Тормозная муфта для электродвигателя

Тормозная муфта для электродвигателя

Важным элементом различных конструкций можно назвать муфту. Современные технологические возможности позволили получить более сложные устройства, которые характеризуются более привлекательными эксплуатационными характеристиками. Электромагнитные муфты можно назвать современным предложением. Они устанавливаются на современных автомобилях и многих других устройствах. Довольно сложная конструкция и непростой принцип действия определяет то, что нужно четко разбираться в подобном устройстве для обеспечения его качественного обслуживания. Рассмотрим все особенности данного вопроса подробнее.

Что такое электромуфта?

Электромагнитная муфта представлена специальным устройством для решения самых различных задач, большинство из которых связано с соединением и разъединением пары, находящейся в зацеплении. Производятся электромагнитные муфты для станков и других узлов транспортных средств или тепловозов. При этом выделяют несколько основных разновидностей подобных конструкций:

  1. Механизмы фрикционного типа конусные и дисковые.
  2. Электромагнитная муфта зубчатого типа считается специфическим вариантом исполнения, так как рабочая часть представлена сочетанием различных зубьев.
  3. Порошковая электромагнитная муфта является современным вариантом исполнения, так как она обеспечивает осевое смещение при необходимости.

Электромуфта является промежуточным соединительным элементом. Принцип действия заключается в использовании основных свойств электрического тока для генерации электродвижущей силы.

При этом он может выполнять самые различные функции, к примеру, защиту основного устройства от перегрева или управление.

Принцип работы муфты электромагнитной

Электромагнитная муфта может обладать самой различной конструкцией, но также выделяют и классический вариант исполнения. Его особенности заключаются в следующем:

  1. Основными элементами можно назвать два ротора, один из которого представлен железным диском с тонким концевым выступом.
  2. Внутренняя часть оснащается полюсными наконечниками, которые обеспечивают радиальное смещение. Для передачи тока создается обмотка, она подключается к источнику питания через контактные кольца. Часть этого элемента располагается на валу.
  3. Рассматриваемая муфта магнитная имеет второй ротор, который представлен цилиндрическим валом со специальными пазами, расположены параллельно основной оси. Они создаются для того, чтобы можно было вставлять специальные бруски с полюсными наконечниками.

Рассматриваемая муфта на постоянных магнитах обладает довольно сложной конструкцией, за счет чего обеспечивается точная и надежная работа. Принцип действия устройства следующий:

  1. При появлении тока возникает электромагнитное поле, которое пересекается с проводником и начинает взаимодействовать.
  2. Подобное совмещение становится причиной возникновения электродвижущей силы. Ее может быть вполне достаточно для перемещения подвижного элемента с учетом преодоления определенного усилия.
  3. При изготовлении этой детали применяется брусок меди, который и обеспечивает замыкание цепи. По ним проходит ток, за счет которого и появляется электромагнитная сила.
  4. Возникающие поля обеспечивают ведомого ротора за ведущим, при этом запоздание несущественное.

Подобный принцип работы применяется при создании самых различных механизмов. При этом устройство станка позволяет прекращать передачу вращающего момента в течение нескольких долей секунды, что и определяет его распространение.

Размагничивание электромагнитной муфты происходит за счет отключение источника питания. При этом особые свойства материала определяют то, что магнитное поле пропадает практически сразу, за счет чего происходит обратное движение подвижного элемента. Используемые обмотки электромагнита рассчитаны на достаточно большое количество таков сцепления и расцепления ведущего элемента с ведомым.

При рассмотрении того, что такое электромагнитная муфта также нужно уделить внимание свойств применяемых материалов при ее изготовлении.

Только специальные сплавы обладают магнитными свойствами, которые обеспечивают требуемые условия эксплуатации.

Передача момента на муфту может проводится от электрического двигателя и других подобных элементов. Размеры всех габаритов в большинстве случаев стандартизируются, однако есть возможность заказать производство механизма под заказ. Классификация, как правило, проводится по области применения и многим другим признакам.

Классификация электромуфт

В большинстве случаев электромуфты классифицируются по тому, в какой области они применяются. Чаще всего применяется электромагнитная фрикционная муфта. Она обладает следующими свойствами:

  1. Устройство может применяться для снижения вероятности воздействия импульсных нагрузок.
  2. На холостом ходу конструктивные особенности определяют незначительные потери. Этот момент определяет то, что основные элементы не нагреваются при эксплуатации.
  3. Есть возможность провести быстрый пуск механизма даже в случае, если оно находится под большой нагрузкой.

