摘 要：針對(duì)新型起升機(jī)構(gòu)及國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵部件不能滿足其性能要求的迫切需求，開(kāi)展了適用于新型起升機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件的研究，指導(dǎo)國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵部件系列產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)制造，以滿足輕量化橋式起重機(jī)推廣應(yīng)用需求，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)適用于輕量化橋式起重機(jī)性能要求的關(guān)鍵部件標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范的空缺。
Abstract: To solve the pressing problem that new hoisting mechanism and key domestic components fail in performances, a series of researches have been carried out on key components for new hoisting mechanism to guide R & D, design and manufacturing of key domestic components so as to promote the application of lightweight bridge crane and ?ll the gap in domestic standards and technical speci?cations governing key components for lightweight bridgecrane.
關(guān)鍵詞：橋式起重機(jī)；輕量化；電機(jī)；制動(dòng)器
Keywords: bridge crane; lightweight; motor; brake
0 引言
起重電機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠家無(wú)錫宏達(dá)2021年12月13日訊 輕量化橋式起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)采用工字鋼梁小車架，變頻電動(dòng)機(jī)通過(guò)法蘭套筒固定在減速器高速軸端箱體上；變頻電動(dòng)機(jī)的輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與減速器的高速軸連接；卷筒的一端通過(guò)錐形接手與減速器低速軸連接，卷筒的另一端通過(guò)軸承座固定在小車架上；減速器高速軸端通過(guò)支承鉸點(diǎn)固定在小車架上，減速器低速軸端通過(guò)板式支承座固定在小車架上。
為實(shí)現(xiàn)三支點(diǎn)起升機(jī)構(gòu)和三梁小車架的布置，必須要求電機(jī)和制動(dòng)器避免底座式安裝，故選配可靠性較高的進(jìn)口電磁盤(pán)式制動(dòng)器安裝在電機(jī)尾部，電機(jī)采用 B5 凸緣帶法蘭臥式通過(guò)法蘭套筒安裝在減速器上，電機(jī)選用 4 級(jí)變頻電機(jī)，體積小，質(zhì)量輕。利用法蘭固定在減速器箱體上，在兩者之間增加聯(lián)軸器，實(shí)現(xiàn)柔性連接， 降低對(duì)減速器和電機(jī)安裝精度的要求，緩解沖擊。
針對(duì)新型起升機(jī)構(gòu)及國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵部件不能滿足其性能要求的迫切需求，本文研究了適用于新型起升機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部件，指導(dǎo)國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵部件系列產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)制造， 以滿足輕量化橋式起重機(jī)推廣應(yīng)用需求，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)適用于輕量化橋式起重機(jī)性能要求的關(guān)鍵部件標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范的空缺。
