一种脚踏变频变力制动器的设计

1、第1章 绪论 门座式起重机回转机构（以下简称门机回转机构）；桥式起重机大车行走机构（以下简称行车行走机构）是我国港口、工厂使用最为广泛最为重要的起重运输设备。门机回转机构、行车行走机构均为工作机构，其制动器装置，对设备的正常运行起着至关重要的作用。可直截影响到整个生产线的生产率和安全生产。本毕业设计对此设备现有的几种主要的制动装置的结构原理及使用情况进行分析，并着重介绍以此开发的一种新型脚踏变频变力制动系统（以下简称YWK10）的结构、原理，设计、计算和使用特点及性能参数。 1.1 现有主要的制动装置门机回转机构现主要使用TYWZ系列脚踏液压块式制动器；行车行走机构现主要使用RWK、YWZ(B

2、)系列常开操纵块式制动器、TYWZ系列脚踏液压块式制动器、HBF人力操纵式常开制动器和YWZ系列电力液压块式制动器。对现有制动装置的原理和使用情况进行分析如下：1.1.1 TYWZ系列脚踏液压块式常开制动器TYWZ系列脚踏液压块式常开制动器，制动器是在门机回转机构和行车行走图1 TYWZ系列脚踏液压块式常开制动器示图机构上较为普遍采用的一种制动装置（如图1所示）。这种制动装置由块式制动架和液压部分组成，制动架可按要求做成适用各种结构的安装型式；液压部分包括油箱、制动总泵、分泵和油管。工作时脚踏制动总泵踏板产生压力油，油通过油管驱动制动分泵使制动架动作，使旋转部件减速。这种制动装置制动的施加时间

3、和力度由司机脚踏掌握；此装置为操作人员提供了一种平稳减速制动的方法，便于装卸和对位。因此得到较为广泛应用。但有以下几个方面的不足：1. 采用人力直接驱动制动器，司机的作业劳动强度大，制动力矩有限。2. 液压系统油路长，设备振动大，密封问题很难处理。基本都存在泄漏现象，影响制动效果，甚至丧失制动力；驱动数多时由于油路的长短使制动不同步，影响设备传动部件寿命，严重时会使设备停车时产生大幅度偏摆，无法满足大跨度高速行车的制动要求。3. 制动分泵行程较短，需要经常调整。4. 由于采用无源液压系统，在驻车制动时，当采用带保持功能的制动总泵时，存在泄漏，使制动力矩退化；若采用自锁手轮时，调整极不方便。1.

4、1.2 RWK、YWZ(B)系列常开操纵块式制动器RWK、YWZ(B)系列常开操纵块式制动器，是采用钢丝绳牵引机构驱动的人力制动器。其使用性能与TYWZ其本相同。但钢丝绳牵引机构效率低，易于磨损、锈蚀寿命不长，制动同步性更差。1.1.3 HBF人力操纵式常开制动器HBF人力操纵式常开制动器是采用盘式制动架的脚踏液压盘式制动器。近年来在冶金行业行车行走机构使用较多。性能特点及存在的问题和TYWZ相同。1.1.4 YWZ系列电力液压块式常闭制动器YWZ系列电力液压块式制动器是常闭制动器，由于其制动力矩大小不受操作者控制，其减速性能不好。但驻车制动时较稳定。在有驻车制动要求、使用不频繁行走速度不高时

5、也有部分使用。使用这种制动器时，制动力矩设置较大时会产生很大的制动冲击；制动力矩设置较小时制动力不够只能使用打反车来制动，驻车时容易溜车。在配有变频驱动系统时，由于设备减速可由电器制动完成，使用也较广。但制动器只能作驻车制动，工作制动或紧急制动时冲击很大。现阶段我国经济高速增长，生产效率提高，产量大增，物流量大增。要求起重运输设备作业率高，操作性能稳定，维护故障率少。特别是近期国内大型港口群的投资建设，冶金企业扩建。很多大吨位，高速型设备相继使用。以上几种制动装置已经很难满足工况要求。急需一种新型的适应于现有设备作业工况的制动装置解来决现有问题。这种制动装置的性能需达到，并超过现有的制动装置，

