橋式起重機大車制動系統分析

楊亞林/YANG Ya-lin

（上海交通大學，上海 200210）

橋式起重機在物料搬運中必不可少，屬于特種設備，對于安全性方面考核尤為重要。某廠近期在安裝調試橋式起重機時發現其在制動時大車滑行距離太小，導致起吊的重物出現劇烈擺動的現象，起吊重物突然大幅度向前擺起，可能導致物料失衡傾倒，另外也存在潛在的人員事故風險。為了解決這一問題，本文創建了橋式起重機大車電機制動的制動模型，給出了制動器校正的方法，通過具體的算例分析,對于一般的行走機構制動方面的問題具有參考作用。

1 大車制動模型的建立

在橋式起重機制動的過程中由于切斷了電能供應，所以能量轉化過程實際上是起重機構的系統動能全部轉化為摩擦功。摩擦包括了導軌與滑輪的滑動摩擦和制動器裝置的制動摩擦。在制動過程中，大車做勻減速行駛。

在一般性的要求里，橋式起重機大車以常速運行時，斷電后大車的制動滑行距離范圍不超過v2/5000

式中v——起重機系統制動前初始運行速度，m/s；

aSys——起重機系統制動時勻減速運動的加速度，m/s2。

滑動摩擦主要有輪子轉動阻力，軸承摩擦，軌道與輪子位置偏移引起的摩擦力。風阻和其他一些力如需計入，也應單獨列出。滑動摩擦力大致可以用下式表示

式中fg——輪子轉動阻力系數，N/t,見表1；

W——起重機和載荷總重量，kg；

Mzc——軸承的摩擦力矩，Nm，見表1；

d——大車機構輪子外徑，m；

μ——鑄鐵在鋼軌上滑行，大約取為0.12～0.15；

g——重力加速度，取9.81m/s2；

表1 常用轉動阻力系數和軸承摩擦力矩表

α——軌道不平行度，一般取0.5‰。

制動器的制動施加于系統的摩擦力為

式中m——電機數量；

MBr——電機制動器力矩；

n——電機轉速，r/min;

v——大車機構行進速度，m/min;

η——機構傳動效率，一般為0.90～0.95。

則制動時起重機系統的加速度為

式中mMot——電機轉動慣量折算出的重量，kg。

在制動時，電機轉動慣量折算的公式如下

式中JMot——電機轉動慣量，kgm2。

2 制動器校正

以上建立了起重機大車制動的力學模型。為了判斷所選的制動器是否能使用，我們還需要對制動器校正制動功。

一般地，從摩擦盤的正常使用和壽命考慮，制動器在每一次制動時不得超過要求的制動功。

起重機及其載荷折算到電機軸端的慣量為

則系統總轉動慣量為

系統的阻力矩為

則每次制動時摩擦功為

式中Ω——電機額定運行時的角速度，rad/s。

3 計算實例

已知起重機帶載總重量為32000kg，大車行進速度為40m/min，輪子外徑是0.2m，起重機大車行走機構使用了4臺電機，電機轉速為2800r/min,電機的制動器型號為A03,力矩為4.0Nm，則滑動摩擦力為

制動器的制動力為

電機轉動慣量為0.031kgm2，則電機折算的重量為

起重機系統在制動時的加速度為

則制動后起重機總滑行距離為

在求出滑行距離后，還需要對選定的制動功校正，過程如下。

將起重機及載荷折算為電機軸伸端的轉動慣量為

系統總轉動慣量為

系統折算的阻力矩為

在制動器在一次制動時產生的摩擦功為

為簡化計算，取制動器平均分配制動功。每個制動器在制動時大約產生摩擦功

圖1是制動器的制動功與動作頻率曲線，從圖中我們查到A03型制動器在每次制動功為850J時，制動頻率可以達到560c/h，完全滿足使用要求的360c/h。

4 小 結

本文通過合理地建立起重機大車的制動物理模型，對一個起重機實例進行了計算，得到起重機大車的制動距離。并對制動過程中制動器進行了校核，為類似制動器的選擇提供了依據。