直流行車起升串聯(lián)型制動(dòng)器線圈失效分析

摘 要：梅鋼一煉鋼廠6#行車采用串聯(lián)直流制動(dòng)器系列制動(dòng)器，但其工作環(huán)境惡劣，制動(dòng)線圈易產(chǎn)生晃動(dòng)摩擦與擠壓，工作頻繁，導(dǎo)致6#行車起升串聯(lián)型直流制動(dòng)器線圈頻繁故障甚至燒毀。基于此，提出了增加制動(dòng)器線圈導(dǎo)線的截面積，并采用耐高溫環(huán)氧樹脂澆注固定等措施進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后制動(dòng)器線圈的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，該措施效果明顯，解決了6#行車系統(tǒng)制動(dòng)器線圈燒損嚴(yán)重及性能不匹配的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：制動(dòng)器線圈;擠壓;截面積;線圈匝數(shù)

0 ? ?引言

梅鋼一煉鋼廠加料跨220/35 t行車（即6#行車）是煉鋼廠加料跨主作業(yè)線重點(diǎn)直流行車設(shè)備，該行車主要負(fù)責(zé)煉鋼廠兩座轉(zhuǎn)爐鐵水的吊運(yùn)工作。如果行車吊運(yùn)的鐵水供應(yīng)不足，將會(huì)使得煉鋼廠生產(chǎn)線降速，嚴(yán)重情況下甚至導(dǎo)致生產(chǎn)線斷澆。因此，6#行車的穩(wěn)定與否，將直接影響到煉鋼廠主線生產(chǎn)能否順利進(jìn)行。而制動(dòng)器又是該行車設(shè)備的重要組成部分，一旦制動(dòng)器失靈，后果將不堪設(shè)想[1]。

該行車主卷制動(dòng)器在國(guó)產(chǎn)化轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，采用原焦作制動(dòng)器廠生產(chǎn)的MWT-762/9C3型串聯(lián)直流制動(dòng)器系列制動(dòng)器來(lái)代替進(jìn)口制動(dòng)器，該制動(dòng)器在機(jī)械性能方面基本能滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。但由于制動(dòng)器線圈部分在制造工藝以及相關(guān)技術(shù)參數(shù)方面與該行車主卷主回路電氣控制系統(tǒng)（PQZ-2602直流起升屏控制系統(tǒng)）不匹配，使得制動(dòng)器線圈頻繁燒損，以及多次出現(xiàn)制動(dòng)器不能可靠打開等現(xiàn)象，這些問(wèn)題不僅會(huì)導(dǎo)致維修成本居高不下，而且還會(huì)給安全生產(chǎn)帶來(lái)較大隱患。

1 ? ?原因分析

為解決6#行車制動(dòng)器線圈頻繁燒損問(wèn)題，梅鋼與制動(dòng)器廠家對(duì)6#行車主卷制動(dòng)器線圈控制系統(tǒng)的運(yùn)行特性、環(huán)境、溫度、負(fù)載情況以及該系列線圈的制造工藝、技術(shù)參數(shù)等進(jìn)行了全面的分析與研究，最終得出目前該系列制動(dòng)器線圈主要存在如下兩方面不足：

（1）線圈的晃動(dòng)摩擦與擠壓導(dǎo)致線圈出線側(cè)頻繁燒損;