6、在制动力矩参数需满足超常规起重机的要求；操作性能需满足工况要求；自身结构需可靠并具有较强的工况环境适应能力。第2章 制动器系统的设计方案2.1 工况分析为了开发出能充分适用门机回转机构和行车行走机构的制动系统，我们对其工况作了大量的研究分析。我国门座式起重机主要用来吊运木材、钢材等杂货、集装箱和散货。门机回转机构重量达几百吨，惯量很大，设备稳定性差，加上制动时要控制吊钩位置因此制动装置要求很高。木材、钢材等和集装箱一般用吊钩专用吊具起吊作业情况相同；散货均采用抓斗作业。吊钩专用吊具作业时要求回转机构制动平稳，操作者需控制滑行距离，准确定位，货物不摆动；带抓斗作业时要求回转机构制动迅速，制动力矩

7、大，制动力矩调节灵敏准确。抓斗大幅度摆动时，操作者需控制摆动幅度；非工作时能驻车制动，制动力矩要保证防风要求；供电或设备故障时能及时自动制动；多驱动时同步性要好。用于装卸作业的行车行走机构和门机回转机构的制动工况要求其本相同。多驱动时同步性要求更高；非工作驻车时能在制动与非制动两种状态中选择。上述两种工况对安全性要求都高.机构动作频率高，要求寿命长，维护少，使用稳定可靠。任何制动失灵都有可能出现安全事故。2.2 设计开发要求为了满足使用工况要求，在分析研究现有制动装置的使用情况后，并参阅相关的技术标准。对制动器的设计开发提出了以下要求。、制动的施加时间和力度大小可由司机脚踏控制。并且反应灵敏，

8、滞后时间不大于0.1秒。快速制动时无机械冲击。脚踏控制器需满足使用性能并具有很好的可靠性能。2、在断电、停机和故障时，有自动自锁装置能按需求自动自锁。并且要求调整方使，安全可靠。在自身系统故障时应有保证安全和维持工作的应急方法。3、磨擦材料磨损后能方便可靠的补偿。达到极限后有指示。4、设计多驱动时必需充分考虑其同步性。5、各操作界面清晰明确。力矩控制操作要与原有习惯相同，即操作力与制动力矩大小比例。力矩控制力度要适中，劳动强度不能太大。6、接口：机械部分的安装结构尺寸必需与原有结构型式相同，为适用不同的设备可设计几种结构型式。电器标准要与主机设备一致，并且与主机设备相联的接口要相互兼容。必需有

9、状态及动作信号与主机系统互锁。7、机械零部件的设计标准不能低于同类产品国家标准，机械结构及型式必需具备现有同类产品的功能、特点、寿命。电器元件选用时必需参照主机设备同类型号的品牌、性能、寿命、成本和设计的必需性要求。8、制动器开发设计时必需广泛采用公共成熟技术和质量稳定的规模生产的零部件。主要部作使用寿命不得低于万次，关键件寿命不得低于万次，对于易损件必需更换调整方便。设计时必需充分考虑其安全要求。9、制动器必需能在2050oC、较大的振动、粉尘的环境在正常工作。10、制动器的主要性能参数需满足JB/T 6406电力液压鼓式制动器的要求。2.3 产品设计开发方案2.3.1 制动器总体设计方案及

10、技术参数和结构跟据设计要求确定采用变频控制技术，机械、电器、液压相结合的方式。开发设计一种机电液一体化的产品，充分发挥各种方式的优点相互弥补各自的不足。制动器由机械执行部分、由变频器控制的推动器和电器控制部分组成。工作时变频器跟据电子式脚踏控制器输出的信号改变其输出频率，变频推动器跟据频率大小输出推力，机械执行部分在变频推动器的作用下产生制动。制动力矩的大小和变频器输出频率基本成一次线性关系。依据JB/T 6406电力液压鼓式制动器的技术标准，初步确定制动器的主要性能参数如表一：表1 制动器性能参数表制动器型号YWK-200/30YWK-300/50YWK-400/80制动轮直径 mm2003

11、00400制动力矩(N.m) 40 HHz250500112060 Hz3506301400退距 mm1.41.81.8配用推动器型号ED30/50ED50/60ED80/60操作频率 次/h200020002000质量 Kg80100125机械执行部分跟据设计要求参照B/T6406.1， JB6406.2-92和DIN15434标准采用YWK（瓦块式常开电力液压制动器）的结构型式。主要由制动瓦块、制动图2 变频变力制动器结构图1：均退装置 2：制动瓦块 3：集线盒 4：制动臂架 5：电动摩损补偿装置 6：制动轮 7：复位装置 8：变频推动器 9：力矩加载器10：随位

