1 安全制动器结构特点及工作原理

    依据TSG的要求设计的CD10 t电动葫芦起升机构制动卷筒的安全制动器。其特点是结构简单、零部件少。制动力矩随着载荷的增大而增加，满载时制动力矩达最大值。锥形转子电动机的转子轴、电动机的工作制动器、联轴器、中间轴、减速器传动齿轮和齿轮轴及空心轴的任何部位发生破断时，安全制动器都能可靠地支持住额定载荷。当工作制动器发生故障，不能支持住载荷而发生载荷下降时，安全制动器也能正常工作支持住载荷，由于零部件没有损坏，此时按动电动葫芦的起升按钮，让载荷上升一段距离，安全制动器可恢复到不工作状态，再按动电动葫芦下降按钮，让载荷平稳着地。可检修或调整锥形电动机的工作制动器。

    图1为安全制动器结构示意图。其工作原理：当工作制动器失灵或传动部件破断，载荷快速下降使离心块3在离心力作用下打开，挡块5快速卡住离心块3并紧压住制动臂1，摩擦片2压紧卷筒让载荷停住。

    10 t电动葫芦安全制动器应重视的设计难点：

    (1)制动低速轴的设计。制动器放在卷筒内，外径0．35 In的卷筒内腔空间很小，而制动力矩相对较大。当制动安全系数取1．25，制动力矩是11．1 N ·m 。

图1 安全制动器示意图

左侧：制动状态右侧：闭合状态

1．制动臂2．摩擦片3．离心块4．离心块座5．挡块6．滚动轴承7．轴栓8．臂座

    (2)摩擦片比压力大。应当选择容许比压力P≥1 N／mm，摩擦系数f>-0．45，最高容许温度t≥200℃的摩擦片。缠绕在卷筒一侧的油浸钢丝绳因安全制动器工作，卷筒温度升高而失去油的润滑钢丝绳钢丝易断裂。

    (3)电动葫芦低速级破断，如空心轴或最后一级大齿轮破断，载荷下降快，安全制动器能够快速制动；如果是高速轴破断，因高速轴转动惯量大，而慢速轴的转动惯量转化到高速轴仅为高速轴转动惯量的15％ ，载荷下降速度有一个加速过程，在卷筒达到一定转速，离心力才能将离心块打开，安全制动器才能制动住载荷。因此，可能造成安全制动器不能快速制动。

    2 10 t电动葫芦的工作级别与使用工况的适应性

    目前国产额定起重量大于5 t的电动葫芦，只有CD型10 t电动葫芦，其工作级别是M3。M3工作级别按机构的利用等级为T2～T4，载荷状态L1、L2。利用等级T2～T4设计寿命为8年，工作时间为800～3 200 h，年工作100～400 h， 日工作0．4～1．6 h(其中一半是吊载时间，另一半是空载时间)，一天吊载时间仅12～48 min。利用等级属于不经常使用或经常轻闲使用。机构载荷状态是u～L2，载荷谱系数Km=(0．125～0．25)，在一半空载一半吊载荷时间中， 吊额定载荷的时间仅占10％ ～16．7％ ；吊载荷的重量是额定载荷的10％一20％ ，占用的时间为40％ ～50％ ；其他时间吊载荷的重量是额定载荷的40％ ～73．3％。但是吊运熔融金属的起重设备多指冶金起重机，包括铸造起重机，主起升机构的工作级别为M6、M7；利用等级T6、T7；载荷状态L3、L4。由此分析可知：工作级别为M3的10 t电动葫芦是不能满足铸造车间使用要求的。虽然小型铸造厂与大型冶金铸造厂生产规模不能相比，但是它们均属吊运熔融金属的生产设备。此时电动葫芦的工作级别应当是M5、M6；利用等级是T5、T6，一年工作时间应为3．25～6．46 h；载荷状态为l2、L3，载荷谱系数K =(0．25～0．5)。目前国内没有工作级别为M5、M6的电动葫芦，文献[3～4]提出了提高工作级别的设计方法，由现在生产的M3级电动葫芦提高到M5，M6，起重量按R10优先数降级，由5 t和10 t降到4 t、3．2 t和8 t、6．3 t。将原设计的电动葫芦按改变后的起重量和工作级别，对吊钩、钢丝绳、卷筒、减速器齿轮轮齿、齿轮轴、滚动轴承、单键和花键、联轴器等主要零部件进行了校核性计算。相应配套的锥形转子电动机可以按工作级别M5、M6；起重量分别按4 t、8t和3．2 t、6．3 t(起升速度不变)；功率分别为5．6 kW、9．8 kW (JC25％ )和4．5 kW、7．7 kW(JC40％)选配锥形电动机；或是利用现有的锥形电动机，按上述功率和接电持续率进行型式试验确定。应将生产出厂的10 t电动葫芦性能参数重新标注为起重量P =80 kN，起升速度V=7 m／min工作级别M5(JC25％)；起重量P =63 kN，起升速度V=7 m／min，工作级别M6(JC40％ )。

    3 预防电动葫芦制动器载荷坠落的措施

    CD／MD电动葫芦自生产应用以来，很少发生减速器事故造成载荷坠落。但是10 t电动葫芦曾多次在国外和国内发生中间轴弯曲从联轴器滑脱使载荷坠落。文献[5]分析了10 t电动葫芦用轮胎联轴器的设计缺陷。企业现已做了改进，在起升高度H≥18 in的卷筒内焊接轴承座用滚动轴承支承中间轴；并改用爪形弹性联轴器。为使CD／MD电动葫芦能安全吊运液态金属和危险品，文献[6～7]介绍了用于电动葫芦的支持制动—— 载荷自制式制动器和钳式制动器。装2个支持制动器时，每个制动器的安全系数不能低于1．25。这比装1个支持制动器不低于允许值1．5小。电动机的制动力矩可以调控在超过并接近1．25的范围，2个支持制动器在高速轴的2端，制动效果好，相对动载小，对制动电动机冲击小。