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电磁激励弹簧加压制动器


三 弹簧
制动器上使用的弹簧是螺旋型压缩弹簧,是电 磁安全制动器中最关键的一个零件。弹簧钢材料 应具有优良的综合性能,即较高的力学性能( 弹 性极限、强度极限、屈强比)、抗弹性减退性能 、疲劳性能、淬透性、物理化学性能( 耐热、耐 低温、抗氧化、耐腐蚀等),以保证制动器有可 靠的制动力和长效稳定的工作寿命。目前,国产 弹簧钢的工艺水平及质量控制不稳定,强度水平 难以满足现代工业发展的要求 。
关键零部件的材料及加工工艺
一 电磁铁
电磁铁由外壳、线圈和绝缘填充材料组成。设计时需 要选择合适的外壳磁钢材料、漆包线及绝缘填充材料。 为了提高导磁性能和减少剩磁影响,电磁铁外壳多选用 导磁性能和加工性能较好、矫顽力较小的低碳钢软磁材 料,德国通常采用自动化流水线加工制动器外壳、法兰 、衔铁等零件。国内多采用镀锌技术对电磁铁外壳进行 表面防腐处理,德国普遍采用的是热喷锌的喷涂技术。 热喷涂技术由于在热喷锌后又用涂料进行封闭处理,形 成了锌层与涂料的复合涂层, 大大增强了钢表面的耐腐 蚀性能。

目前国内对制动器研究起步相对较晚,对盘式电磁制动器 的优化设计研究得比较充分,但在稳健设计方面尚在起步 阶段,对弹簧加压式电磁制动器的优化设计等理论研究基 本处于空白阶段。近几年,天津机床电器总厂、成都瑞迪 机械、天津永恒泰科技等企业借鉴国外弹簧加压式电磁制 动器的商业成品技术,研发出了一系列适应中国市场的低 成本制动器产品,并申请了实用新型专利保护,但保护的 内容基本雷同于国外制动器几十年前的技术水平,在产品 质量、种类及创新性方面与国际同类产品相比,还有很大 的差距。因此,在电梯、舞台、风电等行业对制动器安全 性或对寿命要求非常高的行业,主要依赖国外进口。
中小力矩的制动器多采用摩擦材料内 嵌钢架的矩形花键摩擦盘解决方案, 如图 :
较大力矩的制动器多采用在硬铝合金 背板两侧镶嵌摩擦衬片的渐开线花键 摩擦盘解决方案,如图 :
安全问题
1 对于突然停电导致制动器制动的情况,可以人工扳动手 动释放手柄,使衔铁压紧弹簧而解除制动,并将悬挂的重 物一点点放下。
第二部分 就目前国内外研究现状
就目前来说,国外目前对于在制动器优化设计方面主要致力于制动 器的NVH研究,即研究方向是低噪音、高抗振、适应严酷环境。欧 美等发达国家每年都在制动器的研发与创新上投入相当可观的费用 。德国KEB、MAYR、INTORQ 公司是弹簧加压式电磁安全制动 器研发的先导者,他们生产的安全制动器在国际市场和技术上都处 于领先地位。采用新设计、新技术、新材料,不断提高产品性能是 国外制动器发展的一大特点。如今,伴随计算机技术的进步,制动 器的研发越来越多的借助于各种先进的设计分析软件,这些软件强 大的建模和分析功能,极大的缩短了研发的周期,降低了研发的费 用。制动系统的瞬态温度场和应力场特征研究、制动过程的热-应力 耦合求解分析等,而这些分析对于制动器结构的优化、制动器关键 零部件结构的设计、制动器制动性能的提升、制动器可靠性和寿命 的提升以及加强综合竞争力等方面具有重要的价值。
2 满足特殊行业的需求的结构设计研究 双倍安全性设计 电梯曳引机和舞台吊机是对制动器安全性能要求最高的起 升机构。按照欧洲标准EN81 的要求,起升机构必须具有 两个相互独立工作的制动器和两个相互独立的控制装置
双倍制动器有两个几乎完全相同的单 制动器和两个监测制动器磨损情况的 微动开关双倍制动器中的每个制动器 可以独立制动及控制,在机械和电气 设计方面具有高度的安全性。双倍制 动器的解决方案已在德国蒂森电梯、 日本东芝电梯、国家大剧院吊机、长 安大戏院吊机等应用中得到非常高的 评价。
从设计、制造的根本着手,对制动器的整体结构进行静音 设计、合理选用摩擦材料、提高加工制造精度,可有效降 低制动器噪音。降低噪音的解决方案主要有以下3 类: (1)密闭设计 (2) 轴套-摩擦盘之间的抗振动设计 (3)衔铁与电磁铁之间的抗冲击设计
2 节能设计 传统的电磁安全制动器在电机工作过程中,必须始终给电 磁铁线圈通电,不仅消耗电能,也因发热高而影响制动器 的使用寿命。因此,制动器的控制电路通常采用节能设计 的方案,即在制动器通电的瞬间有较大的电流将衔铁吸引 到电磁铁上,吸合后只有较小的维持电流保持衔铁的吸合 状态。由于通电瞬间的电流大,制动器释放时间缩短一倍 ,制动器耐磨损能力增加一倍,寿命延长。国外有这种专 门研发的控制器产品——过励磁电源。
降噪,节能等方面的考虑