Рассматриваемый тип механизма делится на несколько основных типов:

Довольно част встречается муфта электромагнитная тормозная, которая может снизить количество оборотов при работе.

Вариант исполнения кондиционерного компрессора представлена в виде узла, который состоит из следующих элементов:

  1. Катушки электромагнитного типа. Она изготавливается при применении специальных сплавов, которые характеризуются определенными свойствами. Катушка требуется для непосредственной генерации электромагнитного поля.
  2. Пластин прижимного типа. Этот элемент конструкции должен характеризоваться высокой прочностью.
  3. Шкива, который передает усилие от электрического двигателя. Привод подобного типа получил довольно широкое распространение, так как он обеспечивает защиту устройства от перегрева при большой нагрузке. За счет смены шкивов есть возможность регулировать количество оборотов на выходе.

В рассматриваемом случае на катушку подается электричество, которое образует электромагнитное поле. За счет этого происходит притягивание прижимной пластины к шкиву. Подобное перемещение дает свободу валу, и механизм начинает работать.

Компрессорные установки получили весьма широкое распространение. Именно поэтому нужно уделять внимание следующим дефектам:

  1. Довольно часто встречается ситуация, когда подшипник шкива деформируется. В этом случае достаточно провести замену элемента.
  2. Прижимная пластина изготавливается из тонкого метала, поэтому на момент эксплуатации она может деформироваться. Кроме этого, проблема возникает в случае неправильной установки зазора.
  3. Встречается ситуация сгорания самой муфты. Она чаще всего связана с высоким напряжением, которое подается на катушку.

Развитие современных технологий определило то, что в автомобилях проводится установка электромагнитной муфты сцепления. Она делиться на несколько различных типов в зависимости от привода:

  1. Гидравлический. Этот вариант исполнения характеризуется тем, что передача усилия осуществляется за счет жидкости в системе. Масло и вода хорошо подходят для передачи усилия. Однако, гидравлический привод на сегодняшний день характеризуется относительно низкой надежностью.
  2. Механический. Подобное устройство характеризуется тем, что передача усилия проводится за счет сочетания различных элементов. Примером можно назвать звездочки, шестерни и другие детали.
  3. Муфта сцепления электромагнитная.

Наиболее распространен последний тип механизма. При этом он также классифицируется на несколько основных типов:

  1. По показателю трения выделяют мокрые и сухие. В последнее время большое распространение получили варианты исполнения, которые могут работать только при добавлении масла.
  2. Классификация проводится и по режиму включения: непостоянные и постоянные.
  3. Выделяют муфты с одним или несколькими ведомыми дисками. Выбор проводится в зависимости от того, какие требуются эксплуатационные характеристики.
  4. По виду управления также выделяют несколько основных видов механизма. Примером можно назвать механический, гидравлический и комбинированный.

В отдельную группу включены электромагнитные порошковые муфты. Они представлены сочетанием веществ, которые при взаимодействии могут обеспечивать прочную связь.

Этот современный вариант исполнения встречается в случае, когда нужно обеспечить смещение соединяемых элементов относительно друг друга на момент эксплуатации.

Элементы защиты, электромагнитные фрикционные многодисковые муфты

Подобная электромуфта чаще всего устанавливается на станках с блоком числового программного управления. К достоинствам отнесем следующие моменты:

  1. Компактность. За счет этого есть возможность проводить установку электромагнитной муфты в современные устройства. С каждым годом размеры устройства существенно уменьшаются, за счет чего расширяется область применения.
  2. Надежность. Этот параметр считается наиболее важным при выборе практически любой муфты. Применение специальных материалов и контроль качества на всех этапах производства позволяет достигнуть наиболее высокого показателя надежности.
  3. Малогабаритность. Этот параметр определяет легкость в транспортировке и многие другие положительные параметры.