（2）制動(dòng)器線圈發(fā)熱嚴(yán)重導(dǎo)致線圈燒損。

相關(guān)原理分析如下：

1.1 ? ?線圈的晃動(dòng)摩擦與擠壓導(dǎo)致線圈出線側(cè)頻繁燒損

經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)燒損線圈的解剖分析，發(fā)現(xiàn)近80%的燒損線圈均因線圈引出線側(cè)絕緣損傷而導(dǎo)致線圈接地?zé)龘p。究其根源為原有線圈與銜鐵及鐵芯部分采用分離安裝，如圖1所示。當(dāng)制動(dòng)器銜鐵部分反復(fù)動(dòng)作時(shí)，鐵芯固定螺栓易松弛，且由于安裝結(jié)構(gòu)原因又難以進(jìn)行及時(shí)有效的緊固和防松，再加上電磁力的作用使得構(gòu)件之間的擠壓更易產(chǎn)生間隙，導(dǎo)電粉塵更易進(jìn)入，導(dǎo)致線圈在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，與鐵芯及銜鐵外殼產(chǎn)生晃動(dòng)摩擦與擠壓，從而使絕緣相對(duì)比較薄弱的線圈引出線側(cè)絕緣頻繁燒損及燒損側(cè)對(duì)地放電、發(fā)熱，致使線圈燒損。

1.2 ? ?制動(dòng)器線圈發(fā)熱嚴(yán)重導(dǎo)致線圈燒損

對(duì)6#行車的主卷電機(jī)、電機(jī)控制屏以及配套的MWT制動(dòng)器與制動(dòng)器線圈的相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析（圖2）。6#行車主卷電機(jī)銘牌上JC%=100%時(shí)數(shù)據(jù)為：Pe=200 kW，Ie=975 A。而根據(jù)原焦作制動(dòng)器廠MWT系列制動(dòng)器配套使用說(shuō)明書，該行車制動(dòng)器線圈數(shù)據(jù)為：Ie制動(dòng)器=1 050 A（JC%=25%時(shí)）。

根據(jù)《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》，串聯(lián)線圈型直流制動(dòng)器需根據(jù)工作機(jī)構(gòu)、工作制和電機(jī)負(fù)載電流3個(gè)因素來(lái)選擇其串聯(lián)線圈的規(guī)格。在MWT系列制動(dòng)器樣本中列出的直流串聯(lián)線圈的不同JC%值下的電流值是指在不同接電持續(xù)率下的線圈的最大允許發(fā)熱電流，因此在選擇線圈時(shí)，電機(jī)在相應(yīng)的接電持續(xù)率下的電機(jī)負(fù)載電流的均方根值（即熱值電流）不應(yīng)超過(guò)線圈的額定發(fā)熱電流[2-3]。依據(jù)均方根電流計(jì)算公式：

由此可知，電機(jī)工作在JC%=60%時(shí)，電機(jī)額定工作電流為：Ie電機(jī)=1 250 A，而Ie制動(dòng)器=1 050×（25/60）1/2≈678 A，Ie電機(jī)>Ie制動(dòng)器。因此，如果按電機(jī)相關(guān)配套參數(shù)選用，制動(dòng)器熱值電流選擇標(biāo)準(zhǔn)偏低，即當(dāng)JC%為60%時(shí)制動(dòng)器線圈不符合要求，線圈必將發(fā)熱嚴(yán)重。

2 ? ?處理對(duì)策

綜合上述分析，MWT系列串聯(lián)型線圈的針對(duì)性改進(jìn)方案如下：

2.1 ? ?針對(duì)線圈的晃動(dòng)摩擦與擠壓

將線圈制動(dòng)器與鐵芯及銜鐵之間利用一種耐高溫、散熱性能較好的環(huán)氧樹脂進(jìn)行整體澆注，有效避免線圈與鐵芯及銜鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。另外，在線圈引出線側(cè)拐彎處采取雙層絕緣層及加環(huán)氧板等絕緣加強(qiáng)保護(hù)措施。

2.2 ? ?針對(duì)制動(dòng)器線圈發(fā)熱嚴(yán)重

由1.2分析可知，要減少制動(dòng)線圈的發(fā)熱，就要增加線圈導(dǎo)線的截面積。另外，考慮到未來(lái)生產(chǎn)節(jié)奏的加快，線圈選用時(shí)需留有一定的余量，因此將主卷制動(dòng)器電氣參數(shù)選定為：JC%=40%時(shí)，Ie制動(dòng)器=1 250 A。

設(shè)用于電流為I1和JC1%工作制下的線圈數(shù)據(jù)為：導(dǎo)線截面積為a1×b1，匝數(shù)為N1，20 ℃時(shí)線圈阻值為R1。