12、装置臂架、随位装置、均退装置、复位装置、力矩加载器、电动摩损补偿装置和集线盒组成。如图2所示。其中制动瓦块、制动臂架、随位装置、均退装置、复位装置按照现有结构型式均能满足本次毕业设计的产品要求，将按原有结构进行设计，设计时可直接参照标准选取。力矩加载器、电动摩损补偿装置为满足本设计的特殊要求，设计时需进行全面的设计计算。2.3.2 力矩加载器根据第1点设计要求：制动要反应灵敏，滞后时间不大于0.1秒。快速制动时无机械冲击。所以在制动器的传力链中需要有一机构来吸收快速运动的机构停止时产生的冲击，从而使得制动力矩增长迅速，同时又不会由于动作过快而出现力矩漂移难于控制的现象。这一机构参照减震器的结构

13、，设计一种力矩加载器。力矩加载器是由两根预压弹簧组成的带有缓冲功能的部件（如图3所示）。它可保证当外力迅速从件加载时，件所传递的力不会有冲击。在传递力的过程中，弹簧的压缩可以吸收冲击产生的能量，同时又可以将力大小不变的传递。由于其传递力时件与件伴随有相对运动，还可消除机械间隙，在执行电动自锁时可保证力矩不会退化。设计弹簧时需达到最大的推力，同时保证有足够的变形距离，预压位置的弹簧预压最好取弹簧最大力的一半以上。件1与件2在结构上需滑动灵活。图3 力矩加载器结构图2.3.3 电动摩损补偿装置电动摩损补偿装置（如图4所示）由永磁直流减速电动机驱动，通过调整、两轴距离实现电动自锁和摩损间隙电动补偿。

14、在电动自锁时直流电机启动正转，使螺杆旋入螺套中，、两轴间距缩小，消除制动瓦块与制动轮的间隙后开始对力矩加载器加载，力矩加载器的件相对于件运动。件达到要求位置后压到行程开关自动停止，实现电动自锁制动功能。由于力矩加载器件相对于件运动的距离与加载的力大小成线性关系，而且自锁动作的停止是由力矩加载器件上的行程开关确定。因此自锁动作的大小可通过调整行程开关的动作距离来设定，执行自锁动作时与、两轴的移动距离无关，并且每次自锁动作的位置可作为下次打开的起点。件与件是螺纹副如图示状态时，件正转使件向左移动到位后就会自动退出螺纹而不再向左移动。件反转时件自动旋入螺纹向右移动，达到位置时压到行程开关自动停止。所

15、以这套装置在一个方向具有相对于任意起点的定长运动功能。在自锁状态执行打开操作时可以保证打开的间隙为任意稳定的设定值，从而达到自动补偿摩擦材料磨损量的目的。电动摩损补偿装置上还设有一个摩损极限行程开关，控制、轴间最小距离。作摩擦材料磨损极限控。图4 电动摩损补偿装置结构图这套装置还跟据需要设计了手动操作手轮，可以在无直流电源或制动器调试时进行手动操作。作为断电保护装置，它的动作电源由蓄电池组提供，并在电控上设计电池自动充电电路，保证系统在交流电源故障时能进行断电保护制动。2.3.4 变频推动器变频推动器参照JB6406.3-92标准设计，将原有电机更改为变频电机。适应频繁起动、宽幅调频的要求。推

16、动器的外形及安装尺寸，输出推力及工作条件符合JB6406.3-92标准。参数指标按表2的参数作初步设计，并通过实验来测得推动器在不同工作频率下输出的推力值来作为制动器设计的标准。 表2 变频推动器性能参数表推动器型号额定推力(N)额定行程(mm)工作频率(Hz)额定电压(V)额定电流(A)(50Hz)动作频率(次/h）质量Kg40Hz50Hz60Hz380V220VPED23/5020030040050560型220Y型3800.30.6200012PED30/502504005000.30.6200016PED50/605008001100600.40.8200025PED80/608001

17、20016001.222000282.3.5 电器控制系统电器控制系统分列元件控制，包括电子式脚踏控制器、操作及监视控制盒、变频控制器、直流电源及控制电路、自锁护控制电路和输入输出接口。电器控制系统所选用的元器件需保证满足制动器的使用要求，系统的逻辑控制需能保证对推动器变力控制准确，对直流电机控制稳定，两个控制动作需相互联动保护。输入输出接口和信号需满足主机的要求，信号稳定准确。操作及监视控制盒需显示清楚，操作方便。直流电源的蓄电池需满足长期浮充的工作要求，放电电池需为自锁动作提供充足的电流。脚踏控制器需满足人体操作习惯，并具有可靠的寿命，输出信号稳定。变频器的容量需达到快速启、制动，频繁、宽

