章煜 陸鎧琦 郁開(kāi)豪

摘要：本文研究了造成船用起貨機(jī)出現(xiàn)的剎車遲緩的原因。起貨機(jī)的基本制動(dòng)原理分為電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)，這兩者的故障將會(huì)引起控制線路故障和剎車裝置本身的故障。其中，控制線路故障主要由電阻值的整定不恰當(dāng)以及計(jì)時(shí)裝置不準(zhǔn)確造成;剎車裝置本身由于長(zhǎng)期負(fù)荷下工作，剎車裝置容易出現(xiàn)磨損和老化。本文針對(duì)控制線路故障和剎車裝置本身的故障提出了針對(duì)性的檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：船用起貨機(jī);電力系統(tǒng);剎車裝置

中圖分類號(hào)：U674? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0151-02

1? 研究背景與意義

船舶起重機(jī)械是一種船舶上用以裝卸貨物的裝置，主要包括起重臂裝置、甲板起重機(jī)械和其他裝卸機(jī)械。海上起重船是特種起重船的一種，是在海洋環(huán)境中進(jìn)行運(yùn)輸作業(yè)的，主要用于船舶間貨物轉(zhuǎn)運(yùn)、補(bǔ)給、水下作業(yè)等重要任務(wù)。海上工作環(huán)境給貨物起重機(jī)的控制帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)和困難，一方面為了保證起重設(shè)備的定位精度和運(yùn)輸效率，需要控制起重運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的擺動(dòng);另一方面，由于起重設(shè)備固定在船舶等移動(dòng)平臺(tái)上，平臺(tái)本身的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)載荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生很大的影響。

目前，貨物裝運(yùn)量的持續(xù)增加的現(xiàn)狀加大了起貨機(jī)起升機(jī)構(gòu)的作業(yè)頻率，戶外工作會(huì)比正常的起貨機(jī)使用更加容易出現(xiàn)問(wèn)題，在這種長(zhǎng)期工作的條件之下，會(huì)由于各種不確定性的因素導(dǎo)致機(jī)器故障，其中以起升機(jī)構(gòu)制動(dòng)器失效影響最大。制動(dòng)器是作為整個(gè)起貨機(jī)最為關(guān)鍵的設(shè)備，設(shè)備的常規(guī)故障可以進(jìn)行檢修停機(jī)，但是制動(dòng)器的失效往往會(huì)在不確定的時(shí)候發(fā)生不可預(yù)知的后果，制動(dòng)器是作為船用起貨機(jī)的機(jī)械安全防線，為了不發(fā)生人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失，一定要避免發(fā)生重大的設(shè)備和人身傷亡事故。

2? 船用起貨機(jī)概述

船舶起重設(shè)備，又稱“船舶起重設(shè)備”，指安裝在船上裝卸貨物的設(shè)備的總稱。不同類型的船舶、不同類型的貨物和不同數(shù)量的貨艙擁有不同類型和數(shù)量的貨物裝卸設(shè)備。目前，船舶主要是吊桿起重設(shè)備由吊桿、升降柱（或桅桿）、索具和絞車（或絞車）等組成。

吊桿起重設(shè)備有兩種裝卸貨物的方式：?jiǎn)螚U操作和雙桿操作。單桿操作是使用吊桿來(lái)裝卸貨物，吊具吊起貨物后，拉繩使其與吊具一起搖擺到舷外或貨艙口，然后放下貨物，然后將吊具轉(zhuǎn)回其原始位置。雙桿操作則是一個(gè)動(dòng)臂放置在貨物艙口上方，另一個(gè)動(dòng)臂伸出船外，兩個(gè)動(dòng)臂用電纜固定在某個(gè)工作位置。兩個(gè)吊架的吊索同時(shí)連接到一個(gè)吊鉤，雙桿作業(yè)的裝卸效率高于單極作業(yè)，而且勞動(dòng)強(qiáng)度也較輕。埃貝爾吊桿裝置由雙桿的吊臂裝置改進(jìn)而來(lái)，兩個(gè)千斤頂控制的兩組左右臂提升裝置通過(guò)使用兩個(gè)操作桿來(lái)快速放置，這是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化貨物裝卸的重要一步。

3? 船用起貨機(jī)的基本制動(dòng)原理

船用起貨機(jī)在制動(dòng)方法上主要分為兩種：機(jī)械和電氣制動(dòng)。

3.1 機(jī)械制動(dòng)

