一种新型的制动器用电力液压推动器

孙 源

（枣庄科技职业学院，山东 枣庄277500）

1 电力液压推动器简介

电力液压推动器作为块式、盘式制动器的驱动装置，广泛地应用于起重机、带式输送机等各种机器和机构的机械制动。如图1所示，电力液压推动器依靠电能为能源，将电能转化为机械能，将机械能以推力形式对转化为对负载做的功。电力液压推动器主要分为驱动电动机和离心泵两部分，离心泵分为盖、缸、活塞、叶轮等几个部分。通电状态，电动机带动转轴和转轴上的叶轮持续旋转，在活塞内产生压力，在此压力影响下，液压油由活塞上部被吸到活塞下部，迫使活塞和其上的推杆和横梁迅速抬升。当断电时，叶轮停止旋转，活塞在弹簧力及本身重力作用下，迅速下降，使液压油流入活塞上部，推杆通过杠杆机构恢复原位[1]。

图1 Ed型电力液压推动器结构图

2 电力液压推动器使用现状及问题

由于我国对电力液压推动器相关标准制定起步较晚，电力液压推动器的生产情况较复杂，因此电力液压推动器在生产使用中存在着诸多质量问题，比如油压不足，电子阀门故障等问题，在用于常闭式制动器中，易造成制动设备误判。此外，在通电时，电力液压推动器动作，推杆迅速抬升，并通过杠杆作用制动盘或制动瓦打开，实现松闸，而松闸状态是由电机运行为推动器内部供油实现，电机始终处于带电状态，这样会大大降低电机使用寿命或造成电机损毁。以上两种情况，制动器生产企业提出应对措施：其一，使用进口Ed型电力液压推动器，提高制动器的装配质量，但生产成本也相应增高；其二，在杠杆处加设一套制动摘、挂脱钩器[2]，其原理为推动器电机通电，制动闸瓦打开，实现松闸状态时，电机不通电，从而保护电机，该装置的使用需大幅改变电气控制系统以配合该装置正常运行，并且该电气系统使用时根据带式输送机正常启停的运行工况设计，出现紧急情况无法立即执行制动动作，使用范围受限。综上，本文提出一种新型的液压推动器，在保证带式输送机用高速轴制动器正常使用的情况下，实现节省成本，节省能源的目标。

3 新型液压推动系统的设计

新型的液压推动系统的设计基于低耗节能、结构优化及降低成本的原则，采用液压阀块将各液压元件集成设计成一个可悬挂于制动器上的“微型液压站”[3]。以一套匹配与上运带式输送机的高速盘式制动器为例，搭载新型的液压推动系统，用以验证液压推动系统设计的可行性。通过对上运带式输送机制动性能的研究，在上运带式输送机运行过程中，分析制动器可能遇到以下工况：松闸状态、正常停车、保压状态，断电急停。针对这些工况拟定出满足要求的液压系统，通过液压系统仿真软件AMESim，对液压系统进行分析，在Sketch mode中完成系统仿真图，如图2所示。仿真的关键是实际系统元件模型的选择和参数设定。电机部分，电机是一个匀速原动力，根据实际情况设定轴速为1 500 r/min；溢流阀部分，溢流阀部分直接添加模型，采用参数为3 MPa的溢流阀；制动器部分，采用单杆弹簧辅助液压缸子模型，与实际的制动器较为接近；液压泵部分，液压泵是理想的定量液压泵模型，它的流量损失和机械损失由轴速、泵的排量和进口压力所决定，根据实验需要设泵的排量为4 mL/r.

图2 液压推动系统仿真模型

通过运用AMESim软件对液压推动系统进行仿真，设置运行参数，可将液压系统的动作设定到3 s或者5 s，不影响结果，然后运行仿真程序，可得到油缸压力曲线，如图3所示。

图3 油缸压力变化图

通过仿真结果得到如下结论：仿真结果证明，液压推动系统的推力理论上F大于3 000 N，推力可以满足要求；充液过程中可以实现保压功能并且可实时补充压力，达到了液压系统初始设计时的要求；可以对该液压推动器进一步优化，增加性能可靠的液压站。

图4 液压推动系统原理图

其原理动作过程如下：松闸过程：带式输送机正常工作时，电机通电并带动齿轮泵工作，电磁换向阀换向右位不通，经过单向阀、溢流阀调定压力至油缸开启，整套松闸过程完成。保压过程：当压力达到设定的调压值时，松闸过程完成，由压力传感器发出信号，使液压泵停止工作，此时系统内压力恒定，制动器始终保持松闸状态，当系统内部压力变小时，压力传感器发出信号，电机启动，带动齿轮泵工作，实现继续向制动系统打压，最终实现保压的功能。抱闸过程：带式输送机接到停车信号后，电机失电，齿轮泵停止工作，油液直接通过节流阀流回油箱。制动器抱闸，带式输送机按设计要求减速停车。紧急制动和系统断电：发生紧急制动或系统断电的情况，电机停转，液位换向阀移至左位，使压力快速降低到预先调定值，制动器的制动闸瓦迅速贴紧制动盘，随后在节流阀的作用下，油液压力逐渐降低，制动力矩缓慢增加，达到平稳制动的要求。实际设计结构及样机装配效果如图5所示。

图5 液压推动系统结构图

该系统主要有以下优点：该系统结构简单，便于维护，制造成本低；具有保压功能，节约能源，提高泵电机寿命；系统压力动态精确控制，满足制动曲线并按要求控制，实现制动力矩可调；紧急断电制动迅速，制动过程平稳安全[4]。

4 结束语

通过分析电力液压推动器在制动连续运输设备存在的质量问题和能耗、电机使用寿命等问题，本文提出的液压推动器可在不改变制动器使用效果的情况下，较好地解决上述问题。该液压推动器可推广使用到其他电力液压推动器常闭型设备。