电力液压制动器在卷扬式启闭机中的应用

王 帅

(河北省大清河河务中心,河北 保定 071000)

电力液压制动器是一种在国民经济生产建设工程中被广泛使用的制动设备,电力液压推动器是它的驱动结构,通过杠杆体系,将推动器活塞杆的上下运动转换为制动闸块的运动,与制动轮或制动盘发生摩擦,因此产生制动力矩,从而控制设备的减速和制动,具有结构简单、造价较低、可靠度高、维护方便等优点,被广泛应用于起重设备、风电行业、矿山机械、汽车等领域,而在水利行业中,制动器常常与卷扬式启闭机匹配使用,确保控制启闭设备安全稳定的运行,在当前水利工程的建设和运行环节之中占据重要地位[1]。

为保证水利工程的运行安全,定期对启闭机系统进行细致的检查和维护是很有必要的,对设备出现的故障、隐患及问题进行分析,提出合理有效的处理方案,以保持设备完好,确保水利的安全稳定运行[2]。

文章以王村分洪闸卷扬式启闭机电力液压推杆式制动器为例,分析了电动液压制动器的结构组成、运行原理、故障原因等,经过分析,维修原制动器并不可靠经济时,选择更换新的制动器,浅述了YWZ9系列制动器与YWZ5系列制动器的不同,更换制动器后的启闭机能够更好地保证该工程的安全稳定运行。

1 工程概况

王村分洪闸修建于河北省文安县境内的赵王新河右堤(千里堤)上,对分减赵王新河洪水,控制向文安洼分洪具有极其重要的作用,王村分洪闸的运行直接影响着大清河系南北支洪水调度和各洼淀的联合运用。若分洪期间泄水不畅,将威胁天津市、两块大油田(华北油气田、大港油田)、两条重要铁路(京九铁路、津浦铁路)、下游文安县城及广大地区人民生命财产的安全,一旦在运用过程中闸体出险,给下游文安县城几十万人民生命财产造成不应有的巨大损失,其社会意义、经济效益十分重要[3]。

原王村闸始建于1955年,初建时为泄洪闸,建闸同时开辟赵王新渠,设计流量880m3/s。1970年大清河中下游治理时,在白洋淀出口处建成枣林庄枢纽,赵王新河改道至王村闸北,与下游的赵王新渠衔接,于是王村泄洪闸即改为向文安洼分洪的分洪闸。2005年在王村分洪闸上游185m处修筑了分洪坝,作为应急度汛措施,代替王村分洪闸挡水。

该分洪闸于2009年10月完成改建,设计分洪流量1380m3/s,并将原闸室拆除重建,改建后分洪闸共10孔,每孔设置1扇工作闸门,结构为直升式平面滚轮钢闸门,相应的启闭设备型式为固定卷扬式启闭机。

2 闸门及启闭机概况及存在的主要问题

2.1 闸门及启闭机概况

该分洪闸共10孔,每孔均设1扇工作闸门。工作闸门型式为直升式平面滚轮钢闸门,孔口结构尺寸高4.7m,宽12.0m,设计水头为4.4m,闸底高程4.5m,设计水位8.9m。滚轮支承,轴承采用自润滑滑动轴承,封水为P型橡皮后封水型式,闸门采用双吊点,吊点距为8m。每扇闸门重18.0t,每孔埋件重5t。启闭设备采用固定式卷扬启闭机,容量为2×160kN,扬程为7.0m,自重为4.5t,共10台,每扇闸门配1台启闭机。启闭机制动器采用电力液压制动器YWZ5-200/30,启闭机配置主令开关型闸门开度传感器和电子式荷载限制器,闸门操作方式为动水启闭、局部开启。

2.2 存在的主要问题

经过多年的运行,该启闭机制动系统老化严重,10台工作闸门与启闭机启闭机均有不同程度的运行障碍,如制动轮在运转中有明显的发烫现象,而且能闻到制动带中的焦糊味,有很明显的磨损痕迹,制动器在实际通电之后不动作,或者制动轮锁死过慢甚至无法锁死导致闸门下滑,严重影响工程运行安全,如果出现泄水不畅的问题,将下游广大地区人民生命财产安全,在运行过程中一旦闸门主体出现危险,将会给下游文安县城几十万人民生命财产造成不可估量的巨大损失,这是绝对不应该也不允许发生的。

