Принцип работы и классификация тормозов с электромагнитным приводом
Тормоза с электромагнитным приводом занимают одно из центральных мест в системах автоматического торможения промышленного оборудования. Их широкое распространение обусловлено простотой конструкции, высокой надёжностью, быстрым временем срабатывания и возможностью интеграции в автоматизированные системы управления приводом без применения отдельного гидравлического агрегата.
В основе работы электромагнитного тормоза лежит принцип пружинного замыкания: в обесточенном состоянии тормозные колодки прижаты к тормозному барабану усилием замыкающих пружин, создавая тормозной момент. При подаче электрического тока на обмотку электромагнита якорь притягивается к сердечнику, сжимая пружины и отводя колодки от барабана — тормоз растормаживается. Такой принцип «нормально замкнутого» тормоза (fail-safe) является определяющим требованием безопасности для подъёмных механизмов, конвейеров и крановых установок: при аварийном отключении электроэнергии торможение происходит автоматически и немедленно.
По типу питающего тока электромагнитные тормоза подразделяются на две основные группы: тормоза с электромагнитом постоянного тока и тормоза с электромагнитом переменного тока. Каждая группа имеет свои конструктивные особенности, эксплуатационные характеристики и области предпочтительного применения.
По величине хода якоря электромагниты делятся на короткоходовые (с номинальным ходом до 5 мм и до 16 мм) и длинноходовые (электромагнитные толкатели с ходом от 30 мм и выше). Этот параметр определяет допустимый износ фрикционных накладок между регулировками, а также чувствительность тормоза к точности монтажа.
Серии ТКП (тормоз колодочный с постоянным током), ТКПМ (тормоз колодочный с постоянным током, модернизированный, с электромагнитным толкателем) и ТКТ (тормоз колодочный с переменным током) охватывают полный спектр промышленных применений — от лёгких вспомогательных механизмов до тяжёлых крановых приводов грузоподъёмностью в сотни тонн.
Короткоходовые тормоза ТКП с электромагнитом постоянного тока (ход до 5 мм)
Тормоза серии ТКП с электромагнитами типа МП — наиболее распространённый класс колодочных тормозов с постоянным током в отечественной промышленности. Короткоходовые электромагниты серии МП обеспечивают быстрое и чёткое срабатывание с номинальным ходом якоря до 5 мм, что обусловливает высокое быстродействие тормоза и точность поддержания зазора между колодками и барабаном.
Устройство и принцип действия короткоходового электромагнита
Электромагниты серии МП выполнены в виде однокатушечного соленоида с Г-образным или П-образным магнитопроводом. Обмотка выполнена медным проводом с изоляцией класса нагревостойкости F (155 °C). Якорь электромагнита непосредственно связан с рычажной системой тормоза через тягу, обеспечивая точную передачу усилия на отвод колодок.
Питание электромагнита — постоянный ток напряжением 110 В или 220 В. Ток постоянного напряжения обеспечивает стабильное тяговое усилие без вибрации и характерного для переменного тока гудения, что особенно важно в условиях высокой частоты включений.
Серия ТКП с электромагнитами МП-101, МП-201, МП-301
Тормоз ТКП-100 с электромагнитом МП-101 — наименьший типоразмер в линейке ТКП с электромагнитами серии МП. Предназначен для торможения приводных валов с тормозными барабанами диаметром 100 мм. Тормозной момент составляет от 10 до 25 Н·м в зависимости от регулировки усилия пружины. Электромагнит МП-101 развивает тяговое усилие порядка 150–200 Н при номинальном ходе якоря 4–5 мм. Габаритные размеры тормозного узла: длина — около 320 мм, высота — около 280 мм, ширина (вылет колодки) — около 120 мм. Масса тормоза в сборе — приблизительно 8–12 кг.
