Общая классификация колодочных тормозов барабанного типа
Колодочные тормоза барабанного типа являются одним из наиболее распространённых видов тормозного оборудования в промышленных приводах подъёмно-транспортных машин, металлургических агрегатов, горнодобывающего оборудования и конвейерных систем. Их широкое применение обусловлено сочетанием высокой надёжности, простоты конструкции, удобства технического обслуживания и возможности получения значительных тормозных моментов при относительно небольших габаритах.
В основе работы любого колодочного тормоза барабанного типа лежит принцип фрикционного взаимодействия тормозных колодок с цилиндрической поверхностью тормозного барабана. Барабан, как правило, насажен на вал приводного механизма или жёстко связан с ним через муфту. При смыкании колодок возникает тормозной момент, направленный против вращения вала, что обеспечивает его замедление и полный останов.
В отечественной промышленности колодочные тормоза барабанного типа классифицируются по типу привода размыкания:
Тормоза с электромагнитами постоянного тока (серия ТКП) — обеспечивают быстрое срабатывание и высокую частоту включений, применяются в механизмах с интенсивным режимом работы.
Тормоза с электромагнитами переменного тока (серия ТКТ) — отличаются простотой электрической схемы и не требуют источника постоянного тока, широко применяются в стандартных крановых механизмах.
Тормоза с электрогидравлическим толкателем (серия ТКГ) — обеспечивают плавное торможение и высокий ресурс, применяются в механизмах с большими тормозными моментами и частыми циклами.
Тормоза с комбинированным приводом — электрогидравлическим толкателем и электромагнитом (серия ТКТГ) — сочетают достоинства обоих типов приводов, предназначены для тяжёлых механизмов с повышенными требованиями к надёжности.
Специальные тормоза (серия ТКПА) — разработаны для специфических условий применения, где стандартные серии не обеспечивают требуемых характеристик.
Основные типы колодочных тормозов и требования к ним
Принцип работы колодочного тормоза барабанного типа
Колодочный тормоз барабанного типа работает по принципу нормально-замкнутой системы: в обесточенном состоянии тормоз сомкнут под действием замыкающей пружины, а при подаче питания на привод (электромагнит или электрогидравлический толкатель) происходит растормаживание — колодки отводятся от барабана.
Такой принцип «безопасного отказа» критически важен для подъёмных механизмов: при аварийном отключении электропитания тормоз автоматически останавливает механизм и удерживает груз, предотвращая его самопроизвольное опускание.
Тормозной момент регулируется изменением усилия замыкающей пружины. Для обеспечения стабильного тормозного момента на протяжении всего ресурса накладок предусмотрена ручная или автоматическая регулировка зазора между колодками и барабаном по мере износа фрикционного материала.
Конструктивные элементы и материалы
Основными элементами колодочного тормоза являются: тормозной барабан, две тормозные колодки с фрикционными накладками, рычажная система, замыкающая пружина, привод растормаживания и рама (скоба). Тормозные колодки охватывают барабан с двух сторон симметрично относительно его оси, что обеспечивает равномерную нагрузку на подшипники вала.
Рычажная система изготавливается из конструкционной стали с термической обработкой. Шарнирные соединения выполняются на стальных осях с бронзовыми или полимерными втулками. Фрикционные накладки колодок изготавливаются из асбестобезопасных композитных материалов на основе синтетических смол с добавлением металлических наполнителей — для обеспечения стабильного коэффициента трения (обычно 0,35–0,45) в широком диапазоне температур и скоростей скольжения.
Тормозные барабаны, как правило, изготавливаются из серого чугуна марок СЧ25 и СЧ30 или из стального литья марки 35Л. Рабочая поверхность барабана обрабатывается до шероховатости Ra 1,6–3,2 мкм. Твёрдость поверхности барабана должна составлять не менее 200 НВ для обеспечения допустимого ресурса по износу.
Ключевые требования к колодочным тормозам промышленного применения включают: достаточный тормозной момент с нормируемым запасом торможения (не менее 1,5–2,5 в зависимости от класса механизма), надёжное срабатывание при отключении питания, возможность регулировки тормозного момента, защиту от воздействия окружающей среды, соответствие нормам пожаро- и взрывобезопасности.