工作人员立即对启闭机制动器进行细致的检查,依据工作人员扎实的专业知识及多年的运行经验,发现启闭机出现以上问题的原因,是由于电力液压制动器经过长时间运行后出现的常见故障,需从制动器的结构及工作原理着手解决。

3 电力液压制动器结构及工作原理

通俗来说,制动器就是一种类似于刹车的机械零件,可以控制机械中的运动速度减缓或停止,是启闭机的重要部件之一,它可以在启闭机停止运行时迅速刹住制动轮,让闸门停止上升或下降,因此它必须动作灵活、制动准确,以本工程使用的YWZ5-200/3制动器为例,它的结构和工作原理如下。

3.1 制动器的结构

本水闸卷扬式启闭机现状制动器启闭机制动设备为虹发制动器厂型号YWZ5-200/30型电力液压推杆瓦块式制动器,制动轮直径200mm,退距0.7mm,制动力矩300Nm,结构图如图1所示。

图1 电动液压制动器结构图

电力液压制动器的两大组成部分为制动架和与之相配套的电力液压推动器,其中制动架又包括底座、制动臂、杠杆、拉杆组件、弹簧组件、制动瓦和摩擦衬垫等[4],使用中还可以根据需求附加磨损自动补偿装置、磨损显示行程开关、开闸(闭闸)显示行程开关、左右手动装置等。

3.2 制动器的工作原理

电力液压制动器的驱动装置为液压推杆装置,其制动力来自主弹簧,它的的工作机理如下:

1)当闸门需要开启时,将电液推动机的电动机接通电源运行,电动机运转带动电动机轴上的叶轮旋转并快速搅动油液,在离心力的作用下,叶轮腔体内的液体被甩出来,大量具有高压的油液冲击活塞的底部,产生向上的推力,此推力对抗制动弹簧和复位弹簧的作用力,推动活塞向上运动,经过杠杆结构的运动转换和放大作用,闸块与制动盘间出现控隙,实现开闸运动。

2)当闸门需要制动时,机构主电动机与制动驱动电动机同时断电,叶轮因电动机的断电也停止转动,由于负荷弹簧力及本身重力的作用,活塞即可降落,高压液油重新进入活塞顶部,活塞底部的油液失去压力,使推杆在制动弹簧和复位弹簧的作用下往下运动,通过杠杆系的作用,最终闸块压向制动盘,完成制动过程[5]。

4 故障原因分析

对出现的问题和制动器进行了细致的研究后,分析故障发生的部位及原因主要有如下3点:

1)制动轮锁死过慢甚至无法锁死闸门下滑问题:①由于制动器本身的主弹簧张力变小,弹簧弹性减弱,结构变得松软,难以支撑制动轮的刹闸力。②可能是由于液压油停留在制动轮表面引发的打滑问题。③制动器长时间的运行,制动带出现了不可恢复的磨损,致使闸块自身压力不够充分。④闸瓦之间的空隙增大。⑤拉杆绞点处被卡主,多是因为构件发生了锈蚀问题。

2)制动轮运行中有明显的发烫现象和磨损痕迹,甚至带有焦糊味中发烫现象凸显。出现类似问题,可能是因为经过长期的运行和摩擦,制动轮和闸瓦之间产生了不均匀的空隙,运动不平滑,制动轮和制动带的分隔存在阻碍。

3)通电之后制动器不工作。①电力液压推动器在通电运行后,由于其中的驱动电动机电源缺相,又可能是因为电动机自身内部结构被破坏。②叶轮轴和电动机轴之间的联轴器,连接不紧密,甚至发生了松动或者滑移的现象,电动机本身的轴在空转,但无法带动叶轮轴工作。⑤拉杆绞点处被卡主,多是因为构件发生了锈蚀问题[6]。

