國(guó)外彈簧加壓式電磁安全制動(dòng)器的發(fā)展現(xiàn)狀

　　2.1 電磁鐵
　　電磁鐵由外殼、線圈和絕緣填充材料組成。設(shè)計(jì)時(shí)需要選擇合適的外殼磁鋼材料、漆包線及絕緣填充材料。
　　為了提高導(dǎo)磁性能和減少剩磁影響，電磁鐵外殼多選用導(dǎo)磁性能和加工性能較好、矯頑力較小的低碳鋼軟磁材料，國(guó)內(nèi)普遍使用10 鋼、20 鋼。德國(guó)通常采用自動(dòng)化流水線加工制動(dòng)器外殼、法蘭、銜鐵等零件。因此，通常使用適于自動(dòng)化切削加工的11SMn30 圓鋼來加工電磁鐵的外殼。我們采用國(guó)產(chǎn)的Y15 易切削鋼來替代德國(guó)11SMn30 鋼，取得了很好的效果。
　　國(guó)內(nèi)多采用鍍鋅技術(shù)對(duì)電磁鐵外殼進(jìn)行表面防腐處理，德國(guó)普遍采用的是熱噴鋅的噴涂技術(shù)。熱噴涂技術(shù)由于在熱噴鋅后又用涂料進(jìn)行封閉處理，形成了鋅層與涂料的復(fù)合涂層, 大大增強(qiáng)了鋼表面的耐腐蝕性能。國(guó)際知名的重防腐長(zhǎng)效涂料有德國(guó)HEMPEL 老人牌、International 國(guó)際牌等。
　　采用不同厚度的環(huán)氧富鋅底漆、厚漿環(huán)氧中間漆和聚氨酯面漆組合方案，可以耐受大氣腐蝕等級(jí)為C4、C5 － M 的海上惡劣環(huán)境，防腐壽命可達(dá)H 級(jí)（高級(jí)15-20 年）[13]。
　　線圈的繞制和絕緣填充材料的澆注制造工藝在國(guó)內(nèi)已經(jīng)非常成熟。德國(guó)通常選擇絕緣等級(jí)B 級(jí)（130℃）的聚酯漆包圓銅線，可達(dá)到較高的絕緣耐熱性能；對(duì)于冶金、軍工等需要絕緣耐熱等級(jí)高的行業(yè)，可選用F 級(jí)（155℃）的改性聚酯漆包線或H 級(jí)（180℃）的聚酯亞胺漆包線等；選用耐高溫絕緣等級(jí)H 級(jí)的環(huán)氧樹脂作為絕緣填充材料。
　　國(guó)際知名的漆包線廠家有德國(guó)的Synflex Elektro、美國(guó)的Essex 等，環(huán)氧樹脂廠家有英國(guó)的ALTANA 等。
　　2.2 銜鐵/對(duì)偶摩擦盤或法蘭
　　銜鐵和對(duì)偶摩擦盤或法蘭是與制動(dòng)摩擦盤兩面產(chǎn)生摩擦的摩擦副中的另一個(gè)對(duì)偶零件，需要有較高耐熱、耐磨、耐腐蝕、耐疲勞的硬質(zhì)摩擦表面。德國(guó)通常選用11SMn30圓鋼、C15 圓鋼等導(dǎo)磁材料來加工銜鐵、對(duì)偶摩擦盤或法蘭。對(duì)于中小力矩的制動(dòng)器，德國(guó)通常要對(duì)銜鐵和對(duì)偶摩擦盤進(jìn)行氮化等表面硬化處理；對(duì)于較大力矩的制動(dòng)器，通常要對(duì)銜鐵和對(duì)偶法蘭鍍鋅或鍍鎳處理。C15 鋼是表面經(jīng)過滲氮硬化處理的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，可用國(guó)產(chǎn)的15 鋼、15Mn 鋼滲碳處理來代替，效果要遠(yuǎn)好于國(guó)內(nèi)有些廠家為降低成本使用的HT250、Q345 等鑄鐵材料表面鍍鋅處理。
