一種新型的制動器用電力液壓推動器

孫 源

（棗莊科技職業學院，山東 棗莊277500）

1 電力液壓推動器簡介

電力液壓推動器作為塊式、盤式制動器的驅動裝置，廣泛地應用于起重機、帶式輸送機等各種機器和機構的機械制動。如圖1所示，電力液壓推動器依靠電能為能源，將電能轉化為機械能，將機械能以推力形式對轉化為對負載做的功。電力液壓推動器主要分為驅動電動機和離心泵兩部分，離心泵分為蓋、缸、活塞、葉輪等幾個部分。通電狀態，電動機帶動轉軸和轉軸上的葉輪持續旋轉，在活塞內產生壓力，在此壓力影響下，液壓油由活塞上部被吸到活塞下部，迫使活塞和其上的推桿和橫梁迅速抬升。當斷電時，葉輪停止旋轉，活塞在彈簧力及本身重力作用下，迅速下降，使液壓油流入活塞上部，推桿通過杠桿機構恢復原位[1]。

圖1 Ed型電力液壓推動器結構圖

2 電力液壓推動器使用現狀及問題

由于我國對電力液壓推動器相關標準制定起步較晚，電力液壓推動器的生產情況較復雜，因此電力液壓推動器在生產使用中存在著諸多質量問題，比如油壓不足，電子閥門故障等問題，在用于常閉式制動器中，易造成制動設備誤判。此外，在通電時，電力液壓推動器動作，推桿迅速抬升，并通過杠桿作用制動盤或制動瓦打開，實現松閘，而松閘狀態是由電機運行為推動器內部供油實現，電機始終處于帶電狀態，這樣會大大降低電機使用壽命或造成電機損毀。以上兩種情況，制動器生產企業提出應對措施：其一，使用進口Ed型電力液壓推動器，提高制動器的裝配質量，但生產成本也相應增高；其二，在杠桿處加設一套制動摘、掛脫鉤器[2]，其原理為推動器電機通電，制動閘瓦打開，實現松閘狀態時，電機不通電，從而保護電機，該裝置的使用需大幅改變電氣控制系統以配合該裝置正常運行，并且該電氣系統使用時根據帶式輸送機正常啟停的運行工況設計，出現緊急情況無法立即執行制動動作，使用范圍受限。綜上，本文提出一種新型的液壓推動器，在保證帶式輸送機用高速軸制動器正常使用的情況下，實現節省成本，節省能源的目標。

3 新型液壓推動系統的設計

新型的液壓推動系統的設計基于低耗節能、結構優化及降低成本的原則，采用液壓閥塊將各液壓元件集成設計成一個可懸掛于制動器上的“微型液壓站”[3]。以一套匹配與上運帶式輸送機的高速盤式制動器為例，搭載新型的液壓推動系統，用以驗證液壓推動系統設計的可行性。通過對上運帶式輸送機制動性能的研究，在上運帶式輸送機運行過程中，分析制動器可能遇到以下工況：松閘狀態、正常停車、保壓狀態，斷電急停。針對這些工況擬定出滿足要求的液壓系統，通過液壓系統仿真軟件AMESim，對液壓系統進行分析，在Sketch mode中完成系統仿真圖，如圖2所示。仿真的關鍵是實際系統元件模型的選擇和參數設定。電機部分，電機是一個勻速原動力，根據實際情況設定軸速為1 500 r/min；溢流閥部分，溢流閥部分直接添加模型，采用參數為3 MPa的溢流閥；制動器部分，采用單桿彈簧輔助液壓缸子模型，與實際的制動器較為接近；液壓泵部分，液壓泵是理想的定量液壓泵模型，它的流量損失和機械損失由軸速、泵的排量和進口壓力所決定，根據實驗需要設泵的排量為4 mL/r.

圖2 液壓推動系統仿真模型

通過運用AMESim軟件對液壓推動系統進行仿真，設置運行參數，可將液壓系統的動作設定到3 s或者5 s，不影響結果，然后運行仿真程序，可得到油缸壓力曲線，如圖3所示。

圖3 油缸壓力變化圖

通過仿真結果得到如下結論：仿真結果證明，液壓推動系統的推力理論上F大于3 000 N，推力可以滿足要求；充液過程中可以實現保壓功能并且可實時補充壓力，達到了液壓系統初始設計時的要求；可以對該液壓推動器進一步優化，增加性能可靠的液壓站。

圖4 液壓推動系統原理圖

其原理動作過程如下：松閘過程：帶式輸送機正常工作時，電機通電并帶動齒輪泵工作，電磁換向閥換向右位不通，經過單向閥、溢流閥調定壓力至油缸開啟，整套松閘過程完成。保壓過程：當壓力達到設定的調壓值時，松閘過程完成，由壓力傳感器發出信號，使液壓泵停止工作，此時系統內壓力恒定，制動器始終保持松閘狀態，當系統內部壓力變小時，壓力傳感器發出信號，電機啟動，帶動齒輪泵工作，實現繼續向制動系統打壓，最終實現保壓的功能。抱閘過程：帶式輸送機接到停車信號后，電機失電，齒輪泵停止工作，油液直接通過節流閥流回油箱。制動器抱閘，帶式輸送機按設計要求減速停車。緊急制動和系統斷電：發生緊急制動或系統斷電的情況，電機停轉，液位換向閥移至左位，使壓力快速降低到預先調定值，制動器的制動閘瓦迅速貼緊制動盤，隨后在節流閥的作用下，油液壓力逐漸降低，制動力矩緩慢增加，達到平穩制動的要求。實際設計結構及樣機裝配效果如圖5所示。

圖5 液壓推動系統結構圖

該系統主要有以下優點：該系統結構簡單，便于維護，制造成本低；具有保壓功能，節約能源，提高泵電機壽命；系統壓力動態精確控制，滿足制動曲線并按要求控制，實現制動力矩可調；緊急斷電制動迅速，制動過程平穩安全[4]。

4 結束語

通過分析電力液壓推動器在制動連續運輸設備存在的質量問題和能耗、電機使用壽命等問題，本文提出的液壓推動器可在不改變制動器使用效果的情況下，較好地解決上述問題。該液壓推動器可推廣使用到其他電力液壓推動器常閉型設備。