Этот вариант исполнения характеризуется довольно высокими эксплуатационными характеристиками, за счет которой он получил широкое распространение. Основными частями конструкции можно назвать:

  1. Корпус. В большинстве случаев он изготавливается при применении стали, которая характеризуется повышенной устойчивостью к воздействию окружающей среды. Предназначение корпуса заключается в защите внутренних элементов.
  2. Катушка. Этот элемент предназначен для непосредственного создания электромагнитного поля, за счет которого и происходит смещение основных элементов. Катушка рассчитана на воздействие определенного электрического тока, слишком высокое напряжение оказывает негативное воздействие.
  3. Группа дисков фрикционного типа. При изготовлении пакета фрикционных дисков применяется специальный сплав, характеризующийся определенными магнитными свойствами.
  4. Поводок и нажимной диск.
  5. На корпусе есть насаженное кольцо, изготавливаемый из изоляционного материала.
  6. Ток подается при помощи контактной щетки. Именно она в большинстве случаев выходит из строя на момент эксплуатации механизма.
Читайте также:  Как поменять трубы в квартире своими руками

Исключить вероятность возникновения короткого замыкания можно при помощи вырезанных отверстий в дисках. На момент подачи электрического тока создается электромагнитное поле, которое замыкается при помощи фрикционного диска. Именно за счет этого создается притягивающая сила, за которой происходит смещение основной части.

Встречается несколько вариантов исполнения подобных конструкций. Примером можно назвать устройство с вынесенным и магнитопроводящим диском.

Преимущество соединений при помощи электромуфт

Рассматриваемое устройство получило весьма широкое распространение. Это можно связать с тем, что оно обладает достаточно большим количеством преимуществ, которые должны учитываться. Наиболее важными считаются приведенные ниже:

  1. Надежность. При подаче электрического тока устройство проводит разъединение отдельных элементов в течение короткого промежутка времени. При этом электромагнитное поле не подвержено воздействию окружающей среды, поэтому существенных проблем при работе, как правило, не возникает.
  2. Сохранение основных свойств на протяжении длительного периода. Важным критерием выбора подобных устройств можно назвать именно эксплуатационный срок. За счет применения специальных материалов этот показатель в рассматриваемом случае существенно расширен.
  3. Срабатывание в течение нескольких долей секунд. Подобный результат свойственен относительно небольшому количеству устройств рассматриваемой категории. Время срабатывания – параметр, который учитывается при выборе муфты.
  4. Возможность исполнения для достижения самых различных целей, к примеру, защиты устройства или дистанционное управление.
  5. Компактность и небольшой вес. Эти параметры считаются также довольно важными, так как слишком большой вес оказывает нагрузку на основную конструкцию. Компактность позволяет проводить встраивание устройства в самые различные конструкции.

Однако есть несколько существенных недостатков, которые должны учитываться. Примером можно назвать то, что устройство стоит достаточно дорого, а обслуживание должно проводится исключительно специалистом. Кроме этого, эксплуатация при несоблюдении основных рекомендаций может стать причиной повышенного износа. Не стоит забывать о том, что для работы устройства требуется электрический ток, который и обуславливает появление требуемого электромагнитного поля.

Область применения

Устройство получило весьма широкое применение, так как обеспечивает соединение нескольких элементов и их разъединения при необходимости. Область применения следующая:

  1. Автомобили и другие транспортные средства имеют узлы, которые снабжаются электромагнитной муфтой.
  2. В последнее время все чаще устройство устанавливается в станки с ЧПУ. Это связано с тем, что к их работе предъявляются требования по высокой точности работы.
  3. Было разработано несколько типов различных устройств, которые могут выступать в качестве промежуточного элемента. Применять муфты могут для достижения самых различных целей, к примеру, защиты устройства от перегрева путем отключения привода при срабатывании датчика.

В целом можно сказать, что использование электрического тока для генерации сигнала позволяет существенно расширить область применения устройства. Это связано с возможность передачи сигнала от различных датчиков.

В заключение отметим, что электромагнитные муфты выпускают самые различные организации. Рекомендуется уделять внимание продукции исключительно известных производителей, так как заявленные параметры соответствуют реальным. При изготовлении могут применяться самые различные материалы, уделяется внимание защите от воздействия окружающей среды.

Электромагнитная муфта по принципу действия напоминает асинхронный двигатель, в то же время отличаясь от него тем, что магнитный поток в ней создастся не трехфазной системой, а возбуждаемыми постоянным током вращающимися полюсами.

Электромагнитные муфты применяют для замыкания и размыкания кинематических цепей без прекращения вращения, например в коробках скоростей и передач, а также для пуска, реверсирования и торможения приводов станков. Применение муфт позволяет разделить пуск двигателей и механизмов, уменьшить время пускового тока, устранить удары как в электродвигателях, так и в механических передачах, обеспечить плавность разгона, устранить перегрузки, проскальзывания и др. Резкое уменьшение пусковых потерь в двигателях снимает ограничение по допустимому числу включений, что очень важно при цикличной работе двигателя.