Тормоз ТКП-200/100 с электромагнитом МП-101 — переходная модель, рассчитанная на барабан диаметром 200 мм при использовании электромагнита МП-101. Тормозной момент — до 60 Н·м. Применяется в механизмах с ограниченными требованиями к тормозному усилию при диаметре барабана 200 мм. Масса узла — около 18–22 кг.
Тормоз ТКП-200 с электромагнитом МП-201 — стандартный тормоз для барабана диаметром 200 мм с усиленным электромагнитом МП-201. Электромагнит МП-201 развивает тяговое усилие до 350–400 Н. Номинальный тормозной момент — 80–160 Н·м. Ширина тормозных колодок — 70–80 мм. Габариты: длина около 480 мм, высота около 380 мм. Масса — 25–32 кг. Данный типоразмер является одним из наиболее широко применяемых в кранах грузоподъёмностью до 10 т.
Тормоз ТКП-300/200 с электромагнитом МП-201 — тормоз для барабана 300 мм с электромагнитом МП-201. Тормозной момент — до 250 Н·м. Масса — около 40–50 кг. Используется в механизмах передвижения и подъёма кранов средней грузоподъёмности.
Тормоз ТКП-300 с электромагнитом МП-301 — тормоз для барабана 300 мм с электромагнитом МП-301 повышенного тягового усилия (до 600–700 Н). Тормозной момент — от 200 до 500 Н·м. Ширина колодок — 100 мм. Габариты: длина около 600 мм, высота около 500 мм. Масса — 55–70 кг. Электромагнит МП-301 обеспечивает высокое быстродействие при частых пусках/остановах.
Тормоз ТКП-400 — тормоз для барабана диаметром 400 мм. Тормозной момент — 500–1000 Н·м. Ширина колодок — 120–140 мм. Масса — 80–120 кг. Комплектуется электромагнитом постоянного тока с повышенным тяговым усилием, выбор которого зависит от требуемого тормозного момента и режима работы.
Тормоз ТКП-500 — для барабана диаметром 500 мм. Тормозной момент — 1000–2500 Н·м. Ширина колодок — 160–180 мм. Масса — 150–200 кг. Применяется в тяжёлых крановых механизмах подъёма и передвижения.
Тормоз ТКП-600 — наибольший типоразмер в линейке короткоходовых тормозов серии ТКП. Диаметр барабана — 600 мм. Тормозной момент — до 4000–5000 Н·м и выше в зависимости от исполнения. Ширина колодок — 200 мм. Масса — 250–350 кг. Предназначен для тяжёлых металлургических кранов, портальных кранов и другого крупнотоннажного подъёмного оборудования.
Короткоходовые тормоза ТКП с электромагнитом постоянного тока (ход до 16 мм)
Серия тормозов ТКП с электромагнитами типа МПТ отличается увеличенным номинальным ходом якоря — до 16 мм. Это решение обеспечивает значительно больший ресурс работы фрикционных накладок между регулировками, снижает требования к точности монтажа и упрощает техническое обслуживание тормоза в условиях производства.
Серия ТКП с электромагнитами МПТ-106, МПТ-108, МПТ-212, МПТ-317
Электромагниты серии МПТ выполнены в специальной конструкции с увеличенным воздушным зазором и усиленным магнитопроводом, компенсирующим снижение тягового усилия при увеличенном зазоре. Это конструктивное решение позволяет сохранить стабильный тормозной момент на протяжении всего ресурса фрикционных накладок без промежуточных регулировок.
Тормоз ТКП-100 с электромагнитом МПТ-106 (МПТ-108) — тормоз для барабана 100 мм с электромагнитом МПТ-106 или МПТ-108 (различаются мощностью обмотки и напряжением питания). Тормозной момент — 10–30 Н·м. Ход якоря до 16 мм обеспечивает увеличенный межрегулировочный ресурс. Масса — 10–15 кг.
Тормоз ТКП-200/100 с электромагнитом МПТ-106 (МПТ-108) — переходная модель для барабана 200 мм с электромагнитом МПТ серии 106/108. Тормозной момент — до 80 Н·м. Применяется там, где частота обслуживания должна быть минимальной при умеренных тормозных нагрузках.
