振华龙门吊富士制动器国产化改造

发布时间：2019-11-26 浏览次数：568

　　摘　要：我公司振华龙门吊富士原装三片式大车制动器工作不稳定，故障多发，维修成本高的问题。本文通过对龙门吊大车行走工况以及制动器的形式、摩擦材料、安装方式等进行分析，提出富士制动器国产化改造的方案，确定大车制动器的形式和技术要求，筛选合作厂家，进行选型、试用、推广，从根本上解决富士大车制动器的问题，降低设备的故障率。
　　关键词：龙门吊；富士制动器；国产化改造
　　1　引言
　　我公司现有58台龙门吊，是我公司集装箱堆场作业主力设备。随着使用年限的增长，设备的各种问题也开始逐渐显现出来，公司振华龙门吊的富士三片式大车制动器问题就为其中之一。
　　公司的27#～36#龙门吊共10台为2005年1月份到港投入使用。该批龙门吊大车的驱动采用4台日本富士电机通过减速箱带动车轮实现，电机的制动器为富士原装三片式大车制动器。自从投入使用以来，富士大车制动器一直存在较多的故障，平均使用寿命短，制动器保养及更换的工作量较大，严重的影响了码头的正常作业，同时维修保养成本非常高。 　　2、龙门吊使用现状分析：
　　2.1龙门吊简介及工况 　　龙门吊又叫轮胎式集装箱龙门起重机，是集装箱码头堆场专用机械。龙门吊由8只橡胶轮胎支撑，可在集装箱场地内自由移动，是我公司集装箱作业主力设备。 　　大车运行由驾驶室内主控开关控制，运行速度为无极变速，大车运行时制动器加电，机械制动器敞开，当驱动装置处于停止状态时，制动器抱闸，大车平稳停放，且不会由于风速过大而漂移。紧急停车时利用机械制动器可使正常运行下的大车从Z大速度停下来。
　　2.2制动器概况
　　制动器是具有使运动部件(或运动机械)减速、停止或保持停止状态等功能的装置。电机所配带的制动器形式很多，有盘式、鼓式、片式等，一般大型电机以外置的盘式、鼓式制动器比较多，小型电机以后置的片式制动器为多。片式制动器分为单片式和多片式，单片式制动器只有一套摩擦片和制动片，整体结构比较简单，体积较小，多片式制动器与单片式比，由于摩擦片和制动片数量多，因此可以比较容易的获得较大的制动器力矩，但是整体的体积较大。
　　目前国内龙门吊使用的大车制动器主要有三片式和单片式两种形式，三片式的压板厚度只有4mm，受热后很容易变形。由于制动器安装精度的要求，压片的与导柱的间隙很小，一旦发生变形就容易发生卡死，制动器打开后制动片和压片仍然在摩擦，进一步产生大量热，使摩擦片的使用寿命大大降低，严重的烧毁制动器线圈，损失进一步加大。
　　3　富士大车制动器存在的问题分析
　　富士大车制动器自投入使用开始至改造前一直存在比较多的问题，10台龙门吊每月的故障次数超过20次，主要集中在以下几个方面：
　　3.1摩擦片磨损过快
　　富士提供的制动器质保为2年，而富士制动器摩擦片使用寿命偏短且不稳定，从3个月～9个月不等，经过专业技术人员多次调整，没有明显的效果，低于设计使用寿命。
　　3.2摩擦压板容易变形
　　对于损坏制动器检查发现，制动器的压板均有变形并且有受热发蓝的现象，无法继续使用； 　　3.3手动打开轴承及制动片容易碎裂
　　用于手动打开电机制动器的轴承（608Z）容易碎裂，碎裂后的滚珠掉入摩擦片和压板的间隙中，当制动器打开时，掉入其中的轴承碎片加剧制动器磨损，造成失效。 　　3.4安装比较复杂
　　更换一套制动器的人力和时间是一般制动器的2倍；
　　3.5费用昂贵，供货周期长
　　一套摩擦片的费用就2万多元，整套更换费用更高，每年更换富士大车制动器的费用超过65万；而供货周期至少为3个月。
　　综合以上问题的分析，攻关团队认为：富士的三片式制动器在龙门吊没有完全停止时关闭的状态下，摩擦片和制动片摩擦会产生很大的热量，由于三片式的结构中摩擦片和制动片都比较薄，因此容易引起摩擦片的不正常磨损和制动片发热变形，所以三片式的制动器并不适合在我司龙门吊上使用。因此改造的方向定为改成单片式的制动器，并且考虑到进口配件的费用和采购周期，技术攻关团队倾向使用国产的制动器进行改造。
