起重機制動器的設計與選用

閻石，張軍，崔桐

（撫順市特種設備監督檢驗所，遼寧 撫順 113000）

起重機作為一種大型的電力驅動裝置，在當今工業、建筑、農業等領域應用十分廣泛，在貨物吊運當中有著極大的作用。起重機的應用可以有效提高生產、勞動效率，降低人工勞力投入強度，保障項目實施效益。起重機在吊運過程中，主要是通過重復、間歇吊運形式，并通過水平移動、垂直升降實現貨物搬運和傳遞。由于起重機吊運貨物都是一些重物，所以在吊運過程中的危險因素多，對起重機制動器（如圖1）設計與選用提出了更高的要求。強化起重機制動器設計能夠避免貨物在吊運過程中出現意外下落、滑動問題，可見制動器對保障起動機運行安全、效率的重要性，這就需要加強起重機制動器方面的研究工作。

圖1 （鼓式）起重機制動器結構圖

1 起重機制動器設計原則

在起重機制動器設計方面，通常有兩種設計形式：一種是盤式制動器；另一種是鼓式制動器（如圖1）。其中，盤式制動器的結構原理較為簡單，在實際使用當中效率也非常快；鼓式制動器是在電機、減速箱中高速運轉，通常制動結構接近與減速箱側面位置。通過電磁勵磁的吸、放原理，通過油泵控制制動的停止和啟動，內部彈簧彈力會在此時進行壓緊和釋放，起到了制動或開閘作用。

起重機制動器是通過摩擦常閉電機實現制動功能，制動器通常設置在電動機和減速器旋轉軸中。隨著起重機制造行業不斷發展，當今起重機制動器都是標準化產品。大部分起重機都會采用標準制動器，在制動器設計當中，要按照相關設計原則進行，主要包括：（1）標準性原則。當今起重機制動器已經實現了標準化設計，大部分制動器都可以實現通用。除了一些特殊形態的起重機之外，大部分起重機制動器設計只需要按照行業標準進行即可，特別是在連接尺寸方面必須要符合標準性要求。（2）安全性原則。制動器是保障起重機安全運行的重要元器件，并且要承受重物的荷載，所以在制動器設計當中需要保障制動器材料的強度和質量，要求起重機制動器在正常工作條件下壽命長達30年，制動拉桿、彈簧、制動臂等都要滿足實際標準。（3）匹配性原則。由于起重機運行中需要制動器進行控制，所以在制動器設計當中，要求重點考慮起重機整體結構和制動器之間的匹配關系，包括實際運轉條件以及性能參數等。

2 起重機制動器設計

物料搬運對起重機的運行環境、自身要求非常高。起重機工作級別分為A1-A8，機構工作級別為M1-M8，但是制動器卻沒有提出明確的級別。起重機工作級別分為兩個形態：（1）荷載狀態。對應起重機運載變化特定，但是制動器的力矩是一定的，無論是什么工作級別，只需要正確挑選制動器即可，從這個意義上來說，制動器是一種從單一指標上確定的標準設備。（2）使用等級。也就是針對起重機運轉時會間歇動作的特點，但是制動器沒有該特點。不同級別起重機只能采用不同級別制動器，這樣才能夠滿足起重要求。在起重機設計當中，想要滿足起重機性能、功能要求，不能將起重機視為一個單一標準部件，還需要根據工作等級等一系列指標進行標準化設計，此時單一按照制動器力矩選擇則無法滿足要求，甚至造成安全隱患，這就需要根據起重機實際需求進行選擇。主要包括以下情況。

一般工況制動器，例如在加工車間起重機、裝配起重機等，在設計中其工作級別要≤M5、滿載率＜40%、負載率＜40%、工作循環次數每小時小于10次、制動次數每小時＜30次，通常不需要緊急制動，安全要求一般，還需要保證制動器力矩動作時間快，襯墊摩擦系數小。因此，通常石棉樹脂剎車帶或石棉銅絲剎車帶制動器設計為主，摩擦系數為0.35，最高溫度不超過250℃。

專用工況制動器，例如鑄造起重機、廢料抓斗起重機等，在設計中其工作級別要≤M6、滿載率＜40～60%、負載率＜60%、工作循環次數每小時在20～30次之間、制動次數每小時標定100次，需要增設緊急制動，安全要求中，還需要保證制動器力矩摩擦片溫度較高。因此，通常以石棉橡膠剎車帶制動器設計為主，摩擦系數為0.4，最高溫度在200℃之內。

