电磁激励弹簧加压制动器复习课程

1、LOGO题目题目(tm)：小钳子小钳子(qin zi)(qin zi)、硕士、硕士工业工业(gngy)制动器制动器第一页，共31页。提 纲u第一部分：制动器制动器的种类用途及工作原第一部分：制动器制动器的种类用途及工作原理理u第二部分：目前国内外对工业制动器的研究现第二部分：目前国内外对工业制动器的研究现状状(xinzhung)以及发展趋势以及发展趋势u第三部分：关于目前工业制动器研究中的一些第三部分：关于目前工业制动器研究中的一些问题问题u第四部分：拟研究的方向及解决一些问题的方第四部分：拟研究的方向及解决一些问题的方法法第二页，共31页。第一第一(dy)部分部分u 制动制动(zh dn)器

2、的概念：使机械中运动件停止或减速的器的概念：使机械中运动件停止或减速的机械零件。机械零件。u 制动制动(zh dn)器总体分为两类：工业制动器总体分为两类：工业制动(zh dn)器和汽车制动器和汽车制动(zh dn)器。器。u 按制动按制动(zh dn)方式分为：摩擦式和非摩擦式。方式分为：摩擦式和非摩擦式。u 按制动按制动(zh dn)件的形式又可分为：外抱块式制动件的形式又可分为：外抱块式制动(zh dn)器，内张蹄式制动器，内张蹄式制动(zh dn)器，带式制动器，带式制动(zh dn)器，盘式制动器，盘式制动(zh dn)器等。器等。u 按制动按制动(zh dn)能量的传输方式，制动能

3、量的传输方式，制动(zh dn)系系统可分为：机械式，液压式，气压式，电磁式，同时采用统可分为：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。两种以上的传能方式称为组合式。u 还有一些按其他功能方式分类的这里就不一一叙述了。还有一些按其他功能方式分类的这里就不一一叙述了。第三页，共31页。第四页，共31页。 关于关于(guny)(guny)制动器的用途制动器的用途工业制动器：对于起重设备来说又是制动装工业制动器：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、铁路运输、港口机械、冶金机械、铁

4、路 机械、机械、水工机械、矿山机械等行业水工机械、矿山机械等行业 。汽车制动器：主要是用于汽车制动装置中。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在这里我们的主要研究对象为工业制动器。第五页，共31页。 研究研究(ynji)背景背景 工业制动器作为装备制造设备的安全保护装置，是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、冶金港口、矿山、冶金(yjn)、电力、机械等设备的重要、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。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，制动器所受载荷较但由于工业制

5、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。，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。要的影响。第六页，共31页。 u 电磁电磁(dinc)激励弹簧加压制动器激励弹簧加压制动器 u 型号：型号：INTORQ BFK458-16L 研究研究(ynji)对象对象第七页，共31页。第八页，共31页。爆炸爆炸(bozh)(bozh)视图视图第九页，共31页。工作工作(gngzu)原理原理

6、失电时，弹簧依靠自身的弹力将衔铁和定子(dngz)（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(zuyng)，抵消弹簧力的作用(zuyng)，衔铁被拉回，制动解除。第十页，共31页。制动器三维图和爆炸(bozh)图第十一页，共31页。第二部分第二部分(b fen) 就目前国内外研究现状就目前国内外研究现状u 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器的NVH研究，即研究方向是低噪音、高抗振、适应严酷环境。欧研究，即研究方向是低噪音、高抗振、适应严酷环境。欧美等发达

7、国家每年美等发达国家每年(minin)都在制动器的研发与创新上投入相当都在制动器的研发与创新上投入相当可观的费用。德国可观的费用。德国KEB、MAYR、INTORQ 公司是弹簧加压式电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

8、析软件，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、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。靠性和寿命的

9、提升以及加强综合竞争力等方面具有重要的价值。 第十二页，共31页。 u 目前国内对制动器研究起步相对较晚，对盘式电磁制动器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，天津本处于空白阶段。近几年，天津(tin jn)机床电器总厂机床电器总厂、成都瑞迪机械、天津、成都瑞迪机械、天津(tin jn)永恒泰科技等企业借鉴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

10、术，研发出了一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。要依赖国外进口。第十

11、三页，共31页。第三第三(d sn)部分部分 制动器中的一些问题制动器中的一些问题 u第一第一 寿命问题。寿命问题。u第二第二 关键部件的材料及加工工艺关键部件的材料及加工工艺问题。问题。u第三第三 安全安全(nqun)问题。问题。u第四第四 降噪，节能等方面的考虑。降噪，节能等方面的考虑。第十四页，共31页。第四部分第四部分 拟研究方向及一些拟研究方向及一些(yxi)问题的解决问题的解决方法方法u寿命问题：寿命问题：u 由于制动器的工作环境比较恶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。例如如法来保护各零件的寿命。例如如法兰、衔铁镀

12、镍或镀铬；电磁铁外兰、衔铁镀镍或镀铬；电磁铁外壳壳(wi k)采用热喷锌的技术采用热喷锌的技术，安装螺钉镀达克罗；增装防结，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，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，在高温时具有特殊的摩擦材料，在高温时具有稳定的摩擦性能。稳定的摩擦性能。 第十五页，共31页。 u

