陳 興，王雅民

（平?jīng)鍪刑胤N設(shè)備檢驗(yàn)中心，甘肅平?jīng)?744000）

0 引言

起重機(jī)類特種設(shè)備中，比較常用的制動設(shè)備是塊式制動器，它是通過制動摩擦將動能轉(zhuǎn)化成為的熱能的一種部件，并且用塊式制動器對于起重機(jī)設(shè)備的正常、安全運(yùn)行具有重要作用。但是用塊式制動器在工作過程中存在著檢驗(yàn)重視度低、工況復(fù)雜還有較高動作頻率等問題，容易造成安全事故的發(fā)展，所以一定要做好對其的日常維護(hù)和檢驗(yàn)工作。因此，下面就對起重機(jī)用塊式制動器有限元分析及檢驗(yàn)進(jìn)行研究、分析。

1 用塊式制動器的工作原理以及組成

起重機(jī)用塊式制動器主要由基座、瓦塊、制動臂、推力桿、主彈簧、液力器以及支架等7 個(gè)部分組成。正常運(yùn)行的起重機(jī)，其兩個(gè)瓦塊會在彈簧力的作用下閉合制動輪，而瓦塊襯墊還有制動輪之間所產(chǎn)生的摩擦力會讓運(yùn)行還有起升的構(gòu)件進(jìn)行制動[1]。在通電之后，液力推動器就會帶動推力桿，進(jìn)行制動臂張開，從而讓制動輪處于自由旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。起重機(jī)各種工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)正常都是由制動器來保障的，間隙和主彈簧制約動力矩的大小，副彈簧使瓦輪保持合適的間隙。

2 起重機(jī)用塊式制動器的有限元分析

2.1 載荷施加和網(wǎng)格劃分

為了確定和分析起重機(jī)用塊式制動器在運(yùn)行時(shí)的變形情況和整體受力，就需要進(jìn)行有限元分析。在這個(gè)過程中首先應(yīng)建立三維模型，再將其導(dǎo)入到有限元軟件中，進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)可以運(yùn)用六面網(wǎng)格[2]。對于輪式制動器而言，在對其進(jìn)行約束和施加載荷的時(shí)候，其基座應(yīng)該位于一種固定狀態(tài)。就制動器的制動瓦塊而言，在其中存在著制動力矩，將其設(shè)置成為1000 N·m，在重力和力矩的作用下對整體的應(yīng)變及應(yīng)力情況進(jìn)行驗(yàn)證，這樣非常有利于對其中失效發(fā)生的危險(xiǎn)位置進(jìn)行分析。

2.2 有限元分析的結(jié)果

對模型進(jìn)行約束施加、網(wǎng)格劃分還有載荷施加之后，再求解計(jì)算有限元，最終求算出結(jié)果。通過得出來的結(jié)果來整體地觀察制動器的應(yīng)變和應(yīng)力，經(jīng)過觀察之后可以發(fā)現(xiàn)一應(yīng)變和應(yīng)力值變小了。同時(shí)，在制動臂和制動瓦塊的鉸接處存在了最大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力。這是因?yàn)殇摬牧洗笥谄淝?qiáng)度，所以也可以根據(jù)這個(gè)來判斷出制動器正在安全靜態(tài)的情況下。對于這個(gè)建立的制動器結(jié)構(gòu)來說，其應(yīng)變的最高值位于整個(gè)支架還有制動臂上，而處于瓦塊位置的應(yīng)變則比較小[3]。而對于液力缸還有基座部位的應(yīng)變還有應(yīng)力值來說都比較小，甚至可以忽略不計(jì)。通過分析結(jié)果來看，制動瓦塊、主彈簧還有推力桿等零部件的應(yīng)力和結(jié)構(gòu)位移的分布，各個(gè)零件的變形值較小，其屈服強(qiáng)度都大于各個(gè)應(yīng)力值，正位于彈性變形的情況下，并且還具備著一定程度的安全裕度。而對于制動瓦塊、主彈簧和推力桿這3 個(gè)部件來說，其最大變形處都發(fā)生在每個(gè)零部件的端部，并且這3 個(gè)零部件分布的應(yīng)力有不同的分布規(guī)律。

3 起重機(jī)用塊式制動器檢驗(yàn)及失效分析

制動力矩Mz的計(jì)算公式如下：

其中，F(xiàn)N是主彈簧張力，n 是瓦塊的總數(shù)量，ηs表示制動瓦間和主彈簧之間的力傳遞杠桿比，μf是制動輪和瓦塊之間的摩擦因數(shù)，D 為制動輪的直徑。因此，按照上述的公式和有限元的分析，可以按照從以下4 個(gè)方面對制動失效進(jìn)行分析。

