履带起重机卷扬制动器控制浅析

安家（建筑与工程）

徐工机械建设机械分公司江苏　徐州 221004

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摘要：本文对履带起重机卷扬制动器工作原理及其控制特点进行了介绍，并对各种卷扬制动器控制方案进行了分析比较。

关键词：履带起重机;制动器;

0前言

履带起重机卷扬制动器是指卷扬机构的制动装置，一种即便发生液压系统泄露、故障或其他原因导致的卷扬机构无法保持状态的情况时，也能保证其可靠锁止的装置，是一种安全保护装置。国标有明确要求，动力驱动的起重机（液压油缸驱动的除外），其起升、变幅、运行、回转机构都应装可靠的制动装置：当机构要求具有载荷支持作用时，应装设机械常闭式制动器[1]。常闭式制动器正常处于合闸状态，当起重机机构工作时，制动器受外力打开松闸。

在履带起重机的设计制造中，卷扬制动器与系统的匹配设计十分重要：一方面，它起驻车制动的作用，卷扬工作时保持打开状态，卷扬停止工作时闭合，作为安全装置;另一方面，它影响卷扬的启动与停止控制，对司机的操作体验影响很大，制动器开启过早或关闭过晚载荷易下滑，开启过晚或关闭过早则液压系统憋压。因此，制动器启闭控制系统的设计匹配极大地影响主机的操作体验与安全性。

1卷扬液压控制系统及制动器控制特点

图1是一种典型的履带起重机卷扬液压控制系统，主要元件包括液压马达、平衡阀、制动器、制动器控制阀及单向节流阀。当扳动操作手柄使卷扬起/落时，主油路A/B处高压油经平衡阀内梭阀选择后，推动制动器控制阀中液控换向阀换向，同时，高压油被制动器控制阀中减压阀减压至合适的压力后，经单向节流阀进而开启制动器，卷扬开始起升或下落;当手柄逐渐回中复位时，主油路供给流量越来越小，在流量小到主油路无法建立维持负载的压力或无法打开平衡阀时，由平衡阀封闭马达油路，卷扬停止转动，主油路压力进一步降至无法推动制动器控制中的液控换向阀换向或低于制动器开启压力，此时卷扬制动器关闭，形成驻车制动，可进一步防止马达內泄、平衡阀泄露等导致的卷扬下滑。

履带起重机的卷扬制动器主要为盘式制动器，无压力油进入时，通过弹簧压紧制动器的动静摩擦片，锁住马达输入轴从而锁住卷扬;进压力油时，弹簧受压使动静摩擦片脱离即开启制动器，马达带着卷扬转动。在进行履带起重机卷扬制动控制方案设计时，应注意其特点并遵行一定的原则：

1）卷扬制动器的启闭控制一般分两步完成：先由控制信号控制换向阀换向，再由作动信号进入/离开制动器腔体继而开启/关闭制动器。

2）卷扬制动器的启闭控制信号尽量选用控制卷扬起落动作的比例信号或主油路信号，只在人为控制卷扬起落或停止时，才开启或关闭制动器，以确保安全;作动信号可采用稳定的液压油源，以确保制动器启闭控制的稳定性。

3）卷扬制动器控制信号有手动、机械、液压、电气等多种，但以液压、电气控制信号为主，作动信号一般采用恒定的压力源。

4）注意匹配卷扬制动器启闭时机：开启过早易发生重载启动下滑，开启过晚则易启动憋压卷扬后窜;关闭过早提前制动则冲击，也磨损制动器;关闭过晚则溜钩下滑。

5）在开式系统中，需注意平衡阀与制动器启闭时序的匹配，一般为保证安全，平衡阀在任意载荷情况下的开启时机要晚于制动器，防止泄露造成下落瞬间液压系统吸空失速。

6）在闭式系统中，需注意主油路压力的建立与制动器的开启的匹配，控制二次提升制动器开启前能建立维持负载的压力，防止开启瞬间重载掉落。

7）为提升卷扬启停效果，优化主机操作体验，在液控系统的卷扬控制中，常增加单向节流阀以实现制动器相对“快开慢关”的效果，从而更好地保护制动器。

2 各种卷扬制动器的启闭控制方案

履带起重机制动器的控制方式与其开启压力大小与耐压能力有关，一般而言，其开启压力约为1.5Mpa，耐压小于10Mpa，但因制动油缸结构尺寸与形式不同，部分卷扬的启闭控制压力及最大耐压也有所不同，除此之外，制动器的控制方式与还与主机液压系统的类别有关。从卷扬制动器的启闭控制及作动信号源来看，不论是节流调速、容积调速或负载敏感液控开式系统，还是相同调速机理的电控开式系统，抑或是液控/电控闭式系统，制动器启闭控制信号及作动信号源主要采用三种，因此能搭配出九种卷扬制动控制方案，九种组合方案各有优点与不足，具体参见表一，简化原理参见图2。

从控制信号看，前六种组合方案由手柄输出信号直接控制换向阀换向从而打开制动器，后三种方案须手柄有输出，进一步主油路建压才推开换向阀。相对而言，采用手柄控制信号更可控易控，线性比例的控制信号能确保换向阀稳定开启与关闭;采用主油路压力作控制信号更安全可靠，特别是在闭式系统中，可防止重载二次提升下滑，但在开式系统中轻负载快速起落情况下，主油路压力过低无法使换向阀换向而憋压再换向，制动器时开时闭形成打哽式抖动。

从作动信号看，采用主油路减压油，能确保制动器的启闭与卷扬起落动作绑定，安全性高，但即便换向阀可靠换向，在开式系统中轻负载快速起落时主油路压力低于制动器开启压力也容易出现打哽式抖动;采用伺服恒压油，能确保制动器可靠稳定地开启，但若控制信号为液比例手柄信号，在应泄压控制信号而未及时泄压时，稳定的伺服恒压油将始终开启制动器，存在重载下滑甚至失速下落的隐患;采用主油路油，适用于开启压力及耐压都高的卷扬制动器，但也存在主油路减压油作作动信号同样的问题。

上述九种组合控制方案都只有主动进行卷扬起落操作，才会打开制动器，更加安全可靠。在实际应用中根据系统类型及控制需求，可选择合适的控制方式，而且，卷扬的起与落也可采用不同的制动器控制信号组合，进而形成更多的控制方案。比如，在起升时作动信号采用伺服恒压源确保制动器开启的稳定性，下落采用主油路减压或主油路以确保安全性。而且，在上述方案中，还可在作动信号油路增加电磁阀或换向阀等逻辑控制信号以进一步提高安全性，或者通过增加阻尼系统、延时、调整系统背压等手段使得卷扬制动器控制方案更加的精细与可靠。

3 结语

卷扬制动器在保障履带起重机卷扬工作安全上有着十分重要的作用，也极大地影响着起重机卷扬起落操作时的效果及体验，只有了解卷扬制动器控制特点及设计原则，综合评估各种卷扬制动器控制方案的适配性，才能为不同类型的履带起重机液压系统，设计出契合工况使用要求的卷扬制动器控制系统。

参考文献

[1] 起重机械安全规程第1 部分：总则 .GB6067.1-2010

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