1　引言

　　升船机的主提升机由完全相同的4台卷扬机和静平衡滑轮组组成，并通过在高速减速器出轴处设置的同步轴、齿式联轴器、换向锥齿轮箱将主提升机连成一个矩形的封闭的传动系统。在4台直流电机的出轴联轴器上各设置了1台工作制动器，用于配合电机控制实现主提升机的正常升降运行动作，并可在高速运行状态下制动。而在主提升机的16个卷筒的外侧支承端的制动盘上各设置了3对安全制动器。布置方式为平衡重侧设置2对，承船厢侧设置1对。共配备了安全制动器48对，用于实现：

　　(1)承船厢升降终止停位(由电机控制和工作制动器实现)后的附加上闸制动，即机械安全锁定。
　　(2)事故状态或非正常工况下配合工作制动器的先行上闸动作进行延时紧急制动，在减缓冲击的情况下实现安全制动。
　　(3)升降起动过程中安全制动器先行松闸动作，然后对电机施加预加转矩以及工作制动器松闸。

2　安全制动系统的构成和原理

　　 安全制动系统是由液压盘式制动器、液压泵站和管路组成。根据制动能力选择了法国SIME公司生产的SH18型制动器作为动作元件，并由SIME公司提供了一套液压驱动装置。
　　 制动系统使用盘式制动器，可以在有限的设备布置空间内，尽可能多设置制动单元，使得主提升机的制动失效概率降至最小。采用对称式管路布置，以均衡各制动器之间的动作时间，保证制动的同时性和可靠性。另外，液压泵站采用了18 MPa的中高压液压驱动设计和较小的工作流量，以减少液压系统的沿程阻力损失和局部压力损失，减少管路内部油液撞击。以上各个特性可以表明：升船机安全制动系统是一套常闭制动系统，较之以往的采用块式制动器的系统具有制动原理简洁可靠，上闸响应快，多点制动同时性好等特点。本系统主要用于以下三种工作阶段中：
　　 (1)正常的上闸制动：在电机减速至设定值的同时，工作制动器投入工作；延时2 s～5 s后，安全制动系统才投入工作，在短时间内各安全制动器必须将已静止的卷筒可靠上闸。由于上闸时安全制动器的闸瓦处于静摩擦状态，闸瓦与制动盘之间无相对运动，安全制动器安装基础并不承受制动冲击，间接地保护了通航建筑物和主提升机设备。
　　 (2)正常的起动松闸：当主提升机开始上升或下降运行前，需将安全制动器先行松闸，液压站泵油以使安全制动器开始同时松闸，在6 s内各制动器完全松闸。安全制动器松闸到位后，传动柜开始启动。当电枢电流逐步增加的同时，电机转矩也在增加。此时，工作制动器松闸，确认松闸到位后，主提升机可以进行上升和下降运行动作。
　　(3)事故工况时的紧急上闸制动：当升船机发生①单台电机损坏；②封闭同步传动轴系的任一根轴损坏；③任一高速减速装置的传动环节损坏。上述三者之一的假想事故工况时，电机减速运行，同时工作制动器立即上闸；延时1 s～3 s后，安全制动系统工作，安全制动器上闸完成紧急制动。此工况与正常上闸制动的区别在于：由于安全制动器的投入只受延时继电器的控制，紧急制动时虽然工作制动器已先行制动，但当安全制动器延时上闸时，主提升机的运行速度不一定为零，即紧急制动时安全制动器的闸瓦可能处于动摩擦状态。
　　 另外，在系统设定的非正常工况下(如升降速度超速，紧急制动按钮被按下、主提升机主供电电源断电等)，也由安全制动器系统进行紧急制动。
　　 以上各动作的延时设置在现场整定。

