Общие сведения
Тормозные электромагниты являются одной из основных частей тормозного устройства, предназначенного для ускорения процесса остановки вращающихся или поступательно движущихся масс, а также для удержания груза в неподвижном состоянии после отключения электродвигателя. Тормозными устройствами снабжаются грузоподъемные и швартовные механизмы, траловые и буксирные лебедки и ряд других механизмов.
Конструкция электромагнитов во многом определяется конструкцией тормозного устройства, в котором работают электромагниты. В судостроении наибольшее применение нашли дисковые, колодочные и ленточные тормозные устройства.
Дисковые тормозные устройства получили максимальное распространение благодаря компактности и возможности встраивать их непосредственно в корпус электродвигателя. Для судовых электродвигателей применяют дисковые тормоза серий ТМП и ТДП постоянного тока и серий ТМО и ТМТ переменного тока. По своему устройству дисковые тормоза постоянного и переменного токов отличаются друг от друга только конструкцией магнитной системы.
Дисковый тормоз серии ТМО (рис. 80) имеет два типа дисков — тормозные и промежуточные. Тормозные диски располагаются на шлицевой втулке 6, насаженной на вал 1 электродвигателя. Эти диски вращаются вместе с валом и могут перемещаться в осевом направлении. По ободу тормозных дисков наклеены фрикционные кольца 13, увеличивающие трение при торможении.
Промежуточные диски 2 висят на четырех штырях 3, 7 и располагаются между вращающимися дисками так, что могут смещаться в осевом направлении.
Магнитная система состоит из четырех Ш-образных электромагнитов 1ЭТ—4ЭТ переменного тока. Неподвижные части (ярмо) 10 электромагнитов смонтированы на заднем неподвижном диске. Подвижные части— якори 12 — смонтированы на нажимном диске 5. В обесточенном состоянии пружина 9 зажимает тормозные диски между подшипниковым щитом 14 двигателя, нажимным и промежуточными дисками тормоза, что обеспечивает надежное торможение.
При включении катушек 11 электромагнитов на напряжение сети нажимный диск сжимает пружину и освобождает тормозные диски, которые теперь могут свободно вращаться с валом электродвигателя.
Ручное растормаживание можно произвести с помощью специальной рукоятки 8, которая сжимает пружину, смещая нажимный диск, и обеспечивает освобождение тормозных дисков. Дисковые тормоза серии ТМТ (трехфазные) имеют не четыре, а шесть электромагнитов, что обеспечивает более надежную работу.
Недостатком дисковых тормозов является возможный перегрев подшипника электродвигателя при частых торможениях, сложность регулировки и трудность замены изношенных дисков.
Колодочное тормозное устройство (рис. 81) состоит из шкива 16, насаженного на вал электродвигателя 16, двух колодок 14, прижимаемых к шкиву стальной пружиной 11 с помощью рычагов 13; тормозного электромагнита 5, обеспечивающего сжатие пружины и освобождение тормозного шкива от колодок. Колодочные тормоза проще по устройству и не способствуют нагреву электродвигателя. Недостатками их являются сравнительно большие габариты невозможность встроить тормозное устройство в корпус электродвигателя.
Ленточное тормозное устройство (рис. 82) состоит из тормозного шкива, сидящего на валу электродвигателя; тормозной ленты 6, прижимаемой к шкиву тормозным рычагом 1 с грузом 2; электромагнита. При подаче питания в катушку электромагнита его якорь подымает рычаг с грузом, что приводит к растормаживанию механизма.
Ленточное тормозное устройство обладает максимальной простотой, но имеет сравнительно большие габариты, поэтому в судостроении используется довольно редко.
Тормозные электромагниты
В отличие от дисковых тормозов колодочные и ленточные тормозные устройства приводятся в действие электромагнитами, представляющими собой отдельный конструктивный узел.
Такие тормозные электромагниты подразделяются по следующим признакам:
- по роду тока — на электромагниты постоянного и переменного (однофазного и трехфазного) токов;
- по ходу якоря — на короткоходовые и длинноходовые;
- по схеме включения намагничивающей катушки — на электромагниты параллельного и последовательного возбуждения;
- по исполнению защиты — на защищенные, водозащищенные и взрывобезопасные.
Рассмотрим конструкцию некоторых тормозных электромагнитов.
Короткоходовые электромагниты постоянного тока серии МП (рис. 83) выполняются с внешним якорем и рассчитаны на использование в пружинных судовых колодочных тормозах.
Электромагнит состоит из стального цилиндрического корпуса 1 с сердечником, на котором расположена катушка 2. Якорь электромагнита 3 выполнен в виде диска и укреплен на конце штыря 7, скользящего во втулке 5 сердечника корпуса 8. Чтобы предотвратить выпадания якоря и удары его о крышку, между якорем и крышкой располагается пружина 6. При включении катушки якорь притягивается, и его штырь воздействует на шток 9 тормозного устройства, обеспечивая растормаживание его. Катушки электромагнитов серии МП выпускаются на напряжения 110 и 220 в постоянного тока.
