貴州省烏江思林升船機制動系統

◎ 墻　紅　許坤洋　貴州省烏江航道（通航）管理局

貴州省烏江思林升船機制動系統

◎ 墻紅許坤洋貴州省烏江航道（通航）管理局

貴州省烏江思林水電站通航建筑物為鋼絲繩卷揚全平衡垂直升船機，為貴州省內在建的第一個升船機項目。本文主要對貴州省烏江思林升船機的制動系統進行了介紹。

可控安全平衡重 盤式制動器 液壓系統

1.概述

貴州省烏江思林升船機是貴州省內在建的第一座大型升船機項目，采用的是鋼絲繩卷揚全平衡型式，具備可適應較高的水頭、船只過壩時間短、運行經濟、設備安裝制造難度小、機電和金屬結構工程量小、電氣線路短、基本不耗水、安全系數高等特點。

鋼絲繩卷揚全平衡式升船機的制動系統是該類型升船機的重要設備，系統的運行性能對升船機安全可靠的運行有極其重要的影響，對制動系統的合理選型、工作可靠性研究、設備定性都是一個非常嚴謹的技術問題。

2.制動系統的工作特性

貴州省烏江思林升船機的承船廂通過若干鋼絲繩懸吊，重量有平衡重完全平衡，主提升機只需克服摩擦力和轉矩即可帶動承船廂升降運行。思林升船機的提升速度和下降速度均為12m/min，加速度為0.01m/s2，緊急制動減速度為0.04m/s2，額定提升力為2060KN，承船廂額定誤載水深≤±15cm。

貴州省烏江思林升船機主提升系統卷筒上布置有8×5組制動器，高速電機與高速減速器之間的聯軸器上設置4×1組制動器，可控安全卷筒上布置了8×7組制動器。制動系統包括盤式制動器、液壓泵站以及相關的檢測感應器、電氣控制設備。

主提升系統驅動承船廂以0.01m/s2的加速度從0加速到0.02m/s后勻速上升或下降，到達經過計算后的位置高程時，以0.01m/s2的減速度逐漸減速到指定位置，對接鎖定裝置鎖定，以確保承船廂廂內的水面高程和過壩渠道或者下游引航道的水面高程基本一致。當升船機在運行過程中發生故障，比如過載、系統掉電等事故工況時，主機需要緊急停機，升船機的緊急停機機制由駐車制動系統實施，安全制動器輔助實施，對接鎖定裝置兼作沿程安全鎖定，保障承船廂設備以及所載船舶的安全。

3.制動器的性能要求

現在常用的制動器有鼓式制動器和盤式制動器，而大型的提升起重設備基本都采用盤式制動器，盤式制動器的工作原理都是碟形彈簧上閘，液壓動力松閘，液壓動力由中心液壓泵站產生，但是由于結構的差異，制造工藝的不同，從而導致性能的差異。根據升船機的運行特點和使用條件，貴州省烏江思林升船機采用了吉凱恩集團的STROMAG-SIME制動器，其主要特點有：碟形彈簧上閘，制動力矩較大；構件少，制動安全可靠，維護方便；設計精巧，結構緊湊，安裝簡單，調試方便；制動頭具有角相調節功能，能保證摩擦塊完全接觸制動盤，磨損均勻，制動力矩恒定，對安裝精度要求不高；不含石棉之等特種材質摩擦片，制動平穩可靠；采用性能優異的碟形彈簧，制動次數大于200000次；具有松閘顯示開關，操作便捷、性能安全可靠；制動鉗與制動盤之間的間隙可獨立調節，制動時相應時間快，小于0.3s；

工作環境溫度在-20℃～+80℃之間，適應河道上溫差變幅大的情況。3.1制動器

（1）工作制動器

工作制動器布置在主提升高速電機與高速減速器之間的聯軸器上，其主要作用是在電氣制動失效的情況下將主機緊急制動。為保證制動器在各種運行工況下均有穩定的摩擦力，制動力應大于高速軸的靜扭矩，即每套工作制動器的制動力不能小于2倍的電動機額定扭矩。

（2）安全制動器

安全制動器的主要作用是有效把持住整個系統因承船廂漏水和水漫船廂、船廂傾斜等事故工況產生的承船廂不平衡載荷。當事故工況發生時，主提升卷筒所承受的最大不平衡載荷低于轉矩平衡重的重量，且安全制動器的有效制動能力受轉矩平衡重的控制。因此，加大安全制動器的有效制動能力，就可以有效提高升船機的安全可靠性。故在滿足主機設備布置的條件下，應盡可能加大轉矩平衡重的比例。在貴州省烏江思林升船機項目設計中，率先采用了在每一組主提升的兩側增設一組可控安全卷筒，同時在每個可控安全卷筒上布置了7組可控安全制動器，可控安全卷筒的平衡重塊為1400t，這樣不僅增加了轉矩平衡重的比例，而且增強了制動效果，當事故工況發生時，可更大程度的保證承船廂上設備及人員的安全。安全制動器分為可控安全制動器和駐車制動器，在每個主提升卷筒上布置有5組駐車制動器，在正常工況和故障工況下，二者的主要作用都是保證主機的機械傳動系統在停機后不受外來載荷的作用力，避免傳動設備因過載而損壞。