18、幅调速的要求。依据以上要求初步确定制动系统的电器模块图如图5。图5制动系统的电器模块图电器控制系统的操作控制过程需满足如下要求。在操作控制盒上需有系统的启动与停机按扭并设有状态指示灯；脚踏控制器需能通过对脚踏幅度的控制达到对变频系统输出频系的控制；直流系统需有智能的电池管理模块能对电池进行充电控制，欠压控制；直流电机控制系统需能在停机或系统故障时能自动锁止。第3章 制动系统方案论证分析及设计计算3.1 PED推动器性能试验PED23/50特性图0510152025303540452024273032353739424446475052555760工作频率 Hz推力 NPED推动器工作特性主要是

19、电机在不同的工作频率下，推动器所输出的推力大小，和推动器正常工作时推杆伸出的阻力（包括活塞的重力和摩擦阻力）以及最小工作频率。根据表二所设定的技术参数进行试验，采用在推动器推杆上加法码，假定推动器平稳、缓慢的推动法码并能维持时的频率为工作频率的测试方法。分别对PED23/50、PED30/50、PED50/60 、PED80/60四种规格的推动器进行测试。测试数据见附录一，工作性能特性分别如下图6、图7、图8、图9。PED推动器的工作频率与输出推力特性将是本设计的主要研究对象。通过试验数据的分析，得出变频推动器的频率与推力特性。图6 PED23/50频率-推力特性图PED50/60特性图020

20、40608010012012.517.52124.529.5343841.54548.551.55558.5工作频率 Hz推力 NPED30/50特性图0102030405060016202326283032343638404242444647495153545760工作频率 Hz推力 N图7 PED30/50频率-推力特性图图8 PED50/60频率-推力特性图PED80/60特性图02040608010012014016018010.514.5172024.528.532.134.837.840.543.144.747.554.260.3工作频率 Hz推力 N图9 PED80/60频率-推

21、力特性图PED推动器在50HzAC380V电压下测量额定工作电流，稳定工作时测得额定工作电流如下表：表3 PED推动器额定电流表推动器型号PED23/50PED30/50PED50/60PED80/60额定电流(A)1.20.50.3A0.25A根据以上试验数据分析，PED推动器的性能特性频率与推力关系，推力大小，额定电流大小能满足本次设计的要求。频率与推力基本成线性关系，推力大小与额定电流能符合表2的要求。频率与推力与关系可定义为F=KH+B（式1）的形式，式中F为输出推力；K为推动器的系统常数；H为推动器工作频率；B为推动器的系统阻力。K和B均为常数，可通过试验来测得。因此PED推动器采用

22、变频控制来达到变力输出的目的是完全可行的，并且其特性成线性关系，可控性非常强。3.2 主要性能参数设计计算YWK的设计计算参数主要包括制动力矩计算、制动器正常工作距离（包括退距、变频推动器的安全行程、直流电机动距离、磨损极限距离）设定和计算等几个方面。现以YWK-300/50为例进行设计计算。其它的规格型号可以参照本例进行计算，本设计将不对所有型号进行一一计算。3.2.1 制动力矩计算设计计算参数：制动轮直径：300mm磨擦系数： （制动轮与磨擦材料的磨擦系数）额定制动力矩：500 NM（50HZ频率工作）最大制动力矩： max630 NM（60HZ频率工作） 变频推动器推力：800 N （P

23、ED50/60以50HZ频率工作）制动臂架力学模型构建如图10：图10 制动臂架力学模型示图根据制动架结构确定： L1=180mm、L2=460mm、L3=60mmL4=120、L5=265mm复位弹簧压力： F3=200400N （复位弹簧的压力调整范围）杠杆系统的机械效率： 取0.9总杠杆比计算：I=11.3变频推动器推力计算：F4 = （式2）= 490+(90180)= (580670)F=8000.9=720 N所以在50Hz工作频率下的额定制动力矩可以满足。按表一要求，计算在40Hz和60Hz工作频率时变频推动器的推力40HZ制动力矩：40315 NM（40HZ频率工作）变频推动器

24、推力计算：F4 = （式2）= 310+(90180)= (400590) N60HZ制动力矩：40630 NM（60HZ频率工作）变频推动器推力计算：F4 = （式2）= 620+(90180)= (710800)F=11000.9=990 N所以在60Hz工作频率下的额定制动力矩可以满足。 根据以上计算，均能满足制动力矩的要求。并且在40Hz、50Hz、60Hz要求的制动力矩下计算的推力值均弱小于有同频率下实验所测的输出推力。根据式1，其中、I、F3、L4、L5均为常数，式一中与F4为线性关系。再结合PED推动器的频率与推力特性，可知制动器的制动力矩与推动器的工作频率也成线性关系。3.2.