Тормоза с электромагнитами постоянного тока серии ТКП
Технические характеристики тормозов ТКП
Тормоза серии ТКП оснащены электромагнитным приводом постоянного тока, который обеспечивает быстрое и чёткое растормаживание. Электромагнит постоянного тока не создаёт рывков при включении и обеспечивает плавное нарастание усилия, что снижает динамические нагрузки на рычажную систему тормоза.
Тормозные моменты для серии ТКП охватывают диапазон от 50 Н·м (для малых типоразмеров) до 3000 Н·м и более для крупных исполнений. Диаметры тормозных барабанов — от 100 до 600 мм. Номинальное напряжение питания электромагнита: 24 В, 48 В, 110 В, 220 В постоянного тока. Время растормаживания — от 0,1 до 0,4 с в зависимости от типоразмера. Допустимое число включений в час — до 600–720 для малых типоразмеров, до 300–360 для крупных.
Исполнения и типоразмеры тормозов ТКП
Тормоза ТКП выпускаются в открытом исполнении для закрытых помещений, а также в защищённом исполнении (степень защиты IP44 и IP54) для производственных условий с повышенной запылённостью и влажностью. Климатическое исполнение — У, ХЛ и Т по ГОСТ 15150 (умеренный, холодный и тропический климат). Монтажное положение — горизонтальное с допустимым отклонением ±5°.
Область применения тормозов ТКП — механизмы подъёма и передвижения мостовых, козловых и башенных кранов, шахтные подъёмные машины, лебёдки, конвейеры и другие механизмы, в системе управления которыми предусмотрен источник постоянного тока.
Тормоза с электромагнитами переменного тока серии ТКТ
Технические характеристики тормозов ТКТ
Серия ТКТ — колодочные тормоза с электромагнитным приводом переменного тока (220 В или 380 В, частота 50 Гц). Использование электромагнита переменного тока упрощает электрическую схему управления, поскольку не требует выпрямителей или источников постоянного тока. Это делает серию ТКТ экономически привлекательным решением для стандартных крановых механизмов.
Тормозные моменты серии ТКТ охватывают диапазон от 100 Н·м до 2000 Н·м. Диаметры тормозных барабанов — от 100 до 500 мм. Время срабатывания электромагнита переменного тока несколько меньше, чем у электромагнита постоянного тока, однако характеризуется определённым ударным воздействием при включении из-за особенностей нарастания магнитного потока. Допустимое число включений в час для серии ТКТ составляет от 120 до 300 в зависимости от типоразмера.
Особенности электромагнитного привода переменного тока
Электромагниты переменного тока серии ТКТ оснащены короткозамкнутым витком (кольцом) на сердечнике для устранения вибрации и характерного гудения на частоте 100 Гц, неизбежного при работе однофазного электромагнита. Сердечник электромагнита набирается из листовой трансформаторной стали для снижения потерь от вихревых токов.
При длительном включении электромагниты ТКТ могут перегреваться, поэтому для механизмов с продолжительным периодом растормаживания следует предусматривать принудительное охлаждение или выбирать тормоза с более высоким классом нагревостойкости обмоток.
Применение тормозов ТКТ наиболее целесообразно в механизмах передвижения мостовых кранов, кран-балок, монорельсовых тележек и других машин с умеренным числом включений в час и стандартными требованиями к плавности торможения.
Тормоза с электрогидравлическим толкателем серии ТКГ
Серия ТКГ — наиболее широко применяемые в отечественной промышленности колодочные тормоза с электрогидравлическим толкателем. Электрогидравлический толкатель представляет собой герметичный агрегат, в корпусе которого расположены центробежный насос с электродвигателем, гидроцилиндр с поршнем и рабочая жидкость (трансформаторное масло или специальная гидравлическая жидкость). При включении электродвигателя насос создаёт давление, поршень выдвигается и через систему рычагов отводит тормозные колодки от барабана.