機(jī)械制動(dòng)方法一般有閘瓦式電磁制動(dòng)器和圓盤(pán)式電磁制動(dòng)器。閘瓦式電磁制動(dòng)器是與電動(dòng)機(jī)制造無(wú)關(guān)的外部機(jī)構(gòu)，電機(jī)軸上的制動(dòng)輪在兩個(gè)摩擦片之間轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)器的電磁線圈不通電，支架在彈簧力的作用下擰緊，摩擦片緊緊抓住制動(dòng)輪，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸被制動(dòng)。電磁線圈通電，電樞壓縮彈簧，支架松開(kāi)，摩擦片與制動(dòng)輪分離，電機(jī)軸便可以轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.2 電氣制動(dòng)

電氣制動(dòng)方法有：回饋制動(dòng)、能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)。

回饋制動(dòng)是電動(dòng)機(jī)接在電力網(wǎng)上才能產(chǎn)生的一種制動(dòng)方式?；仞伒碾娔苄枰邢牡膶?duì)象才能實(shí)現(xiàn)電能被消耗，這個(gè)對(duì)象即接在電網(wǎng)上的各中線性和非線性負(fù)荷。如果掛在點(diǎn)網(wǎng)上的功率太小不能全部電能消耗，制動(dòng)的效果也將會(huì)不明顯。雙速或三速的起貨機(jī)，操作從高速回到低速運(yùn)行。原來(lái)高速狀態(tài)的轉(zhuǎn)速高于低速檔的同步轉(zhuǎn)速，從高速過(guò)渡到低速，也會(huì)產(chǎn)生回饋制動(dòng)。電動(dòng)機(jī)接在電網(wǎng)上運(yùn)行，轉(zhuǎn)速超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，回饋制動(dòng)就必然產(chǎn)生，無(wú)須采取任何電路措施。機(jī)械能轉(zhuǎn)換成的電能回饋給電網(wǎng)上的負(fù)載使用，沒(méi)有浪費(fèi)。

能耗制動(dòng)是在異步電動(dòng)機(jī)與電網(wǎng)斷開(kāi)的情況下進(jìn)行的。定子繞組切斷電源，立即在任意2相繞組上通人直流電流。定子繞組在被斷掉電源之后，轉(zhuǎn)子在原有的儲(chǔ)存的機(jī)械能作用下繼續(xù)朝工作的方向旋轉(zhuǎn)，但此時(shí)由于轉(zhuǎn)子繞組切割的是直流電，從而在電樞上將產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng)，隨即產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)和電流將會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流與恒定磁場(chǎng)產(chǎn)生，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是與轉(zhuǎn)速方向相反的，這必將會(huì)阻止旋轉(zhuǎn)，起到制動(dòng)的作用直到電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子電流消失，這時(shí)能耗制動(dòng)的制動(dòng)作用也隨機(jī)消失。

反向制動(dòng)是指通過(guò)突然改變電源的相序，使旋轉(zhuǎn)的異步電動(dòng)機(jī)盡快停止的制動(dòng)方法。當(dāng)電源的相序改變時(shí)，定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，但電機(jī)在慣性的作用下仍保持原來(lái)的方向，轉(zhuǎn)子的電流反向，從而產(chǎn)生反向制動(dòng)力矩。

4? 剎車遲緩原因分析及措施

4.1 控制線路故障分析

4.1.1 繼電器延時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)

延時(shí)繼電器主要用于直流或交流操作的各種保護(hù)和自動(dòng)控制線路中，作為輔助繼電器，增加觸點(diǎn)數(shù)量和觸點(diǎn)容量，通過(guò)延時(shí)繼電器控制的強(qiáng)電回路可以避免直接的開(kāi)關(guān)操作帶來(lái)的系統(tǒng)震蕩，可根據(jù)需要自由調(diào)節(jié)延時(shí)的時(shí)間。當(dāng)主令從高速檔回零后一般起貨機(jī)要在低速檔運(yùn)行后再斷電剎車，而低速檔運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)短取決于時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間，那么時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間調(diào)節(jié)過(guò)長(zhǎng)，一旦主令從高速檔回零檔后起貨機(jī)會(huì)在低速檔運(yùn)行較長(zhǎng)的時(shí)間將會(huì)出現(xiàn)剎車滯后。

