40T門機旋轉制動系統結構優化改進探討

張宇

（秦皇島港股份有限公司雜貨港務分公司，河北 秦皇島 066000）

1 前言

在實際使用中，操作人員反映這樣一種現象：當40T門機使用一段時間后，會出現制動不靈活的情況；通過觀察發現制動片在未過多磨損的情況下出現了制動片與制動輪間隙變小的情況；通過調整制動間隙，可以恢復制動靈活性，但使用一段時間后會再次發生制動延時變長的情況。

針對這種情況，技術組經過觀察和拆解相關機構發現是40T門機的旋轉制動系統出現了問題，主要問題情況有以下幾點：（1）制動架連桿鎖母與制動器手輪分別為左旋和右旋，在司機擰緊手輪時，可以自動產生收緊力，以達到在靜態下抱緊制動輪的目的；但當司機旋松手輪時，制動架連桿會與手輪一起轉動，該轉動方向正好與鎖母的松扣方向相同，進而出現鎖母松扣，增大制動架間隙的現象發生。（2）空壓系統在冬季會出現系統欠壓等情況，從而影響制動系統的正常工作。

以上問題需要對40T門機的旋轉制動系統進行多處改造，但考慮到采用外委設計并更換整套制動系統的成本較高，我隊技術人員經過討論決定自己對現有的40T門機旋轉制動系統進行升級改造，具體技術方案如下所示。

2 技術方案

2.1 制動分泵連桿鎖母防松技術方案

2.1.1 制動分泵連桿鎖母退扣分析

制動泵連桿的結構示意圖如圖1所示，當司機正向旋緊手輪1時，位于右側的鎖母2旋向與手輪旋向相反。整個制動分泵在二者的作用下相互壓緊，從而使制動架抱緊制動輪；但該連桿3為圓柱形通桿，在旋轉方向上缺乏約束，當司機松開手輪時，手輪與連桿螺紋旋緊后會由于摩擦或者銹蝕等原因會出現連桿與手輪一起同向轉動的情況發生，該連桿旋向正好與鎖母的松扣方向相同，從而導致鎖母松扣，制動架打開的情況發生。

圖1 制動分泵結構示意圖

2.1.2 防松裝置設計

考慮到連桿鎖母在調節制動分泵間隙時需要重新擰緊，因此，需要采用機械式防松設計，以便于二次緊固。傳統的防松方式（諸如破壞螺紋副、鐵絲直接鎖住等防松方式）均不同程度地存在重復使用性差、穩定性差、安裝拆卸不便等缺點；采用將連桿中間改為方軸的方式存在加工成本高，不便于后期養護等問題。因此，我們決定設計一種新的制動分泵連桿防轉（鎖母防松）裝置。具體設計思路如下： （1）設計并加工防松卡盤裝置，該卡盤具有伸出端面的兩個爪型凸起；同時在制動分泵與連桿連接頭處也加工出兩處對應凹槽，凹槽與凸起形成T型卡槽式結構，形成防止連桿軸轉動的約束。（2）在連桿一端的螺紋上銑制兩個平形的平面，并與防松卡盤的兩個平形平面構成配合，同樣形成防止制動分泵連桿軸向轉動的約束。其實際安裝效果如圖2、3所示。

圖2 防松裝置安裝示意圖

圖3 防松裝置裝配效果圖

2.1.3 滑動墊片設計

考慮到緩解制動分泵手輪和連桿的“緊皺”問題，技術人員從消除手輪旋轉摩擦力矩的角度入手，對手輪與制動分泵接觸面的摩擦副進行了如下分析。

圖4 力學模型

分析該摩擦副，可以建立如下力學模型（圖4）。從模型中可以看到，現有手輪在與分泵接觸的摩擦力矩fM是由無數個摩擦力f產生的力矩，則摩擦力矩可表示為：

可以通過添加銅墊片的方式改善手輪與制動分泵接觸面的摩擦系數，以達到改善摩擦力的效果。為此，技術人員設計并制造了手輪端面階梯型銅墊片。通過該階梯型墊片不僅可以改善摩擦表面系數，還可以增加制動分泵的間隙補償能力。