По сравнению с электромагнитными тормозами серии ТКГ обеспечивают значительно более плавное растормаживание и торможение, что снижает динамические нагрузки на механизм и повышает комфорт работы операторов. Кроме того, электрогидравлические толкатели допускают значительно большее число включений в час и имеют более высокий ресурс по сравнению с электромагнитами.
ТКГ-160 и ТКГ-160-1: характеристики и особенности
Тормоз ТКГ-160 предназначен для работы с тормозным барабаном диаметром 160 мм. Номинальный тормозной момент составляет 100 Н·м. Ширина тормозных колодок — 60 мм. Электрогидравлический толкатель типа ТЭ-16 (или аналогичный) с усилием штока 160 Н. Масса тормоза — около 18–22 кг. Габаритные размеры (длина × ширина × высота) — приблизительно 450 × 180 × 420 мм. Степень защиты оболочки толкателя — IP44. Климатическое исполнение У3 по ГОСТ 15150.
Тормоз ТКГ-160-1 является модификацией базового исполнения с увеличенным тормозным моментом (до 125 Н·м) за счёт усиленной замыкающей пружины и изменённой геометрии рычажной системы. Применяется в механизмах подъёма кранов грузоподъёмностью до 5 т, лебёдках, конвейерах.
ТКГ-200 и ТКГ-200-1: характеристики и особенности
Тормоз ТКГ-200 рассчитан на тормозной барабан диаметром 200 мм. Номинальный тормозной момент — 200 Н·м. Ширина колодок — 75 мм. Толкатель типа ТЭ-25 с усилием штока 250 Н. Масса тормоза составляет 28–35 кг. Габаритные размеры — приблизительно 550 × 220 × 520 мм. Допустимое число включений в час — 240.
Тормоз ТКГ-200-1 — усиленное исполнение с тормозным моментом до 250 Н·м. Отличается от базового усиленной рычажной системой и возможностью установки толкателя с увеличенным усилием. Оба исполнения применяются в механизмах передвижения мостовых кранов грузоподъёмностью 5–16 т и механизмах подъёма до 10 т.
ТКГ-300 и ТКГ-300-1: характеристики и особенности
Тормоз ТКГ-300 предназначен для барабана диаметром 300 мм. Номинальный тормозной момент — 500 Н·м. Ширина колодок — 100 мм. Толкатель типа ТЭ-50 с усилием штока 500 Н. Масса тормоза — около 55–70 кг. Габаритные размеры — приблизительно 700 × 280 × 680 мм. Допустимое число включений в час — 180–240.
Тормоз ТКГ-300-1 — исполнение с увеличенным тормозным моментом до 630 Н·м. Применяется в механизмах подъёма кранов грузоподъёмностью 16–32 т, механизмах передвижения козловых кранов и портальных кранов, а также в приводах промышленных лебёдок.
ТКГ-400: характеристики и применение
Тормоз ТКГ-400 является одним из наиболее тяжёлых стандартных исполнений серии ТКГ. Диаметр тормозного барабана — 400 мм. Номинальный тормозной момент — 1000 Н·м. Ширина колодок — 120–125 мм. Толкатель типа ТЭ-80 или ТЭ-100 с усилием штока 800–1000 Н. Масса тормоза — 100–130 кг. Габаритные размеры — приблизительно 900 × 360 × 880 мм. Допустимое число включений в час — 120–180.
Тормоз ТКГ-400 применяется в механизмах подъёма кранов грузоподъёмностью 32–80 т, в механизмах изменения вылета стрелы портальных и плавучих кранов, в конвейерных системах с большой производительностью, а также в приводах металлургического и горнодобывающего оборудования.
ТКГ-500: характеристики и применение
Тормоз ТКГ-500 — максимальный типоразмер стандартной серии ТКГ. Диаметр тормозного барабана — 500 мм. Номинальный тормозной момент — 2000 Н·м. Ширина колодок — 150 мм. Толкатель типа ТЭ-160 с усилием штока 1600 Н. Масса тормоза — 180–220 кг. Габаритные размеры — приблизительно 1100 × 440 × 1050 мм. Допустимое число включений в час — 60–120.