1 低噪音设计 可以通过两种办法实现许多应用中需要的低噪音设计: ① 降低碰撞噪音的衔铁 可使用特殊阻尼元件降低制动器的工作噪音,这些阻尼 元件安装在柱面与衔铁之间,起到减震器的作用 ② 低噪音铝质转子 带塑料套的转子可以减少转子/轮毂联接的嘎吱噪音。 同时,延长了联接件的使用寿命。
四 轴套-摩擦盘系统 电磁制动器中通常使用分体结构的转 子系统,即金属材料的轴套(内盘) 与摩擦材料的制动摩擦盘(外盘)组 成的系统。制动摩擦盘是电磁安全制 动器中最关键的一个部件,必须具有 较大的摩擦接触面积、良好的耐磨性 和热稳定性、较低的硬度、良好的机 械性能和物理性能。
目前国内使用最多的是钢纤维增强的 半金属有机摩擦片,但同时存在易锈 蚀、噪声大、寿命短等问题。国外在 制动器中广泛采用无石棉的矿物复合 有机摩擦材料和在高温下模压成型的 加工工艺 。为提高机械强度和使用 寿命,通常摩擦盘都带金属背板或金 属嵌件。
研究对象
电磁激励弹簧加压制动器
型号:INTORQ BFK458-16L
爆炸视图
工作原理
失电时,弹簧依靠自身的弹 力将衔铁和定子(摩擦盘压向 法兰(摩擦片),产生大的制 动扭矩,实现制动。 通电时,线圈产生磁场,衔 铁受磁场力作用,抵消弹簧力 的作用,衔铁被拉回,制动解 除。
制动器三维图和爆炸图
制动器在过励磁电源控制下的试验数据
结论 总体来说我国制动器的研究受制于材料和 加工工艺两个方面。目前,国外弹簧加压 式电磁安全制动器正向高安全性、高可靠 性、低噪音、长寿命、节能等方向发展。 通过分析研究国外先进制动器的结构特点 及关键技术,可吸收符合我国现实条件的 产品结构、技术条件和生产工艺,找出不 尽合理的结构和技术,进行改进和创新, 降低成本的同时提高产品的性能。我国制 动器在选用材料、加工工艺、整体结构设 计等方面还有很大的发展空间。
关于制动器的用途 工业制动器:对于起重设备来说又是制动装 置又是安全装置,因此被广泛应用于起重 运输、港口机械、冶金机械、铁路 机械 、水工机械、矿山机械等行业 。 汽车制动器:主要是用于汽车制动装置中。 在这里我们的主要研究对象为工业制动 器。
研究背景
工业制动器作为装备制造设备的安全保护装置, 是港口、矿山、冶金、电力、机械等设备的重要组成 部分,对其安全作业和工作性能有着重要影响。 但由于工业制动器工作条件恶劣,制动器所受载 荷较大,容易出现热疲劳、热衰退现象,使其制动性 能降低,甚至失效,造成了严重的经济损失。 故研究制动器的温度场和应力场对制动器的性能 有重要的影响。
谢谢
第三部分 制动器中的一些问题
第一 寿命问题。 第二 关键部件的材料及加工工 艺问题。 第三 安全问题。 第四 降噪,节能等方面的考虑 。
第四部分 拟研究方向及一些问题的解决方法
寿命问题:
由于制动器的工作环境比较恶劣,因此我们必须 采取一些措施来保护各零件的寿命。例如如法兰 、衔铁镀镍或镀铬;电磁铁外壳采用热喷锌的技 术,安装螺钉镀达克罗;增装防结露加热器,可 防止低温或高湿环境形成冷凝水、结冰。高强度 弹簧采用经过电镀处理并冗余设计,以确保制动 器在高温时仍有可靠而稳定的制动力矩,结构设 计具有高抗振性。制动摩擦盘使用特殊的摩擦材 料,在高温时具有稳定的摩擦性能。
题目:
工业制动器
小钳子、硕士
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提 纲
第一部分:制动器制动器的种类用途及工作原 理 第二部分:目前国内外对工业制动器的研究现 状以及发展趋势 第三部分:关于目前工业制动器研究中的一些 问题 第四部分:拟研究的方向及解决一些问题的方 法
第一部分
制动器的概念:使机械中运动件停止或减速的机械零件。 制动器总体分为两类:工业制动器和汽车制动器。 按制动方式分为:摩擦式和非摩擦式。 按制动件的形式又可分为:外抱块式制动器,内张蹄式制 动器,带式制动器,盘式制动器等。 按制动能量的传输方式,制动系统可分为:机械式,液压 式,气压式,电磁式,同时采用两种以上的传能方式称为 组合式。 还有一些按其他功能方式分类的这里就不一一叙述了。
线圈的绕制和绝缘填充材料的浇注制造工 艺在国内已经非常成熟。这里就不多说了 。
二 衔铁,摩擦盘及法兰
它们都需要有较高耐热、耐磨、耐腐蚀 、耐疲劳的硬质摩擦表面。因此材料和加 工工艺很重要。通常要对衔铁和对偶摩擦 盘进行氮化等表面硬化处理;对于较大力 矩的制动器,通常要对衔铁和对偶法兰镀 锌或镀镍处理。
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