Hamulce elektromagnetyczne – rodzaje i wskazówki dotyczące doboru do konkretnych aplikacji przemysłowych
EMA-ELFAElektromagnetyczne hamulce tarczowe, włączane sprężynowo i luzowane elektromagnetycznie, przeznaczone są do hamowania wirujących części maszyn i ich dokładnego pozycjonowania. To w największym skrócie encyklopedyczna definicja tych urządzeń.
Hamulce elektromagnetyczne stosowane są jako hamulce pozycjonujące i bezpieczeństwa. Do dyspozycji są różne opcje wykonań pod względem wyposażenia, zasilania, warunków środowiskowych, co pozwala na wybór odpowiedniej opcji do konkretnych wymagań użytkownika.
Przeznaczone są do wyhamowywania wirujących części maszyn jako:
- hamowanie awaryjne w celu zapewnienia funkcji bezpieczeństwa napędu,
- unieruchomienie mechanizmów wykonawczych maszyn – funkcja dokładnego pozycjonowania,
- zredukowanie do minimum wybiegu napędów.
Przykładowe miejsca zastosowania hamulców elektromagnetycznych:
- silniki z hamulcem (silniki samohamowne),
- napędy stosowane w dźwigach przemysłowych i osobowych,
- maszyny do obróbki drewna,
- turbiny wiatrowe,
- maszyny przemysłowe z ograniczonym wybiegiem,
- wózki przemysłowe,
- wyciągarki przemysłowe,
- pojazdy dla niepełnosprawnych,
- schody ruchome,
- pojazdy elektryczne.
To oczywiście tylko niektóre obszary, w których znajdują zastosowanie hamulce elektromagnetyczne. Konstrukcja klasycznego hamulca tarczowego sprowadza się do pięciu podstawowych elementów: elektromagnes, zwora, tarcza hamulcowa, tarcza mocująca i tulejka zębata, która pozwala na sprzężenie elementu roboczego hamulca, jakim jest tarcza hamulcowa z wyhamowywanym wałem.
Zasada działania hamulców elektromagnetycznych
W stanie spoczynku, w którym obwód elektromagnesu nie jest zasilany, tarcza hamulcowa jest zablokowana między tarczą mocującą a zworą, na którą oddziaływują sprężyny umieszczone w korpusie elektromagnesu i napęd zostaje unieruchomiony. Z chwilą podania napięcia do cewki elektromagnesu następuje zwolnienie tarczy hamulcowej poprzez przyciągnięcie zwory – napęd znajduje się w stanie swobodnym lub może zostać wprawiony w ruch.
W ofertach producentów znajdziemy hamulce z elektromagnesami prądu przemiennego i zasilane prądem stałym z wykorzystaniem odpowiednich prostowników czy układów zasilających.
Hamulce prądu przemiennego
Hamulce HZg to rodzina hamulców prądu przemiennego. Pierwowzór tej konstrukcji sięga lat 60. ubiegłego wieku, kiedy to były znane jako HZe i stosowane praktycznie w każdym napędzie samohamownym, począwszy od prostej maszyny na urządzeniach dźwigowych kończąc. Ich zaletą jest dynamiczna praca połączona z krótkim czasem działania, co było szczególnie istotne w czasach, gdy nie były dostępne zespoły sterujące w postaci przemienników częstotliwości (falowników). Prostota aplikacji zapewniała bezproblemową eksploatację.
Hamulce prądu przemiennego mają jedną wadę – rozbudowany obwód elektromagnesu charakterystyczny dla konstrukcji prądu przemiennego. Dopracowanie technologii wykonania i zastosowanie nowych materiałów powoduje, że nie ma obaw co do awaryjności tych hamulców. Przykładem może być zastosowanie w silnikach napędowych maszyn górniczych. Seria HZg występuje w pięciu wielkościach mechanicznych i dwóch seriach – podstawowej i z podwójnymi tarczami hamulcowymi (znanej jako 2HZg), która pozwala na osiąganie większych momentów hamowania w zależności od wymagań napędu.
Hamulce prądu stałego
Hamulce prądu stałego i ich ekspansja rozpoczęła się z chwilą pojawienia się na rynku niezawodnych i dopracowanych elementów półprzewodnikowych, które pozwalają na konstruowanie i produkowanie odpowiednich prostowników czy całych układów sterujących. Podstawowa konstrukcja hamulca to H2SP i jego wersja z możliwością regulacji momentu hamowania HPS, gdzie centralna nakrętka zamontowana od czoła hamulca pozwala na redukcję momentu hamowania.