ТКГ-500 применяется в самых нагруженных механизмах подъёма и передвижения: портальные краны грузоподъёмностью 100 т и более, плавучие краны, шахтные клетевые подъёмники, мощные лебёдки для буровых установок и причальные механизмы.
По отдельному заказу тормоза серии ТКГ изготавливаются в климатическом исполнении ХЛ (для эксплуатации при температурах до −60 °C) с применением морозостойких уплотнений, специальных гидравлических жидкостей с пониженной температурой застывания и электродвигателей толкателя в тропическом или холодостойком исполнении.
Тормоза с комбинированным приводом серии ТКТГ
Принцип работы комбинированного привода ТКТГ
Серия ТКТГ объединяет в одной конструкции электрогидравлический толкатель и электромагнит переменного тока (или постоянного тока — по заказу). Такое сочетание позволяет получить двойной эффект: при нормальной работе растормаживание осуществляется электрогидравлическим толкателем (плавно, с полным усилием), а при необходимости экстренного торможения или для обеспечения более быстрого смыкания колодок дополнительно задействуется электромагнит.
Комбинированный привод обеспечивает повышенную надёжность: при отказе одного из приводов (толкателя или электромагнита) тормоз продолжает функционировать за счёт второго. Это делает серию ТКТГ предпочтительным выбором для ответственных механизмов, к которым предъявляются повышенные требования по безопасности и бесперебойности работы.
Дополнительным преимуществом комбинированного привода является возможность использования электромагнита для гашения кинетической энергии при торможении — в особых режимах работы это позволяет снизить нагрев фрикционных накладок и увеличить их ресурс.
ТКТГ-600М1: характеристики и габариты
Тормоз ТКТГ-600М1 предназначен для работы с тормозным барабаном диаметром 600 мм. Номинальный тормозной момент — 3000–4000 Н·м (в зависимости от регулировки замыкающей пружины). Ширина тормозных колодок — 180–200 мм. Электрогидравлический толкатель — ТЭ-200 с усилием штока 2000 Н. Электромагнит переменного тока — с тяговым усилием 1500–2000 Н. Масса тормоза в сборе — 280–350 кг. Габаритные размеры (длина × ширина × высота) — приблизительно 1350 × 520 × 1250 мм. Степень защиты — IP44. Допустимое число включений в час — 60–120.
Индекс «М1» в наименовании обозначает модернизированное исполнение с улучшенной системой регулировки зазора, усиленными шарнирными соединениями рычажной системы и улучшенной герметизацией толкателя.
Применение — механизмы подъёма портальных и плавучих кранов грузоподъёмностью 100–200 т, механизмы поворота, механизмы изменения вылета стрелы мощных кранов, приводы шахтных подъёмников.
ТКТГ-700М1: характеристики и габариты
Тормоз ТКТГ-700М1 рассчитан на тормозной барабан диаметром 700 мм. Номинальный тормозной момент — 6000–8000 Н·м. Ширина колодок — 200–220 мм. Толкатель ТЭ-250 с усилием штока 2500 Н. Масса тормоза — 420–500 кг. Габаритные размеры — приблизительно 1550 × 620 × 1450 мм. Допустимое число включений в час — 60.
ТКТГ-700М1 применяется в самых нагруженных крановых механизмах, в металлургической промышленности (приводы конвертеров, завалочных машин), в судостроении (якорные и швартовные лебёдки) и в системах подъёма горнодобывающих предприятий.
ТКТГ-800М1: характеристики и габариты
Тормоз ТКТГ-800М1 — максимальный типоразмер серии ТКТГ для стандартного производства. Диаметр тормозного барабана — 800 мм. Номинальный тормозной момент — 10 000–12 500 Н·м. Ширина колодок — 250 мм. Толкатель ТЭ-320 или аналог с усилием штока 3200 Н. Масса тормоза — 600–750 кг. Габаритные размеры — приблизительно 1800 × 720 × 1650 мм. Допустимое число включений в час — 30–60.
ТКТГ-800М1 применяется в шахтных многоканатных подъёмных машинах, в мощных металлургических кранах, в морских буровых установках и нефтегазовом оборудовании, а также в системах управления гидротехническими затворами и другим тяжёлым оборудованием.
