范華榮，劉 敏，熊澤華

(江西晶昊鹽化有限公司，江西 宜春 331200)

工業(yè)上，行車作為貨物起升與搬運(yùn)、設(shè)備吊裝的主要工具，其可靠性直接影響了生產(chǎn)安全與生產(chǎn)效率。而制動器又是行車制動系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件，其可靠性決定了行車運(yùn)行的可靠性。鉗盤式制動器結(jié)構(gòu)緊湊、安裝使用方便、壽命長、制動力矩與轉(zhuǎn)向無關(guān)，結(jié)合電磁制動器，具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)速度快，維護(hù)方便等特點(diǎn)，其被廣泛用作行車起升機(jī)構(gòu)的制動部件。

電磁制動器在使用過程，無論是機(jī)械部分還是電控部分出現(xiàn)故障都會引起制動器失效。制動器失效主要有行車起升時制動器無法正常開閘、行車吊載后負(fù)載溜鉤。當(dāng)制動器無法正常開閘時，行車無法使用，直接影響生產(chǎn)效率；而負(fù)載溜鉤則直接威脅生產(chǎn)安全。本文針對鉗盤式電磁的失效進(jìn)行分析，希望對設(shè)備維修人員有所幫助。

1 鉗盤式電磁制動器結(jié)構(gòu)及工作原理

鉗盤式電磁制動器機(jī)械部分主要由電磁鐵、制動臂、制動瓦、摩擦片、銷軸等主要部件組成，如圖1所示。其中電磁鐵由銜鐵、軛鐵、線圈、碟簧、鐵芯軸、軸套、螺桿軸等組成，如圖2所示。

1.制動瓦 2.摩擦片 3.銷軸一 4.制動臂 5.銷軸二 6.電磁鐵 7.銷軸三圖1 鉗盤式電磁制動器外形圖

1.螺桿軸 2.軸套一 3.銜鐵 4.軛鐵 5.線圈 6.碟簧 7.鐵芯軸 8.軸套二圖2 電磁鐵結(jié)構(gòu)示意圖

電磁制動器在工作時，其開、閉閘原理如示意圖3、圖4所示。其中電磁鐵是制動器的動力部件，制動器的開閘與閉閘均由其發(fā)起。當(dāng)給電磁鐵通電時，線圈產(chǎn)生的磁場使銜鐵與軛鐵之間產(chǎn)生電磁力。當(dāng)電磁力F大于碟簧彈力F2，銜鐵與軛鐵吸合，通過銷軸帶動制動臂、制動瓦、摩擦片產(chǎn)生相對運(yùn)動，摩擦片與制動盤脫離，夾緊力F1變?yōu)?，從而實(shí)現(xiàn)制動器開閘。

圖3 電磁制動器開閘原理示意圖

圖4 電磁制動器閉閘原理示意圖

電磁制動器開閘過程，電磁力的大小決定了電磁制動器是否可以正常開閘。根據(jù)電磁力的相關(guān)計(jì)算公式，可從機(jī)理上對失效原因進(jìn)行分析。電磁力計(jì)算公式如下[1]：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：F——電磁力；

Φ——磁通；

IW——安匝數(shù)；

Rδ——間隙磁阻；

δ——銜鐵與軛鐵間距；

μ——空氣磁導(dǎo)率；

S——導(dǎo)磁面積；

U——線圈兩端電壓；

R——線圈電阻；

n——線圈匝數(shù)。

綜合可知:

(5)

因吸合過程，銜鐵與軛鐵的間隙較大，且其磁導(dǎo)率遠(yuǎn)大于空氣的磁導(dǎo)率，不考慮銜鐵與軛鐵的磁阻。

電磁制動器閉閘過程是電磁鐵斷電后，銜鐵與軛鐵之間的電磁力消失，銜鐵與軛鐵在碟簧彈力作用下彈開，通過銷軸、制動臂、制動瓦將力傳遞到摩擦片，摩擦片夾緊制動盤，實(shí)現(xiàn)制動。制動器制動力相關(guān)計(jì)算公式如下:

f=2·μ·F1

(6)

F1=l·F2

(7)

式中：f——摩擦力；

μ——摩擦系數(shù)；

F1——夾緊力；

l——杠桿比；

F2——碟簧彈力。

綜合可知:

f=2·μ·l·F2

(8)

電控系統(tǒng)是電磁制動器的供電設(shè)備，主要給電磁鐵提供直流電源。電控系統(tǒng)給電磁制動器開閘供電時，因銜鐵與軛鐵間隙較大，需采用較高直流電保證線圈產(chǎn)生足夠的磁場，使銜鐵與軛鐵吸合；當(dāng)銜鐵與軛鐵吸合后，采用較低的直流電使銜鐵與軛鐵保持吸合的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)制動器開閘。這種供電方式可降低電磁鐵的溫升。