1 輕量化變頻電動(dòng)機(jī)
1.1 電機(jī)技術(shù)要求
為實(shí)現(xiàn)三支點(diǎn)起升機(jī)構(gòu)和三梁小車架的布置，必須要求電機(jī)和制動(dòng)器避免底座式安裝。為此，選配可靠性較高的進(jìn)口電磁盤(pán)式制動(dòng)器安裝在電機(jī)尾部，電機(jī)采用B5 凸緣帶法蘭臥式通過(guò)法蘭套筒安裝在減速器上，電機(jī)選用 4 級(jí)變頻電機(jī)，其體積小，質(zhì)量輕。利用法蘭固定在減速器箱體上。在兩者之間增加聯(lián)軸器，實(shí)現(xiàn)柔性連接，降低對(duì)減速器和電機(jī)安裝精度的要求，緩解沖擊。
1.2 CHCP 緊湊型電機(jī)技術(shù)
緊湊型輕量化變頻電機(jī)具有電機(jī)尺寸小、功率范圍廣泛、調(diào)速范圍廣、最大轉(zhuǎn)速高達(dá) 3 000 r/min、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、低噪聲等特點(diǎn)，相同功率下的緊湊型電機(jī)比 YZP 變頻電機(jī)質(zhì)量可減輕 20%，高度降低 15%，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小 25%。
這種電機(jī)最早應(yīng)用在機(jī)床上，對(duì)空間要求小，隨后在塔式起重機(jī)上應(yīng)用廣泛，其高度低、質(zhì)量小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的特點(diǎn)適用于頻繁起制動(dòng)的工況。高密度電機(jī)的轉(zhuǎn)子體積和重量小于原有同功率下的 YZP 電機(jī)轉(zhuǎn)子，但相比同機(jī)座號(hào)下的 YZP電機(jī)還是要大一些的。因此，以 160kW、55kW的電機(jī)為例，其質(zhì)量為 363kg， 大于原 YZP160L-4的 130kg， 相比原有 55kW的 YZP250M-4的 480kg減輕了 24%， 整機(jī)高度降低23%，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)提高 10%，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小 30%。
1.3 緊湊型電機(jī)由定子鐵芯代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑄鐵機(jī)殼
從物理空間上，提供了在同一中心高上加大電機(jī)功率的可能性。設(shè)計(jì)方形定子沖片，帶通風(fēng)孔轉(zhuǎn)子沖片。通過(guò)焊接的方式使定子鐵芯成為整體，定子鐵芯起到導(dǎo)磁和結(jié)構(gòu)支撐的雙重作用，取消了傳統(tǒng)鑄鐵機(jī)殼。由于鑄鐵機(jī)殼底腳占據(jù)了一定的空間，取消后在同一中心高的，定子沖片內(nèi)徑可適當(dāng)加大，相應(yīng)轉(zhuǎn)子外徑加大，提供了加大電機(jī)功率的空間。
1.4 緊湊型電機(jī)采用內(nèi)部直接散熱的方式
電機(jī)熱容量大幅度增加，使提高單機(jī)功率成為現(xiàn)實(shí)。對(duì)于傳統(tǒng)電機(jī)而言，電機(jī)工作時(shí)，定子繞組發(fā)熱傳到定子鐵芯，由定子鐵芯傳導(dǎo)到鑄鐵機(jī)殼（受機(jī)殼與鐵芯間存有空氣的影響，該過(guò)程的熱傳導(dǎo)效率低），鑄鐵機(jī)殼表面的散熱片與空氣接觸，由空氣流動(dòng)將熱量帶走。緊湊型變頻電動(dòng)機(jī)由定子鐵芯取代鑄鐵機(jī)殼后，定子鐵芯直接與空氣接觸，減掉定子鐵芯與傳統(tǒng)鑄鐵機(jī)殼的熱傳導(dǎo)環(huán)節(jié)。
電機(jī)在工作時(shí)，按功率、極數(shù)的不同，轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱有時(shí)略低于定子繞組發(fā)熱，有時(shí)與定子繞組發(fā)熱相當(dāng)， 故電機(jī)內(nèi)部熱量占比大。緊湊型變頻電動(dòng)機(jī)的散熱方式為風(fēng)機(jī)直接將外部冷空氣，吹到電機(jī)內(nèi)部，穿過(guò)轉(zhuǎn)子沖片的通風(fēng)孔，將內(nèi)部熱量帶走，這種內(nèi)部散熱的方式， 使散熱能力得到提高。