25、2 制动器正常工作距离计算 参数设定：推动器安全补偿行程设定为：L6=10mm。（PED50/60额定行程为60mm） 加载时力矩加载器件与件的相对运动距离设定为：L7=10mm。制动器退距计算：= （式3）符合表一要求直流电动机动作距离计算：L8= （式4）磨损极限距离计算：式中：1为磨擦材料的安全磨损厚度1=4mm。L9= （式5）3.3 主要结构零件设计计算 结构零件设计计算包括螺纹传动副的设计计算、直流减速电机参数计算和力矩加载器工作弹簧设计计算。3.3.1 螺纹传动副的设计计算电动摩损补偿装置（如图4所示）由24永磁直流减速电动机驱动M16X2的螺纹传动副，调整、两轴距离实现电动自锁

26、和摩损间隙电动补偿。螺纹传动机械采用双列角接触轴承悬臂支撑，两端双绞点结构。设计计算如下：自锁制动时、两轴间的最大拉力F2计算：F2= （式6）依据机械设计手册第11篇 螺旋传动 摩擦轮传动中设计公式进行螺纹传动副的设计计算。本设计中的螺纹传动副载荷低，冲击小，转速低，行程短，采用细牙三角形螺纹结构。牙形角为30的公制细牙三角形螺纹，自锁性好，加工简单。初定螺距P为1.5mm。螺杆中径确定： d2 式中： （式7） ： 取 0.65 : 取 1.5 : 材料允用压强，查表取10MP 根据结构取M16X1.5的公制螺纹，d2=15.026 mm，d1=14.376 mm螺母旋合长度取：20 mm

27、 螺母旋合圈数：z=20/P=13螺纹工作高度：h=0.75P=1.125 mm工作压强校核： （式8） 螺纹工作面的压强校核足够。螺纹强度校核，螺杆与螺母采用相同的材料。只对螺杆的抗剪和抗弯强度进行校核。螺杆的抗剪强度校核： （式9） 式中： d1： 螺杆螺纹小径查得， d1= 14.376 mm : 螺杆螺纹底部宽度，b=P= 1.5 mm : 材料允用切应力值，40Cr查表取60MP 螺杆螺纹的抗剪强度足够。螺杆的抗弯强度校核： （式10）式中： ：材料允用弯曲应力值，40Cr查表取100MP 螺杆螺纹的抗弯曲强度足够。螺纹副的驱动力矩计算：M 螺纹升角： （式11） 当量磨擦角： 式中

28、： ： 螺纹磨擦副的磨擦系数，取0.15 螺纹磨擦力矩：M1 （式12） 轴向支撑轴承磨擦力矩：M2 （式13） 式中： ： 轴承的磨擦因数，查表取 0.0082 双列角接触轴承 ： 轴承的外径，轴承3205 外径取52mm ： 轴承的内径，轴承3205 内径取25mm （式14）3.3.2 直流减速电机参数计算根据以上计算的结果进行直流减速电机的计算选型，直流减速电机的输出转矩按1.5倍计算。由于工作时间矩，将不再计算启动力矩。直流减速电机的动作时间初步设定为23秒。输出转矩： （式15）输出转速： （式16） 取直流减速电机输出转速为180 n/min电机功率计算： （式17） 直流减速电

29、机参数为：功率：150W 电压：DC24V 电流：8A输出转速：180 n/min 转矩：6 NM直流减速电机型号为：80JB-76ZYT001J40003.3.3 力矩加载器工作弹簧设计计算 力矩加载器结构如图3所示，根据设计要求，力矩加载器需吸收推动器快速动作时产生的冲击和制动振动；在自锁机构动作时需提供足够的弹簧压力产生制动作用。根据结构设计力矩加载器的行程为10mm，工作时总压力Fmax为800-200=600N。由图三所示结构，力矩加载器采用了两要弹簧，在工作时上面一根压缩，下面一根伸长输出的力可为单根力的两倍。所以单根弹簧的工作载荷需大于300N，现取350N。根据机械设计手册第三