2 鉗盤式電磁制動器失效機(jī)理分析

盤式電磁制動器在工作過程中主要的失效是開閘失效與制動失效。

2.1 開閘失效

開閘失效是電控系統(tǒng)給制動器開閘信號后，制動器未正常開閘。這主要是電磁鐵與電控系統(tǒng)引起。

當(dāng)制動器開閘時，銜鐵與軛鐵之間的電磁力小于碟簧彈力時，出現(xiàn)制動器開閘失效。由公式(5)可知，當(dāng)安匝數(shù)IW變小時，電磁力下降，容易導(dǎo)致制動器開閘失效。當(dāng)銜鐵與軛鐵的間隙變大時，電磁力下降，容易導(dǎo)致制動器開閘失效。當(dāng)電磁鐵內(nèi)部有機(jī)械卡阻F3，且F

2.2 制動失效

制動失效是制動器抱閘后，負(fù)載出現(xiàn)溜鉤。這主要是制動力不足以制動負(fù)載所引起的。

當(dāng)制動器抱閘后，摩擦片與制動盤之間的摩擦力小于負(fù)載時，負(fù)載出現(xiàn)溜鉤現(xiàn)象。由公式(8)可知，當(dāng)μ變小后，制動力變小，容易出現(xiàn)溜鉤。當(dāng)?shù)蓮椓2變小后，制動力變小，容易出現(xiàn)溜鉤。當(dāng)杠桿比變小后，制動力變小。

3 制動器失效排查與處理措施

電磁制動器出現(xiàn)開閘失效時，根據(jù)失效機(jī)理分析，需按如下步驟進(jìn)行檢查與確認(rèn)。

1)檢查控制系統(tǒng)的輸入與輸出電壓。當(dāng)控制系統(tǒng)輸入電壓減小，引起電磁鐵安匝數(shù)IW減小，導(dǎo)致電磁力減小。當(dāng)電控系統(tǒng)輸入電壓異常時，需檢查外部電路。當(dāng)電控系統(tǒng)輸出電壓異常時，需檢查電控系統(tǒng)的電子元器件，并對相關(guān)配件進(jìn)行更換。

2)檢查電磁鐵線圈電阻，當(dāng)線圈電阻燒毀時，電磁鐵無法產(chǎn)生電磁力，制動器無法正常開閘。這時需要對電磁鐵進(jìn)行更換。

3)檢查銜鐵與軛鐵之間的間隙，當(dāng)銜鐵與軛鐵間隙超過一定值后，電磁鐵產(chǎn)生的電磁力小于碟簧彈力后，制動器無法正常開閘。而引起銜鐵與軛鐵間隙變大的原因有摩擦片磨損、制動器間隙防松失效、銷軸或結(jié)構(gòu)件斷裂等。因此當(dāng)銜鐵與軛鐵之間的間隙變大時，需進(jìn)一步檢查摩擦片的磨損情況、銷軸與結(jié)構(gòu)件完整情況及制動器間隙防松措施。

4)當(dāng)摩擦片磨損超過一定厚度時，需對摩擦片進(jìn)行更換。當(dāng)制動器間隙防松措施失效時，需加強(qiáng)制動器防松措施。當(dāng)銷軸或結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)斷裂或松動后，需對其進(jìn)行更換或緊固。

5)制動器工作時，電磁鐵內(nèi)部的鐵芯軸在進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動，當(dāng)潤滑效果不好時，鐵芯軸與軛鐵之間的軸套磨損大。軸套磨損偏大時，銜鐵運(yùn)動方向與電磁力方向不一致，內(nèi)部易產(chǎn)生機(jī)械卡阻。這是需對磨損的軸套進(jìn)行更換。

電磁制動器制動失效時，根據(jù)失效機(jī)理分析，需按如下步驟進(jìn)行檢查與確認(rèn)。

1)檢查制動盤與摩擦材料表面是否有油污。當(dāng)有油污時，摩擦片與制動盤之間的摩擦系數(shù)變小，制動力減小。需要對制動盤進(jìn)行清洗、對摩擦片進(jìn)行更換。

2)因碟簧彈力大小取決于其變形量，銜鐵與軛鐵的間隙越大，碟簧的變形越小，碟簧彈力越小。因此電磁制動器制動失效時，需在制動器抱閘時檢查銜鐵與軛鐵間隙。當(dāng)間隙超過一定值后，需對其進(jìn)行調(diào)整。電磁制動器在使用過程，碟簧被反復(fù)變形，且其受現(xiàn)場環(huán)境影響，碟簧易產(chǎn)生疲勞斷裂，導(dǎo)致碟簧彈力減小。這時需要對整組碟簧進(jìn)行定期更換，同時保證碟簧片之間的潤滑。

3)電磁制動器在使用過程，受材質(zhì)與保養(yǎng)影響，可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)件斷裂或銷軸松動，從而導(dǎo)致傳力過程的杠桿比l發(fā)生變化。這是需要對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行更換或緊固銷軸。

4 結(jié) 語

為提高電磁制動器故障的排查效率，應(yīng)根據(jù)電磁制動器的開閘與閉閘的原理對失效原因進(jìn)行分析。先從源頭對故障進(jìn)行排查，不要盲目地處理。

電磁制動器在使用過程中需定期對設(shè)備進(jìn)行巡檢；對運(yùn)動部件定期加油潤滑；定期查看摩擦片的磨損情況并及時更換；定期更換碟簧組，防止其因疲勞斷裂，以減少故障出現(xiàn)，保證行車正常運(yùn)行。