Электромагнитная муфта является индивидуальным регулятором скорости и представляет собой электрическую машину, служащую для передачи вращающего момента от ведущего вала к ведомому при помощи электромагнитного поля, и состоит из двух основных вращаюших частей: якоря (в большинстве случаев представляет собой массивное тело) и индуктора с обмоткой возбуждения. Якорь и индуктор механически жестко не связаны между собой. Как правило, якорь соединяется с приводным двигателем, а индуктор — с рабочей машиной.

При вращении приводным двигателем ведущего вала муфты в случае отсутствия тока в обмотке возбуждения индуктор, а вместе с ним и ведомый вал остаются неподвижными. При подаче постоянного тока в обмотку возбуждения в магнитной цепи муфты (индуктор — воздушный зазор-якорь) возникает магнитный поток. При вращении якоря относительно индуктора в первом наводится ЭДС и возникает ток, взаимодействие которою с магнитным полем воздушного зазора обусловливает появление электромагнитного вращающего момента.

Электромагнитные индукционные муфты можно подразделить по следующим признакам:

по принципу вращающего момента (на асинхронные и синхронные);

по характеру распределения магнитной индукции в воздушном зазоре;

по конструкции якоря (с массивным якорем и с якорем, имеющим обмотку типа беличьей клетки);

по способу подачи питания в обмотку возбуждения; по способу охлаждения.

Наибольшее распространение получили муфты панцирного и индукторного типа благодаря простоте конструкции. Такие муфты состоят в основном из зубчатого индуктора с обмоткой возбуждения, насаженного на один вал с токопроводящими контактными кольцами, и гладкого цилиндрического массивного ферромагнитного якоря, соединенного с другим валом муфты.

Устройство, принцип действия и характеристики электромагнитных муфт.

Электромагнитные муфты, применяемые для автоматического управления, разделяются на муфты сухого и вязкого трения и муфты скольжения.

Муфта сухого трения производит передачу мощности с одного вала на другой через диски трения 3. Диски имеют возможность перемещаться по шлицам оси вала и ведомой полумуфты. При подаче тока в обмотку 1 якорь 2 сжимает диски, между которыми возникает сила трения. Относительные механические характеристики муфты приведены на рис 1, б.

Муфты вязкого трения имеют постоянный зазор δ между ведущей 1 и ведомой 2 полумуфтами. В зазоре с помощью обмотки 3 создаётся магнитное поле, которое воздействует на заполнитель (ферритовое железо с тальком или графитом) и образует элементарные цепочки магнитов. При этом заполнитель как бы схватывает ведомую и ведущую полумуфты. При выключении тока магнитное поле пропадает, цепочки разрушаются и полумуфты проскальзывают относительно друг друга. Относительная механическая характеристика муфты приведена на рис. 1, д. Эти электромагнитные муфты позволяют плавно регулировать скорость вращения при больших нагрузках на выходном валу.

Электромагнитные муфты: а — схема муфты сухого трения, б — механическая характеристика муфты трения, в — схема муфты вязкого трения, г — схема схватывания ферритового наполнителя, д — механическая характеристика муфты вязкого трения, е — схема муфты скольжения, ж — механическая характеристика муфты скольжения.

Муфта скольжения состоит из двух зубовидных полумуфт (см. рис. 1, е) и катушки. При подаче тока в катушку образуется замкнутое магнитное поле. При вращении муфты проскальзывают одна относительно другой, в результате чего образуется переменный магнитный поток, это и является причиной возникновения э. д. с. и токов. Взаимодействие образовавшихся магнитных потоков приводит во вращение ведомую полумуфту.

Характеристика фрикционной полумуфты приведена на рис. 1, ж. Основное назначение таких муфт — создавать наиболее благоприятные условия пуска, а также сглаживать динамические нагрузки при работе двигателя.

Электромагнитные муфты скольжения имеют ряд недостатков: низкий коэффициент полезного действия при малых скоростях, малый передаваемый момент, низкая надежность при резком изменении нагрузки и значительная инертность.
На рисунке ниже приведена принципиальная схема управления муфтой скольжения при наличии обратной связи по скорости с помощью тахогенратора, связанного с выходным валом электропривода. Сигнал с тахогенератора сравнивается с задающим сигналом, и разность этих сигналов подается на усилитель У, с выхода которого питается обмотка возбуждения муфты ОВ.