30、版第7章弹簧进行设计计算，工作弹簧设计的初始条件如下：设计原始条件：最小工作载荷： F1=350 (N) 最大工作载荷： F2=650 (N)工作行程： h=10 (mm)弹簧外径： 小于45 (mm)弹簧类别： 按N=100000 (次) 取NType=类端部结构： sType=RY （压并圈取值范围 n2=1.52.5；压并圈数 n2=1.5）弹簧材料： M_Name=碳素弹簧钢丝B级 切变模量 G=79000 (MPa) 弹性模量 E=206000 (MPa) 抗拉强度 b=1270 (MPa) 许用切应力 b=475 (MPa)参数计算：弹簧刚度初步计算： P=（F2- F1）/h=（

31、650-350）/10= 30 N/mm （式18）工作极限载荷计算： Pj=1.25 F2=1.25X650= 812.5 N （式19）弹簧中径计算： 根据弹簧中径系列及结构尺寸取：D=38弹簧钢丝直径计算： （式20） 式中： K： 曲度系数 1.04 C： 旋绕比 6.91 F： 工作载荷 650N ： 平均许用切应力 653根据钢丝直径系列及结构尺寸取：d=5.5弹簧内径计算：D1=D-d=38-5.5=32.5弹簧外径计算：D2=D+d=38-5.5=43.5弹簧有效圈数计算： （式21） 取：n=5.5 圈弹簧总圈数： n1=n+n2=5.5+1.5=7.00弹簧钢度计算： （式

32、22）弹簧工作极限载荷下的变形量： Fb= Pj/P=812.5/29.94=28.19 mm （式23）弹簧自由长度计算： H0=Fb+n1d=28.19+7X5.5=66.69 mm （式24）安装高度 H1=55.00 (mm)工作高度 H2=45.00 (mm)压并高度 Hb=38.50 (mm)试验高度 Hs=94.88 (mm)节距 p=11.18 (mm)螺旋角 =5.347994 (度)弹簧材料展开长度 L=835.664 (mm)弹簧校核与分析要求刚度 k=30.00 (N/mm)实际刚度 k=29.94 (N/mm)刚度相对误差 k=0.19 (%)安装变形量 f1=11.

33、69 (mm)安装载荷(设计) F1=350.00 (N)工作变形量 f2=21.69 (mm)工作载荷(设计) F2=649.40 (N)试验变形量 fs=28.19 (mm)最小变形比 f1/fs=0.41弹簧特性(安装) Tf1=满足要求最大变形比 f2/fs=0.77弹簧特性(工作) Tf2=满足要求最小切应力 min=211.71 (MPa)最大切应力 max=393.17 (MPa)切应力特性系数 =0.54最大切应力比抗拉强度 max/b=0.31弹簧疲劳强度 Tq=满足要求稳定性要求 Tw=满足要求强迫机械振动频率 r=0.00 (Hz)弹簧自振频率 n=246.54 (Hz)

34、是否为减振弹簧 JZ=否承截 W= (N)共振要求 Tg=满足要求3.4 电控设计计算制动器的控制系统采用脚踏控制和手动控制两种方式实现，并可以自由转换。脚踏控制器可以适时控制制动力矩的大小和制动时间；手动控制可以实现短时的持续制动,可以减轻驻车制动时的操作强度。在断电、故障或停机状态时可由电动控制自锁机构自动实现自锁制动（微电机由后备蓄电池供电）；亦可由手动控制实现自锁或打开。控制系统由变频控制模块、操作监视模块、直流电源管理及直流电机控制模块和系统安全运行保护模块组成，并带有输出（MA，MB，MC）接口，方便系统联机控制；多种状态的指示方便操作。智能后备直流电源管理模块能为电动自锁制动和磨

35、损自动补偿装置提供稳定的电源。电源管理模块具有电量管理，智能充电，自动转换，大电流放电的功能。为了达到上述控制功能，并保证可靠的运行。对所有的元器件均通过设计选型，对主要元器件的功能、性能参数、可靠性进行试验检测。变频器选用爱默生的EV1000系列高性能通用变频器；低压自动化元件，断路器，继电器，接触器，按扭指示灯均采用施耐德产品；开关电源采用明伟产品；行程开关选用欧姆龙或施耐德的全金属外壳产品。3.4.1 变频控制模块功率匹配计算 PED50/60变频推动动器采用在形接法，在380电压下工作时额定电流I=0.4A。每套系统一般可控制两台制动器，变频器的功率容量也按两台变频推动器来计算。 系统

