Назначение и классификация тормозов серии ТКПА
Специальные колодочные тормоза серии ТКПА представляют собой компактный класс нормально-замкнутых тормозных устройств с электромагнитным приводом постоянного тока, разработанных для применения в механизмах с ограниченными габаритами установочного пространства и повышенными требованиями к надёжности торможения. Аббревиатура ТКПА расшифровывается как «Тормоз Колодочный с электромагнитом Постоянного тока, Адаптированный» — что указывает на специализированную конструкцию, отличающую данную серию от стандартных тормозов серий ТКП и ТКТ.
Серия включает два основных типоразмера: ТКПА-100 (диаметр тормозного шкива 100 мм) и ТКПА-200 (диаметр тормозного шкива 200 мм). Несмотря на внешнюю простоту конструкции, оба типоразмера обеспечивают стабильное и надёжное торможение в широком диапазоне режимов работы — от лёгкого (ПВ 25%) до непрерывного (ПВ 100%), что существенно расширяет область их применения по сравнению с традиционными тормозами с фиксированным режимом.
Принципиальной особенностью серии ТКПА является нормируемая зависимость максимального тормозного момента от продолжительности включения: чем интенсивнее режим работы тормоза, тем ниже допустимый тормозной момент. Это обусловлено тепловыми ограничениями обмотки электромагнита и является ключевым параметром при проектировании привода с тормозом данной серии.
Применение постоянного тока напряжением 110 В или 220 В в качестве питания электромагнита обеспечивает стабильное тяговое усилие без пульсаций, бесшумную работу и высокую частоту допустимых включений — характеристики, особенно важные для точных механизмов позиционирования и приводов с частыми пусками и остановами.
Принцип работы и конструктивные особенности тормозов ТКПА
Устройство тормозного механизма серии ТКПА
Тормоза серии ТКПА построены по классической двухколодочной схеме с симметричным расположением тормозных колодок относительно оси тормозного шкива. В исходном состоянии (при обесточенном электромагните) колодки прижаты к рабочей поверхности шкива усилием замыкающей пружины, создавая нормированный тормозной момент — принцип «безопасного отказа» (fail-safe), обязательный для любых подъёмных и транспортных механизмов.
При подаче напряжения постоянного тока на обмотку электромагнита якорь притягивается к сердечнику, преодолевая усилие замыкающей пружины. Через систему рычагов якорь разводит тормозные колодки, освобождая тормозной шкив и позволяя приводному механизму работать в штатном режиме. Конструкция рычажной системы спроектирована таким образом, чтобы обеспечить равномерное распределение нормальной силы прижатия по всей рабочей ширине обеих колодок, минимизируя неравномерный износ фрикционных накладок.
При отключении питания — плановом или аварийном — якорь электромагнита мгновенно освобождается, и пружина возвращает рычажную систему в исходное положение, обеспечивая смыкание колодок с тормозным шкивом. Время срабатывания тормоза при отключении питания составляет доли секунды, что обеспечивает эффективное торможение даже при высоких скоростях вращения.
Станина тормоза выполнена из стального проката или отливки и обеспечивает необходимую жёсткость конструкции при воздействии максимальных тормозных нагрузок. Тормозные колодки оснащены фрикционными накладками из асбестобезопасного синтетического материала с нормированным коэффициентом трения, устойчивого к тепловым нагрузкам в рабочем диапазоне температур.
Конструктивной особенностью, отличающей тормоза ТКПА от стандартных серий, является компактное исполнение с уменьшенными монтажными габаритами при сохранении достаточного тормозного момента для применений, где стандартные тормоза ТКП аналогичных типоразмеров не вписываются в пространство монтажной зоны. Это достигается за счёт оптимизированной рычажной геометрии и применения электромагнитов серии МПТ с увеличенным ходом якоря, позволяющим снизить требования к точности установочных зазоров.