H2SP i HPS znalazły zastosowanie w układach napędowych maszyn, w których wymagane są odpowiednie kryteria bezpieczeństwa (zatrzymanie wirujących elementów) lub konieczne jest pozycjonowanie napędu, czyli zatrzymanie w określonym miejscu czy pozycji.
Szeroka gama wielkości mechanicznych i mnogość opcji wyposażenia pozwalają na zastosowanie odpowiedniego hamulca w zależności od wymaganego obciążenia i warunków klimatycznych czy norm bezpieczeństwa, jakie są wymagane w danej aplikacji. Do specjalnych zastosowań opracowano hamulce, które spełniają normy PN-EN 81-20 i PN-EN 81-50, wykorzystując jako bazę serie hamulców H2SP.
Odmiana 2H2SP pozwala na budowanie napędów spełniających powyższe normy. To wyrób przeznaczony do podwójnych układów bezpieczeństwa stosowanych w urządzeniach dźwigowych i windach, gdzie występuje bezpośrednie zagrożenie dla człowieka.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Hamulce tego typu znalazły również nietypowe zastosowanie w układach napędowych urządzeń scenicznych, np. w teatrach. Jednak surowe wymogi co do poziomu hałasu (zwora podczas pracy emituje hałas, uderzając o powierzchnie korpusu elektromagnesu) wymagały odpowiednich zmian w konstrukcji elektromagnesu poprzez dodanie odpowiednich elementów tłumiących. Hamulce te unieruchamiają ciężar w sytuacjach uszkodzeń, błędnych manewrów i awarii.
Hamulec musi być w stanie przenieść wszystkie siły, jakie występują w takich sytuacjach. Żeby sprostać takim wymaganiom przy zachowaniu możliwie prostego w części mechanicznej i pewnego w działaniu napędu, stosuje się zamiast silników wielobiegowych stosunkowo proste silniki asynchroniczne, sterowane przemiennikami częstotliwości i wyposażone w elektromagnetyczne hamulce tarczowe o konstrukcji specyficznej dla układów dźwigowych.
Względy bezpieczeństwa wymagane dla takich hamulców wymusiły opracowanie mechanizmu hamowania o podwójnym obwodzie bezpieczeństwa.
Hamulce elektromagnetyczne o podwyższonej ochronie
Z uwagi na zapotrzebowanie układów napędowych o podwyższonym do IP67 stopniu ochrony opracowano hamulec serii NE. Stworzony na bazie H2SP produkt wyposażono w zewnętrzną osłonę, eliminując wpływ zewnętrznego środowiska na pracę i eksploatację hamulca. Wysokie wymagania PRS (Polskiego Rejestru Statków) potwierdziły słuszność zastosowanych rozwiązań, a stosowanie napędów na pokładach jednostek pływających o nieograniczonym rejonie sprawdziły odporność tych hamulców w warunkach eksploatacyjnych.
Rozwój konstrukcji hamulców NE pozwolił na opracowanie elektromagnetycznych hamulców przeciwwybuchowych serii NEX, które spełniają wymagania dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem gazów i pyłów. Badania potwierdzone zostały certyfikatem WE: KDB 15ATEX0067X wydanym przez jednostkę notyfikowaną. Hamulce przeznaczone są do pracy w warunkach określonych jako Ex II 2D Ex t IIIC T125°C Db i Ex II 3G Ex nA IIB T3 Gc.
Rozwinięciem serii są hamulce HEX opracowane w 2017 r. z przeznaczeniem do stosowania w urządzeniach, które pracują w obszarach zagrożonych metanem, pyłami i gazami wybuchowymi. Spełniają one zasadnicze wymagania dla urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem gazów i pyłów, potwierdzone certyfikatem wydanym przez jednostkę notyfikowaną.
Obszar zastosowań i możliwe aplikacje:
- zakłady górnicze podziemne i odkrywkowe,
- zakłady chemiczne,
- przemysł petrochemiczny i rafineryjny,
- silniki z hamulcem – zestaw samohamowny w wykonaniu przeciwwybuchowym,
- reduktor z hamulcem – zestaw w wykonaniu przeciwwybuchowym,
- windy i wyciągarki pracujące w strefie zagrożonej wybuchem.
Przedstawione powyżej przykłady hamulców elektromagnetycznych to tylko podstawowe wersje tego typu urządzeń. Producenci oferują również różne hamulce do specjalnych zastosowań, np. hamulce do obrabiarek do drewna, stosowane tam, gdzie przepisy bezpieczeństwa wymagają zatrzymania wirujących elementów maszyny w określonym czasie.
Kryteria odnośnie zastosowania odpowiedniego hamulca, które uwzględniają warunki jego pracy (m.in. pod względem obciążenia i czasów działania), powinien określać projektant urządzenia czy samego napędu.