Специальные тормоза серии ТКПА
ТКПА-100: назначение, конструкция и параметры
Тормоза серии ТКПА являются специальными колодочными тормозами, разработанными для применения в условиях, где стандартные серии ТКГ и ТКТГ не могут быть использованы из-за особых требований к конструкции, компоновке или режиму работы. Аббревиатура «ПА» в обозначении указывает на применение пневматического или иного специального привода.
Тормоз ТКПА-100 предназначен для барабана диаметром 100 мм и рассчитан на тормозной момент от 25 до 63 Н·м. Конструкция тормоза отличается повышенной компактностью и минимальной массой (6–10 кг), что делает его пригодным для установки на малогабаритных механизмах с ограниченным монтажным пространством. Привод растормаживания — электропневматический или электромагнитный постоянного тока с напряжением 24 В или 48 В.
Степень защиты оболочки — IP54 и выше. Климатическое исполнение — У, ХЛ, Т по ГОСТ 15150. Материал фрикционных накладок — специальный высокотемпературный композит с коэффициентом трения 0,38–0,45. Рабочий диапазон температур — от −40 °C до +60 °C.
Тормоза ТКПА-100 применяются в медицинском и реабилитационном оборудовании с электроприводом, в малогабаритных лебёдках и подъёмниках, в специальных роботизированных системах и манипуляторах, а также в авиационном наземном оборудовании и испытательных стендах.
Габаритные размеры ТКПА-100 — приблизительно 260 × 120 × 280 мм. Монтажное положение — любое. Исполнение рамы — сварное из конструкционной стали с порошковым покрытием или из алюминиевого сплава для снижения массы.
ТКПА-200: назначение, конструкция и параметры
Тормоз ТКПА-200 предназначен для тормозного барабана диаметром 200 мм и обеспечивает тормозной момент от 160 до 400 Н·м. По сравнению с ТКПА-100 тормоз имеет усиленную рычажную систему и более мощный привод растормаживания. Масса тормоза — 25–35 кг. Габаритные размеры — приблизительно 520 × 240 × 540 мм.
Привод растормаживания для ТКПА-200 выполняется в пневматическом исполнении (рабочее давление сжатого воздуха 0,4–0,6 МПа) или в электромагнитном исполнении постоянного тока. Пневматическое исполнение предпочтительно для применения в химической, нефтехимической промышленности и горнодобывающем оборудовании, где использование электрических компонентов в зонах с взрывоопасными смесями ограничено.
Степень защиты — IP55 и выше, исполнение ATEX (взрывозащищённое) — по заказу. Тормоза ТКПА-200 применяются в приводах химических реакторов и мешалок, в системах безопасности буровых установок, в конвейерах для перемещения взрывоопасных материалов, а также в специальных испытательных стендах и стендах для имитации аварийных ситуаций.
Условия эксплуатации колодочных тормозов
Все колодочные тормоза серий ТКП, ТКТ, ТКГ, ТКТГ и ТКПА разработаны для эксплуатации в следующих условиях:
Рабочая температура окружающей среды для стандартного исполнения (У3) — от −40 °C до +40 °C. Для исполнения ХЛ — от −60 °C до +40 °C. Для тропического исполнения Т — от −10 °C до +55 °C.
Относительная влажность воздуха — не более 80% при температуре +25 °C для стандартного исполнения. Для влагозащищённых исполнений (IP54 и выше) — до 98% при температуре +25 °C.
Допустимая запылённость воздуха — до 10 мг/м³ (взвешенные частицы) для стандартного исполнения. При повышенной запылённости необходимо применять тормоза в исполнении с дополнительной защитой колодок и рычажной системы.
Высота над уровнем моря — не более 1000 м для стандартного исполнения. При эксплуатации на высоте более 1000 м и до 3000 м необходим пересчёт допустимых нагрузок на электродвигатель толкателя или обмотку электромагнита из-за снижения плотности воздуха и ухудшения охлаждения.