5 YWZ9替代YWZ5可行性

经过细致详细的分析,由于该制动器于运行时间过长,存在问题过多,若只是简单的维修,并不能保证启闭机后续运行可靠,依据运行人员的运行经验,建议更换制动力矩较大的制动器,结合现场勘查将现状制动器制动轮更换为直径250mm的制动轮,制动器选用YWZ9-250/E50型电力液压制动器,退距1.0mm,制动力矩500Nm。

YWZ9电力液压制动器结构组成也主要包括底座、推动器、制动臂、制动瓦块、制动弹簧、弹簧拉杆、退距自动均等装置、杠杆、润滑装置等部分,且工作原理与YWZ5类似,也是在驱动机构的作用下,将电能转换为机械能,由于叶轮的高速旋转,从而使油缸体内油液形成高低压腔推动活塞往上运动,再经过杠杆体系的转换,上下垂直的运动被转换成制动臂的左、右摆动,由此达到松闸目的,当将驱动装置电源切断后,机构在制动弹簧的作用下将力通过杠杆体系放大,再传递到制动闸瓦处,完成抱闸动作,实现制动目的。

由此可见,用YWZ9型电力液压制动器替换YWZ5型式是合理可行的,且与YWZ5型式相比,YWZ9型电力液压制动器具有如下特点。

6 YWZ9电力液压制动器特点

1)将原老制动器的双臂改变为单臂焊接件,制作过程中加工简单、节省材料、工艺性好,安装时装配起来便捷、使用过程中机械性能好,制动过程平稳,动作灵活,制动效率高,具有较高的安全可靠性。

2)YWZ9电力液压块式制动器最关键的技术是具有联锁式等退距装置,使得退距自动均等的设计。将等退距装置的左右连板与左右制动臂铸成分体连接形式,通过左右连接板转动低副,使其制动臂自动均等打开,在运行过程中适中维持两侧瓦块退距均相等,避免出现因退距不等使一侧制动衬垫浮贴制动轮的问题。

3)YWZ9电力液压式制动器在主要摆动铰点设有自润滑轴承,制动器工作中摩擦力小,耐磨性能改善,制动效率提升,解决了之前制动器铰接孔磨损后难以松闸的问题,而且制动器的底座铰接孔、闸瓦处都设置了注油杯,跟类似产品相比,制动效率又得到了大幅提升,增加了使用寿命,维护简单,在使用过程中无需润滑。

4)制动器弹簧布置在弹簧管内,而且在一侧设有制动力矩标尺,使用过程中调试制动器力矩可直观精确的显示,调整方便。

5)YWZ9电力液压制动器的制动衬垫的固定采用的是插入式连接,解决了制动衬垫轴间移动的问题,而且取消了挡板,不仅检修更换更加方便、快捷,而且制动器衬垫的利用率也可提高约百分之三十,省去了结构中的一些零件,节省材料、也节省了安装时间。

6)制动衬垫,采用目前国际上较先进的无石棉材料,很好地改善了摩擦性能,提高了摩擦材料的稳定性、耐磨性。与普通的石棉树脂和石棉刹车带相比,延长了使用寿命至两倍以上,摩擦材料的利用率也大大提高,而且制动器工作期间不产生粉尘,不破坏环境,环保安全性好。

7)YWZ9电力液压制动器在安装调试方面,由于在拉杆和弹簧拉杆调整处新增了隔套,与现有产品相比,安装调整起来更加便捷,性能优越[4]。

7 结 语

启闭机设备是水闸工程生产运行的重要物质基础,电力液压制动器作为启闭机结构中的核心组成部分,在目前众多水利枢纽工程项目的建设和运行中具有举足轻重的积极作用,它在水闸的运行过程是控制性结构,起到减速和中断运行的作用,但是不可忽视的是,经过长期的工作运行,制动器难以避免会出现一些故障问题,当制动器出现故障时,需要经过细致的研究和分析,根据故障的外在表现形式分析结构内部出现的问题,采用科学有效的方式加以处理,确保工程运行的安全可靠[7]。