起重机起升制动器制动距离和时间的计算

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Abstract：The paper introduces the working condition of the brake，with definition of rated braking torque，and ana-lyzes its working condition in emergency.With calculation of a container crane brake as an example，the paper details acalculation method of the acceleration lowering travel S1 before effective input of brake torque value MK，and the deceleration braking travel S1 during the effective braking of al braking torque of high-speed shaft brake，and then，the total low-ered travel and total time during emergency stop of crane lifting brake are figured out，which provide reference for designand calculation of the similar brakes。

Keywords：crane；brake；braking distance；braking time集装箱起重机主起升机构、小车运行机构、俯仰机构、大车运行机构 4大机构均设有制动器，其中主起升机构和俯仰机构 由于 吊载的是重物，对配备的制动器要求较高，特别是对制动器紧急情况下制动的距离和制动的时间有-定的要求。

在此，针对起升机构制动器制动距离和时间的计算展开分析。

1 起重机起升机构制动器工作工况起升机构分机构的起动、制动和紧急制动 3种工况。

1.1 起动电机在建立起必要扭矩后制动器才松开，这样起升时不会发生载荷先下降-个行程后才起升的现象。为了防止这-现象的发生，电控调试要精调，同时在设计电控程序时，使制动器打开的时间恰到好处。

1.2 正常工作中的制动过去在 PLC控制以前，主起升机构的制动控制完全由制动器实现，不论速度、载荷大小，-进入制动，制动器投入全部设定的制动力矩 (该制动力矩按额定载荷设置)，制动不平稳，冲击大，难 以控制对位，不适于在集装箱起重机上《起重运输机械》 2012(12)应用。

现在的集装箱起重机大多用 PLC电控，调速平稳 ，对位容易，因此，负载的制动通过电机实现线性减速以达平稳制动，容易实现对位。制动前PLC获得载荷值大小，即扭矩已知，且制动加速度已设定好，制动前的速度 PLC也已知。因此，达到规定的减速制动，电机所要建立的扭矩值也已确定，只要电机建立需要的制动扭矩 ，机构就能按事先要求的加速度减速，在确定时间 t内降至某个指定值，甚至为 0，非常平滑地制动。从理论上，它无需机构制动器也能将速度减至 0。但这不能取代机构制动器，最后的制动和长时间的制动及安全必须配有制动器。由此可见，集装箱起重机主起升机构制动器虽然频繁制动，但动态制动时速度已很低，- 般电控设在速度降至 5% ～10%时，机械制动器才投入，而且制动力矩的建立非踌，因此，它的投入不会对制动产生明显冲击。

所以，集装箱起重机的主起升制动器在机构正常工作制动中，只在速度接近 0时和电机断电过程中保持全制动状态，而动态过程中制动任务的约90%都由电机实现。

1.3 急停制动工况起重机工作中遇见紧急状况时，司机或工作- 9 - 人员随时在相应的部位按下紧急停止按钮，这时可能是整机断电，也可能某个机构断电，起重机工作的各机构进人紧急停止状况叫紧急停车。

主起升机构在急停按钮动作后，主起升机构断电，电机立即失去扭矩，制动器进入制动状态(若卷筒轴也带有制动器时，也进人制动)。由于电机的断电比制动器建立制动力矩的时间快得多，这段时间差范围，称之为制动器的滞后时间。如果机构是在起吊重物下降过程中，则载荷在重力下将加速下降，动能越来越大，这是考验制动器制动能量的时刻，如制动器选择制动力矩不合适，制动器的制动瓦块和制动盘将被烧坏，不能有效地制动载荷，事故就将发生。有些虽制动载荷停止下降，但急停距离太长，超过了标书要求值，这种情况的发生就说明主起升制动器选用失败，或制动器制动力矩未能调到位。若属后者，继续调整增大制动力矩，如还不能满足要求，说明制动器选用错误，要重新选择。

由此可见，主起升制动器正常工作中，它只在速度接近 0时投入制动，进入动态制动的时间很短，其余是静态制动，真正发挥其作用的机会是急停。 -2 制动器的选用和计算2.1 制动器的主要参数涵义额定制动力矩 指摩擦因数 ：0。4时静态的制动力矩。动态制动时，摩擦因数将减至 0.3，因此选用时应以0.75M 作为选用值。

2.2 确定制动器的M 值0.75MKnM卷 。叼效率/式中： 卷为外载荷对卷筒的总扭矩，1，为安全系数，按相关的规范或标书要求选用，i为电机至卷筒的速比，叼效率在制动器计算时应取大值。

2.3 校验制动器计算校验以急停工况来计算，最不利的工况是下降急停，计算载荷下降的行程 (或急停制动的加速度)和时间。在下降过程中紧急停止 (急停状态)，载荷下降距离为制动器扭矩 值有效投入前加速下降的距离 s 以及高速轴制动器的全部制动力矩∑ (N·1TI)有效制动期间的减速制动的距离 52之和，即SS 5 。 、- 20 - ∑ 以及卷筒轴上的全部制动力矩：1)制动器扭矩 值有效投入前加速下降的距离5 的计算当载荷 LL(LL为起重机吊具下起重量) s(LS为吊具和上架质量)在以 。的速度下降时，突然按下急停按扭，电机立 即断电，失去扭矩，而此时，由于电机轴的制动器机械动作的滞后，这个滞后时间 At0.2～0.3 S(根据制动器提供的数值定，-般取大值。因此，载荷在 △ 时间内将以最初速度 基础，以比重力加速度小的加速度下降)。卷筒、减速器各级齿轮传动，电机及各联轴器在M电( )·叼绳·'7齿。D卷/4i作用下加速旋转 (M 为外载荷对电机轴的加速扭矩)。

