輕量化起重機電機和制動器技術發展狀況

發布時間：2021-12-13 09:09:00 點擊：

摘要：針對新型起升機構及國產關鍵部件不能滿足其性能要求的迫切需求，開展了適用于新型起升機構的關鍵部件的研究，指導國產關鍵部件系列產品的研發、設計制造，以滿足輕量化橋式起重機推廣應用需求，填補國內適用于輕量化橋式起重機性能要求的關鍵部件標準及技術規范的空缺。

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.

關鍵詞：橋式起重機；輕量化；電機；制動器

Keywords: bridge crane; lightweight; motor; brake

0 引言

起重電機專業生產廠家無錫宏達2021年12月13日訊 輕量化橋式起重機的起升機構采用工字鋼梁小車架，變頻電動機通過法蘭套筒固定在減速器高速軸端箱體上；變頻電動機的輸出軸通過聯軸器與減速器的高速軸連接；卷筒的一端通過錐形接手與減速器低速軸連接，卷筒的另一端通過軸承座固定在小車架上；減速器高速軸端通過支承鉸點固定在小車架上，減速器低速軸端通過板式支承座固定在小車架上。

為實現三支點起升機構和三梁小車架的布置，必須要求電機和制動器避免底座式安裝，故選配可靠性較高的進口電磁盤式制動器安裝在電機尾部，電機采用 B5 凸緣帶法蘭臥式通過法蘭套筒安裝在減速器上，電機選用 4 級變頻電機，體積小，質量輕。利用法蘭固定在減速器箱體上，在兩者之間增加聯軸器，實現柔性連接，降低對減速器和電機安裝精度的要求，緩解沖擊。

針對新型起升機構及國產關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構的關鍵部件，指導國產關鍵部件系列產品的研發、設計制造，以滿足輕量化橋式起重機推廣應用需求，填補國內適用于輕量化橋式起重機性能要求的關鍵部件標準及技術規范的空缺。

1 輕量化變頻電動機

1.1 電機技術要求

為實現三支點起升機構和三梁小車架的布置，必須要求電機和制動器避免底座式安裝。為此，選配可靠性較高的進口電磁盤式制動器安裝在電機尾部，電機采用B5 凸緣帶法蘭臥式通過法蘭套筒安裝在減速器上，電機選用 4 級變頻電機，其體積小，質量輕。利用法蘭固定在減速器箱體上。在兩者之間增加聯軸器，實現柔性連接，降低對減速器和電機安裝精度的要求，緩解沖擊。

1.2 CHCP 緊湊型電機技術

緊湊型輕量化變頻電機具有電機尺寸小、功率范圍廣泛、調速范圍廣、最大轉速高達 3 000 r/min、轉動慣量小、低噪聲等特點，相同功率下的緊湊型電機比 YZP 變頻電機質量可減輕 20%，高度降低 15%，轉動慣量減小 25%。

這種電機最早應用在機床上，對空間要求小，隨后在塔式起重機上應用廣泛，其高度低、質量小、轉動慣量小的特點適用于頻繁起制動的工況。高密度電機的轉子體積和重量小于原有同功率下的 YZP 電機轉子，但相比同機座號下的 YZP電機還是要大一些的。因此，以 160kW、55kW的電機為例，其質量為 363kg，大于原 YZP160L-4的 130kg，相比原有 55kW的 YZP250M-4的 480kg減輕了 24%，整機高度降低23%，起動轉矩倍數提高 10%，轉動慣量減小 30%。

1.3 緊湊型電機由定子鐵芯代替傳統鑄鐵機殼

從物理空間上，提供了在同一中心高上加大電機功率的可能性。設計方形定子沖片，帶通風孔轉子沖片。通過焊接的方式使定子鐵芯成為整體，定子鐵芯起到導磁和結構支撐的雙重作用，取消了傳統鑄鐵機殼。由于鑄鐵機殼底腳占據了一定的空間，取消后在同一中心高的，定子沖片內徑可適當加大，相應轉子外徑加大，提供了加大電機功率的空間。

1.4 緊湊型電機采用內部直接散熱的方式

電機熱容量大幅度增加，使提高單機功率成為現實。對于傳統電機而言，電機工作時，定子繞組發熱傳到定子鐵芯，由定子鐵芯傳導到鑄鐵機殼（受機殼與鐵芯間存有空氣的影響，該過程的熱傳導效率低），鑄鐵機殼表面的散熱片與空氣接觸，由空氣流動將熱量帶走。緊湊型變頻電動機由定子鐵芯取代鑄鐵機殼后，定子鐵芯直接與空氣接觸，減掉定子鐵芯與傳統鑄鐵機殼的熱傳導環節。

電機在工作時，按功率、極數的不同，轉子繞組發熱有時略低于定子繞組發熱，有時與定子繞組發熱相當，故電機內部熱量占比大。緊湊型變頻電動機的散熱方式為風機直接將外部冷空氣，吹到電機內部，穿過轉子沖片的通風孔，將內部熱量帶走，這種內部散熱的方式，使散熱能力得到提高。