特殊工況制動器，例如在鑄造起重機、橋岸、裝卸橋等，在設計中其工作級別要＞M6、滿載率標定100%、負載率在70～90%之間、工作循環次數每小時標定60次、制動次數每小時＞200次，必須要具備緊急制動功能，安全要求高，還需要保證制動器力矩摩擦溫度高，通常磨耗非常大。因此，通常以無石棉樹脂摩擦襯墊制動器設計為主，摩擦系數為0.4，最高溫度在 250～400℃之間。

3 起重機制動器選用

3.1 制動器選擇

起重機標準型制動器大體上可以分為三個類型：電力液壓制動器、液壓制動器、電磁制動器。其中，電力液壓制動器主要是采用電力液壓驅動裝置實現制動功能，通常將該類型制動器安裝到起重機運轉結構的高速轉軸中。具有使用性能強、維護便捷、使用方便、運行壽命長等特性，這也是當今常見的制動器類型之一；電磁制動器在上世紀80年代使用較為頻繁，與電力液壓制動器相比，其運行性能較低，所以在當今極少使用，已經被淘汰；液壓制動機在實際使用中具有大功率、大力矩的特點，順應了當今起重裝置大型化、大功率化發展的趨勢。該設備更多是在中大型起重機或特定起重機中應用。在進行上述三種制動器選用過程中，要結合制動器選用原則，選擇符合起重機本身性能的制動器。通常情況下，普通工業生產或工程建設的起重機，主要是采用電力液壓制動器；重大物品吊運或特殊吊運要求的采用液壓制動器；電磁制動器由于已經過時，所以不推薦使用，可以在有指定要求的特殊情況下使用。

3.2 考慮制動器應用安全

在制動器選擇過程中，由于制動器在起重機領域中的應用十分廣泛，除非起重機在施工中對制動器有明確的特殊要求，否則都會選擇標準型制動器，要求制動器運行參數、規格能夠符合國家規定的標準要求。與此同時，在起重機制動器選用當中，不同型號、不同類型起重機在制動器選擇上存在著一定差異性，這就需要提前掌握起重機制動器安裝尺寸與規格，如果制動器尺寸與規格無法滿足起重機安裝要求，則無法正常安裝制動器，即使安裝成功也會存在著非常大的安全隱患。想要確保起重機在實際應用中的安全性，需要重點關注制動器的力矩性能，要求制動器和起重機運行參數相吻合。在選用過程中，要重點對制動器力矩運行尺寸進行檢測，并以此信息作為依據，采用刻線方法對制動器力矩值進行調整，確保制動器處于最佳的運行狀態。

3.3 驅動裝置檢查

事先檢查起重機制動器各個零部件的安全性與剛性，如果條件允許需要對制動器進行性能檢測，特別是一些軸心、承載的核心零部件，要確保每個零部件都能夠滿足國家規定標準與行業標準驅動裝置作為制動器的重要部件，是整個制動器當中的動力元器件。特別是驅動裝置負責起重機運行荷載，這就需要對驅動裝置進行科學分析，合理調整驅動參數，確保制動器運行的安全性。再者根據驅動裝置運轉頻率，觀測運行參數在實際應用中的變化，在不增設制動襯墊磨損條件下，需要增設計自動補償制動器，這樣可以加強驅動裝置運行控制，避免驅動參數超出指定范圍，否則容易造成制動性能瞬間消失，造成事故。

3.4 分析裝置的適配性

制動器作為起重機運行中的重要部件，并且任何機構運轉都直接、間接和制動器有著關系，這就需要確保適配性能，關注制動器和起重機各個零部件是否達到功能契合。在選擇制動器過程中，要著重關注起重機各系統之間是否匹配，制動器適配是否能夠達到標準，包括整體運行性能以及應用環境等。起重機制動器當中裝有制動襯墊，能夠加強制動器的性能補償。調節制動器的補償系統，并采用相應措施進行加固，這樣可以避免因此制動襯墊磨損造成起重機突然失去制動，降低因制動性能不足出現安全事故的幾率。

4 結語

綜上所述，當今起重機在工業生產、工程建設當中的應用十分廣泛，制動器作為起重機重要的內部組成工具，會直接影響整個起重機運行的安全性。這就需要掌握起重機制動器設計相關知識，并貫徹設計原則、合理挑選制動器，并對制動器進行科學調試，充分發揮起重機制動器的運行效用，保證起重機的運行安全。