2.2 空壓機系統改造設計方案

2.2.1 空壓機管路改造設計方案

原有制動系統在司機室設有剎車腳踏，司機的腳踏動作通過空壓系統傳遞到剎車分泵，從而完成制動動作。但原機設計中從腳踏到空壓機這段管道采用金屬硬管連接，使用時間久后發生銹蝕不便于維修。為此，我們將該段管道換為氣壓軟管，在接頭處用對絲連接；并將對絲位置設置于司機室維修窗處，這樣不僅便于日常檢查，也方便了后期養護維修。

2.2.2 空壓機欠壓預警改造設計方案

在PLC控制系統中添加一組蜂鳴報警器和時間繼電器，將其連接入PLC空壓機信號輸入點，當空壓機工作達到欠壓預設壓力點時直接啟動報警器，并在15秒后旋轉機構自動停機。此過程中，操作者可及時確保門機處于安全狀態后，排查制動剎車系統欠壓問題。對比以往的欠壓直接斷電功能，該改進降低了旋轉機構突然停機產生的安全風險。

具體工作原理如下所述：

改造前PLC控制電路如圖5所示，當電接點壓力表欠壓接電閉合時，欠壓信號輸入PLC輸入模塊，使旋轉機構直接停機。

圖5 PLC輸入模塊

改造后PLC控制電路如圖6所示，當欠壓電接點壓力表接電閉合時，蜂鳴器報警，時間繼電器接通15秒后將欠壓信號輸入至PLC空壓機壓力保護接點。使旋轉驅動電路斷電，旋轉動作停止。

圖6 欠壓報警回路設計電路圖

3 應用情況

（1）目前，本項目自主研發設計的制動系統分泵連桿鎖母防松裝置已經完成設計并在機修班的努力下加工成功。其實際使用效果良好，通過測試，經過200次的手輪旋松試驗后，該鎖母仍無發生松扣現象，效果良好。

（2）本項目自主研發設計的旋轉制動手輪階梯型銅墊片經過加工，其投入使用后，手輪由靜摩擦向動摩擦轉換的最大摩擦力得到了明顯的降低，手輪旋轉更加靈活方面，達到了預期的目的。

（3）空壓機管路經過改造后，對絲安裝位置在司機室維修窗處，養護維修時間對比改造前節約了1個小時/次。達到了預期效果。

（4）經過改造的空壓機控制系統添加了欠壓預警功能，該功能投入使用后可以有效地提前預警空壓機欠壓情況，從而給司機足夠的反映時間，達到了預期要求。

4 結語

經過本次技術改造，解決了以往困擾門機操作人員的制動延時問題。降低了門機因為制動不靈活發生磕碰事故的可能性。利用自主維修的靈活性，對門機旋轉制動系統進行升級改造，節約了外委維修費用，優化了系統結構。同時還提煉出一部分具有較強推廣作用的結構性改造，有助于同類問題的分析和解決。

（1）設計加工了一種可以二次拆卸的制動架連桿鎖母機械防松裝置。通過在連桿端銑制平形扁平面，并加裝自主設計制造的爪型防松器；同時，在制動分泵與連桿連接段銑制槽口。通過爪型防松器與槽口相配合產生的力矩，徹底消除了連桿隨司機手輪轉動而導致鎖緊螺母松脫的現象。

（2）設計加工了一種改善表面摩擦狀況同時延長間隙補償能力的階梯型墊片裝置。在手輪與制動分泵的接觸端面上安裝該銅墊片，不僅可以起到降低手輪與制動分泵的摩擦系數、緩解摩擦的作用，還可以起到擴大制動器的間隙補償能力的作用。

（3）設計了一種旋轉系統欠壓報警系統，通過添加時間繼電器與鳳鳴報警器，為旋轉系統空氣助力系統添加欠壓報警功能，以便于操作人員及時發現空壓機故障，避免因突然失壓停機而發生磕碰事故。