4.1.2 主接觸器的故障或誤動(dòng)作

交流接觸器是一種自動(dòng)切換裝置。在使用過(guò)程中，主要對(duì)其電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制和管理，保證電機(jī)設(shè)備的正常使用。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，易受各種因素的影響，出現(xiàn)相應(yīng)的失效問(wèn)題，使系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性大大降低。在船用起重機(jī)中，高速齒輪到低速齒輪需要在接觸動(dòng)作成功后才能實(shí)現(xiàn)，但在切換過(guò)程中，如果動(dòng)作過(guò)慢或動(dòng)作不成功，重物會(huì)自由下落。

4.1.3 電磁系統(tǒng)故障

在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，電磁系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)鐵心噪聲大的現(xiàn)象，導(dǎo)致電樞失效、線圈故障等，當(dāng)鐵心與電樞之間有間隙時(shí)，阻抗越大，越小流過(guò)的電流。如果電磁系統(tǒng)工作時(shí)嗡嗡聲過(guò)大或異常，則可判斷電磁系統(tǒng)故障。原因可能是電樞與鐵芯接觸不良或電樞傾斜。多次碰撞后，電樞與鐵芯接觸面磨損或變形，或接觸面生銹、油污、灰塵等。造成接觸面接觸不良，吸收時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，加速鐵芯損壞，同時(shí)使線圈過(guò)熱，甚至燒毀線圈嚴(yán)重的案件。

4.2 剎車裝置本身的故障分析

4.2.1 剎車片故障及間隙過(guò)大

剎車片的長(zhǎng)期高負(fù)荷使用必不可少的會(huì)出現(xiàn)故障或者間隙過(guò)大的現(xiàn)象，剎車片屬于消耗品，這是極為正常的現(xiàn)象。剎車片故障在實(shí)際判斷中非常直觀，起貨卸貨的時(shí)候感受它力度總是變化。剎車時(shí)感覺(jué)很吃力，或是感覺(jué)剎車沒(méi)有以前靈敏了，那么說(shuō)明剎車片必須要盡快檢查一下。

4.2.2 線圈絕緣破壞

線圈絕緣的破壞極容易發(fā)生匝間短路和接地短路故障，處理絕緣破壞時(shí)，應(yīng)先仔細(xì)檢查繞組絕緣損傷的情況及部位。除絕緣老化變質(zhì)外，一般是可做局部修理的，接地點(diǎn)大多數(shù)都在槽口附近。

4.2.3 匝間短路

一般剎車線圈匝間短路通過(guò)測(cè)電阻值然后根據(jù)阻值的變化來(lái)判別剎車線圈是否損壞，但有些剎車線圈匝間短路不很嚴(yán)重，用普通的萬(wàn)用表測(cè)其阻值就很難判別它。判別剎車線圈匝間短路快而有效的方法是：直接單供剎車線圈的電源，聽(tīng)聲響是否及時(shí)和清脆，此舉需要在鉤頭上無(wú)貨物的情況下進(jìn)行。另外，剎車線圈回路的放電電阻值一定要調(diào)節(jié)好，此時(shí)剎車裝置發(fā)出的聲響及時(shí)并清脆的那么此剎車線圈是好的，反之則已損壞應(yīng)予以更換。

5? 剎車遲緩的處理方法

5.1 控制線路的故障處理方法

針對(duì)放電電阻值定值不恰當(dāng)，工程人員需要重新考慮對(duì)制動(dòng)電阻的選擇，首先制動(dòng)電阻阻值的選定有一個(gè)不可違背的原則：應(yīng)保證流過(guò)制動(dòng)電阻的電流小于制動(dòng)單元的允許最大電流輸出能力，其次根據(jù)制動(dòng)裝置需要負(fù)擔(dān)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)電阻值進(jìn)行調(diào)節(jié)，但需要考慮電機(jī)內(nèi)部存在一定的損耗，約為額定轉(zhuǎn)矩的18-22%左右，阻值太小的制動(dòng)電阻將導(dǎo)致能耗的上升。

由于整定時(shí)間導(dǎo)致的剎車遲緩現(xiàn)象同樣可以通過(guò)重新整定延時(shí)時(shí)間實(shí)現(xiàn)，常見(jiàn)延時(shí)繼電器有氣囊式和電子式的，還有鐘表式的。氣囊式的是在利用電磁鐵啟動(dòng)后氣囊中的氣體經(jīng)由小孔放氣來(lái)延時(shí)執(zhí)行指令。電子式的由電子電路來(lái)延時(shí)執(zhí)行指令。這兩種延時(shí)繼電器成本較低，控制時(shí)間不長(zhǎng)精度也不高，在傳統(tǒng)的起貨機(jī)中經(jīng)常使用，也能夠滿足要求。鐘表式的延時(shí)繼電器，利用鐘表的擒縱裝置來(lái)控制類似發(fā)條彈簧的釋放時(shí)間。如果繼電器延時(shí)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，需要根據(jù)不同的延時(shí)器的說(shuō)明特點(diǎn)來(lái)對(duì)延時(shí)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)于主接觸器的故障或誤動(dòng)作，實(shí)際上設(shè)計(jì)之初對(duì)于電阻值的設(shè)定是符合工況的，檢查觸點(diǎn)間接觸電阻增大的方法有：①觸頭壓力不足，一般觸頭壓力越大，接觸電阻越小。②觸頭表面接觸不良主要是油污和灰塵在觸頭表面形成一層電阻層，遇到這種情況通常需要調(diào)整壓力彈簧和清潔觸頭表面的污漬，若經(jīng)調(diào)整后壓力仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，則應(yīng)更換新觸頭。

同時(shí)，在對(duì)觸頭的使用過(guò)程中要對(duì)觸頭磨損的厚度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查要求，對(duì)不合格的觸頭進(jìn)行實(shí)時(shí)的更換，以確保交流接觸器的正常運(yùn)行。

5.2 剎車裝置本身的故障處理方法

針對(duì)剎車片故障及間隙過(guò)大，一般一個(gè)新的剎車片的厚度如果低于或等于80%時(shí)，那就已經(jīng)達(dá)到了它的磨損臨界點(diǎn)，說(shuō)明需要更換了。如果沒(méi)有測(cè)量工具，根據(jù)肉眼觀察的也是可以給出大概的判斷的。如果發(fā)現(xiàn)剎車片的厚度不足原來(lái)的三分之一，就需要及時(shí)去檢查更換了。如果低于原來(lái)的三分之二，需要有意識(shí)的縮減下次檢查剎車片的時(shí)間來(lái)確定起貨機(jī)是不是出現(xiàn)了其他故障。

當(dāng)線圈的絕緣損壞很容易觀察到。修理時(shí)，加熱繞組使絕緣軟化，用標(biāo)記板撬開(kāi)繞組，插入適當(dāng)尺寸的絕緣材料。使用兆歐計(jì)檢查故障是否已經(jīng)消失。如果接地故障已被消除，在補(bǔ)片上涂一層絕緣漆。如果有兩根以上導(dǎo)線絕緣損壞，則同時(shí)對(duì)絕緣處進(jìn)行修補(bǔ)，以避免匝間短路故障的發(fā)生。當(dāng)連接在插槽中發(fā)生時(shí)，大多數(shù)繞組必須更換。

匝間短路是比較嚴(yán)重的設(shè)備故障，防止剎車線圈的匝間短路應(yīng)以防止剎車線圈的過(guò)熱來(lái)著手，要定期養(yǎng)護(hù)控制線路，起貨機(jī)在運(yùn)行中要經(jīng)常性地檢查剎車端的工作溫度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。有一些由于一個(gè)小小的控制線路故障會(huì)導(dǎo)致剎車線圈過(guò)熱甚至燒毀。因此要重視這些小故障，要做到能及時(shí)地發(fā)現(xiàn)它并隨時(shí)處理。

6? 結(jié)論

本文針對(duì)船用起貨機(jī)出現(xiàn)的剎車遲緩現(xiàn)象進(jìn)行了分析，從起貨機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和異步電機(jī)的基本制動(dòng)原理出發(fā)，總結(jié)了引起剎車遲緩主要原因，主要分為控制線路故障和剎車裝置本身的故障。其中，控制線路故障常見(jiàn)的是由于放電電阻值的整定不恰當(dāng)以及繼電裝置故障引起。剎車裝置本身由于長(zhǎng)期負(fù)荷下工作，剎車裝置由于磨損以及線圈老化也是造成剎車遲緩的重要原因。本文結(jié)合上述故障的機(jī)理并提出了檢測(cè)的參考方法。

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