2 電磁盤式制動器

2.1 電磁盤式制動器技術要求

輕量化橋式起重機采用電磁盤式制動器安裝在電機尾部，與電動機同軸連接，連接形式受到電機的相關約束，制動器參數應與電機匹配。起重機械的工作特點是反復短時工作制、制動頻繁，制動器在吊運作業中起到夾持工件運行、緊急制動的作用，是起重機系列工作中重要的主動安全裝置，在起重機械行業中廣泛應用。

制動器的磨損檢測通過限位開關檢測摩擦盤磨損量來實現，但由于摩擦盤的磨損量級非常小，在使用過程中開關的靈敏度很難保證，經常是監測到磨損量過大而報警的問題，并未達到理想的效果。因此，這部分暫不做明確要求。

動作檢測開關的作用是利用開關的通斷來監測抱閘線圈吸合或釋放時鐵心產生的位移，從而確認閘瓦的上閘或釋放，以判斷制動器的性能。制動器動作的同時微動開關也有相應的動作，常開點閉合，常閉點斷開，給系統一個信號，說明剎車正常且在工作狀態，否則，系統會有報警等相應程序啟動。

2.2 電磁盤式制動器的特點

1）體積小，質量輕

在起重機輕量化的發展趨勢下，減小起重機配套產品的體積和質量才能從根本上滿足輕量化要求，相比傳統鼓式制動器而言，盤式制動器的體積與質量明顯減小。

從制動器型號選擇可知，在電機功率、制動力矩相同的情況下，盤式制動器的質量明顯小于傳統鼓式制動器。從結構角度看，盤式制動器的緊湊性比鼓式制動器好，故體積也遠小于鼓式制動器。

2）便于安裝調整

制動器對于起重機來說起著至關重要的作用，但長時間使用后制動器需要重新調整。由于部分維護人員在制動器的調整過程中操作不規范，造成安全隱患，故制動器在設計上要方便調整。

對于盤式制動器，安裝只需要調整銜鐵與定子之間的間隙到額定間隙，需要的調試工具也相對簡單。如果長時間使用造成摩擦盤磨損，只需要將間隙再次調整即可。而傳統鼓式制動器調節起來相對復雜，需要操作的步驟比較多，給維護人員帶來不便。

3）轉動慣量低

從制動方式上來說，傳統鼓式制動器的制動方式為：在電機軸上安裝慣性輪，通過慣性輪與制動鼓摩擦制動。力矩越大慣性輪的直徑也越大，故轉動慣量也隨之增高。而盤式制動器通過轉子與銜鐵摩擦制動，轉子的直徑小，同時質量比較輕，所以轉動慣量相對較低。

4）響應速度快

在起重應用中，起重機的操作需要頻繁點動，為了防止拖磨與溜車，要求制動器的響應必須要快。傳統鼓式制動器的制動方式：當收到制動信號時，收緊制動鼓，通過摩擦使得電機制動，釋放時與制動過程相反，工作過程相對緩慢。而盤式制動器收到制動信號時，線圈斷電，通過彈簧力瞬間擠壓銜鐵與摩擦片摩擦制動。當釋放時，線圈通電，依靠電磁力克服彈簧力，將銜鐵吸附，消除摩擦力。這個過程相對迅速，從而提升制動器響應時間。

5）功耗低

在起重應用中，另一個需要克服的問題就是發熱。起重機工作過程中頻繁的點動以及摩擦制動，導致制動器溫度升高。當制動器溫度逐漸升高時，摩擦材料會發生熱衰退，導致摩擦因數降低，從而降低安全性。而減小制動器功耗，也是減小溫升的一個重要因素。盤式制動器在設計時，采用低功耗的線圈設計方法，從根本上降低了制動器的功耗。

2.3 電磁盤式制動器技術特點

1）采用在線轉子粘接無損檢測儀檢測轉子粘接，

提高轉子粘接的可靠性，確保制動器不存在脫片現象。

2）特殊設計的雙壓整流器，提高了整流器的耐電壓沖擊及電流沖擊能力，確保制動器的可靠運行。

3）采用真空灌封工藝，有效保護線圈，避免線圈

燒毀的可能。

4）采用青稞紙強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度，保證線圈不會在斷電時的反電勢下擊穿燒毀。

5）采用冷壓與焊接結合的工藝處理引線與漆包線相連部分，防止高溫時焊錫熔化及低溫時的焊錫粉化造成的連接失效。

6）采用更高絕緣等級的漆包線，提高制動器的耐熱性能。

7）采用冷鍛壓的鋁合金轉子，有效避免了傳統鑄造鋁合金轉子的缺陷，提高材料強度，進一步提高制動器的可靠性。

8）采用 QPQ處理，硬度 HV≥ 600，鹽霧試驗≥ 200 h，提高摩擦對偶的耐磨性能和防腐能力，完全滿足戶外應用的要求。

9）軸套采用高強度不銹鋼材料，保證材料強度及防腐需要。