盛国超
长沙三占惯性制动有限公司 长沙 410205
摘 要 ：针对常规电力液压推动器存在的问题，研制一种全新的节能型电力液压推动器，将电磁铁、推动器、控制器集于一体，具有节能、低温升、长寿命和结构紧凑等特点，还能与传统产品直接互换。关键词：电磁铁；控制器；节能；电力液压推动器
中图分类号：TH137.9 文献标识码：B 文章编号：1001-0785（2019）07-0112-04
载荷谱
Abstract: In view of the problems existing in conventional electric hydraulic impeller, a new energy-saving electric hydraulic
impeller is developed, which innovatively integrates electromagnets, thrusters and controllers, has the characteristics of energy-
saving, low temperature rise, long life and compact structure, and can be directly exchanged with traditional products.
Keywords: electromagnet; controller; energy-saving; electric hydraulic impeller
0 引言
在我国港口、物流、钢厂、电力、冶金、水利等行业的起重运输设备上都使用着大量的电力液压盘（鼓）式制动器，此类制动器多采用传统ED 型电力液压推动器作为驱动单元。传统的推动器由壳体、电机、液压泵、液压推杆等部件组成，其工作原理为电机通电后驱动液压泵旋转产生压力推动活塞杆推出并输出推力。见图1。 1.液压推杆
三苯基氢氧化锡2.液压泵
3.壳体
4.电机
图1 传统推动器结构
从推动器工作原理可知若要持续输出推力，电机须连续工作。带式运输机、矿井提升机、架桥机和防风铁楔等设备上所使用的推动器常常连续工作几小时、几十小时甚至几天，在长时间连续工作中推动器不仅消耗大量的能源，而且随着电机长时间持续运转和液压油连续摩擦将导致推动器温度上升，造成轴承磨损、密封圈加速老化漏油、电机线圈烧坏等故障，从而导致设备停机检修，给企业造成重大经济损失。因此，提高传统电力液压推动器使用寿命、降低设备能耗、减少设备故障停机损失十分重要。本文针对常规推动器存在的问题，结合电磁铁技术和控制技术，在常规推动器的基础上研制出了一种全新的JED 节能型电力液压推动器 ，创新地集电磁铁、控制器和推动器于一体，具有长寿命、低温升、节能和结构紧凑等特点。
1.1 结构设计
从推动器系列化的规格可知，常用推动器最大推力
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超过3 750 N，额定工作行程分60 mm和120 mm两种。电磁铁若要满足以上吸力和吸合行程，需要一个非常大的电磁线圈和磁路，这将引发高成本、外形尺寸受限、故障率增高等新的问题。鉴于此，本设计巧妙地将推动器推力大、工作行程长的特点与电磁铁维持功率小、体积小的特点相结合，即利用推动器电机将推杆推到顶点，同时利用电磁铁将其吸合并维持住，然后再将电机延时停止。电磁铁在设计上无需考虑推动器长行程吸合问题，只需满足推动器维持状态下短行程吸持力，从而可大大减小电磁铁吸持力，并降低电磁铁功率与外形尺寸。
综合考虑铁芯加工制作、磁路结构以及利用推杆活塞作为动铁芯等因素，选择加工制作方便的直流电
磁铁设计思路；为了方便控制器直流电源部分的设计，电磁铁工作电压按24 VDC设计；同时为了消除温升对密封圈、绕组绝缘的影响，将电磁铁设计温升限制在25℃以内。考虑电磁铁要求吸力大、工作行程小的特点，采用直流圆盘式电磁铁结构。采用微气隙磁路设计，将气隙控制在很小的范围内，大大增强了电磁铁吸力并更进一步降低了电磁铁功耗、温升和外形尺寸。为保证节能型JED推动器的通用性和互换性，设计时充分利用推动器内部空间，将电磁铁巧妙布置在推动器内部，从而使两种产品外形和安装尺寸保持一致。见图2。
1.静铁芯
2.电磁线圈
挂包钩
3.动铁芯
图2 节能型JED推动器结构1.2 电磁铁参数
参照《低压电器设计手册》中关于直流圆盘式电磁铁设计方法和计算公式，计算得出的常用规格推动器的电磁铁主要参数见表1。
表1 常用规格推动器电磁铁的主要参数
2 控制器设计
控制器由控制板和控制盒两部分组成，控制板既要满足推动器电机和电磁铁驱动能力的要求，还要提供推动器所需的交直流动力与控制电源，同时满足推动器的各种控制功能、故障保护以及状态指示等功能。控制盒盒体则需满足控制板整体防护和散热需求。
2.1 控制板设计
为了减小控制板尺寸、缩小控制盒体积，采用双面PCB板设计，将控制板分电源、驱动、故障监测、控制、状态指示5个电路开展设计。
1）电源设计
电源电路提供控制器所需的三相电源、24 VDC动力电源、12 VDC控制电源，考虑不同用户现场电网环境存在的差异而采用宽电压设计，即在320~440 V AC 电压下均能正常使用。在高压部分设置压敏电阻进行浪涌保护，为了增强电路稳定性还采取电源高低压隔离设计，消除高次谐波、尖峰脉冲等电网干扰。
2）驱动电路设计
驱动电路由电机驱动和电磁铁驱动两部分组成，推动器电机选用魏德米DRW系列板载功率继电器进行驱动控制，功率继电器线圈和电磁铁线圈均采用
NMOS