3.1 升溫制動

進(jìn)行制動時(shí)，用塊式制動器會產(chǎn)生很多的摩擦熱，這會使瓦塊和制動輪之間的摩擦因數(shù)下降，進(jìn)而降低制動力矩，甚至在比較嚴(yán)重的狀況下來會出現(xiàn)制動失效的情況[4]。為了避免失效問題的發(fā)生，在這個(gè)過程中一定要注意制動器的頻繁和長期運(yùn)行。

3.2 襯墊摩擦

經(jīng)過長時(shí)間的摩擦之后，制動襯墊的表面會出現(xiàn)磨損，制動輪和制動瓦塊之間的間隙不斷擴(kuò)大，同時(shí)還會減小制動力矩。所以，應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)測襯墊磨損量，如果超過了其允許值就一定要及時(shí)進(jìn)行更換，從而使制動的安全性得到有效保障。

3.3 結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)故障

起重機(jī)用塊式制動器中包括的零件比較多，所以任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生了故障都會造成制動器的失效[5]。依據(jù)故障來進(jìn)行深入的理論和分析，就可以了解到各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中出現(xiàn)的故障。例如液力器的馬達(dá)繞組，當(dāng)其發(fā)生故障后，制動輪盤就會因?yàn)槭Ф霈F(xiàn)發(fā)熱裂紋，制動臂、推力桿等也會出現(xiàn)疲勞破壞。

3.4 其他因素

起重機(jī)作業(yè)時(shí)，如果因?yàn)樽鳂I(yè)人員的操作出現(xiàn)錯(cuò)誤，如維護(hù)人員不小心將潤滑油或潤滑脂滴入摩擦副，摩擦因數(shù)就會出現(xiàn)急劇下降的情況，繼而造成起重機(jī)用塊式制動器因?yàn)橹苿邮Фl(fā)生故障。所以，在對起重機(jī)制動器進(jìn)行日常檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)重視制動襯墊的磨損情況，并測量制動間隙及液力器的順暢度。同時(shí)還應(yīng)該要測試結(jié)構(gòu)件的受力區(qū)域，并且對于特種設(shè)備的人員操作質(zhì)量、工作級別還有工作的環(huán)境等進(jìn)行綜合考慮、評估還有檢驗(yàn)。

4 起重機(jī)用塊式制動器的日常維護(hù)方式

4.1 更換制動襯墊

制動襯墊屬于容易損壞的零件，在對其進(jìn)行更換時(shí)，如果之前所運(yùn)用的制動襯墊可以滿運(yùn)行要求，那么在更換時(shí)還要選擇同廠家所生產(chǎn)的制動襯墊[6]。如果需要換用其他廠家的襯墊，那么應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)相同的產(chǎn)品，產(chǎn)品厚度和寬度應(yīng)與之前的制動襯墊相符，且產(chǎn)品性能不低于原來的襯墊。

4.2 注意制動器安裝的連接尺寸

更換起重機(jī)用塊式制動器時(shí)，應(yīng)選擇原廠家生產(chǎn)的同一型號產(chǎn)品，同時(shí)還應(yīng)重視安裝連接的尺寸，避免安裝后影響制動性能或根本無法安裝。另外還要注意，即便產(chǎn)品的型號一樣，安裝連接的尺寸也可能會所不同。雖然制動器型號和尺寸可能會存在不同，但是因?yàn)檫B接尺寸與各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)相符合，所以按照安裝連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)來選擇制動器類型是比較簡單的方式。

4.3 制動器的功能及性能

在維護(hù)或更換起重機(jī)制動器的時(shí)候，新?lián)Q制動器的性能不可以低于原來的制動器，且其摩擦材料和制動力矩的功能不能低于原來的[7]。

4.4 電源的選用

起重機(jī)用塊式制動器應(yīng)盡量使用原型號的制動器電源，或使用相同指標(biāo)參數(shù)的電源。如果要改變原來起重機(jī)中的控制線路，則原來的制動程序就很有可能發(fā)生改變，出現(xiàn)不必要的故障。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對起重機(jī)用塊式制動器有限元分析及檢驗(yàn)研究，明確了制動受載情況下起重機(jī)用塊式制動器的最大應(yīng)變、最大應(yīng)力應(yīng)處于制動臂的位置：屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)大于制動器各零件的應(yīng)力，而這這種狀態(tài)下就證明其處于安全靜態(tài)下；對其進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)重視制動間隙、制動溫升、人員實(shí)際操作、襯墊摩擦以及整體的工作情況等工作，使起重機(jī)制動器的運(yùn)行安全得到有效保障。