Собственное время втягивания якоря электромагнитов серии МП зависит от их типа и колеблется от 0,1 до 0,5 сек. Время отпадания составляет 0,1—0,25сек. Ход якоря находится в пределах 2—4,5мм, тяговое усилие зависит от типа и составляет от 32 до 190 кгc при ПВ = 25% и от 24 до 160 кгс при ПВ = 40%. Потребляемая мощность электромагнитов не превышает 490 вт.
Тормозные электромагниты серии МП иногда используют в установках переменного тока, работающих в тяжелых режимах. В этом случае их питание осуществляется через выпрямитель.
Длииноходовые электромагниты постоянного тока серии ВМ применяются для колодочных и ленточных тормозных устройств, а также для привода поступательно движущихся элементов, требующих больших усилий для их перемещения (привод задвижек).
Электромагнит состоит из корпуса, внутри которого располагается втягивающая катушка; цилиндрического якоря, скользящего по бронзовой втулке; стального сердечника с отверстием. Величина отверстия регулируется с помощью винта, что позволяет изменять величину воздушной подушки над якорем электромагнита, играющую роль демпфера. Якорь электромагнита связан через подвязку с рычагом тормозного устройства.
Электромагниты серии ВМ имеют параллельную обмотку на напряжение 110 или 220 в. Они выпускаются нескольких типов с ходом якоря от 30 до 120 мм. Собственное время втягивания лежит в пределах от 0,6 до 3 сек. Время отпадания 0,16—1,0 сек.
Тяговое усилие зависит от хода якоря: при ходе 30 мм и оно составляет 4,5 кгс, а при ходе 120 мм — 72 кгс для ПВ = 40%. Потребляемая мощность при ПВ = 40% не превышает 565 от.
Короткоходовые электромагниты переменного тока серии МОМ (рис. 84) выполняются однофазными с поворотным якорем и применяются для установки на пружинных колодочных тормозах.
Электромагниты серии МОМ состоят из шихтованного якоря 1 и шихтованного ярма 3, на котором укреплена намагничивающая катушка 6. Для предотвращения вибрации на якоре устанавливается короткозамкнутый виток. Якорь электромагнита связан со штоком 5, передающим усилие на механизм тормоза. Так как шток связан с поворотным якорем, то работоспособность электромагнита зависит от усилия, возникающего между якорем и ярмом, и расстояния между точкой крепления штока и осью якоря. Произведение этих величин называется моментом электромагнита и измеряется в килограммах на сантиметр.
Катушки электромагнитов изготовляются на напряжения 220, 380 и 500 в для работы в длительном или повторно-кратковременном (ПВ = 40%) режиме. Собственное время втягивания электромагнита 0,03 сек; время отпадания 0,015 сек; cos φ электромагнита — около 0,35; кратность пускового тока по отношению к номинальному составляет 5—6; момент — от 55 до 400 кгс•см.
Электромагниты серии МОМ допускают в длительном режиме до 300 включений в час, а в повторно-кратковременном — до 900 включений в час.
Длинноходовые электромагниты переменного тока серии КМТ выполняются трехфазными и применяются в тех же случаях, что и длинноходовые электромагниты постоянного тока.
Электромагниты этой серии (рис. 85) состоят из стального корпуса 1, в котором размещаются неподвижно шихтованное ярмо 2, катушки электромагнита и шихтованный якорь 3. Якорь соединен со штоком 4, передающим усилие на тормозное устройство. На штоке размещается демпфирующее воздушное устройство, состоящее из цилиндра 6 и поршня 5. Верхняя и нижняя полости цилиндра соединены каналом 7, сечение которого можно изменять с помощью регулировочного винта 8, что обеспечивает подгонку величины усилия, смягчающего удар якоря о ярмо.
Катушки электромагнитов серии КМТ выполняются на напряжение 220/380 или 500 в для работы в длительном или повторнократковременном (ПВ = 40%) режиме.
Ход якоря зависит от типа электромагнита и находится в пределах от 50 до 80 мм. Тяговое усилие составляет от 35 до 140 кгс. Электромагниты допускают в длительном режиме до 20 включений в час, а в повторно-кратковременном — до 500 включений в час.
По сравнению с электромагнитами постоянного тока электромагниты переменного тока менее износоустойчивы, более сложны по устройству и менее надежны. Поэтому в ряде случаев их заменяют тормозными электромагнитами постоянного тока (которые могут получать питание от сети переменного тока через выпрямители) или тормозными толкателями.
Тормозные толкатели и электромагнитные муфты
ТОРМОЗНЫЕ ТОЛКАТЕЛИ. Эти устройства бывают электрогидравлическими и центробежными.
В электрогидравлических толкателях перемещение исполнительного органа происходит под действием давления жидкой среды (масла). Такие толкатели могут обладать большими усилиями и применяются для привода колодочных тормозов и других устройств, требующих значительных усилий. Электрогидравлические толкатели имеют высокую износоустойчивость, возможность регулировать ход, скорость подъема и обратный ход штока и отличаются мягкостью работы.