Читайте также:  Как сделать откосы штукатуркой видео

П ринципиальная схема управления муфты скольжения и искусственные механические характеристики при автоматическом регулировании

Эти характеристики располагаются между кривыми 5 и 6, которые соответствуют практически минимальному и номинальному значениям токов возбуждения муфты. Однако увеличение диапазона регулирования частоты вращения привода связано со значительными потерями в муфте скольжения, которые в основном складываются из потерь в якоре и в обмотке возбуждения. Причем потери якоря, особенно с увеличением скольжения, значительно преобладают над другими потерями и составляют 96 — 97 % максимальной мощности, передаваемой муфтой. При постоянном моменте нагрузки частота вращения ведущего вала муфты постоянна, т. е. n = const, ω = const.

У электромагнитных порошковых муфт соединение между ведущей и ведомой частями осуществляется за счет повышения вязкости смесей, заполняющих зазор между поверхностями сцепления муфт при увеличении магнитного потока в этом зазоре. Главным компонентом таких смесей являются ферромагнитные порошки, например карбонильное железо. Для устранения механического разрушения частиц железа из-за сил трения или их слипания добавляют специальные наполнители — жидкими (синтетические жидкости, индустриальные масло или сыпучими (оксиды цинка или магния, кварцевый порошок). Такие муфты обладают высокой скоростью срабатывания, однако эксплуатационная надежность их является недостаточной для широкого применения в станкостроении.

Рассмотрим одну из схем плавного регулирования скорости вращения исполнительным двигателем ИД, работающего через муфту скольжения М на исполнительный механизм ИМ.

Схема включения муфты скольжения для регулирования скорости вращения исполнительного механизма

При изменении нагрузки на валу исполнительного механизма выходное напряжение тахогенератора ТГ также будет изменяться, в результате чего разность магнитных потоков Ф1 и Ф2 электромашинного усилителя будет увеличиваться или уменьшаться, изменяя тем самым напряжение на выходе ЭМУ и величину силы тока в обмотке муфты.

Электромагнитные муфты ЭТМ

Электромагнитные муфты трения ЭТМ (сухие и масляные) позволяют производить пуск, торможение и реверсирование за время до 0,2 с, а также осуществлять десятки включений в течение 1 с. Управление муфтами и их питание осуществляется постоянным током напряжением 110, 36 и 24 В. Мощность управления составляет не более 1 % мощности, передаваемой муфтой. По конструкции муфты бывают одно- и многодисковые, нереверсивные и реверсивные.

Электромагнитные муфты серии ЭТМ с магнитопроводящими дисками выполняют контактного исполнения (ЭТМ2), бесконтактные (ЭТМ4) и тормозные (ЭТМ6). Муфты с контактным токоироводом отличаются невысокой надежностью из-за наличия скользящего контакта, поэтому в наиболее качественных приводах используют электромагнитные муфты с неподвижным токопроводом. Они имеют дополнительные воздушные зазоры.

Муфты бесконтактного исполнения отличаются наличием составного магнитопровода, образуемого корпусом и катушкодержателем, которые разделены так называемыми балластными зазорами. Катушкодержатель смонтирован неподвижно, при этом исключаются элементы контактного токопровода. За счет зазора снижается теплопередачи от фрикционных дисков к катушке, что повышает надежность муфты в тяжелых режимах работы.

В качестве ведущих целесообразно использовать муфты исполнения ЭТМ4, если это допустимо по условиям встройки, а в качестве тормозных — муфты исполнения ЭТМ6.

Муфты ЭТМ4 надежно работают при высокой частоте вращения и частых включениях. Эти муфты менее чувствительны к загрязнению масла, чем ЭТМ2, наличие у которых твердых частиц в масле может вызвать абразивный износ щеток, поэтому муфты ЭТМ2 могут применяться, если указанные ограничения отсутствуют и монтаж муфт ЭТМ4 по условиям конструкции узла затруднителен.

В качестве тормозных необходимо применять муфты исполнения ЭТМ6. Муфты ЭТМ2 и ЭТМ4 не следует применять для торможения по «обращенной» схеме, т. е. при вращающейся муфте и неподвижно закрепленном поводке. Для выбора муфт необходимо оценить: статический (передаваемый) момент, динамический момент, время переходного процесса в приводе, средние потери, единичную энергию и остаточный момент покоя.

