电磁激励弹簧加压制动器

三 弹簧
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( 弹 性极限、强度极限、屈强比)、抗弹性减退性能 、疲劳性能、淬透性、物理化学性能( 耐热、耐 低温、抗氧化、耐腐蚀等)，以保证制动器有可 靠的制动力和长效稳定的工作寿命。目前，国产 弹簧钢的工艺水平及质量控制不稳定，强度水平 难以满足现代工业发展的要求 。
关键零部件的材料及加工工艺
一 电磁铁
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，德国通常采用自动化流水线加工制动器外壳、法兰 、衔铁等零件。国内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 成了锌层与涂料的复合涂层, 大大增强了钢表面的耐腐 蚀性能。

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 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，天津机床电器总厂、成都瑞迪 机械、天津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，主要依赖国外进口。
中小力矩的制动器多采用摩擦材料内 嵌钢架的矩形花键摩擦盘解决方案， 如图 ：
较大力矩的制动器多采用在硬铝合金 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 ：
安全问题
1 对于突然停电导致制动器制动的情况，可以人工扳动手 动释放手柄，使衔铁压紧弹簧而解除制动，并将悬挂的重 物一点点放下。
第二部分 就目前国内外研究现状
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NVH研究，即研究方向是低噪音、高抗振、适应严酷环境。欧 美等发达国家每年都在制动器的研发与创新上投入相当可观的费用 。德国KEB、MAYR、INTORQ 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-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。
2 满足特殊行业的需求的结构设计研究 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 升机构。按照欧洲标准EN81 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控制装置
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 可以独立制动及控制，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、 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。
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3 类： （1）密闭设计 （2） 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
2 节能设计 传统的电磁安全制动器在电机工作过程中，必须始终给电 磁铁线圈通电，不仅消耗电能，也因发热高而影响制动器 的使用寿命。因此，制动器的控制电路通常采用节能设计 的方案，即在制动器通电的瞬间有较大的电流将衔铁吸引 到电磁铁上，吸合后只有较小的维持电流保持衔铁的吸合 状态。由于通电瞬间的电流大，制动器释放时间缩短一倍 ，制动器耐磨损能力增加一倍，寿命延长。国外有这种专 门研发的控制器产品——过励磁电源。
降噪，节能等方面的考虑
1 低噪音设计 可以通过两种办法实现许多应用中需要的低噪音设计: ① 降低碰撞噪音的衔铁 可使用特殊阻尼元件降低制动器的工作噪音，这些阻尼 元件安装在柱面与衔铁之间，起到减震器的作用 ② 低噪音铝质转子 带塑料套的转子可以减少转子/轮毂联接的嘎吱噪音。 同时，延长了联接件的使用寿命。
四 轴套-摩擦盘系统 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） 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 动器中最关键的一个部件，必须具有 较大的摩擦接触面积、良好的耐磨性 和热稳定性、较低的硬度、良好的机 械性能和物理性能。
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 制动器中广泛采用无石棉的矿物复合 有机摩擦材料和在高温下模压成型的 加工工艺 。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。
研究对象
电磁激励弹簧加压制动器
型号：INTORQ BFK458-16L
爆炸视图
工作原理
失电时，弹簧依靠自身的弹 力将衔铁和定子（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，抵消弹簧力 的作用，衔铁被拉回，制动解 除。
制动器三维图和爆炸图
制动器在过励磁电源控制下的试验数据
结论 总体来说我国制动器的研究受制于材料和 加工工艺两个方面。目前，国外弹簧加压 式电磁安全制动器正向高安全性、高可靠 性、低噪音、长寿命、节能等方向发展。 通过分析研究国外先进制动器的结构特点 及关键技术，可吸收符合我国现实条件的 产品结构、技术条件和生产工艺，找出不 尽合理的结构和技术，进行改进和创新， 降低成本的同时提高产品的性能。我国制 动器在选用材料、加工工艺、整体结构设 计等方面还有很大的发展空间。
关于制动器的用途 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 运输、港口机械、冶金机械、铁路 机械 、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。 在这里我们的主要研究对象为工业制动 器。
研究背景
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、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。 但由于工业制动器工作条件恶劣，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，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 有重要的影响。
谢谢
第三部分 制动器中的一些问题
第一 寿命问题。 第二 关键部件的材料及加工工 艺问题。 第三 安全问题。 第四 降噪，节能等方面的考虑 。
第四部分 拟研究方向及一些问题的解决方法
寿命问题：
由于制动器的工作环境比较恶劣，因此我们必须 采取一些措施来保护各零件的寿命。例如如法兰 、衔铁镀镍或镀铬；电磁铁外壳采用热喷锌的技 术，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，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，在高温时具有稳定的摩擦性能。
题目：
工业制动器
小钳子、硕士
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提 纲
第一部分：制动器制动器的种类用途及工作原 理 第二部分：目前国内外对工业制动器的研究现 状以及发展趋势 第三部分：关于目前工业制动器研究中的一些 问题 第四部分：拟研究的方向及解决一些问题的方 法
第一部分
制动器的概念：使机械中运动件停止或减速的机械零件。 制动器总体分为两类：工业制动器和汽车制动器。 按制动方式分为：摩擦式和非摩擦式。 按制动件的形式又可分为：外抱块式制动器，内张蹄式制 动器，带式制动器，盘式制动器等。 按制动能量的传输方式，制动系统可分为：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。 还有一些按其他功能方式分类的这里就不一一叙述了。
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 。
二 衔铁，摩擦盘及法兰
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。因此材料和加 工工艺很重要。通常要对衔铁和对偶摩擦 盘进行氮化等表面硬化处理；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。