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管驱动，具有高速通断、低功耗、驱动电流小等优点。
3）故障监测电路设计
控制板设有DC动力电源监测、电磁铁电流监测和推杆复位监测三种功能。故障监测电路对24 VDC动力电源进行对比检测，当出现负载故障、供电异常等导致电压偏低时，能自动检测并将动力电源异常故障信号传送至控制电路。故障监测电路在工作全过程对电磁铁工作电流进行检测，由高精度取样、放大和比较电路实现电流过载监测功能，同时利用电源芯片自身特性实现电流短路监测功能。当电磁铁线圈因匝间短路、绝缘或其他异常导致出现1.5倍过载或短路故障时，均能快速监测出来并传送至控制电路，从而实现电磁铁线圈多级保护功能。故障监测电路可在推动器电机停止工作后对推动器推出限位信号进行监测，一旦推杆因电磁铁或机械故障使电磁铁吸持不住而导致推杆复位和检测信号消失，电路自动将推动器复位故障信号传送至控制电路。
t型槽铣刀
4）控制电路设计
控制电路是控制板核心部分，它具有节能运行模式与故障运行模式两种功能。
首先，控制器得电后立即驱动推动器电机工作将推杆推出，对电磁铁供电进行励磁，推动器将推杆推到顶点后由电磁铁将推杆吸持住，定时电路从电机工作开始自动进行2.2 s计时，时间到后自动停止电机工作，仅电磁铁工作并保持推动器推杆为推出状态。从表1中参数可知，利用低功耗和低温升电磁铁替代电机工作可以实现推动器的节能工作模式，减少电机运行时间，降低设备温升，减少机械磨损。
其次，在发生DC动力电源异常、电磁铁过流、推杆复位等故障时，控制电路检测到故障信号后立即进入故障运行模式。控制电路先关断电磁铁工作电源以预防故障扩大，同时立即重新启动推动器电机将推杆再次推出，并通过电路自动保持故障信号，无论故障信号是否消失，在停机检修、排除故障前都将处于故障运行模式，即由推动器电机连续运行保持推杆为推出状态。防止故障时推动器电机反复启停导致限位信号反复通断而引起主机设备停机，降低主机设备停机风险。
5）状态指示电路
控制器设有LED状态指示灯，能对DC动力电源、12 VDC控制电源、电机工作、电磁铁工作、故障等状态和信息进行指示，方便用户检查和故障处理。
2.2 控制盒设计
综合考虑控制器散热、防护等级和机械强度等因素，采用铝盒设计，同时考虑小批量试生产时压铸铝
模具成本高和加工周期长等问题，选用铝板拼接结构设计，底板、侧板采用螺钉联接，并用专用胶粘结、固化，盒体与盖板也采用螺钉联接，并使用双组份聚氨酯现场发泡密封工艺。加工后的控制盒经24 h浸水测试验证其能达到IP65的防护等级。利用推动器壳体连接螺钉安装孔设计专用支架，将控制盒牢靠地固定在推动器上。JED节能型推动器实物图见图3。
图3 JED节能型推动器实物图
3 样机测试
在小批量试生产的不同规格的产品中随机抽取2台作为样机，按照JB/T 10603—2006《电力液压推动器》行业标准相关技术要求，使用专用测试台进行30万次寿命试验、功率测试、连续24 h温升测试。其中推动器的功率是利用功率表来进行测试，电磁铁线圈温升是按照JB/T 7685—2006《电磁鼓式制动器》规定的电阻法进行测试，寿命试验按60%通电持续率24 h连续不停机进行测试。测试记录的平均数据见表2
。
（下转第118页）
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故障诊断FAULT DIAGNOSIS
变形、磨损等异常现象，通过日常巡检，即可发现故障。其中，在正常使用情况下，较为典型的是钢丝绳断丝现象，故障形式如图7所示。
图7 钢丝绳“断丝”故障现象
2）原因分析钢丝绳在正常使用过程中，受外力（摩擦、冲击、挤压等）作用，会出现钢丝绳的损耗现象。
3）解决方法吊机日常作业过程中，加强钢丝绳的状态监测，并做好维护与记录工作。一旦发现任何异常，参照《GB/T 5972—2006起重机用钢丝绳检验和报废实用规范》，对钢丝绳的使用状态进行判断，一旦达到相关报废标准，立即对符合报废标准的钢丝绳进行换新处理。4 小结
吊机使用过程中，钢丝绳是决定现场起重吊装作业安全与否的关键部件之一。因此，对于钢丝绳一般建议采用预防性维修为主，同时，对于易损型号的钢丝绳提前做好备品管理，这样可以较大地提高设备使用的可靠性与安全性。
参考文献
[1] GB/T 24811.1—2009 起重机和起重机械，钢丝绳选择
[S].
j型密封圈
[2] GB/T 5972—2006 起重机用钢丝绳检验和报废实用规范
[S].
作 者：徐正荣
：xuzhr2@cnooc
收稿日期：2018-12-27（上接第114页）
4 结论
通过专项测试验证了JED节能型电力液压推动器不仅可以节约大量能源，降低设备温升和机械磨损，还可大大降低推动器故障率，提高设备运行稳定性和可靠性，具有较好的经济效益和社会效益。其与
传统型ED 推动器的接口和安装尺寸一致，无需对制动器进行任何改造即可直接替换使用，在我国港口、物流、冶金和水利等行业拥有广阔的应用前景和使用价值。
参考文献
[1] 周茂祥.低压电器设计手册[M].北京：机械工业 出版社，1992.
[2] JB/T 10603—2006 电力液压推动器 [S].
[3] JB/T 7685—2006 电磁鼓式制动器 [S].
[4] 阎石. 数字电子技术基础[M].北京：高等教育出 版社，2009.
作者邮箱：shengguochao@126
收稿日期： 2018-11-11
表
2 样机测试平均数据
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