Владельцы патента RU 2662270:

Изобретение относится к области электромеханики, в частности к сервоприводам. Электромагнитная муфта-тормоз содержит катушку возбуждения, магнитопровод, корпус, якорь и тормозные элементы. Тормозные элементы выполнены в виде двух пар концентрично расположенных на якоре и корпусе фрикционных дисков. Фрикционные диски, закрепленные на якоре, и фрикционные диски, установленные на корпусе, соединены с ними жестко. Диски внутренней тормозной пары выполнены из материала с более высоким коэффициентом трения, чем диски внешней тормозной пары. Диски внешней тормозной пары выполнены из материала с более высоким коэффициентом трения покоя, чем диски внутренней тормозной пары. Достигается повышение безопасности и надежности работы. 2 ил.

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в электроприводах систем управления и защиты атомных реакторов, в частности в сервоприводе, опускающем стержни в канал атомного реактора при аварийной защите, когда необходимо его заглушить или быстро снизить мощность.

Устройство торможения сервопривода должно обеспечить быстрый набор скорости ввода стержня в канал реактора, движение стержня с большой скоростью и гашение скорости стержня в конце рабочего хода до безопасной скорости, исключающей разрушение стержня при посадке на упор.

Известна электромагнитная муфта-тормоз [1], содержащая катушку возбуждения, магнитопровод, корпус, якорь и тормозные элементы, выполненные в виде двух пар концентрично расположенных на якоре и корпусе фрикционных дисков, причем фрикционные диски, закрепленные на якоре, соединены с ними жестко. С целью повышения надежности, фрикционные диски, установленные на корпусе, соединены с ним жестко, причем диски внутренней тормозной пары выполнены из материала с более высоким коэффициентом трения, чем диски внешней тормозной пары.

Материалы фрикционных пар подбирают из условия, что произведение коэффициентов трения каждой тормозной пары на соответствующие средние радиусы торможения остаются постоянными:

где f — коэффициент трения тормозной пары;

RСР — средний радиус тормозной пары.

Например, диски внутренней тормозной пары выполнены из титана, а по крайней мере один из дисков внешней тормозной пары выполнен из пористого бронзографита с масляным наполнителем.

Недостатком такой электромагнитной муфты торможения является сложность обеспечения оптимального соотношения f⋅RCP=const, в случае повышенных требований к ресурсу муфты и ее габаритам, особенно это проявляется в сочетании, когда диски, например, внутренней тормозной пары выполнены из титана, а диск или оба диска внешней тормозной пары выполнены из пористого бронзографита с масляным наполнителем, фактически, после определенной наработки ресурса, поскольку материал бронзографит менее стоек к истиранию, чем титан, начинает работать практически только внутренняя тормозная пара титан — титан.

Известно, что [2, стр. 182-183] «особенностью титана и его сплавов является высокая склонность к контактному схватыванию при трении. Это свойство создает известные трудности при обработке титана резанием и делает опасным его применение в трущихся узлах механизмов и машин, так как может произойти заклинивание деталей узла трения.

Среднее значение статического коэффициента сухого трения для пары титан — титан равно 0,61, а динамического — 0,47-0,49 (при скорости 1 см/с). Относительно тонкая естественная оксидная пленка на титане легко разрушается при трении за счет высоких удельных нагрузок в точках контакта (на неровностях поверхности), благодаря значительно более высокой пластичности титана, чем у оксидной пленки. На локальных участках контакта двух поверхностей происходит явление схватывания. Этому способствует и ряд других свойств титана: повышенная упругая деформация из-за более низкого (например, чем у стали) модуля упругости, более низкая теплопроводность и др. Так как титан легко наклепывается при пластической деформации, связи, возникающие в местах контакта (холодная сварка), на наклепанном металле более прочны, чем прочность основного металла. Кроме того, благодаря выделению теплоты трущаяся поверхность металла обогащается газами из окружающей среды, что так же повышает прочность поверхностного слоя. Поэтому разрушение образовавшихся связей обычно происходит в глубине основного металла и повреждения на трущихся поверхностях из титана носят так называемый глубинных характер со значительным наволакиванием и вырывами металла.