Электрогидравлические толкатели серии ТГ (рис. 86) состоят из корпуса 2, асинхронного двигателя 1 с центробежным насосом 9, поршня 3 со штоком 7, цилиндра 4 и крышек 5, 6. При работе электродвигателя центробежный насос нагнетает масло под поршень. Под действием избыточного давления поршень со штоком перемещаются вверх, преодолевая противодействие пружин тормозного устройства. Пока работает насос, поршень находится в верхнем положении. Если выключить двигатель, то под действием пружин тормозного устройства поршень опускается, а масло перетекает из полости под поршнем в полость над ним.
Электрогидравлические толкатели серии ТГ выпускаются без регулировки и с регулировкой времени подъема и обратного хода штока. Обмотки электродвигателя могут соединяться в звезду или треугольник и рассчитаны на 220/380 или на 500 в переменного тока частотой 50 гц. Толкатели выпускаются нескольких типов с номинальным усилием подъема в 50, 80, 160 кгс и ходом штока 50 и 160 мм. Время подъема не превышает соответственно 0,45 и 1 сек, а обратного хода — 0,37 и 0,9 сек.
Толкатель с регулировкой времени хода поршня отличается наличием дроссельного клапана, ход и положение которого можно регулировать. Кратность регулирования хода штока — до 10. Электрогидравлические толкатели допускают до 720 включений в час.
Центробежные толкатели состоят из короткозамкнутого асинхронного двигателя, вала с насаженной на него рычажной системой, пружины и штока. Работа толкателя сводится к тому, что при включении электродвигателя рычаги под действием центробежной силы расходятся и заставляют вал перемещаться вверх через шарнирнорычажную систему. Усилие от вала передается штоку, который, преодолевая противодействие возвратной пружины, также перемещается вверх, вызывая растормаживание тормозного устройства. При отключении двигателя пружина возвращает шток в исходное положение. Для уменьшения времени возврата некоторые центробежные толкатели снабжаются тормозами.
Центробежные толкатели обладают меньшим усилием подъема и по сравнению с электрогидравлическими толкателями получили меньшее распространение.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МУФТЫ. Такие муфты служат для сцепления и расцепления отдельных элементов электропривода при дистанционном управлении и реверсе. Электромагнитные муфты допускают частые включения, просты по устройству, надежны в работе и потребляют мало электрической энергии. Благодаря этим достоинствам они получили широкое распространение в схемах автоматического управления электроприводами.
По принципу действия электромагнитные муфты делятся на муфты трения, индукционные муфты и муфты с магнитизированной жидкостью.
Электромагнитная муфта трения с одним диском изображена на рис. 87, а. Она содержит втягивающую катушку; магнитопровод, состоящий из ярма и якоря; поверхностей трения, служащих для сцепления якоря и сердечника. Электромагнитная муфта работает на принципе механической связи между ведущей и ведомой частями муфт, которая возникает при подаче питания на втягивающую катушку. Муфты малой мощности изготовляются с одним диском, а большой мощности — с несколькими дисками и фрикционными кольцами. Катушки электромагнитных муфт на переменном токе обычно питаются через выпрямитель. Недостатком электромагнитных муфт является быстрый износ трущихся поверхностей.
Электромагнитная муфта индукционного типа (рис. 87, б) в отличие от муфт трения не имеет механической связи между ведущей и ведомой частями муфт. Принцип работы муфты сходен с принципом действия асинхронного электродвигателя. Вращающий момент передается благодаря взаимодействию между магнитным потоком ведущей части муфты и вихревыми токами, индуктируемыми этим потоком, в ведомой части муфты. Скорость вращения ведомого вала может изменяться путем изменения тока возбуждения в катушке ведущей части муфты. Для уменьшения потерь ведущая и ведомая части муфты выполняются шихтованными.
Электромагнитные муфты с магнитизированной жидкостью бывают дисковые и цилиндрические. Наибольшее применение нашли цилиндрические электромагнитные муфты, так как у них меньший диаметр муфты и отсутствует осевое давление.
Поверхности цилиндрических муфт разделены зазором, заполненным смесью масла и стального порошка. При отсутствии магнитного потока момент, передаваемый ведущей частью на ведомую, незначителен и возникает из-за трения жидкости о стенки цилиндров. Когда катушка муфты получает питание, создается магнитный поток, притягивающий частицы стального порошка, взвешенные в смеси. Смесь уплотняется, и силы трения значительно увеличиваются. С увеличением магнитного потока растет момент, передаваемый от ведущего вала к ведомому.
Электромагнитные муфты с магнитизированной жидкостью нашли применение в электроприводах и сервомеханизмах в качестве демпферных устройств, сглаживающих ударную нагрузку, а также в приводах с регулируемой скоростью.
Литература
Судовая электрическая аппаратура - Бляхман И.А. и др. [1973]