M电(I， l， )·AtoM审·At/(J J )式中： 为外载荷对 电机轴 的加速扭矩，N·m；J 为电机惯量，kg·m ；J 为联轴器及减速器转化至电机轴的惯量，kg·m ；△∞为自电机断电后 未真正投入前的 △f时间内马达速度增加量；At为制动器的滞后时间，S。

在 投入时电机的速度n1 oAn式中： 为电机转速，r/min；电机转速增加量 AnAto·60/2 7c，r/min。

式中： 卷为主起升卷简直径，m；i为减速器速比 (卷筒至电机)。

所以，紧停按扭按下，直至制动器力矩实际投入时(即制动器滞后的 时间内，载荷下降量s )：S Al /2(当载荷至卷筒钢丝绳倍率是 2时)。

2)有效制动距离.s 的计算制动时的电机角速度 。/212 r/60 rad/s，式《起重运输机械》 2012(12)中n 为制动时的电机转速。

0.75]MK-M电(， .， )·制式中： 电为电机轴上的力矩，N·m；∑为高速轴全部制动力矩，N·In。

(.， t， ) 1制 -0. 75 ZMK-M电卷筒上的钢丝绳线速度由 绳经过 t制时间后降至0，绳放出量△f2△z2 制载荷下降量S：Al /2(当载荷至卷简钢丝绳倍率为2时)。

3)起升机构带载荷下降紧急停车时，载荷下滑行程SS1S2

4)验算有效制动时，制动盘的线速度不能大于联轴器的限定值，通常制动盘材料屈服强度为355 N/ram 时制动盘的线速度控制在 85 m/s以下。

3 实例振华重工-集装箱起重机产品，其参数如下：(起重机吊具下起重量) 637 000 N (起重机技术规格书常规标识为 65 t)；LS(吊具和上架质量)176 400 N (起重机技术规格书标识为 18 t)；90 m/rain(满载荷)；i减21.389； 0绳180m/min(卷筒上钢丝绳线速)；D券1.365 In(卷筒直径)；电机转动惯量 J电70 kg·m ；电机转速 ：898 r/min减速器、联轴器转至电机轴上的惯量 J联64.96 kg·In高速制动器 MKma 20 000 N·In动态 MK动：0.75×20 000×230 000 N·m(2个制动器)制动器的滞后时间 At0.3 S低速制动器 MK低229 200 N·In动态 K低动2 292 00×0.75×2343 800 N。

in(2个制动器)《起重运输机械》 2012(12)7绳为钢丝绳缠绕系统效率，取 0.95；'7减为减速器效率，取0.94。

在址 载荷以90 m/min速度下降突然急停的计算1)急停后制动器滞后 At0.3 s内，载荷下降距离5S1Al1/2式中：Al 为 时间内钢丝绳从卷团出量。

A11： .At式中： o绳180 m/min(卷筒上钢丝绳线速)， 为 △ 时间后卷筒钢丝绳的线速度。

，n1兀D绳 - 式中： 为电机在△ 时间后转速值，r/min。

电 · 588.8 N .m式中： 审为外载荷对马达轴的加速扭矩，N·rfl△∞M电At/(J电 )△ ：25.8 rad/s式中：△ 为电机经过 △ 时间后角速度增加值，rad/s。

△n：△∞ . ：25.8× 60-：246.4 r/minZ 兀 Z 丁c式中：An为电机在 △ 时间后转速增减值，r/min。

1n0An：1 144.4 r/min： ： 229.44 m/min：3.824 rn/sn蝎 -no-re-D- 3 m/8 o绳 △z ： .At式中： 魄为急停前的卷筒线速度。

Al11.023 6 inSl：Al1/20.512 m2)求在制动器制动力矩 MK动15 000 N·Inx2投入后的减速距离 S：S2Al2/2式中：△z：为当电机转速在 n 下在M 动作用时，直至电机停止的t制时间内卷筒绳的下放量A12 · 制- 21 - 式中：t制为有效制动时间，s。

(，电 ) 1 - ........... ：：.. . .......... ：.：. .. . ............。

制 -K动 - 电甜 ： ：119.84 rad/s 1 1 · m30坐000 11 588 088 s 制 ～- .8 -uuuAl25魄-· 制 1.68 m. . S2A12/20.84 m3)急停过程的总时间和下滑路程tAt 制 0.30.881.18 SS：SIS20.512O.881.392 m若再计人低速制动器，MK低343 800 N·m转至电机轴为MK低高MK低 ×叼减÷i15 109.26 N m则t制将会减小，这时的t制为(.，电 )∞1制～( K动 K低高)- 电箬 -04830 00 15 109 26 1 58 s 制-r .1- .8-u-rAI2 · 制0.918 mS2A12/20.459 11tAtt制0.30.480.78 sSS，S，0.5120.4590.97 m寸 詈- n 图 1 急酮始直至速度为 0时制动时间、距离和速度变化图I”表示只有高速制动器作用时有效的制动距离和时间；I”表示高速和低速制动器同时作用时有效的制动距离和时间。

4 结语通过对起重机起升机构制动器制动距离和制动时间计算的详细分析，对制动器额定制动力矩进行了定义，给出了-些参数和计算公式的确定方法，并以-起重机起升机构制动器为例进行计算分析，最终得出制动距离和制动时间。