Читайте также:  Как стелить линолеум в разных комнатах

Легирование титана различными α- и β-стабилизаторами, термообработка α+β- и β-сплавов мало изменяют сопротивление схватыванию в условиях трения.

Появление начала схватывания на трущихся поверхностях зависит от многих факторов, таких как удельная нагрузка, скорость трения, величина относительного перемещения и его характер, шероховатость поверхности, окружающая среда и т.п. При прочих равных условиях значение удельной нагрузки схватывания сильно зависит от величины пути взаимного перемещения трущихся поверхностей, уменьшаясь с увеличением пути трения (L). Так, например, при сухом трении на воздухе и перемещении в пределах 1-2 мм со скоростью 0,1 м/с нагрузка схватывания составляет 2000 кгс/см 2 ; при L=565 мм нагрузка схватывания равна 60 кгс/см 2 ; а при L=10÷15 м она составляет всего 5-12 кгс/см 2 . Это указывает на необходимость для реальных узлов трения механизмов регламентировать допустимые параметры трения в зависимости от условий работы узла.»

Таким образом, применение тормозной пары титан — титан в электромагнитной муфте — тормоз, описанной в авторском свидетельстве SU 1467271 A1 [1], опасно и ненадежно.

Задача изобретения: повышение надежности работы электромагнитной муфты — тормоза для электродвигателя сервопривода управления стержнями атомного реактора.

Технический результат: создание условий работы тормозной пары титан — титан электромагнитной муфты — тормоза для электродвигателя сервопривода управления стержнями атомного реактора, обеспечивающих повышение безопасности и надежности ее работы.

Поставленная задача решается следующим образом. Электромагнитная муфта-тормоз, содержащая катушку возбуждения, магнитопровод, корпус, якорь и тормозные элементы, выполненные в виде двух пар концентрично расположенных на якоре и корпусе фрикционных дисков, причем фрикционные диски, закрепленные на якоре, и фрикционные диски, установленные на корпусе, соединены с ними жестко, соответственно, а диски внутренней тормозной пары выполнены из материала с более высоким коэффициентом трения, чем диски внешней тормозной пары, одновременно диски внешней тормозной пары выполнены из материала с более высоким коэффициентом трения покоя, чем диски внутренней тормозной пары.

На Фиг. 1 показана электромагнитная муфта-тормоз, встроенная в электродвигатель. На Фиг. 2 показана зависимость силы трения от величины смещения.

Электромагнитная муфта-тормоз содержит корпус-магнитопровод 1, катушку 2, якорь 3 с тормозными дисками 4 и 5, якорь 3 подпружинен пружиной 6. На корпусе магнитопровода 1 установлены тормозные диски 7 и 8. Внешнюю тормозную пару составляют тормозные диски 4 и 8, а внутреннюю тормозную пару составляют тормозные диски 5 и 7. Последние выполнены, например, из титанового сплава ВТ3-1 и имеют больший коэффициент трения скольжения, чем тормозные диски 4 и 8 внешней тормозной пары, выполненные, например, из стали 10.

Одновременно коэффициент трения покоя внешней тормозной пары, образованной тормозными дисками 4 и 8, выше, чем коэффициент трения покоя внутренней тормозной пары, образованной тормозными дисками 5 и 7. Например, для пары титан — титан коэффициент трения покоя 0,61 [2, стр. 182], а для пары сталь — сталь 0,74 [3, стр. 5], поверхности чистые, без смазки.

Электромагнитная муфта-тормоз работает следующим образом. В обесточенном состоянии электромагнитная муфта-тормоз не заторможена, пружина 6 отжимает якорь 3 и вал электродвигателя 9 свободно вращается. При сбросе стержня в канал реактора длинной 6 м он быстро набирает скорость 3 м/с за счет самоиндукции электродвигателя, в обмотках электродвигателя наводится электродвижущая сила, которой достаточно для питания катушки 2 и якорь 3, сжимая пружину 6, притягивается к тормозным дискам 7 и 8. Вал электродвигателя 9 затормаживается. В дальнейшем может быть растормаживание вала электродвигателя 9 в силу падения величины наведенной электродвижущей силы с последующим увеличением электродвижущей силы и повторением циклов торможения и раскрутки вала электродвигателя 9 пока стержень не встанет на упор, но уже со значительно сниженной скоростью, исключающей разрушение стержня.