　　4　改造方案的确定
　　原装富士大车制动器的制动力矩是220N·M，改造后制动力矩不应小于这个值。我们通过计算，确定制动力矩为300N·M。
　　4.1制动器选择计算书 　　4.2制动器改造方案讨论
　　4.2.1生产标准的确定
　　进口和国产制动器由于依据的生产标准（国产的为GB，富士的为JISC）不同，造成安装的各个尺寸都有区别。为了有效解决这一问题，我们首先要求国产制动器厂家按照国外标准定制线圈的安装尺寸，其次我们在国产制动器摩擦片和电机轴之间增加一个按照国外标准定制的齿圈，使摩擦片和电机轴连接紧密，从而确保国产制动器能够顺利的安装在进口的电机上；
　　4.2.2摩擦材料的选择
　　为了达到这个制动力矩，我们在摩擦材料的选择上也做了深入研究，目前国内主要摩擦材料主要有碳基、粉末冶金、高分子材料三种形式，通过分析碳基的摩擦材料耐磨性不是很理想，寿命不是很长，粉末冶金的摩擦材料比较硬，容易伤及制动盘，高分子材料的摩擦材料各方面的综合性能较好，但是耐温性不及上述两种材料，由于龙门吊大车制动器都是在几乎静止的状态下进行制动，因此温度不是很高，考虑到其他的制动性能，我们决定采用高分子基碳纤维增强摩擦材料来制作制动片，以达到理想的制动效果和使用寿命。
　　4.2.3解决制动压板受热变形的问题
　　三片式的压板厚度只有4mm，受热后引起的变形量大。改成单片式后，增加了压板的厚度达到15mm，即使受热变形也不会影响制动器的正常工作；
　　4.2.4新旧制动器力矩匹配问题
　　改造后国产制动器的力矩要求不小于进口制动器力矩，我们和厂家合作对不同厚度和预紧力进行计算和测试，我们通过反复的实验Z后确定了制动器的预紧力、磨擦材料、制动片和摩擦片的厚度等一系列参数。
　　4.2.5编码器安装位置改造
　　富士大车电机自带整套的制动器和编码器，制动器更换后，国产制动器上没有编码器的安装位置，并且单片式的制动器整体尺寸比三片式小很多。为了给国产的单片式制动器安装电机编码器，我们在国产制动器上另外再设计一个安装编码器的支座，用于固定大车电机的编码器。
　　4.2.6整体防水改造
　　富士大车制动器的防水主要是靠外部自带的一个罩子，更换国产制动器后原来罩壳的安装位置被挡死，我们在制动器的自身防水功能上下功夫将制动器的防水等级达到室外电机的防护等级，以达到整体防水的效果。
　　4.2.7手动打开位置改造
　　富士大车制动器手动打开只靠一个螺栓控制，连接轴承容易碎裂，我们在国产制动器上改为2个螺栓控制，省略了轴承的机构，减少了故障点。 　　5　技术创新点
　　在具体实施过程中，我们从制动器的摩擦片、制动片和线圈防水等方面均有较大的创新：
　　1.将原有的制动片从三片式结构改成单片式，将原来5mm厚的制动片提高到20mm，从而减少的发热的变形，提高稳定性；
　　2.将原有的摩擦片从三片式机构改成单片式，将原来4mm厚的摩擦片提高到15mm，从而增加了耐磨性，并且选用添加石墨的碳基摩擦材料，能够有效的保护制动片不被磨损；
　　3.增加了线圈的防水性能，在新的制动器内部增加一层密封材料，使其能够达到室外电机的防水等级要求；
　　4.采用高分子基碳纤维增强摩擦材料，有效地提高了制动器的摩擦力矩和制动片的耐磨性。
　　6　结束语
　　一年多来振华龙门吊大车制动器国产化改造运行良好，且在实际使用过程中不断的完善和推广，给公司带来了一定的经济效益和社会效益，对于大车制动器的改造具有推广价值。
　　7　参考文献
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　　[5]GB3811—83，起重机设计规范[S].
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