直流电磁制动器制动延迟故障研究

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(1驻哈尔滨地区军事代表室，黑龙江哈尔滨 150066；2哈尔滨东安机电制造有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150066)

0 引言

直流电磁制动器中的线圈与直流电机电枢串联，实现的功能是：电机通电时制动器吸合，电机旋转；电机断电时制动器释放，对电机轴制动，电机立即停车。

在配套主机电动机制动时出现制动延迟故障。两台外场故障机返厂检查，发现电机首次通电、断电，制动器工作正常，释放电流0.15A。电机通、断电10次后，制动延迟，输出轴不能立即制动，释放电流为0(断电释放)。为此进行了故障分析、试验验证、外场排除故障等工作。

1 制动器工作原理分析

将故障电机分解，确定制动延迟故障点是：制动盘不释放，不能与止动盘摩擦而使电机轴制动，电机制动延迟具体状态见图1。

图1 故障样机制动盘未释放状态照片

该电动机输入电压27V DC，属于重复短时工作制。串联的制动器为直流拍合式电磁制动器，工作原理如图2所示；结构组成、与电机位置关系如图3。

图2 制动器工作原理图

因直流电磁铁为恒磁动势，电磁吸力F与吸合气隙δ的平方成反比，制动器对制动盘产生的电磁吸力计算公式如下

(1)

式中,I—线圈吸合电流， A；W—线圈匝数；r—铁心半径，cm ；δ—吸合气隙长度，cm；h—线圈高度，cm；b—铁心边缘到磁轭内壁的距离，cm；l—铁心伸入线圈部分的长度，cm。

图3 制动器结构图

2 制动器工作状态及故障分析

制动器工作状态包括通电工作时的吸合状态和断电时的释放状态，此次故障出现在断电释放状态。

通电吸合状态：电动机通电工作时，制动器线圈产生的电磁吸力克服弹簧力，将制动盘拉向与磁轭端面吸合，制动盘与止动盘脱离接触，从而止动盘和电枢可以自由转动，电枢在电磁转矩的驱动下旋转。此时制动器的主要参数为：电机起动电流、制动器吸合电流、吸合气隙、制动线圈匝数。

制动器断电释放状态：制动器线圈断电瞬间，线圈内电流迅速减小，弹簧弹力克服制动盘所受到的电磁吸力，推动制动盘复位与止动盘重新接合，实现制动。制动盘所受电磁吸力由两部分组成：(1)电流在线圈内产生的电磁吸力；(2)因磁轭为软磁材料，其充磁后铁磁材料内保留有剩磁，由此剩磁产生的电磁吸力。如果弹簧力不能克服剩余电磁吸力，制动盘不能与磁轭脱离复位，即出现制动失效的故障。

从故障样机的故障测试可知，故障出现时，释放电流为0。此时，制动盘所受到的吸力应为剩磁所产生的吸力。此时制动器与磁轭之间的吸合气隙δ成为影响电磁吸力大小的关键因素。如δ因制动盘粗糙度、平面度提高而变小，将使磁轭与制动盘之间主要存在的剩余电磁吸力变大。

此时制动器的主要参数为：制动器释放电流、吸合气隙、剩磁Br。通过上述分析可知：通过增加δ，可降低剩磁对制动盘产生的电磁吸力。

3 解决措施

故障的解决需充分考虑在制品、可返厂的交付产品、无法返厂的交付产品。对于可返修的在制品及可返厂返修的交付产品，采用增加气隙的方法排除故障；对于已交付主机并已装配于飞机上，无法拆卸返厂的产品，采取筛选排除法剔除故障机。详细解决措施如下。

(1)在制品及可返厂已交付产品

为使电机断电后立即释放，即电流为0时保证立即释放，应降低剩磁对制动盘的电磁吸力，当剩磁吸力一定时，制动盘所受到的吸力中，保证线圈产生的电磁吸力逐渐减小至一定值时，弹簧立即释放。此时的电流值即制动器释放电流，应控制在0.2～0.45A。

为保证释放电流、增加制动盘与磁轭间的吸合气隙，经过几个方案的对比、论证，最终选定制动盘吸合表面镀铬方案，对制动器进行改进。经计算，吸合气隙10～14μm、弹簧弹力37.5±1.8N时，可保证制动器释放电流为0.2～0.45A。并同时保证了制动器制动时间及制动力矩要求，综合保证电机的所有功能及性能参数。

(2)无法返厂的已交付产品

因工作电流、弹簧弹力等参数的不同，不是每台电机都出现制动盘不释放的故障。经外场排查，如电机存在弹簧无法复位、制动盘无法与磁轭脱离进行制动的故障，则电机必须拆下返厂，否则监视使用。

电机制动器线圈与电枢绕组、激磁绕组串联，且两个激磁绕组分别控制电机的正、反向旋转，因此电机旋转方向不同时，对于制动器线圈来说电流方向相同。当电机在通电、断电过程中，制动器中电流逐渐升高、降低，当磁场按图4中HS→O→HD→-HS→O→HD′→HS次序变化，相应的磁感应强度B则沿闭合曲线SRDS′R′D′S变化，此闭合曲线称为磁滞回线。所以，当制动器磁轭、制动盘处于交变磁场中时，将沿磁滞回线反复被磁化→去磁→反向磁化→反向去磁。此过程中的磁滞损耗，与磁滞回线所围面积成正比。

图4 10#起始磁化曲线和磁带回线

图5 10#的一簇磁带回线

图6 μ与H关系曲线

磁轭、制动盘经反复充磁使磁场强度升高到饱合值时，电机断电后，此时剩磁对制动盘吸力最大。根据其具体尺寸及试验室测量结果、故障样机故障再现情况，制定了每台电机的外场故障排查方案：1min内电机正向旋转，通、断电5次；反向旋转，通、断电5次。如此连续进行1min后检查电机制动性能。上述为一个循环。性能测试合格后，间隔30min再重复上述工作，如此共进行三个循环。

4 改进措施验证

将上述改进方案贯彻至返修故障样机中，故障排除。将排查方案贯彻到返厂故障样机(未返修)中，故障再现；对返厂返修的电机进行故障排查，个别未返修的产品故障再现；对外场电机进行机上故障排查，共排查出4台产品。目前一切正常，故障未再现，证明排查方案可行。

5 结语

(1)制动盘吸合表面镀铬，增加制动器断电释放状态的气隙，可以有效降低磁轭剩磁对制动盘的影响。采用工程中易于实现的方法，消除了故障。(2)采用控制制动器释放电流的方法，综合考虑了制动器中，弹簧、线圈匝数、电流、吸合面气隙等参数的互相制约关系，检查了制动器的整体性能。(3)制动延迟故障分析准确，改进措施合理、有效，应用至批产、返修产品后可解决制动延迟故障，所有技术参数符合技术要求，无任何遗留问题。(4)外场排查方案合理可行，起到了降低故障率，保证飞行安全的目的。

[1] 汤蕴璆，史乃 .电动机学.机械工业出版社，1999.5.

[2] R.波尔.软磁材料.冶金工业出版社，1985.

[3] 王士和.自动电磁装置.机械工业出版社，1985.