2 電磁盤(pán)式制動(dòng)器
2.1 電磁盤(pán)式制動(dòng)器技術(shù)要求
輕量化橋式起重機(jī)采用電磁盤(pán)式制動(dòng)器安裝在電機(jī)尾部，與電動(dòng)機(jī)同軸連接，連接形式受到電機(jī)的相關(guān)約束，制動(dòng)器參數(shù)應(yīng)與電機(jī)匹配。起重機(jī)械的工作特點(diǎn)是反復(fù)短時(shí)工作制、制動(dòng)頻繁，制動(dòng)器在吊運(yùn)作業(yè)中起到夾持工件運(yùn)行、緊急制動(dòng)的作用，是起重機(jī)系列工作中重要的主動(dòng)安全裝置，在起重機(jī)械行業(yè)中廣泛應(yīng)用。
制動(dòng)器的磨損檢測(cè)通過(guò)限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)摩擦盤(pán)磨損量來(lái)實(shí)現(xiàn)，但由于摩擦盤(pán)的磨損量級(jí)非常小，在使用過(guò)程中開(kāi)關(guān)的靈敏度很難保證，經(jīng)常是監(jiān)測(cè)到磨損量過(guò)大而報(bào)警的問(wèn)題，并未達(dá)到理想的效果。因此，這部分暫不做明確要求。
動(dòng)作檢測(cè)開(kāi)關(guān)的作用是利用開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)監(jiān)測(cè)抱閘線圈吸合或釋放時(shí)鐵心產(chǎn)生的位移，從而確認(rèn)閘瓦的上閘或釋放，以判斷制動(dòng)器的性能。制動(dòng)器動(dòng)作的同時(shí)微動(dòng)開(kāi)關(guān)也有相應(yīng)的動(dòng)作，常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，給系統(tǒng)一個(gè)信號(hào)，說(shuō)明剎車正常且在工作狀態(tài)，否則，系統(tǒng)會(huì)有報(bào)警等相應(yīng)程序啟動(dòng)。
2.2 電磁盤(pán)式制動(dòng)器的特點(diǎn)
1） 體積小，質(zhì)量輕
在起重機(jī)輕量化的發(fā)展趨勢(shì)下，減小起重機(jī)配套產(chǎn)品的體積和質(zhì)量才能從根本上滿足輕量化要求，相比傳統(tǒng)鼓式制動(dòng)器而言，盤(pán)式制動(dòng)器的體積與質(zhì)量明顯減小。
從制動(dòng)器型號(hào)選擇可知，在電機(jī)功率、制動(dòng)力矩相同的情況下，盤(pán)式制動(dòng)器的質(zhì)量明顯小于傳統(tǒng)鼓式制動(dòng)器。從結(jié)構(gòu)角度看，盤(pán)式制動(dòng)器的緊湊性比鼓式制動(dòng)器好，故體積也遠(yuǎn)小于鼓式制動(dòng)器。
2） 便于安裝調(diào)整
制動(dòng)器對(duì)于起重機(jī)來(lái)說(shuō)起著至關(guān)重要的作用，但長(zhǎng)時(shí)間使用后制動(dòng)器需要重新調(diào)整。由于部分維護(hù)人員在制動(dòng)器的調(diào)整過(guò)程中操作不規(guī)范，造成安全隱患，故制動(dòng)器在設(shè)計(jì)上要方便調(diào)整。
對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器，安裝只需要調(diào)整銜鐵與定子之間的間隙到額定間隙，需要的調(diào)試工具也相對(duì)簡(jiǎn)單。如果長(zhǎng)時(shí)間使用造成摩擦盤(pán)磨損，只需要將間隙再次調(diào)整即可。而傳統(tǒng)鼓式制動(dòng)器調(diào)節(jié)起來(lái)相對(duì)復(fù)雜，需要操作的步驟比較多，給維護(hù)人員帶來(lái)不便。
3） 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低