36、额定电流I1=2I=20.4=0.8A 系统启动最大电流I2= 2KI=2X7X0.4=5.6A 由于设计采用快速启动，高响应的方式，所以在功率计算时按电机直接启动时的最大电流来计算，K值取7倍。固按表4选用1.5KW容量的变频器，其额定输出电流为3.7A，最大电流为6.5A。可以满足快速启动、调速的要求。变频器型号为EV1000-4T0015G。表4 变频器容量选型表3.4.2 直流电机电源匹配计算直流电机工作电压：DC24V 电流：8A 启动电流：4060A 直流电机作短时间断制工作所有采用24V6Ah蓄电池供电，并联29.7V10F电容作为启动电流平衡。最大启动电流为150A。能满足2台

37、直流电机同时启动要求。充电电源采用100W三段式智能脉冲充电器，能在欠电压时实现快速充电，在充满后自动进入浮充模式补电。3.4.3 变频器工作参数设置EV1.5-II控制系统调试设定参数说明:EV1000变频器参数设定: 设置方法:先按: PRG键 进入编程再按: FUNC/DATA键, 按选择功能再按: FUNC/DATA键, 按选择功能参数, 为移位键再按: FUNC/DATA键, 确定保存设定参数值:F000=3 (VCI模拟量给定)F003=1 (端子运行命令通道)F005=50 (最大输出频率)F006=50 (基本运行频率)F009=0.0% (自动转矩提升)F010=0.3 (加

38、速时间) F011=0.3 (减速时间)F012=28 (上限频率) 2832F013=20 (下限频率)F100=0 (按曲线1给定频率)F102=0.1 (给定滤波常数)F105=20 (电位器对应的最小频率)F107=28 (电位器对应的最大频率) 2832F200=0 (从起动频率起动)F201=20 (起动频率) F205=0 (直线加减速)F208=1 (自由停车)F700=16 (启动控制模式:三线运转控制)F701=17 (输出封锁外部常闭触点)F708=2 (三线运转控制模式自保持功能)F710=16 (系统故障输出)F711=9 (制动状态输出)F712=0 (系统运行输出

39、)F912=20.5 (零频运行阀值)FH00=2 (电机极数选择)FL05=180% (过载预报警检出水平)FL07=180% (自动限流水平)FL09=2 (自动限流动作选择)3.4.4 脚踏控制器选型及控制性能参数根据设计要求选取由导电塑料电位器组成的脚踏控制器，操作角度约220脚踏操作压力20N250，制动操作感可通过串联电阻来调节；导电塑料电位器阻值为10K，电气寿命不低于200万次。 脚踏控制器控制器控制性能如下图：图113.4.5 控制系统的操作方法 控制系统需按以下的方法进行操作：3.4.5.1作业操作时须先启动制动系统，再启动主机；停机时须最后停制动系统。3.4.5.2自动锁

40、闭、脚踏控制模式3.4.5.2.1系统上电以前，先将脚踏-手控选择开关扳至“脚踏”档，将自动-手动选择开关扳至“自动”档。3.4.5.2.2 依次接通空气开关QM1、QM2、QM3。此时，电源指示灯点亮，打开、锁闭等指示灯指示现场工况；若自锁机构处于打开状态，则系统自动进行锁闭操作。3.4.5.2.3 按下启动按钮，系统自动打开自锁机构，进入预备工作状态。3.4.5.2.4若踏下脚踏控制器，推动器抬起，进行工作制动；松开脚踏控制器，推动器降下，打开制动器；且制动力矩的大小与脚踏控制器的踩下幅度成正比。此过程可依据作业需要反复进行。3.4.5.2.5作业完毕后按下停止按钮，系统会自动进行锁闭操作

41、。最后，依次关断空气开关QM3、QM2、QM1。3.4.5.3 若要使用手动控制模式，则将脚踏-手控选择开关扳至“手控”档，则推动器由手控旋钮控制：顺时针旋到底，推动器抬起，进行工作制动；逆时针旋到底，推动器降下，打开制动器；制动力矩的大小与旋钮的旋转角度成正比且不会自行改变。手动控制模式可用于短时驻车制动以减轻操作人员的劳动强度。其余操作同4.3。3.4.5.4 若要使用手动锁闭模式，则将自动-手动选择开关扳至“手动”档，此时系统自锁机构的开闭动作由打开-保持-锁闭操作旋钮控制：将操作旋钮扳至“打开”位置，自锁机构即进行打开操作；将操作旋钮扳至“锁闭”位置，自锁机构即进行锁闭操作；当绿色的打

