盘式制动器的原理与应用

Equipment Manufactring Technology No.7，2009Equipment Manufactring Technology No.7，2009 桥式起重机起升机构制动器的摩擦零部件，以一定的作 用力压紧机构中某一根轴上的制动轮，产生制动力矩，利用这 个制动力矩，使物体质量和惯性力等所产生的力矩减小，直至 两个力矩平衡，达到调速或制动的要求。 1 工作原理及特点 盘式制动器（图 1）的工作表面为圆盘的两侧平面（少数为 圆锥面），其摩擦副由制动盘和制动块（或摩擦盘）组成，沿制 动盘的轴向施加压力，制动盘轴不受弯曲，制动性能稳定、可 靠。某些新型起重机起升机构，采用先进的电磁盘式制动器， 制动器带有刹车片间隙自动补偿功能，使起升制动力矩始终 保持恒定，消除了溜钩等隐患。并了衬垫极限磨损限位装 置、制动器开闭闸指示装置、衬垫磨损补偿装置和手动释放装 置等，同时还增加各种机构动作限位开关，给主机 PLC提供各 种保护信号，因此，盘式制动器在使用过程中基本上可做到免 维护。 当电磁铁线圈接通电源时，电磁铁衔铁克服弹簧的压力 而吸合，同时使定制动片（带有制动环）脱开动制动片（不带制 动环，可与电动机轴同时旋转），使电动机正常运转。当断电 时，依靠弹簧的压力使定制动片开始压紧动制动片，产生摩擦 制动力矩，使动制动片制动，同时也使电动机停止转动，达到 制动目的。在相同的轴向压力作用下，制动力矩随着摩擦面的 增加而增大。因此可根据起重量不同的桥机，可用增加或减少 制动片的数量，来设计不同规格的制动器，径向尺寸可以不 变，通用性好。 2 制动转矩和有效摩擦直径 （1）起升机构的制动器一般安装在机构的高速轴（电动机 轴或减速器的输入轴）上，以减小制动转矩。如果在起升和变 幅机构的传动系中，有离合器或扰性传动件，制动器必须安装 在低速轴或卷筒上，以防传动系统断轴时重物坠落。前者由于 制动力矩小，因而制动器的尺寸可以减小；后者可以增加安全 性，防止传动系统承载力零部件损坏而造成重物坠落。因此， 制动器的设计选型、安装工艺，直接影响到制动器乃至整个起 重机械的使用寿命，以及工作人员的人身安全。起升机构制动 器的制动转矩，必须大于由重物产生的静转矩，在重物悬吊 时，要有足够的安全裕度，制动转矩应满足： TZ≥KZ Q·D0 2·m·i η0 (N·m) 式中，TZ———制动器制动转矩，N·m； KZ———制动安全系数，与机构重要程度和机构工作 级别有关（表 1）； Q———额定起升载荷，N； D0 ———卷筒卷绕直径，m； η0 ———起升机构总效率，η0 = 0.9～0.85； m———滑轮组倍率； i ———传动机构传传动比。 设计并制造好的盘式制动器，应根据起重机的工作条件 和具体要求验算制动时间，或制动距离以及制动速度，必要时 还要作发热验算（一般条件下使用的停止式制动器，在达到热 平衡状态前，制动器早已停止工作，可不作发热验算）。还需要 作静平衡试验，静平衡应使制动盘在其外径上的偏心残留量 小于下列两值中之较大值： 盘式制动器的原理与应用 韦 韦 （大唐岩滩水力发电有限责任公司，广西南宁 530001） 摘要：桥式起重机起升机构制动器的摩擦零部件，以一定的作用力压紧机构中某一根轴上的制动轮，产生制动力矩，利用这个制动力 矩使物体质量和惯性力等所产生的力矩减小，直至两个力矩平衡，达到调速或制动的要求。盘式制动器由于制动转矩大，性能稳定可 靠，外形尺寸小，磨损小，正广泛应用在起重机械设备上。 关键词：起重机械；起升机构；制动力矩；盘式制动器 中图分类号：TH215 文献标识码：B 文章编号：1672- 545X（2009）07- 0130- 02 收稿日期：2009- 04- 21 作者简介：韦 韦（1973—），男，广西横县人，高级技师,主要从事水轮发电机检修维护工作。 图 1 盘式制动器 130 《装备制造技术》2009年第 7期《装备制造技术》2009年第 7期 起升机构工作级别及使用场合 M1- - M4起升机构的一般起升机构 M5、M6起升机构的重要起升机构 M7起升机构 M8起升机构 在一套驱动装置中安装两个支持驱动器 两套驱动装置，刚性相连，每套装置各 装一个支持制动器。 两套以上驱动装置，刚性相连，每套装 置各装两个支持制动器。 吊运液压金 属或危险品 的起升机构 安全系数 1.5 1.75 2 2.5 ≥1.25 1.25 ≥1.1 1.25液压起升机构 表 1 制动器的安全系数 1）0.049N； 2）制动盘和相匹配轮毂等附件总质量的 0.2 %。 （2）根据制动转矩 TZ，校核制动盘的有效摩擦直径。 D = K TZz[P]Aμd D———制动盘的有效摩擦直径； Z———制动块的数量；一对时取 2； A———一个制动衬块（片）的设计面积； [P]———制动衬块（片）的许用比压力； μd ———动摩擦系数，根据摩擦材料选定； K———制动安全系数； 制动衬块（片）的性能反映在参数 μ和 p值上，根据实际 测试结果及工况分析，当制动盘正常工作温度为 100～200℃ （瞬间温度小于 250℃）、动摩擦系数为 0.4、平均比压力 p≤ 1.2MPa（停止用），此时综合效果最好。 3 制动器的安装与调整 制动器安装时，如果两个制动块的正压力不相等，就会在 制动盘上将产生一个附加力，这个附加力对制动效果及加速 制动器的损坏构成极大威胁。因此，安装制动钳时，应尽可能 使两个制动块的正压力相等或近似相等，其差值不应超过 5 %；或者可根据机械行业标准 JB/T 7019—1993对弹簧进行检 验和选配；对活塞、油缸及密封件等相关尺寸严格控制在允许 公差范围，使活塞运动阻力相等；调整控制好制动块和制动盘 的等值间隙；制动衬块磨损后应及时更换，以此保证制动块的 正压力相等（或近似相等）。 制动器工作的好坏，与使用维修、制动器本身质量有关 系，与正确调整和使用制动器也有直接关系。为保证起重机各 机构的动作准确和安全，必须依照规程和说明经常对制动 器的工作行程、制动力矩和间隙进行检查和调整。 （1）制动器在使用中，瓦块的摩擦片和各个铰链都会逐渐 磨损，衔铁行程因此增大，工作就不可靠，此时可调整衔铁冲 程或工作行程； （2）可调整弹簧长度，来满足制动器需要的力矩； （3）若间隙太小，松闸以后，瓦块可能会有一部分继续与 制动盘接触，这样既浪费动力，又加速摩擦片的磨损，还会使钢 丝绳受过大的冲击负荷，加剧了桥机机架的震动；若间隙过大， 电磁铁衔铁的行程要增大，行程大，电磁铁吸力减小，可能松不 开闸，而且线圈还会发热。因此，可依据表 2，通过调整螺栓调 整制动瓦块与制动盘之间的间隙，使两边的间隙均匀、相等。 4 制动器的优缺点 制动盘一般采用铸造、锻造或钢板（割制），材料为合金铸 钢、球墨铸铁、优质碳素结构钢等，制成后应消除内应力，并对 其加工表面应作防锈处理。铸造的制动盘应无裂纹、砂眼、气 孔等缺陷；锻造或钢板割制的制动盘，不允许有表面裂纹和影 响使用性能的内部夹层等缺陷。对材料为钢的铸造和锻造制 动盘进行调质处理时，硬度为 273～302 HB。摩擦表面如需淬 火，淬硬层深度为 2～3 mm，硬度为 35～45 HRC。摩擦表面的 表面粗糙度 Ra为 3.2μm。盘式制动器与轮式制动器（块式、 带式、蹄式）相比较，有以下优点： （1）制动转矩大，且可调范围大，制动平稳可靠，动作灵 活，保养维修费方便。 （2）频繁制动时，无冲击。由于制动衬块（片）与制动盘接 触面积小，制动盘工作表面积大部分暴露在大气中，散热能力 强，特别是采用有通风道的制动盘，效果更显著，而且制动盘 对制动衬块（片）无摩擦助势作用，无块式制动器的热衰退现 象由于温升制动转矩下降，从而得到稳定的制动性能。从安全 角度考虑，盘式制动器是比较合适的制动器。 （3）防水和防尘性能好。制动盘上的灰尘和水等污物易被 制动盘甩掉。当浸水时制动效能降低，出水后仅制动一、二次， 就能很快恢复正常。 （4）制动盘沿厚度方向变形量比制动轮径向变形量小得 多，易实现小间隙和磨损后的自动补偿，脚踏式的踏板行程变 化也较小。 （5）转动惯量小，体积小，重量轻。 其主要缺点主要有：制动衬块（片）的摩擦面积小，比压 大，对制动衬块（片）材质要求较高，径向（或轴向）尺寸稍大， 价格也较高，电磁铁线圈温升高易发热、冲击、噪声大和零部 件易损坏。 5 结束语 随着盘式制动器的逐步推广应用，其安全性和可靠性也 得到了广泛认同。在具体的选型、系统布置、安装中要严格依 据设计及制造厂的技术要求试验和验收，使设备先进的性能 得到充分发挥和体现，以满足设备吊装的稳定、安全要求。 制动器 型式 块式 带式 100 0.6 0.6 150 0.6 0.8 200 0.8 0.8 300 1.0 1.0 400 1.25 1.25 500 1.25 1.25 600 1.5 1.5 700 1.5 1.5 800 1.75 1.5 金属：0.3～0.7 石棉：0.5～1.0 润滑良好时取最小值，表面干燥时取最大值。 