從制動(dòng)方式上來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)方式為： 在電機(jī)軸上安裝慣性輪，通過(guò)慣性輪與制動(dòng)鼓摩擦制動(dòng)。力矩越大慣性輪的直徑也越大，故轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也隨之增高。而盤(pán)式制動(dòng)器通過(guò)轉(zhuǎn)子與銜鐵摩擦制動(dòng)，轉(zhuǎn)子的直徑小， 同時(shí)質(zhì)量比較輕，所以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相對(duì)較低。
4） 響應(yīng)速度快
在起重應(yīng)用中，起重機(jī)的操作需要頻繁點(diǎn)動(dòng)，為了防止拖磨與溜車，要求制動(dòng)器的響應(yīng)必須要快。傳統(tǒng)鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)方式：當(dāng)收到制動(dòng)信號(hào)時(shí)， 收緊制動(dòng)鼓，通過(guò)摩擦使得電機(jī)制動(dòng)，釋放時(shí)與制動(dòng)過(guò)程相反，工作過(guò)程相對(duì)緩慢。而盤(pán)式制動(dòng)器收到制動(dòng)信號(hào)時(shí)，線圈斷電，通過(guò)彈簧力瞬間擠壓銜鐵與摩擦片摩擦制動(dòng)。當(dāng)釋放時(shí)，線圈通電，依靠電磁力克服彈簧力，將銜鐵吸附，消除摩擦力。這個(gè)過(guò)程相對(duì)迅速，從而提升制動(dòng)器響應(yīng)時(shí)間。
5） 功耗低
在起重應(yīng)用中，另一個(gè)需要克服的問(wèn)題就是發(fā)熱。起重機(jī)工作過(guò)程中頻繁的點(diǎn)動(dòng)以及摩擦制動(dòng)，導(dǎo)致制動(dòng)器溫度升高。當(dāng)制動(dòng)器溫度逐漸升高時(shí)，摩擦材料會(huì)發(fā)生熱衰退，導(dǎo)致摩擦因數(shù)降低，從而降低安全性。而減小制動(dòng)器功耗，也是減小溫升的一個(gè)重要因素。盤(pán)式制動(dòng)器在設(shè)計(jì)時(shí)，采用低功耗的線圈設(shè)計(jì)方法，從根本上降低了制動(dòng)器的功耗。
2.3 電磁盤(pán)式制動(dòng)器技術(shù)特點(diǎn)
1） 采用在線轉(zhuǎn)子粘接無(wú)損檢測(cè)儀檢測(cè)轉(zhuǎn)子粘接，
提高轉(zhuǎn)子粘接的可靠性，確保制動(dòng)器不存在脫片現(xiàn)象。
2） 特殊設(shè)計(jì)的雙壓整流器，提高了整流器的耐電壓沖擊及電流沖擊能力，確保制動(dòng)器的可靠運(yùn)行。
3） 采用真空灌封工藝，有效保護(hù)線圈，避免線圈
燒毀的可能。
4） 采用青稞紙強(qiáng)化線圈首端與末層接觸部分及漆包線與引線連接部分的絕緣強(qiáng)度，保證線圈不會(huì)在斷電時(shí)的反電勢(shì)下?lián)舸龤А?/span>
5） 采用冷壓與焊接結(jié)合的工藝處理引線與漆包線相連部分，防止高溫時(shí)焊錫熔化及低溫時(shí)的焊錫粉化造成的連接失效。
6） 采用更高絕緣等級(jí)的漆包線，提高制動(dòng)器的耐熱性能。
7） 采用冷鍛壓的鋁合金轉(zhuǎn)子，有效避免了傳統(tǒng)鑄造鋁合金轉(zhuǎn)子的缺陷，提高材料強(qiáng)度，進(jìn)一步提高制動(dòng)器的可靠性。
8） 采用 QPQ處理， 硬度 HV≥ 600， 鹽霧試驗(yàn)≥ 200 h，提高摩擦對(duì)偶的耐磨性能和防腐能力，完全滿足戶外應(yīng)用的要求。
9） 軸套采用高強(qiáng)度不銹鋼材料，保證材料強(qiáng)度及防腐需要。
3 總結(jié)
輕量化電機(jī)和制動(dòng)器分別從結(jié)構(gòu)形式、材料等方面開(kāi)展優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的輕量化。使其結(jié)構(gòu)更加合理， 技術(shù)性能更加優(yōu)越，與此同時(shí)對(duì)輕量化電機(jī)和制動(dòng)器的設(shè)計(jì)、制造提出更高的要求，進(jìn)而促進(jìn)起重機(jī)械行業(yè)及其配套件產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和結(jié)構(gòu)調(diào)整，提升產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。
參考文獻(xiàn)
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