13、关键零部件的材料及加工工艺关键零部件的材料及加工工艺u 一一 电磁铁电磁铁u 电磁铁由外壳、线圈和绝缘填充材电磁铁由外壳、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、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、常采用自动化流水线加工制动器外壳、法兰、衔铁等零件法兰、衔铁等零件(ln jin)。国内

14、。国内多采用镀锌技术对电磁铁外壳进行表面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，形成了锌层与又用涂料进行封闭处理，形成了锌层与涂料的复合涂层涂料的复合涂层, 大大增强了钢表面的大大增强了钢表面的耐腐蚀性能。耐腐蚀性能。 u 第十六页，共31页。 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。常成熟。这里就不多说了。二二 衔铁，摩擦盘及法兰衔铁，摩擦盘及法兰 它们都需要

15、有较高耐热、耐磨、耐腐蚀、耐疲劳的硬质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摩擦表面(biomin)。因此材料和加工工艺很重要。通。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常要对衔铁和对偶摩擦盘进行氮化等表面(biomin)硬硬化处理；对于较大力矩的制动器，通常要对衔铁和对偶法化处理；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。兰镀锌或镀镍处理。 第十七页，共31页。 三三 弹簧弹簧 制动器上使用的弹簧是螺旋型压缩弹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

16、优良的综合性零件。弹簧钢材料应具有优良的综合性能，即较高的力学性能能，即较高的力学性能( 弹性极限、强弹性极限、强度极限、屈强比度极限、屈强比)、抗弹性减退性能、疲、抗弹性减退性能、疲劳性能、淬透性、物理化学性能劳性能、淬透性、物理化学性能( 耐热耐热、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等、耐低温、抗氧化、耐腐蚀等)，以保证，以保证制动器有可靠制动器有可靠(kko)的制动力和长效的制动力和长效稳定的工作寿命。目前，国产弹簧钢的稳定的工作寿命。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难以满足现代工业发展的要求 。 第十八页，共31页。

17、第十九页，共31页。 四四 轴套轴套-摩擦盘系统摩擦盘系统电磁制动器中通常使用分体结构的转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）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，必须具有动器中最关键的一个部件，必须具有较大较大(jio d)的摩擦接触面积、良的摩擦接触面积、良好的耐磨性和热稳定性、较低的硬度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。、良好的机械性能和物理性能。第二十页，共31页。 目前国内使用最多的是钢

18、纤维增强的半金属有机摩擦片，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器中广泛采用(ciyng)无石棉的矿物复合有机摩擦材料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和在高温下模压成型的加工工艺 。为提高机械强度和使用。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。寿命，通常摩擦盘都带金属背板或金属嵌件。 第二十一页，共31页。 中小力矩的制动器多采用摩擦中小力矩的制动器多采用摩擦(mc)材料内嵌钢架的矩材料内嵌钢架的矩形花键摩擦形花键摩擦(mc)

19、盘解决方案，如图盘解决方案，如图 ：第二十二页，共31页。 较大力矩的制动器多采用较大力矩的制动器多采用(ciyng)在硬铝合金背板两侧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，如图镶嵌摩擦衬片的渐开线花键摩擦盘解决方案，如图 ：第二十三页，共31页。 u安全问题安全问题u 1 对于突然对于突然(trn)停电导致停电导致制动器制动的情况，可以人工扳动制动器制动的情况，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解除制动，并将悬挂的重物一点点放下。放下。第二十四页，共31页。 2 满足特殊行业的需求的结构设计研究满足特殊行

20、业的需求的结构设计研究 双倍安全性设计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。按照欧洲升机构。按照欧洲(u zhu)标准标准EN81 的要求，起升机的要求，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控制装置 第二十五页，共31页。 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

21、独立制动及控制(kngzh)，在机械和电气设计方面具有，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、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。用中得到非常高的评价。第二十六页，共31页。 u降噪，节能等方面的考虑降噪，节能等方面的考虑u 1 低噪音设计低噪音设计 可以通过两种办法实现许多应用可以通过两种办法实现许多应用中需要的低噪音设计中需要的低噪音设计:u 降低碰撞噪音的衔铁降低碰撞噪音的衔铁u 可使用特殊阻尼元件降低制可使用特殊阻尼

22、元件降低制动器的工作动器的工作(gngzu)噪音，这噪音，这些阻尼些阻尼 元件安装在柱面与衔元件安装在柱面与衔铁之间，起到减震器的作用铁之间，起到减震器的作用u 低噪音铝质转子低噪音铝质转子u 带塑料套的转子可以减少转带塑料套的转子可以减少转子子/轮毂联接的嘎吱噪音。同时，轮毂联接的嘎吱噪音。同时，延长了联接件的使用寿命。延长了联接件的使用寿命。第二十七页，共31页。 从设计、制造的根本着手，对制动器的整体结构进行静音从设计、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、提高设计、合理选用摩擦材料、提高(t go)加工制造精度，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：类：（1）密闭设计）密闭设计 （2） 轴套摩擦盘之间的抗振动设计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）衔铁与电磁铁之间的抗冲击设计 第二十八页，共31页。 2 节能设计节能设计传统的电磁安全制动器在电机传统的电磁安全制动器在电机(dinj)工作过程中，必须工作过程中，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