42、开到位指示灯或红色的锁闭到位指示灯亮起后，再将操作旋钮扳至“保持”位置。其余操作同4.3和4.4。3.4.5.5若需使用制动手轮打开、锁闭自锁机构，则先将自动-手动选择开关扳至“手动”档，再将打开-保持-锁闭操作旋钮扳至“保持”位置，然后使用制动手轮，顺时针位锁闭，逆时针位打开。3.4.5.6 当交流断电或蓄电池电量不够时，报警指示灯会连续闪烁，此时，操作人员应立即判明情况，采取相应措施：3.4.5.6.1 若报警是因为交流断电（电源指示灯熄灭），而系统正处于自动锁闭模式，则制动器会在延时2秒后自行锁闭。3.4.5.6.2 若报警是因为交流断电，而系统正处于手动锁闭模式，则操作人员应在1分钟之

43、内进行手动锁闭或手动打开操作，1分钟以后有可能因储能耗尽而无法进行操作。3.4.5.6.3 若报警是因为蓄电池电量不够（电池电量表闪烁），则应立即查明原因并采取相应措施，以保证蓄电池电量经常处于丰裕状态（电池电量表最右边的绿灯点亮）。第4章 结束语 YWK脚踏变频电力液压块式制动器采用模块化设计，可组合多种功能适应不同工况需求。YWK主要由制动架、PED变频推动器、变频调速控制箱、脚踏控制器和操作控制盒等模块组成。制动器的制动功能实现有脚踏控制和手动控制两种方式，可以自由转换，可以通过脚踏控制器适时的控制制动力矩的大小和制动时间；手动控制可实现持续制动可减轻驻车制动时操作强度；PED变频推动器

44、为S3工作制，在断电或停机状态时可由电动制动手轮自动实现自锁制动（微电机由蓄电池供电）；备用制动功能可实现由主传动电器系统自动控制的工作制动；电动式摩损自动补偿装置补偿精度高、动作准确可靠、使用寿命长。制动架参照新国家标准设计。制动时，操作人员可以方便的控制制动踏板来改变制动力矩的大小来满足设备减速、停车和准确对位的工况要求。 本文对此门座式起重机回转机构和桥式起重机大车行走机构现有的几种主要的制动装置的结构原理及使用情况进行分析，并着重介绍以此开发的一种新型脚踏变频变力制动系统YWK的设计计算和性能参数。本文对设备改造、维护、安全运行很有实际意义。参考文献1 JB/T 64062000 电力

45、液压鼓式制动器2 GB/T 38112008 起重机设计规范. 3黄继昌.电子元器件应用手册. 北京：人民邮电出版社，2004.74王建华.电气工程师手册. 北京：机械工业出版社，2006.95张质文.起重机设计手册. 北京：中国铁道出版社，19976成大先.机械设计手册.北京：化学工业出版社，2003.57周明衡.离合器、制动器选用手册. 北京：化学工业出版社，2004.18顾文卿. 最新联轴器、离合器与制动器生产设计、安装调试及选用选购指导手册. 北方工业出版社，2007.59EV1000系列通用变频器用户手册，V1.4，2005.910李凯亮. 变频变力制动器在门机回转机构中的应用. 港

46、口装卸，2010年第3期11田秀德. 脚踏变频变力制动器在门机回转机构中的应用. 中国水运，2010年第5期致 谢 本论文是在夏毅敏老师的悉心指导下完成的。在论文的撰写过程中，夏毅敏老师时时刻刻以其严谨求实的治学态度，高度的敬业精神，兢兢业业、孜孜以求的工作作风和创新的进取精神影响着我。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了机械设计及自动制动方面的知识，自己各方面有了很大的提高。 最后，对关心、帮助我的所有的老师和同学表示衷心地感谢！附录1PED推动器频率推力测试数据表1 PED23/50推动器频率推力测试数据表序号设定推力（Kg）工作频率（HZ）第1组第2组第3组第4组第5组平均值102019.520.521192022.52424.52423.524243527272727.526.52747.530.53030.53130.530.551032.532.5333232.532.5612.5353535353535715373736.537.53737817.53939.538.5393939920424241.542.542421022.5444444.543.54444112546.546.5474646.5