Тормоз ТКП-200 с электромагнитом МПТ-212 — стандартный тормоз для барабана 200 мм с двухкатушечным электромагнитом МПТ-212 увеличенного хода. Тормозной момент — 80–200 Н·м. Электромагнит МПТ-212 обеспечивает тяговое усилие, сопоставимое с МП-201, при ходе до 16 мм. Масса — 28–38 кг.
Тормоз ТКП-300/200 с электромагнитом МПТ-212 — для барабана 300 мм с электромагнитом МПТ-212. Тормозной момент — до 300 Н·м. Масса — 45–58 кг.
Тормоз ТКП-300 с электромагнитом МПТ-317 — тормоз для барабана 300 мм с мощным электромагнитом МПТ-317 увеличенного хода. Тормозной момент — 250–600 Н·м. Электромагнит МПТ-317 является наиболее мощным в серии МПТ и обеспечивает тяговое усилие до 800–900 Н при ходе якоря до 16 мм. Масса тормоза в сборе — 60–80 кг. Применяется в механизмах с интенсивными циклами работы и требованиями к минимальному обслуживанию.
Длинноходовые тормоза ТКПМ с электромагнитными толкателями
Серия тормозов ТКПМ представляет собой дальнейшее развитие концепции колодочного тормоза с увеличенным ходом привода. В качестве привода растормаживания применяются электромагнитные толкатели — устройства, обеспечивающие ход рабочего органа от 30 до 80 мм и более, что соответствует ресурсу фрикционных накладок без регулировки в течение нескольких тысяч часов работы.
Конструктивные особенности длинноходовых тормозов ТКПМ
Электромагнитный толкатель в составе тормоза ТКПМ представляет собой линейный электромагнитный привод с возвратной пружиной, преобразующий электрическую энергию в поступательное движение штока. Шток толкателя через рычажную систему тормоза отводит колодки от барабана при подаче напряжения питания.
Конструкция тормоза ТКПМ унифицирована по установочным размерам с серией ТКП — это позволяет производить замену привода (с короткоходового электромагнита на длинноходовой толкатель) без изменения тормозного механизма и монтажной базы. Данное решение существенно упрощает модернизацию действующего оборудования.
Тормозной механизм серии ТКПМ выполнен в виде двухколодочной скобы с симметричным расположением колодок относительно барабана. Замыкание тормоза обеспечивается главной замыкающей пружиной с регулируемым усилием затяжки. Регулировка зазора между колодками и барабаном осуществляется путём изменения длины тяги привода.
Исполнения ТКПМ-400, ТКПМ-500, ТКПМ-600
Серия ТКПМ подразделяется на три типоразмера по диаметру тормозного барабана (400, 500 и 600 мм) и три варианта по типу электромагнитного толкателя, определяющего тормозной момент и режим работы (суффиксы -1, -2, -3).
Тормоза ТКПМ-400 (ТКПМ-400-1, ТКПМ-400-2, ТКПМ-400-3) — для барабана диаметром 400 мм. Тормозной момент варьируется в зависимости от исполнения толкателя: исполнение -1 — лёгкий режим работы, тормозной момент до 500–600 Н·м; исполнение -2 — средний режим, до 800–1000 Н·м; исполнение -3 — тяжёлый режим, до 1200–1500 Н·м. Ширина тормозных колодок — 125–140 мм. Масса тормоза в сборе — 100–150 кг в зависимости от исполнения.
Тормоза ТКПМ-500 (ТКПМ-500-1, ТКПМ-500-2, ТКПМ-500-3) — для барабана диаметром 500 мм. Тормозной момент: исполнение -1 — до 1000 Н·м; исполнение -2 — до 1800 Н·м; исполнение -3 — до 2500 Н·м. Ширина колодок — 160–180 мм. Масса — 180–250 кг. Применяется в механизмах подъёма кранов грузоподъёмностью 50–100 т и передвижения козловых кранов.
