閘瓦溫度的循環(huán)變化引起內(nèi)應(yīng)力變化并產(chǎn)生疲勞破壞。

3．空運時間過長

制動器開始起動到投入有效制動轉(zhuǎn)矩的時間為上閘時間，制動器理論響應(yīng)時間為0．3～0．5s。由于制動器開閘間隙大、油液回流慢、彈簧疲勞或者拉桿鉸點故障等，易造成空運時間過長，使制動距離太長，引發(fā)起重機(jī)安全事故，即為制動失效。

其原因主要有以下三點：

第一是退距距離過長。這樣會造成制動器閉合時閘瓦的行程變大，從而造成閉合時間過長。

第二是制動器液壓缸阻力過大。當(dāng)制動器在閉合時，推桿向下移動，此時液壓缸的油液會對推桿有阻力作用，如果液壓缸阻力過大，推桿復(fù)位的時間就會加長，容易造成空運時間過長。

第三是密封圈損壞。制動器上閘瞬間推動器液壓缸回路存在一定的壓力，如果密封圈損壞，則會造成壓力不足而影響推桿移動的時間，因此會影響空運時間。