　　對(duì)防腐性能要求高的行業(yè)，銜鐵和對(duì)偶法蘭通常要鍍鎳或鍍硬鉻，需要注意的是不能將鍍銅作為中間鍍層，會(huì)影響電磁制動(dòng)器的磁場(chǎng)而降低制動(dòng)力矩。
　　2.3 彈簧
　　安全制動(dòng)器上使用的彈簧是螺旋型壓縮彈簧，是電磁安全制動(dòng)器中最關(guān)鍵的一個(gè)零件。彈簧鋼材料應(yīng)具有優(yōu)良的綜合性能，即較高的力學(xué)性能( 彈性極限、強(qiáng)度極限、屈強(qiáng)比)、抗彈性減退性能、疲勞性能、淬透性、物理化學(xué)性能( 耐熱、耐低溫、抗氧化、耐腐蝕等)，以保證制動(dòng)器有可靠的制動(dòng)力和長(zhǎng)效穩(wěn)定的工作壽命。國(guó)內(nèi)最常用60Si2MnA、50CrVA 等合金彈簧鋼來制造重要螺旋彈簧，并做鍍鋅或發(fā)黑處理；對(duì)于高溫、低溫和腐蝕性環(huán)境，可使用不銹鋼、鉻鎳鐵合金等特殊材料的彈簧。目前，國(guó)產(chǎn)彈簧鋼的工藝水平及質(zhì)量控制不穩(wěn)定，強(qiáng)度水平難以滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。彈簧鋼未來的發(fā)展方向是具有超高強(qiáng)度、超高疲勞強(qiáng)度和耐腐蝕疲勞性能、優(yōu)良的抗彈減性能和良好的經(jīng)濟(jì)性[14]。德國(guó)Thyssen Krupp、法國(guó)Allevard 等國(guó)際知名彈簧公司已在中國(guó)建廠。
　　2.4 軸套-摩擦盤系統(tǒng)
　　電磁制動(dòng)器中通常使用分體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，即金屬材料的軸套（內(nèi)盤）與摩擦材料的制動(dòng)摩擦盤（外盤）組成的系統(tǒng)。制動(dòng)摩擦盤是電磁安全制動(dòng)器中最關(guān)鍵的一個(gè)部件，必須具有較大的摩擦接觸面積、良好的耐磨性和熱穩(wěn)定性、較低的硬度、良好的機(jī)械性能和物理性能。目前國(guó)內(nèi)使用最多的是鋼纖維增強(qiáng)的半金屬有機(jī)摩擦片，但同時(shí)存在易銹蝕、噪聲大、壽命短等問題。國(guó)外在制動(dòng)器中廣泛采用無石棉的礦物復(fù)合有機(jī)摩擦材料和在高溫下模壓成型的加工工藝[15]。為提高機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命，通常摩擦盤都帶金屬背板或金屬嵌件。德國(guó)通常采用不銹鋼或硬鋁AL － CU － MG － PB 軸套，中小力矩的制動(dòng)器多采用摩擦材料內(nèi)嵌鋼架的矩形花鍵摩擦盤解決方案，如圖2所示；較大力矩的制動(dòng)器多采用在硬鋁合金背板兩側(cè)鑲嵌摩擦襯片的漸開線花鍵摩擦盤解決方案，如圖3 所示。國(guó)內(nèi)可用2A06 高強(qiáng)度鋁合金來制造軸套和摩擦盤背板。國(guó)際知名制動(dòng)器公司普遍使用德國(guó)Bremskerl 公司生產(chǎn)的高性能摩擦片。

圖2 矩形花鍵軸套-摩擦盤　　圖3 漸開線花鍵軸套-摩擦盤

　　3 滿足特殊行業(yè)需求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究