Тормоза ТКПМ-600 (ТКПМ-600-1, ТКПМ-600-2, ТКПМ-600-3) — наибольший типоразмер серии, для барабана диаметром 600 мм. Тормозной момент: исполнение -1 — до 1500 Н·м; исполнение -2 — до 3000 Н·м; исполнение -3 — до 4500 Н·м и выше. Ширина колодок — 200 мм. Масса — 280–380 кг. Предназначен для тяжёлых металлургических, портальных и козловых кранов, шахтных подъёмников и мощных лебёдок.
Все тормоза серии ТКПМ поставляются в комплекте с электромагнитным толкателем, установочными элементами, регулировочными тягами и технической документацией. Напряжение питания толкателя — 110 В или 220 В постоянного тока (по заказу — другие значения).
Тормоза ТКТ с электромагнитом переменного тока
Серия тормозов ТКТ (тормоз колодочный с переменным током) представляет собой аналог серии ТКП по тормозному механизму, но оснащённую электромагнитом переменного тока. Применение переменного тока упрощает подключение тормоза к промышленной электросети без необходимости выпрямительного устройства, однако накладывает определённые ограничения на режим работы.
Особенности тормозов ТКТ с электромагнитом переменного тока
Электромагнит переменного тока в тормозах серии ТКТ работает на напряжении 220 В или 380 В, 50 Гц. Конструктивной особенностью является наличие короткозамкнутого витка на полюсах магнитопровода, устраняющего двойное биение тягового усилия с частотой 100 Гц (двойная частота питающего тока) и исключающего вибрацию якоря в притянутом положении.
Главным ограничением электромагнита переменного тока является повышенный ток включения (пусковой ток), значительно превышающий рабочий. При длительном удержании якоря в притянутом положении обмотка нагревается значительно меньше, чем у электромагнита постоянного тока при прочих равных условиях. Вместе с тем при заклинивании якоря в расторможенном положении (нарушение нормального замыкания якоря на магнитопровод) пусковой ток может вызвать перегрев и выход обмотки из строя. Поэтому тормоза ТКТ не рекомендуются для режимов с очень высокой частотой включений.
Типоразмеры ТКТ-200/100, ТКТ-200, ТКТ-300/200
Тормоз ТКТ-200/100 — тормоз для барабана диаметром 200 мм (переходный типоразмер с уменьшенным тормозным моментом) с электромагнитом переменного тока. Тормозной момент — 40–80 Н·м. Ширина колодок — 60–70 мм. Масса — 22–28 кг. Применяется в механизмах передвижения лёгких кранов, конвейерных приводах и вспомогательных механизмах при наличии питания только от сети переменного тока.
Тормоз ТКТ-200 — стандартный тормоз для барабана 200 мм с электромагнитом переменного тока полного типоразмера. Тормозной момент — 80–200 Н·м. Ширина колодок — 70–80 мм. Масса — 28–38 кг. Является прямым аналогом ТКП-200 для сетей переменного тока. Широко применяется на объектах, где отсутствует централизованное питание постоянным током.
Тормоз ТКТ-300/200 — тормоз для барабана диаметром 300 мм с уменьшенным тормозным моментом, оснащённый электромагнитом переменного тока. Тормозной момент — 150–350 Н·м. Ширина колодок — 90–100 мм. Масса — 45–60 кг. Применяется в механизмах подъёма и передвижения кранов средней грузоподъёмности, где питание привода тормоза осуществляется от сети переменного тока напрямую.
Технические характеристики и габаритные размеры
Все тормоза серий ТКП, ТКПМ и ТКТ объединяет ряд общих технических характеристик, определяющих их эксплуатационные параметры.
Диапазон тормозных моментов охватывает значения от 10 Н·м (ТКП-100) до 5000 Н·м и выше (ТКП-600, ТКПМ-600-3), что обеспечивает применимость серии практически во всём спектре промышленных подъёмно-транспортных механизмов.