圆盘式与 锥形盘式 制动轮直径 表 2 制动瓦块间隙（退距）δ值（单侧） 单位：mm （下转第 139 页） 131 《装备制造技术》2009年第 7期《装备制造技术》2009年第 7期 Programming of Formula Curve for CNC Lathe WANG Zhi- ming, LI Jian- ping (Shaoyang Vocational and Technical College , Shaoyang Hunan 422004,China) Abs tract: gives a specific example for parts, This paper introduce the two ways of macro programming of formula curve for fanucoi CNC lathe system, and Comparethe two methods. Key words：formula curve；NC ; programming ; macro N20G00X53Z2; G71指令起点 N30G71U2R1; N40G71P50Q100U0.5W0.4F150; N45 T0202; 换 2号精车刀 N50 #1=0 ; 定义变量 #1为 X坐标 N55#2=0 ; 定义变量 #2为 Z坐标 N60 #2=SQRT[[1- #1*#1/400]*1600]- 40; N70G01X#1*2Z#2F100S1000; N80#1=#1+0.05; N90IF[#1 lE 20] GOTO 60; 粗加工椭圆结束 N100X52; N110G70P50Q100; N120M05M30; 用以上两种程序加工出的椭圆部分如图 2所示。 3 结束语 第一种方法是先用 G90指令对工件粗车，去除大部分余 量，再用宏程序进行粗车，最后再用宏程序进行精车，程序较 长，加工效率不高；第二种方法是将宏程序部分写入复合循环 指令 G71的精加工程序中，用 G71指令完成粗车，再用 G70 指令完成精车，宏程序语句少，程序精简，加工效率高，在实践 中宜采用第二种方法编程。 参考文献： [1]黄登红.数控编程与加工操作 [M].长沙：中南大学出版社，2008． [2]徐洪健 .宏程序在非圆曲线轮廓车削中的应用 [J].机械工程师， 2007,(5): 111- 112． 图 2 加工后工件椭圆部分图 参考文献： [1]张质文，等.起重机设计[M].北京：中国铁道出版社，1997. [2]万 力.起重机械安装使用维修检验手册[M].北京：冶金工业出版 社, 2000. [3] JB/T 7019—1993,盘式制动器制动盘[S]. Disc Brake，s Principle and Application WEI Wei (Datang Yantan Hydropower Co., Ltd., Nanning 530001, China) Abstract: The bridge- type hoist crane hoisting mechanism brake's friction spare part, by certain action compaction organization on some axis's brake pulley, has the braking moment, uses this braking moment to cause the moment of force which the object quality and the force of inertia and so on produce to reduce, until two equilibria of moments, achieves the velocity modulation or the brake request. Because the disc brake the brake torque is big, the stable property is reliable, the external dimensions are small, wear are small, widespread application on hoisting machinery equipment. Key words : hoisting machinery; hoisting mechanism; braking moment; disc brake !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! （上接第 131 页） 139