Тормоз колодочный ТКПА-100: технические характеристики и габаритные размеры
Технические характеристики ТКПА-100
Тормоз ТКПА-100 является наименьшим типоразмером серии и предназначен для торможения механизмов с тормозными шкивами диаметром 100 мм. Компактные габариты и небольшая масса делают его оптимальным выбором для вспомогательных приводов, механизмов позиционирования и лёгких подъёмных установок.
Диаметр тормозного шкива составляет 100 мм. Тип применяемого электромагнита — МПТ-108м, относящийся к серии электромагнитов постоянного тока с увеличенным ходом якоря (до 16 мм), что обеспечивает повышенный ресурс фрикционных накладок между плановыми регулировками. Род тока питания — постоянный. Номинальное напряжение питания — 110 В или 220 В постоянного тока (исполнение указывается при заказе).
Максимальный тормозной момент существенно зависит от режима работы привода и нормируется следующим образом: при продолжительности включения ПВ 25% — 20 Н·м; при ПВ 40% — 16 Н·м; при ПВ 100% — 8 Н·м. Данная зависимость обусловлена тепловым режимом обмотки электромагнита: при непрерывной работе (ПВ 100%) допустимый тормозной момент снижается более чем вдвое по сравнению с режимом ПВ 25%, что необходимо принимать во внимание при расчёте коэффициента запаса торможения.
Масса тормоза в сборе не превышает 16 кг — минимальное значение для колодочных тормозов промышленного применения, что позволяет монтировать ТКПА-100 на лёгких несущих конструкциях без специальных требований к несущей способности монтажной плиты.
Габаритные и присоединительные размеры ТКПА-100
Для правильного проектирования монтажного узла и установки тормоза ТКПА-100 необходимо использовать следующие габаритные и присоединительные размеры (все значения приведены в миллиметрах):
Основные габаритные параметры: A = 220, A1 = 110, B = 90, D = 100, H = 249, H1 = 105, Lmax = 557, L = 397, L1 = 264, L2 = 300, L3 = 125.
Присоединительные и крепёжные размеры: a1 = 40, a2 = 40, b = 70, b1 = 65, b2 = 65, d = 13, h = 5–10, l1 = 45, l2 = 30, s = 6, s1 = 4.
Параметр A (220 мм) определяет общую ширину тормоза в плане, A1 (110 мм) — расстояние от оси шкива до края тормоза. Параметр H (249 мм) — полная высота конструкции, H1 (105 мм) — высота от монтажной поверхности до оси шкива. Lmax (557 мм) — максимальная длина тормоза с учётом электромагнита в крайнем положении, L (397 мм) — базовая длина тормозного механизма. Диаметр монтажных отверстий d = 13 мм. Размер h = 5–10 мм — регулировочный зазор при монтаже.
Данные размеры должны использоваться при разработке монтажного чертежа в строгом соответствии с габаритным чертежом завода-изготовителя — приведённые значения являются номинальными и не заменяют официальную конструкторскую документацию.
Тормоз колодочный ТКПА-200: технические характеристики и габаритные размеры
Технические характеристики ТКПА-200
Тормоз ТКПА-200 — старший типоразмер серии, предназначенный для тормозных шкивов диаметром 200 мм и обеспечивающий значительно более высокий тормозной момент по сравнению с ТКПА-100. Конструктивно ТКПА-200 является увеличенной и усиленной версией ТКПА-100 с сохранением принципиальной схемы и принципа действия.
Диаметр тормозного шкива — 200 мм. Тип электромагнита — МПТ-212, более мощный представитель серии МПТ с увеличенным тяговым усилием и ходом якоря до 16 мм. Род тока питания — постоянный, напряжение — 110 В или 220 В постоянного тока.