Напряжение питания электромагнитов постоянного тока (серии МП и МПТ): 110 В DC или 220 В DC. Для серии ТКТ: 220 В AC или 380 В AC, 50 Гц.
Потребляемая мощность электромагнита в зависимости от типа и типоразмера составляет от 50 Вт (МП-101) до 400–600 Вт (МП-301, МПТ-317, толкатели ТКПМ).
Время срабатывания (от момента снятия напряжения до полного замыкания тормоза): для серии ТКП с короткоходовыми электромагнитами — 0,05–0,15 с; для серии ТКПМ с длинноходовыми толкателями — 0,1–0,3 с; для серии ТКТ — 0,05–0,12 с.
Ресурс фрикционных накладок между регулировками: для серии ТКП с электромагнитами МП (ход 5 мм) — 500 000–1 000 000 циклов включений (при нормальном режиме); для серии ТКП с электромагнитами МПТ (ход 16 мм) — 1 500 000–3 000 000 циклов; для серии ТКПМ — до 5 000 000 циклов и более.
Диаметры тормозных барабанов в линейке: 100, 200, 300, 400, 500, 600 мм (переходные типоразмеры 200/100 и 300/200 обозначают барабан диаметром 200 и 300 мм соответственно при меньшем, чем стандартное, тормозном моменте).
Климатическое исполнение: У (умеренный климат), УХЛ (умеренный и холодный климат, до −40 °C), Т (тропическое исполнение) — по заказу.
Варианты исполнения и комплектация
Тормоза серий ТКП, ТКПМ и ТКТ могут поставляться в следующих вариантах исполнения:
Стандартное исполнение — тормоз в сборе с электромагнитом, замыкающей пружиной, регулировочными элементами и тормозными колодками с накладками. Поставляется без тормозного барабана (барабан, как правило, входит в состав приводного редуктора или вала механизма).
Исполнение с ручным растормаживанием — дополнительно оснащается рычагом ручного растормаживания для аварийного отключения тормоза при отсутствии электропитания. Применяется в механизмах, требующих возможности ручного перемещения при обесточенном состоянии.
Исполнение с конечным выключателем — тормоз оснащается концевым выключателем, сигнализирующим о положении якоря электромагнита (заторможено/расторможено). Используется в системах мониторинга и защиты привода.
Исполнение с термозащитой электромагнита — встроенный термореле защищает обмотку от перегрева при аварийных режимах работы.
Исполнение с увеличенной шириной колодок — для повышенных тормозных моментов при сохранении диаметра барабана.
Взрывозащищённое исполнение (маркировка Ex) — для применения в зонах с потенциально взрывоопасной атмосферой (шахты, химические производства, нефтепереработка).
Окраска тормоза выполняется стандартной алкидной эмалью; по заказу — эпоксидная или полиуретановая эмаль для агрессивных сред.
Области применения тормозов с электромагнитным приводом
Тормоза серий ТКП, ТКПМ и ТКТ находят применение в широком круге промышленных механизмов и отраслей:
Крановое оборудование — механизмы подъёма, передвижения моста и тележки мостовых кранов, козловых кранов, башенных кранов, портальных кранов. Тормоза серии ТКП и ТКПМ являются стандартным оснащением отечественных и импортируемых крановых приводов.
Лебёдки и подъёмники — строительные, монтажные, шахтные подъёмники, эвакуационные лебёдки, лебёдки для горнодобывающей промышленности. Применение тормозов с функцией fail-safe обязательно по требованиям норм безопасности.
Конвейерные системы — ленточные и цепные конвейеры, транспортёры с наклонными участками, где необходимо удержание груза на наклонном участке при отключении привода.
Металлургическое производство — механизмы передвижения разливочных кранов, наклонных слябов, рольганговые приводы, механизмы поворота стендов.
Целлюлозно-бумажная промышленность — приводы бумагоделательных машин, намоточных и размоточных станков, транспортёров.