Воздействие вибрации — тормоза рассчитаны на работу в условиях вибрации с ускорением до 2–3 g в диапазоне частот 1–100 Гц. Для условий повышенной вибрации (горнодобывающее оборудование, буровые установки) применяются специальные исполнения с усиленными креплениями и виброгасящими элементами.
Агрессивные среды — стандартные исполнения не рассчитаны на воздействие кислот, щелочей и органических растворителей. Для таких условий предусмотрены исполнения с коррозионностойкими материалами и покрытиями (нержавеющая сталь, специальные краски, гальваническая защита).
Группа режима работы — по ГОСТ 25835 и FEM 1.001: от лёгкого (Л, 1Am) до весьма тяжёлого (ВТ, 4m) режима. Выбор тормоза с учётом группы режима работы обязателен для обеспечения нормированного ресурса фрикционных накладок и механических элементов.
Соответствие стандартам и нормативной документации
Колодочные тормоза серий ТКГ, ТКТГ и ТКПА разрабатываются и производятся в соответствии со следующими нормативными документами:
ГОСТ 16092 — общие технические требования к тормозам крановых механизмов. Устанавливает требования к запасу торможения, надёжности, ресурсу и методам испытаний.
ГОСТ 28911 — тормоза колодочные с электрогидравлическим толкателем. Определяет основные параметры, типоразмерный ряд и технические требования к тормозам серий ТКГ.
ГОСТ 15150 — климатические исполнения изделий. Регламентирует исполнения У, ХЛ, Т и категории размещения.
ГОСТ 14254 (IEC 60529) — степени защиты оболочек (IP). Применяется для нормирования защиты электрических компонентов тормозов.
ПБ 10-382 (Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов) — устанавливает требования к тормозному оборудованию крановых механизмов, в том числе к минимальным запасам торможения для различных групп механизмов.
ТР ТС 010/2011 — Технический регламент Таможенного союза «О безопасности машин и оборудования» — обязателен для оборудования, поставляемого на рынок ЕАЭС.
ГОСТ Р ЕН 13463 (для взрывозащищённых исполнений) — требования к безопасности нетоковедущего оборудования в потенциально взрывоопасных средах.
Тормоза подлежат обязательной сертификации в системе ГОСТ Р и/или ТР ТС с оформлением декларации о соответствии. Продукция сопровождается паспортом изделия, руководством по эксплуатации и протоколом приёмо-сдаточных испытаний.
Критерии выбора колодочного тормоза
При подборе колодочного тормоза серий ТКГ, ТКТГ или ТКПА специалисту-проектировщику необходимо последовательно рассмотреть несколько ключевых параметров.
Прежде всего определяется требуемый тормозной момент с учётом нормативного запаса торможения согласно ПБ 10-382 и ГОСТ 16092. Запас торможения для механизмов подъёма должен составлять не менее 1,5 для режимов Л и С и не менее 1,75–2,0 для режимов Т и ВТ.
Следующим шагом выбирается тип привода: для механизмов с числом включений до 120 в час и требованиями к плавности торможения оптимален электрогидравлический толкатель (серия ТКГ); для механизмов с числом включений более 300 в час — электромагнитный привод постоянного тока (серия ТКП); для ответственных механизмов с повышенными требованиями к надёжности — комбинированный привод (серия ТКТГ).
Затем проверяются условия эксплуатации: температурный диапазон, запылённость, влажность, наличие агрессивных сред или взрывоопасных зон. На основании этих данных выбирается климатическое исполнение, степень защиты оболочки и при необходимости взрывозащищённое исполнение.
Завершающим этапом является проверка соответствия выбранного тормоза монтажным ограничениям: наличию места для установки, ориентации вала, совместимости диаметра тормозного барабана с выбранным типоразмером тормоза.
Колодочные тормоза серий ТКГ, ТКТГ и ТКПА, изготовленные в соответствии с требованиями ГОСТ и ТР ТС, являются надёжным и проверенным решением для широчайшего спектра промышленных применений — от небольших производственных лебёдок до мощных портальных кранов и шахтных подъёмных машин. Правильный подбор типоразмера и исполнения гарантирует длительную безопасную эксплуатацию оборудования и минимальные затраты на техническое обслуживание.