Максимальный тормозной момент в зависимости от режима работы: при ПВ 25% — 157 Н·м; при ПВ 40% — 123 Н·м; при ПВ 100% — 53 Н·м. Сопоставление с характеристиками ТКПА-100 наглядно демонстрирует кратный прирост тормозного момента при переходе к старшему типоразмеру: при ПВ 25% момент возрастает почти в 8 раз (с 20 до 157 Н·м), что соответствует соотношению диаметров шкивов и площадей фрикционных поверхностей. При этом характер зависимости тормозного момента от ПВ сохраняется — при переходе от ПВ 25% к ПВ 100% момент снижается приблизительно в 3 раза (со 157 до 53 Н·м).
Масса тормоза в сборе не превышает 37 кг — умеренное значение для тормоза с тормозным шкивом 200 мм и тормозным моментом до 157 Н·м, что обеспечивает монтаж без специальных грузоподъёмных средств при наличии двух монтажников.
Габаритные и присоединительные размеры ТКПА-200
Для проектирования монтажного узла тормоза ТКПА-200 используются следующие габаритные и присоединительные размеры (все значения в миллиметрах):
Основные габаритные параметры: A = 350, A1 = 175, B = 120, D = 200, H = 405, H1 = 170, Lmax = 711, L = 543, L1 = 347, L2 = 394, L3 = 197.
Присоединительные и крепёжные размеры: a1 = 60, a2 = 60, b = 90, b1 = 90, b2 = 90, d = 18, h = 5,5–9, l1 = 80, l2 = 80, s = 8, s1 = 7.
По сравнению с ТКПА-100 все линейные размеры увеличены пропорционально диаметру шкива приблизительно в 1,5–1,6 раза. Полная ширина тормоза A возрастает с 220 до 350 мм, высота H — с 249 до 405 мм, максимальная длина Lmax — с 557 до 711 мм. Диаметр монтажных отверстий увеличивается с 13 до 18 мм, что соответствует увеличению монтажных болтов с М12 до М16 и более высокой несущей способности крепления.
Параметр h = 5,5–9 мм задаёт диапазон регулировочного зазора при монтаже, несколько отличающийся от соответствующего диапазона ТКПА-100 (5–10 мм), что необходимо учитывать при разработке монтажной документации. Все монтажные размеры должны уточняться по официальным чертежам завода-изготовителя.
Сравнительный анализ типоразмеров ТКПА-100 и ТКПА-200
Для удобства сопоставления и выбора подходящего типоразмера приведём ключевые параметры обоих тормозов в сравнительном разрезе.
По диаметру тормозного шкива тормоза различаются вдвое (100 и 200 мм), что непосредственно отражается на тормозном моменте: при одинаковой нормальной силе прижатия колодок тормозной момент пропорционален радиусу шкива, поэтому ТКПА-200 при прочих равных условиях обеспечивает в 2 раза больший момент. Фактическое же превышение тормозного момента ТКПА-200 над ТКПА-100 составляет почти 8 раз при ПВ 25% — это объясняется также применением более мощного электромагнита МПТ-212 вместо МПТ-108м и более широкими тормозными колодками.
По массе ТКПА-200 в 2,3 раза тяжелее ТКПА-100 (37 кг против 16 кг) — пропорциональное увеличение, отражающее возросшие размеры несущих элементов и электромагнита.
По габаритным размерам старший типоразмер занимает примерно в 1,5–1,6 раза больше пространства по каждому из основных измерений. При выборе типоразмера это необходимо учитывать совместно с анализом доступного монтажного пространства на конкретном механизме.
Зависимость тормозного момента от ПВ одинакова по характеру для обоих типоразмеров: переход от ПВ 25% к ПВ 100% снижает допустимый тормозной момент приблизительно в 2,5–3 раза. При расчёте коэффициента запаса торможения необходимо использовать значение тормозного момента, соответствующее фактическому режиму работы привода, а не максимальное паспортное значение при ПВ 25%.
Зависимость тормозного момента от режима работы (ПВ)
Параметр продолжительности включения (ПВ) является одним из определяющих при выборе тормоза серии ТКПА. ПВ рассчитывается как отношение времени работы тормоза (в режиме удержания якоря электромагнитом) к суммарному времени цикла, выраженное в процентах. При непрерывном технологическом процессе ПВ стремится к 100%, при повторно-кратковременном режиме (типичном для подъёмных механизмов) — к 25–40%.
Для механизмов подъёма мостовых кранов лёгкого режима работы (группа М1–М3 по ГОСТ Р 54767) ПВ, как правило, не превышает 25–40%, что позволяет использовать максимальный тормозной момент из таблицы характеристик. Для непрерывно работающих конвейерных приводов или механизмов с постоянным удержанием нагрузки (ПВ близко к 100%) необходимо проектировать привод исходя из сниженного тормозного момента, соответствующего режиму ПВ 100%.
Электромагниты серии МПТ в составе тормозов ТКПА
Электромагнит МПТ-108м для тормоза ТКПА-100
Электромагнит МПТ-108м является специализированной версией электромагнита серии МПТ с увеличенным ходом якоря, адаптированной для применения в тормозах малых типоразмеров. Индекс «м» в обозначении указывает на модернизацию конструкции, направленную на улучшение эксплуатационных характеристик: повышение надёжности якорного узла, снижение остаточной намагниченности (уменьшение «залипания» якоря при отключении) и увеличение допустимого числа включений в час.
Электромагнит питается постоянным током напряжением 110 В или 220 В. Увеличенный ход якоря (до 16 мм в стандартном исполнении МПТ) позволяет эксплуатировать тормоз в течение длительного времени без промежуточных регулировок зазора колодок по мере износа фрикционных накладок — что является существенным преимуществом в условиях производства с ограниченными ресурсами технического обслуживания.
Обмотка электромагнита выполнена медным проводом с изоляцией класса нагревостойкости F (155 °C), что обеспечивает работу в непрерывном режиме (ПВ 100%) без риска теплового поражения изоляции при соблюдении нормированного тормозного момента. Корпус электромагнита защищён от попадания пыли и брызг в соответствии со степенью защиты IP54 в стандартном исполнении.
Электромагнит МПТ-212 для тормоза ТКПА-200
Электромагнит МПТ-212 является более мощным представителем серии МПТ и устанавливается в тормозах ТКПА-200. По сравнению с МПТ-108м данный электромагнит развивает значительно большее тяговое усилие на якоре, необходимое для преодоления усилия замыкающей пружины тормоза и отведения колодок от шкива диаметром 200 мм при полном тормозном моменте 157 Н·м (при ПВ 25%).
Конструктивно МПТ-212 выполнен аналогично МПТ-108м — однокатушечный соленоид с увеличенным воздушным зазором и усиленным магнитопроводом. Двузначный суффикс в обозначении (212) указывает на типоразмер электромагнита внутри серии МПТ. Напряжение питания — 110 В или 220 В постоянного тока в соответствии с исполнением тормоза ТКПА-200.
Применение электромагнита с ходом якоря до 16 мм в тормозе ТКПА-200 обеспечивает тот же эксплуатационный ресурс между регулировками, что и в ТКПА-100: оператору технического обслуживания не требуется корректировать зазор колодок до тех пор, пока суммарный износ фрикционных накладок не достигнет предельного значения, соответствующего полному ходу якоря.
Варианты исполнения тормозов серии ТКПА
Тормоза ТКПА-100 и ТКПА-200 выпускаются в нескольких вариантах исполнения, позволяющих адаптировать стандартную конструкцию к различным условиям применения.
По напряжению питания электромагнита тормоза поставляются в исполнениях на 110 В и 220 В постоянного тока. Выбор исполнения определяется параметрами системы питания постоянным током на объекте. В крановых установках постоянный ток, как правило, формируется выпрямителем от трёхфазной сети 380 В и имеет напряжение 220 В или 110 В в зависимости от схемы выпрямления. При отсутствии источника постоянного тока в схему питания тормоза включается выпрямительный мост, который, как правило, входит в состав шкафа управления крановым приводом.
По климатическому исполнению тормоза серии ТКПА выпускаются в вариантах У (умеренный климат, рабочий диапазон температур от −10 до +40 °C) и УХЛ (умеренный и холодный климат, от −40 до +40 °C). Климатическое исполнение определяет выбор смазочных материалов, материалов уплотнений и антикоррозионного покрытия металлических частей.
По степени защиты оболочки стандартное исполнение тормозов ТКПА соответствует IP54 (защита от пыли и брызг воды). По специальному заказу возможна поставка в исполнении IP65 для установок с повышенными требованиями к пылевлагозащите.
По расположению электромагнита относительно тормозного механизма возможны левое и правое исполнения — при виде со стороны тормозного шкива. При заказе необходимо указывать требуемое исполнение во избежание конфликта с элементами конструкции смежного оборудования.
По составу поставки тормоз может поставляться в сборе (тормозной механизм с электромагнитом) или отдельными узлами для монтажа на месте. Тормозной шкив, как правило, поставляется отдельно и входит в состав редуктора или муфты приводного механизма.
Области применения тормозов ТКПА-100 и ТКПА-200
Тормоза серии ТКПА находят применение в широком круге промышленных механизмов, где требуется надёжное автоматическое торможение с электромагнитным управлением на постоянном токе.
В подъёмно-транспортном оборудовании тормоза ТКПА применяются в механизмах подъёма мостовых кранов малой и средней грузоподъёмности, в электрических талях и монорельсовых тележках, в лебёдках строительного и монтажного назначения. ТКПА-100 ориентирован на лёгкие механизмы подъёма грузоподъёмностью до 1–2 т, ТКПА-200 — на механизмы грузоподъёмностью до 5–10 т в зависимости от кинематики привода.
В механизмах передвижения тормоза серии ТКПА устанавливаются на тележках мостовых кранов, на механизмах перемещения стеллажных кранов-штабелёров, на приводах транспортных платформ и перемещаемых стендов. Компактные габариты тормозов серии делают их особенно подходящими для встроенного монтажа в приводные редукторы тележек с ограниченным пространством.
В конвейерных системах и питателях тормоза ТКПА применяются для удержания наклонных конвейерных лент при остановке и при аварийном отключении питания. Режим работы ПВ 100% позволяет использовать ТКПА-200 в приводах непрерывно работающих конвейеров с постоянным тормозным удерживающим моментом (с учётом сниженного паспортного момента при ПВ 100% — 53 Н·м).
В металлургической промышленности тормоза ТКПА применяются в приводах вспомогательных механизмов прокатных станов, в устройствах подачи заготовок, в механизмах поворота манипуляторов и кантователей. Стойкость к повышенным температурам окружающей среды в исполнении УХЛ обеспечивает работоспособность тормоза в цеховых условиях с интенсивным теплоизлучением.
В горнодобывающей отрасли тормоза ТКПА-100 и ТКПА-200 применяются в приводах вспомогательных подъёмников, конвейерных систем обогатительных фабрик, механизмов перемещения оборудования. Взрывозащищённые исполнения (Ex) по специальному заказу позволяют использовать тормоза в шахтных условиях с газовыделением.
В машиностроении и приборостроении тормоза ТКПА-100 применяются в приводах станков с ЧПУ, координатных столов, поворотных устройств и другого прецизионного оборудования, где требуется точное и повторяемое торможение с малым временем срабатывания.
Соответствие стандартам и нормативным требованиям
Тормоза серии ТКПА разрабатываются, изготавливаются и испытываются в соответствии с требованиями действующей нормативной документации Российской Федерации и международных стандартов.
ГОСТ 16081 «Тормоза колодочные с электрогидравлическим толкателем. Технические условия» — базовый нормативный документ для колодочных тормозов с электрическим приводом, определяющий общие технические требования, методы испытаний и правила маркировки.
ГОСТ Р 51753 «Тормоза колодочные для кранов» — специальный стандарт, устанавливающий требования к тормозным устройствам грузоподъёмных машин, включая нормы тормозного момента, коэффициенты запаса торможения и методику подтверждающих расчётов.
Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъёмные сооружения» (утверждены приказом Ростехнадзора) — обязательные требования к тормозным системам грузоподъёмных машин, эксплуатируемых на объектах повышенной опасности, включая требование нормально-замкнутого исполнения тормоза на механизмах подъёма.
ГОСТ 15150-69 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов» — стандарт, регламентирующий климатические исполнения, применяемый для определения рабочего диапазона температур, влажности и других климатических условий.
ГОСТ IEC 60529 «Степени защиты, обеспечиваемые оболочками» — стандарт, определяющий систему обозначений IP и методику испытаний степени защиты оболочки электрооборудования от пыли и влаги.
ГОСТ Р МЭК 60034-1 — стандарт в части требований к электрическим машинам и электромагнитным приводам, включая нормы нагревостойкости изоляции обмоток (классы E, F, H) и допустимые превышения температуры.
Каждый тормоз серии ТКПА сопровождается паспортом изделия, содержащим технические характеристики, результаты заводских приёмо-сдаточных испытаний, сведения о применённых материалах и инструкцию по монтажу, эксплуатации и техническому обслуживанию. Для объектов, поднадзорных Ростехнадзору, предоставляется соответствующая разрешительная документация.
Монтаж, регулировка и техническое обслуживание
Монтаж тормозов ТКПА-100 и ТКПА-200 выполняется квалифицированным персоналом в строгом соответствии с монтажным чертежом из комплекта поставки. Основные требования при монтаже: параллельность оси тормозного шкива и осей шарниров рычажной системы (допустимое отклонение — не более 0,2 мм на длине 100 мм); равномерный зазор между колодками и шкивом в расторможенном состоянии (регулируется в диапазоне h: для ТКПА-100 — 5–10 мм от монтажной базы, для ТКПА-200 — 5,5–9 мм); надёжное болтовое крепление основания тормоза к несущей конструкции с моментами затяжки, указанными в руководстве по эксплуатации.
Регулировка тормоза включает установку номинального воздушного зазора между колодками и рабочей поверхностью шкива в расторможенном состоянии, настройку усилия замыкающей пружины в соответствии с требуемым тормозным моментом (с учётом режима работы ПВ), а также проверку равномерности прилегания колодок к шкиву по всей ширине фрикционной накладки.
Техническое обслуживание предусматривает периодическую проверку зазора колодок (не реже одного раза в месяц при интенсивной эксплуатации), контроль толщины фрикционных накладок (накладки подлежат замене при износе более 50% от первоначальной толщины), проверку крепёжных соединений, осмотр состояния изоляции кабеля подключения электромагнита и проверку сопротивления изоляции обмотки (не менее 0,5 МОм).
Благодаря применению электромагнитов МПТ с ходом якоря до 16 мм, тормоза серии ТКПА обеспечивают существенно более длинный межрегулировочный ресурс по сравнению с короткоходовыми электромагнитами серии МП (ход 5 мм), что снижает трудозатраты на техническое обслуживание и суммарную стоимость владения оборудованием в течение жизненного цикла.
Специальные колодочные тормоза ТКПА-100 и ТКПА-200 с электромагнитами постоянного тока серии МПТ представляют собой надёжное, технически обоснованное решение для широкого круга промышленных механизмов, требующих автоматического нормально-замкнутого торможения в компактном исполнении. Нормируемая зависимость тормозного момента от ПВ, два варианта напряжения питания (110 и 220 В), увеличенный ход якоря электромагнита, соответствие действующим стандартам безопасности и доступность технической документации делают тормоза серии ТКПА оптимальным выбором для применения в новом оборудовании и при модернизации действующего подъёмно-транспортного парка.