Известно, что [4, стр. 181-182] «для количественной оценки трения вводится понятие силы трения (Т). Сила трения представляет собой равнодействующую сил тангенциальных сопротивлений, возникающих на реальных пятнах контакта при скольжении одного тела по поверхности другого. Сила трения относится к числу непотенциальных сил.

При переходе от покоя к скольжению имеется участок предварительно смещения (участок АО, Фиг. 2).

Тангенциальное сопротивление в режиме предварительного смещения называют неполной силой трения. Лучше ее называть силой сцепления, так как она частично носит потенциальный характер.

Полная сила трения покоя соответствует переходу от предварительного смещения к скольжению (точка A). Ее условно называют трением покоя. После предварительного смещения начинается устойчивое скольжение, характеризуемое силой трения скольжения (линия A1B).»

В первоначальный момент времени, когда электромагнитная муфта-тормоз срабатывает и тормозные диски 4, 8 и 5, 7 прижимаются друг к другу и в соответствии с зависимостью силы трения от величины смещения, Фиг. 2, имеем предварительное смещение, причем величина предварительного смещения наружных тормозных дисков 4 и 8 больше величины предварительного смещения внутренних тормозных дисков 5 и 7. Поскольку коэффициент трения покоя внешних тормозных дисков 4 и 8 больше, чем коэффициент трения покоя внутренних тормозных дисков 5 и 7, основной момент торможения создается внешними тормозными дисками 4 и 8. При достижении точки срыва A, внешние тормозные диски 4 и 8 переходят в режим трения скольжения, а внутренние тормозные диски 5 и 7 резко и скачкообразно переключаются в режим скольжения с режима предварительного смещения за счет накопленной внешними тормозными дисками 4 и 8 потенциальной энергии в режиме предварительного смещения, что сокращает величину предварительного смещения и ускоряет срыв пары титан — титан внутренней тормозной пары, образованной тормозными дисками 5 и 7 в режим скольжения и что, в конечном итоге, уменьшает опасность контактного схватывания пары титан — титан. Поскольку коэффициент трения скольжения внутренней тормозной пары, образованной тормозными дисками 5 и 7 титан – титан, выше, чем коэффициент трения скольжения внешней тормозной пары, образованной тормозными дисками 4 и 8, то остаточная энергия вала электродвигателя гасится внутренней тормозной парой 5 и 7 титан — титан, то есть внешняя тормозная пара 4 и 8 играет роль своеобразного демпфера для внутренней тормозной пары, образованной тормозными дисками 5 и 7.

На предприятии ПАО "Электропривод" г. Киров разработаны и выпускаются электродвигатели типа ДП100-500-2,5 и 2ДП-100-500-2,5 с предложенной электромагнитной муфтой-тормозом для атомных электростанций. Гарантийная наработка таких электродвигателей 2⋅10 6 циклов включений электромагнитной муфты-тормоза. Ранее не удавалось известными решениями достичь такой гарантийной наработки.

Таким образом, решается поставленная задача и достигается технический результат, что позволило обеспечить атомные станции электродвигателями с высоконадежной электромагнитной муфтой-тормозом.

Ссылки на источники

1. Авторское свидетельство СССР №1467271 A1. Электромагнитная муфта-тормоз / Беляев А.А., Журавлев В.И., Халявин В.И. // Опубл. 23.03.1989.

2. Б.Б. Чечулин, С.С. Ушаков, И.Н. Разуваева, В.Н. Гольдфайн. Титановые сплавы в машиностроении. Л., «Машиностроение» (Ленингр. отд-ние), 1977.

3. С.П. Меркурова. Силы трения лабораторный практикум по физике. Московский автомобильно-дорожный институт. Москва, 2008.

4. И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов. Основы расчетов на трение и износ. М., «Машиностроение», 1977.

Электромагнитная муфта-тормоз, содержащая катушку возбуждения, магнитопровод, корпус, якорь и тормозные элементы, выполненные в виде двух пар концентрично расположенных на якоре и корпусе фрикционных дисков, причем фрикционные диски, закрепленные на якоре, и фрикционные диски, установленные на корпусе, соединены с ними жестко, соответственно, а диски внутренней тормозной пары выполнены из материала с более высоким коэффициентом трения, чем диски внешней тормозной пары, отличающаяся тем, что диски внешней тормозной пары выполнены из материала с более высоким коэффициентом трения покоя, чем диски внутренней тормозной пары.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector