钳盘式电磁制动器失效分析

范华荣，刘 敏，熊泽华

(江西晶昊盐化有限公司，江西 宜春 331200)

工业上，行车作为货物起升与搬运、设备吊装的主要工具，其可靠性直接影响了生产安全与生产效率。而制动器又是行车制动系统的一个关键部件，其可靠性决定了行车运行的可靠性。钳盘式制动器结构紧凑、安装使用方便、寿命长、制动力矩与转向无关，结合电磁制动器，具有结构简单、响应速度快，维护方便等特点，其被广泛用作行车起升机构的制动部件。

电磁制动器在使用过程，无论是机械部分还是电控部分出现故障都会引起制动器失效。制动器失效主要有行车起升时制动器无法正常开闸、行车吊载后负载溜钩。当制动器无法正常开闸时，行车无法使用，直接影响生产效率；而负载溜钩则直接威胁生产安全。本文针对钳盘式电磁的失效进行分析，希望对设备维修人员有所帮助。

1 钳盘式电磁制动器结构及工作原理

钳盘式电磁制动器机械部分主要由电磁铁、制动臂、制动瓦、摩擦片、销轴等主要部件组成，如图1所示。其中电磁铁由衔铁、轭铁、线圈、碟簧、铁芯轴、轴套、螺杆轴等组成，如图2所示。

1.制动瓦 2.摩擦片 3.销轴一 4.制动臂 5.销轴二 6.电磁铁 7.销轴三图1 钳盘式电磁制动器外形图

1.螺杆轴 2.轴套一 3.衔铁 4.轭铁 5.线圈 6.碟簧 7.铁芯轴 8.轴套二图2 电磁铁结构示意图

电磁制动器在工作时，其开、闭闸原理如示意图3、图4所示。其中电磁铁是制动器的动力部件，制动器的开闸与闭闸均由其发起。当给电磁铁通电时，线圈产生的磁场使衔铁与轭铁之间产生电磁力。当电磁力F大于碟簧弹力F2，衔铁与轭铁吸合，通过销轴带动制动臂、制动瓦、摩擦片产生相对运动，摩擦片与制动盘脱离，夹紧力F1变为0，从而实现制动器开闸。

图3 电磁制动器开闸原理示意图

图4 电磁制动器闭闸原理示意图

电磁制动器开闸过程，电磁力的大小决定了电磁制动器是否可以正常开闸。根据电磁力的相关计算公式，可从机理上对失效原因进行分析。电磁力计算公式如下[1]：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：F——电磁力；

Φ——磁通；

IW——安匝数；

Rδ——间隙磁阻；

δ——衔铁与轭铁间距；

μ——空气磁导率；

S——导磁面积；

U——线圈两端电压；

R——线圈电阻；

n——线圈匝数。

综合可知:

(5)

因吸合过程，衔铁与轭铁的间隙较大，且其磁导率远大于空气的磁导率，不考虑衔铁与轭铁的磁阻。

电磁制动器闭闸过程是电磁铁断电后，衔铁与轭铁之间的电磁力消失，衔铁与轭铁在碟簧弹力作用下弹开，通过销轴、制动臂、制动瓦将力传递到摩擦片，摩擦片夹紧制动盘，实现制动。制动器制动力相关计算公式如下:

f=2·μ·F1

(6)

F1=l·F2

(7)

式中：f——摩擦力；

μ——摩擦系数；

F1——夹紧力；

l——杠杆比；

F2——碟簧弹力。

综合可知:

f=2·μ·l·F2

(8)

电控系统是电磁制动器的供电设备，主要给电磁铁提供直流电源。电控系统给电磁制动器开闸供电时，因衔铁与轭铁间隙较大，需采用较高直流电保证线圈产生足够的磁场，使衔铁与轭铁吸合；当衔铁与轭铁吸合后，采用较低的直流电使衔铁与轭铁保持吸合的状态，从而实现制动器开闸。这种供电方式可降低电磁铁的温升。

2 钳盘式电磁制动器失效机理分析

盘式电磁制动器在工作过程中主要的失效是开闸失效与制动失效。

2.1 开闸失效

开闸失效是电控系统给制动器开闸信号后，制动器未正常开闸。这主要是电磁铁与电控系统引起。

当制动器开闸时，衔铁与轭铁之间的电磁力小于碟簧弹力时，出现制动器开闸失效。由公式(5)可知，当安匝数IW变小时，电磁力下降，容易导致制动器开闸失效。当衔铁与轭铁的间隙变大时，电磁力下降，容易导致制动器开闸失效。当电磁铁内部有机械卡阻F3，且F

2.2 制动失效

制动失效是制动器抱闸后，负载出现溜钩。这主要是制动力不足以制动负载所引起的。

当制动器抱闸后，摩擦片与制动盘之间的摩擦力小于负载时，负载出现溜钩现象。由公式(8)可知，当μ变小后，制动力变小，容易出现溜钩。当碟簧弹力F2变小后，制动力变小，容易出现溜钩。当杠杆比变小后，制动力变小。

3 制动器失效排查与处理措施

电磁制动器出现开闸失效时，根据失效机理分析，需按如下步骤进行检查与确认。

1)检查控制系统的输入与输出电压。当控制系统输入电压减小，引起电磁铁安匝数IW减小，导致电磁力减小。当电控系统输入电压异常时，需检查外部电路。当电控系统输出电压异常时，需检查电控系统的电子元器件，并对相关配件进行更换。

2)检查电磁铁线圈电阻，当线圈电阻烧毁时，电磁铁无法产生电磁力，制动器无法正常开闸。这时需要对电磁铁进行更换。

3)检查衔铁与轭铁之间的间隙，当衔铁与轭铁间隙超过一定值后，电磁铁产生的电磁力小于碟簧弹力后，制动器无法正常开闸。而引起衔铁与轭铁间隙变大的原因有摩擦片磨损、制动器间隙防松失效、销轴或结构件断裂等。因此当衔铁与轭铁之间的间隙变大时，需进一步检查摩擦片的磨损情况、销轴与结构件完整情况及制动器间隙防松措施。

4)当摩擦片磨损超过一定厚度时，需对摩擦片进行更换。当制动器间隙防松措施失效时，需加强制动器防松措施。当销轴或结构件出现断裂或松动后，需对其进行更换或紧固。

5)制动器工作时，电磁铁内部的铁芯轴在进行往复运动，当润滑效果不好时，铁芯轴与轭铁之间的轴套磨损大。轴套磨损偏大时，衔铁运动方向与电磁力方向不一致，内部易产生机械卡阻。这是需对磨损的轴套进行更换。

电磁制动器制动失效时，根据失效机理分析，需按如下步骤进行检查与确认。

1)检查制动盘与摩擦材料表面是否有油污。当有油污时，摩擦片与制动盘之间的摩擦系数变小，制动力减小。需要对制动盘进行清洗、对摩擦片进行更换。

2)因碟簧弹力大小取决于其变形量，衔铁与轭铁的间隙越大，碟簧的变形越小，碟簧弹力越小。因此电磁制动器制动失效时，需在制动器抱闸时检查衔铁与轭铁间隙。当间隙超过一定值后，需对其进行调整。电磁制动器在使用过程，碟簧被反复变形，且其受现场环境影响，碟簧易产生疲劳断裂，导致碟簧弹力减小。这时需要对整组碟簧进行定期更换，同时保证碟簧片之间的润滑。

3)电磁制动器在使用过程，受材质与保养影响，可能出现结构件断裂或销轴松动，从而导致传力过程的杠杆比l发生变化。这是需要对结构件进行更换或紧固销轴。

4 结 语

为提高电磁制动器故障的排查效率，应根据电磁制动器的开闸与闭闸的原理对失效原因进行分析。先从源头对故障进行排查，不要盲目地处理。

电磁制动器在使用过程中需定期对设备进行巡检；对运动部件定期加油润滑；定期查看摩擦片的磨损情况并及时更换；定期更换碟簧组，防止其因疲劳断裂，以减少故障出现，保证行车正常运行。