（3）對接鎖定裝置

將升船機承船廂上的對接鎖定裝置兼作沿程安全鎖定，是我國在升船機領域上的獨創設計技術。為確保鋼絲繩卷揚垂直升船機在通航水位變幅大時的運行要求及承船廂在升降過程中準確、可靠的鎖定相應位置，對接鎖定裝置起著至關重要的作用。

貴州省烏江思林升船機對接鎖定裝置的安全鎖定方式為摩擦夾緊式，在承船廂升降過程中，可實現無級鎖定。其原理為利用液壓缸壓緊摩擦塊與軌道之間產生的摩擦力，將承船廂鎖定在豎直軌道上。當故障工況發生時，對接鎖定裝置受中央電氣控制系統的指令，鎖定豎直軌道，給承船廂提供一定的靜摩擦力，使承船廂能穩定停靠。為更大的提高制動系統的安全可靠性，防止承船廂傾斜，對接鎖定裝置布置在承船廂的四個角上，沿承船廂中心軸線對稱。

3.2關鍵技術

在制動系統中，各制動器均需通過液壓缸驅動，故對液壓控制技術有著同步、保壓、調速、超載保護、順序動作、比例卸載等有著不同的要求。

在制動系統中，主要采用的技術有∶

（1）因系統對制動器上閘、松閘的一致性要求比較高，故所有的制動器由一臺中心泵站提供壓力控制，且工作制動器、駐車制動器和安全制動器三者的控制閥彼此獨立。

（2）為提高系統的安全可靠性，油泵電機采用雙備份機制，主要的換向閥冗余配置，并要求換向閥帶閥芯位置具備反饋功能。

（3）當發生故障工況時，平衡系統的慣性力是制動系統必須克服的作用力。因此，為防止故障工況時，力矩對主提升電機產生過載，造成主提升電機的損害，可控安全制動器和駐車制動器分級上閘，工作制動器調壓上閘。

（4）由于升船機要求制動響應時間短，故系統采用了大容量儲能器，并配置了冗余機構。

（5）工作制動器需要在其控制回路上設置壓力比例閥，并給定預先設置好的壓力曲線，按照此曲線調壓上閘。

（6）工作制動器是通過中心液壓泵站統一提供液壓動力，故從中心泵站到各組工作制動器的管路距離需一致，以確保各組工作制動器的液體壓力一致。

（7）對接鎖定裝置的主要技術要點為液壓缸的可靠保壓和勻速泄壓。

4.制動系統的維護

由于升船機制動系統是保障升船機安全運行的重要設備，而且制動器的工作極為頻繁，摩擦塊磨損、碟形彈簧疲軟等均會造成嚴重的后果，故在升船機的運行中，應特別注意對制動器的維護保養。

（1）應定期檢查各檢測開關及摩擦片磨損自動補償功能是否正常；且當摩擦片磨損補償功能正常，制動器上閘時，液力推桿的行程應在標記可視位置。

（2）制動器安裝在制動盤之上，當旋轉螺母改變彈簧的被壓縮程度得到新的期望力矩時，制動力矩調節范圍應在60%～100%之間。

（3）當碟形彈簧疲軟或有裂紋時，應更換碟形彈簧。

（4）密封圈損壞或液壓缸滲漏油時應立即更換新的密封圈，液壓組件也可單獨更換。

（5）當閘瓦磨損及碟形彈簧疲勞時，必須重新調整閘瓦磨損監視壓板及碟簧監視壓板。

5.結束語

貴州省烏江思林升船機的設計施工中，率先采用了可控安全平衡重這一型式，為國內先例，且著實提高了升船機運行的安全可靠性。為使制動系統的性能滿足升船機的運行要求，并確保系統自身的安全可靠性，設計時已經盡可能的作了相應的考慮，并采取了相應措施，在施工過程中，也對存在的問題作了論證并進行調整。

[1]譚守林.思林水電站500t級垂直升船機設計布置[J].貴州水利發電，2008（04）：62-65.

[2]于慶奎,方小敏.液壓技術在現代升船機工程上的應用[J].人民長江，2008（20）：71-72+91.

[3]廖樂康,于慶奎,黃發濤.清江隔河巖升船機主提升機安全制動系統設計[J].人民長江，2004（04）：20-22.