3　安全制动器

3.1　主要技术参数
　　安全制动器的主要技术参数见表1，

表1　主要技术参数表

3.2　工作原理
　　基本原理是利用液压作用力松闸，利用碟簧组的弹簧力进行上闸制动。当油压力降低为零时(上闸过程)，碟簧预紧产生的弹簧力通过碟簧中置推动轴以及磨损补偿螺柱而作用于闸瓦上，施加的正向弹簧力使闸瓦与制动盘贴合而产生制动正压力从而可以制约制动盘的旋转趋势，油缸的压力容腔充油升压(松闸过程)，当油液压力逐步升高至工作压力时，与闸瓦相连的活塞受油压作用，克服碟簧的预紧力并压缩碟簧而产生向后位移，活塞通过中空大螺柱、碟簧中置推动轴、闸瓦磨损补偿螺柱而带动闸瓦后移，形成闸瓦与制动盘之间的间隙，从而解除了制动盘上作用的制动正压力，卷筒及制动盘进入回转驱动状态。
　　 此制动器的主要特点有：
　　 (1)液压有效作用面积大，液压系统的工作压力设计为中高压即可，避免了高压系统的管道振动和噪声。
　　 (2)液压油缸的活塞与闸瓦不是刚性联接，而是通过两道螺纹联接传递轴向力，并且闸瓦固定在靴板和靴板球铰上，闸瓦的小角度摆动产生的附加弯矩不会传递到液压油缸的活塞上，从而自动纠正闸瓦在运行中产生的偏斜；制动时产生的摩擦力可以由闸瓦经靴板和碟簧座直接传递到制动器的安装支架上去，不会对油缸和活塞产生损伤。在结构上，靴板设计成筒状并与碟簧座直接配合接触，同时碟簧座与油缸是分离的，碟簧座的载荷不会作用于油缸而使油缸产生变形。良好的结构保证活塞只受轴向力的作用，杜绝了闸瓦的载荷对活塞运动的影响，使得活塞的动作平滑快捷。
　　 (3)闸瓦与制动盘间隙的补偿调整方便，只需拧动闸瓦磨损补偿螺柱即可实现，并且不会改变碟簧的初始预紧力，同时闸瓦的更换也很方便。
　　 (4)闸瓦材料具有较高的摩擦系数和较高的许用比压，耐磨性能好。即使在摩擦表面温度900℃的情况下进行制动，摩擦系数也可以保持较长的一段时间不会下降，具有良好的高速高温恒力矩能力。
　　 (5)制动器成对对称使用，对制动盘和卷筒不会产生附加的侧向载荷。
　　 从SH18型安全制动器的特性来看，该型制动器已经具备了良好的构造与制动能力，并且具备松闸到位指示和闸瓦磨损检测装置等各种检测装置，是一种理想的、易于布置的盘式制动器。

4　液压控制系统

4.1　主要技术参数
　　 液压控制系统也称为安全制动器液压站，其主要技术参数如下：
　　电机功率：45 kW；
　　径向柱塞泵流量：120 L/min;
　　泵最大工作压力：22.5 MPa;
　　压力可调区域：18.0 MPa～22.5 MPa;
　　蓄能器开启压力：20.0 MPa;
　　蓄能器容积：10 L；
　　手动泵容积排量：9 mL/次；
　　手动泵最大压力：20.0 MPa；
　　电源：
　　动力：～380 V,50 Hz,三相，允许偏差±15%；
　　检测与控制：～220 V,50 Hz，单相，允许偏差±15%；
　　油量：
　　液压站：700 L；
　　管路与制动器：250 L；
　　液压油正常工作温度：3 ℃～70 ℃；
　　液压站重量：1500 kg(无油状态)；
　　液压站外形尺寸：1700 mm×2 000 mm×1972 mm。
4.2　系统原理

　　(1)主提升机工作时，液压站的电机连续运转，径向柱塞泵经由125 μm的过滤器从油箱吸入液压油产生压力油，各控制阀的电磁铁得电(EV1、EV2)。当电磁卸荷阀(件10)失电时，制动器回油并上闸制动，泵出的压力油也由电磁卸荷阀直接回油箱。
　　 (2)当电磁卸荷阀得电时，电磁卸荷阀即为安全阀，压力调定为22.5 MPa。压力油进入制动器并开始松闸，此时系统压力由压力继电器(件18)进行调定：若系统压力升高至最高工作压力(20 MPa)，压力继电器输出信号使遥控电磁阀的电磁铁EV2失电，相应使带行程限位的二通插装溢流阀(件8)的阀口开启量增加，二通插装溢流阀加大溢流，系统压力逐步下降；若系统压力降至最小工作压力(18 MPa)，压力继电器输出信号使遥控电磁阀的电磁铁EV2得电，二通插装溢流阀的遥控口与系统压力连通，插装阀阀芯移向阀座，阀口开启量减少，系统压力逐步升高。通过压力继电器与二通插装溢流阀的相互调节作用，液压站的供油压力始终恒定在设定的压力范围内，压力范围由压力继电器的数值旋钮调定。压力波动时间由节流阀(件15)调定。采用二通插装溢流阀可以减小全流量溢流时产生的发热损失，抑制系统油温升高，同时也降低了系统对油液污染的敏感性。
　　 (3)蓄能器(件17)用于吸收液压站的泵出口和管路中的压力脉动，并能满足向制动器提供瞬间大流量的要求。在液压站断电或停电时，可以利用液压站附设的手动泵向制动器提供压力油，使制动器顺利松闸。
　　 (4)液压站使用L-HM32或L-HV32液压油。
　　 (5)由于升船机的安全制动器设置较为分散，相应的连接管路也长。为了保证各制动器的上闸同时性，管路的设计遵循了对称性和平衡性的准则。管路的总长约为400 m左右，沿程阻力损失控制在允许的范围之内。

5　结语

　　 下水式部分平衡垂直升船机的设计和制造，在国内都是第一次，在同一套设备中同时使用如此多的制动器在世界上也不多见。由于采用安全制动器与工作制动器配合动作，制动失效概率大为降低，同时安全制动器对机械设备的制动冲击很小。在制动器的选型和系统布置中我们做了大量的工作，经过对制造厂的实地考察和验收试验，可以认为本文中所选用的制动器及液压系统是符合升船机的特殊性能要求和布置特点的，设备性能先进，可以满足升船机的各种使用要求，也值得今后在大型提升设备的设计中推广使用。