需重新計(jì)算的線圈在同樣工作制下，電流為I2時(shí)的數(shù)據(jù)：導(dǎo)線截面積為a2×b2，匝數(shù)為N2，20 ℃時(shí)線圈阻值為R2。

根據(jù)單位面積的載流量不變（即電流密度不變）的原則有：

由原制動(dòng)器線圈的參數(shù)可知：JC%=40%時(shí)，I1=1 050×（25/40）1/2≈830 A，a1=4.5 mm，b1=70 mm，N1=19匝，I2=1 250 A，代入式（2）得：a2×b2=I2（a1×b1）/I1=1 250×（4.5×70）/830≈474.4 mm2。

根據(jù)線圈實(shí)際安裝尺寸，選擇b2=85 mm，則a2=5.58 mm。因此，根據(jù)導(dǎo)線牌號(hào)線圈可選擇相關(guān)截面積相當(dāng)（如4根1.4 mm×85 mm）的H級(jí)絕緣的雙玻璃絲扁銅線繞制而成。如保持線圈匝數(shù)不變，導(dǎo)線截面積增加至3×（1.4 mm×85 mm），則可計(jì)算出改進(jìn)后的線圈的最小厚度B2=（4×1.4+0.25）×19=111.15 mm。實(shí)際MWT-762/9C3線圈銜鐵至鐵芯內(nèi)部的厚度為120 mm，111.15 mm<120 mm，故該線圈符合安裝要求。

綜上可得，適當(dāng)增加制動(dòng)器線圈導(dǎo)線的截面積，使制動(dòng)器線圈額定工作電流增加至1 250 A，工作制由原來(lái)的S3-25%修改為S3-40%（一個(gè)工作周期按10 min計(jì)算）。

3 ? ?改進(jìn)后的效果

將上述處理對(duì)策運(yùn)用到6#行車的制動(dòng)線圈中，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行，收到了很好的效果。與其他未進(jìn)行改進(jìn)的行車相比，此類因線圈造成的行車制動(dòng)故障率明顯降低。改進(jìn)前，6#行車平均每年要發(fā)生2～3次制動(dòng)線圈故障或燒毀故障，并伴隨生產(chǎn)節(jié)奏中斷;而改造后，通過(guò)半年多的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，印證了文中的分析結(jié)論，效果相當(dāng)明顯。運(yùn)行近兩年來(lái)，6#行車再?zèng)]出現(xiàn)制動(dòng)線圈故障或燒毀故障，證明了該處理對(duì)策是合理可行的。

4 ? ?結(jié)語(yǔ)

本文所提出的改進(jìn)方案，經(jīng)過(guò)半年多的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和近兩年的運(yùn)行驗(yàn)證，效果明顯，可靠地解決了梅鋼一煉鋼廠6#行車系統(tǒng)MWT-762/9C3串聯(lián)型制動(dòng)器線圈燒損嚴(yán)重及性能不匹配的問(wèn)題，大大提高了制動(dòng)器線圈的使用壽命，確保了煉鋼廠行車設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)同行業(yè)相關(guān)直流行車系統(tǒng)制動(dòng)器線圈的選型及配套設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 強(qiáng)莉.淺談制動(dòng)器失效的原因[J].農(nóng)機(jī)使用與維修，2010（4）：105.

[2] 潘超.電梯制動(dòng)器失效原因分析和改進(jìn)建議[J].商品與質(zhì)量，2019（7）：151.

[3] KORYTOV M S，SHCHERBAKOV V S，TITENKO V V.Compara-

tive analysis of methods of cargo vibration damping moved by overhead crane[J].Journal of Physics：Conference Series，2018，1050：1-10.

收稿日期：2020-12-03

作者簡(jiǎn)介：陳禮明（1977—），男，江蘇南京人，碩士研究生，工程師，研究方向：冶金電氣設(shè)備及自動(dòng)化。