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摘要：本文以塔式起重机起升机构为主要研究对象，对如何改进其起升机构制动系统进行了探入分析，以达到解决制动系统故障，提高工作效率的目的，供相关人员参考借鉴。
关键词：塔式起重机；起升机构；改造系统
起重机是基建项目中不可或缺的重要设备，在重大工程项目的建设过程中具有无法替代的作用，其中塔式起重机由其吊重大、工作效率高、作用范围广等特点，广泛应用于工程项目中。现对其起升机构制动系统进行研究分析，为塔式起重机起升机构技术质量的改进及效率的提高奠定基础。
1 问题描述
平臂塔式起重机(以下简称塔机)具有超大起重量和超宽的工作幅度，在工程建设中得到广泛的应用。塔机起升制动原理图如1所示。
该系统工作原理:当需要启动起升卷扬时，先点触摸屏上的起升启动，电机通电启动，给蓄能器充油，电磁阀不得电，系统压力达到设定压力后通过溢流阀3溢流。当操控手柄驱动起升电机时，起升调速电机通电，3个电磁阀通电，系统液压油由泵及蓄能器同时供给工作制动器和应急制动器，保证两个制动器同时打开，打开时间不超过1s。当操作手柄回到中位时，控制两个电磁阀同时断电，工作制动器液压缸失压后由弹簧力复位制动。而应急制动器延时2s后断电，应急制动器落闸。这样设定是为了防止工作制动器制动失效，使起升卷扬处于危险状态，也可减小应急制动器的磨损量。
在实际使用过程中，塔机有跳机现象，经维修人员检查发现，跳机现象是由于制动蓄能器内的氮气压力泄露失去供油能力造成的。在制动蓄能器失效的情况下，两个制动器只能依靠泵自身的供油能力需要5s才能打开，导致制动器打开速度明显落后于电机通电时间，造成超电流跳机。通过更换新蓄能器，跳机现象消失，系统工作正常。由于此类产品的使用场所分布较广，设备在使用一定周期后常会出现蓄能器氮气漏光的现象，而工地充氮气很不方便，通常会以新的蓄能器在现场更换维修。由于蓄能器属于压力容器，无论是公路运输，还是铁路运输均对蓄能器的运输提出了诸多限制，这给维修带来很大麻烦。同时，新更换的蓄能器部件同样也会存在氮气泄漏的现象，这对使用者和主机厂带来很大困扰。
2 对原系统进行改进
2.1 改进方案
经过多个案例分析后，确定此制动系统故障主要就是蓄能器氮气泄漏造成的，很少涉及其他液压元件。通过更换新的蓄能器还是有同样的问题出现，若想从根源上消除故障，就只能取消使用蓄能器，通过减小液压缸缸径、提高系统使用压力、增加泵的供油能力来解决制动器打开速度，从而消除此类故障。
2.2 改进优势
改进后的工作原理图如图2所示。使用新的制动系统优点在于:
(1)从根本上解决蓄能器漏气，制动器打开慢的问题。
(2)通过减小缸径，增大系统压力，减小打开系统需要流量，提高制动系统响应速度。
(3)通过改变控制模式，可以在不工作时保证系统无压力，减少非工作时系统发热量。
3 改进系统设计计算
3.1 液压缸设计
原先使用制动器液压缸规格是φ140/φ70－16，系统使用压力6MPa。在制动器打开时是有杆腔受力，根据液压缸受力F=PS，考虑把液压缸受力面积减小1/2，同时系统压力调高一倍，保证液压缸输出力不变。结合制动器受力状况，选取新液压缸规格为φ100/φ50－16。验算新旧油液压缸的有杆腔面积比i=S1/S2=(502－252)/(702－352)≈0.51，系统压力P=60/0.51≈11.8MPa。
3.2 油泵、电机的选择
由于取消蓄能器，现在打开两个制动器需要油泵直接提供流量，根据起升驱动系统控制特点，提高两个制动器打开时间为0.5s，减弱制动延迟对电机电流的影响，避免起升电机超电流跳机。按照制动器结构特点，必须让每只液压缸收回8mm才能保证制动摩擦片单边间隙离开制动盘1mm(考虑到制动盘制造精度及轴的跳动，防止在打开过程中制动盘局部与制动器摩擦)。因此，单只液压缸供油量为
Q1=(502－252)×3.14×8/1000=47.1mL
双缸需要总流量
Q总=2Q1=47.1×2=94.2mL
则泵每分钟供油能力
Q泵=(Q总/0.5)×60=11304mL
考虑到成本及系统压力，选用定量齿轮泵，驱动电机选用三项异步电机，转速为1450r/min，齿轮泵容积效率取80%，则泵的排量为
q=Q泵/(1450×0.8)=9.744mL/r
根据计算，选取10mL/r，额定压力16MPa的齿轮泵。
电机功率P=10×1450×118/(600×0.8)≈3565W
因此，选取4kW电机，型号为Y-112M-4。
3.3 系统热平衡
由于塔机起升系统不是连续工作，刹车电机受系统控制正常通电，考虑起升系统不工作时会产生额外的热量，决定把应急制动器的控制电磁阀中位由原先的P→A(A口封死)、B→T机能改为H型中位机能，这样起升系统不工作时，系统压力卸荷，基本不产生热量。按照塔机工作特点，起升卷扬工作每次最长运行时间约20min，工作过程中发热量较大，需要考虑油箱热平衡，原先的油箱体积较小，增大油箱体积，同时在油箱壁上增加散热翅，增大散热效果。经过试验并在设备上使用，最大油温(夏季)达到65℃，不影响系统使用。
4 结论
综上所述，对塔式起重机起升机构制动系统进行的改进，实践效果良好，改造措施的应用提高了塔式起重机起升机构系统性能、提高了其工作效率，为企业市场竞争力奠定了可靠的基础。
参考文献
[1] 沈瑞明.大型塔式起重机起升机构电气调速[J].起重运输机械.2010（04）
[2] 李斌.塔式起重机起升结构中的模糊控制策略分析[J].硅谷.2012（01）
论文作者:林广生
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/20
标签：制动器论文; 蓄能器论文; 液压缸论文; 系统论文; 工作论文; 压力论文; 电机论文; 《基层建设》2016年第34期论文;