Горнодобывающая промышленность — скиповые и клетьевые подъёмники, конвейеры, механизмы скреперных лебёдок.
Судостроение и порты — шпили, брашпили, лебёдки для причаливания, механизмы люковых закрытий.
Энергетика — приводы затворов гидроэлектростанций, механизмы перемещения оборудования атомных станций, ветроустановки.
Соответствие стандартам и нормативная база
Тормоза серий ТКП, ТКПМ и ТКТ разработаны, изготовлены и испытаны в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:
ГОСТ 28498-90 — общие технические требования к тормозам для подъёмно-транспортных машин.
ГОСТ 12.2.003-91 — безопасность производственного оборудования, общие требования.
ПБ 10-382-00 — правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов (Ростехнадзор), определяющие обязательность применения автоматических тормозов на механизмах подъёма.
РД 10-112-96 — методические указания по обследованию грузоподъёмных машин с истёкшим сроком службы.
ГОСТ Р МЭК 60034-1 — электрические машины, в части требований к электромагнитным приводам тормозов.
ГОСТ 15150-69 — машины, приборы и другие технические изделия, исполнения для различных климатических районов.
Помимо перечисленных российских стандартов, ряд исполнений тормозов ТКП, ТКПМ и ТКТ соответствует требованиям международных стандартов ISO 9001 (система менеджмента качества производителя), FEM 1.001 (правила расчёта крановых механизмов), а также специальным требованиям отраслевых регламентов Ростехнадзора для горной и металлургической промышленности.
Каждый тормоз поставляется с паспортом, включающим технические характеристики, результаты заводских испытаний, сведения о применённых материалах и инструкцию по монтажу и техническому обслуживанию.
Монтаж, регулировка и техническое обслуживание
Монтаж тормозов серий ТКП, ТКПМ и ТКТ производится на сварную или литую раму тормоза, устанавливаемую на корпусе редуктора или на специальной монтажной плите. Соосность тормозного барабана и оси рычажной системы должна обеспечиваться с точностью не хуже 0,5 мм. Отклонение от горизонтали при установке тормозного механизма допускается не более 5°.
Регулировка тормоза включает три основные операции: установку номинального зазора между колодками и барабаном (0,5–1,0 мм на сторону для короткоходовых электромагнитов; 1,5–3,0 мм для длинноходовых толкателей), настройку усилия замыкающей пружины до значения, обеспечивающего требуемый тормозной момент, и проверку равномерности прилегания колодок по всей ширине и дуге охвата.
Техническое обслуживание тормозов предусматривает ежемесячную проверку зазора колодки-барабан, осмотр состояния фрикционных накладок (замена при износе до 50% от первоначальной толщины), проверку крепёжных соединений, а также проверку сопротивления изоляции обмотки электромагнита (не менее 0,5 МОм).
Критерии выбора электромагнитного тормоза
При выборе тормоза серии ТКП, ТКПМ или ТКТ необходимо последовательно определить следующие параметры: требуемый тормозной момент (исходя из массы груза, скорости, момента инерции привода и допустимого пути торможения); тип тока питания (постоянный или переменный) и доступное напряжение; режим работы привода (число включений в час, продолжительность включения) — для правильного выбора теплового класса электромагнита; ход привода (короткоходовой — при необходимости высокого быстродействия и малом монтажном пространстве; длинноходовой — для минимизации частоты технического обслуживания); климатическое и специальное исполнение (для взрывоопасных сред, низких температур, агрессивных условий).
Тормоза серий ТКП, ТКПМ и ТКТ — это надёжное, проверенное десятилетиями эксплуатации решение для автоматического пружинного торможения промышленных механизмов. Широкий типоразмерный ряд, унификация монтажных размеров, соответствие российским и международным нормам безопасности и доступность запасных частей делают эти тормоза оптимальным выбором для нового строительства, модернизации и ремонта подъёмно-транспортного и технологического оборудования.