Самотормозящийся редуктор электропривода: нужен ли дополнительный тормоз двигателя

Самотормозящийся редуктор электропривода удерживает выходной вал в заданном положении за счёт трения в зацеплении, без подачи энергии на электромагнитный тормоз. Такая способность характерна для червячных передач с определённым соотношением угла подъёма витка и угла трения. Но самоторможение — не универсальное свойство всех редукторов и не заменяет тормоз там, где требуется гарантированное удержание нагрузки при любых условиях. Разберём, чем отличаются эти два механизма и когда каждый из них действительно нужен в приводе трубопроводной арматуры.

Что такое самоторможение червячной передачи

Самоторможение — это способность механической передачи блокировать обратное вращение (от выходного вала к входному) исключительно за счёт сил трения в зацеплении, без внешнего тормозного устройства. Эффект возникает в червячных парах, когда угол подъёма винтовой линии червяка меньше приведённого угла трения скольжения между витком червяка и зубом колеса.

Практическое следствие этого условия — статический КПД самотормозящейся червячной пары обычно не превышает 0,5, то есть половина энергии, приложенной со стороны выходного вала, теряется на трение, не позволяя передаче провернуться в обратную сторону. Это прямое следствие физики зацепления: чем ниже угол подъёма витка и чем меньше число заходов червяка, тем выше вероятность самоторможения и тем ниже КПД передачи.

Статическое и динамическое самоторможение

Различают два состояния:

• Статическое самоторможение — передача не может провернуться из состояния покоя под приложенной нагрузкой.
• Динамическое самоторможение — передача останавливает уже движущийся выходной вал при внезапном снятии крутящего момента с приводной стороны.

Оба состояния зависят от коэффициента трения в паре червяк-колесо, который, в свою очередь, меняется от температуры редуктора, состояния смазки, износа зубьев и наличия вибрации на объекте. Именно поэтому самоторможение — величина не абсолютная, а вероятностная: она гарантированно работает в номинальных условиях, но не нормируется производителем по конкретному моменту удержания, как это делает сертифицированный тормоз.

Чем отличается самоторможение от электромагнитного тормоза

Электромагнитный тормоз — это отдельный узел на валу электродвигателя, который механически блокирует вал колодками или дисками при снятии напряжения (нормально-замкнутая конструкция). В отличие от самоторможения редуктора, тормоз двигателя:

• обеспечивает нормированный тормозной момент независимо от температуры и износа зацепления;
• срабатывает мгновенно при исчезновении питания, а не зависит от геометрии передачи;
• не теряет удерживающую способность при вибрации или ударных нагрузках;
• подбирается под конкретную задачу (точная остановка, удержание груза на весу, частые пуски).

Почему не любой редуктор электропривода самотормозящийся

Самоторможение — свойство именно червячной геометрии с малым углом подъёма витка и низким числом заходов. Цилиндрические, планетарные, конические и роликовые передачи с высоким КПД (планетарные и роликовые ступени современных электроприводов зачастую проектируются на эффективность 90–95%) физически не могут обеспечить самоторможение: высокий КПД означает низкие потери на трение, а значит и отсутствие блокировки обратного хода за счёт трения.

Это значит, что при выборе редуктора нужно понимать его кинематическую схему, а не полагаться на само название «редуктор арматуры». Если в приводе применена высокоэффективная передача без выраженного самоторможения, удержание положения арматуры при отключении питания должно обеспечиваться другими средствами: собственным трением винтовой пары штока запорного органа, дополнительным стопорным механизмом или тормозом на валу двигателя.

Когда самоторможения редуктора действительно достаточно

Для большинства многооборотных электроприводов трубопроводной арматуры (задвижки, вентили) самоторможения червячной ступени редуктора хватает, потому что:

• арматура при остановке не создаёт значимого обратного крутящего момента на выходном валу редуктора;
• шток арматуры сам по себе часто имеет резьбовую пару с собственным трением, дополняющим торможение редуктора;
• скорость движения штока при закрытии/открытии невелика, что снижает риск раскрутки передачи под инерционной нагрузкой.

В этих условиях отдельный электромагнитный тормоз на двигателе избыточен и лишь усложняет конструкцию и обслуживание привода.

Когда без отдельного тормоза не обойтись

Дополнительный тормоз двигателя нужен, если:

• в кинематической схеме привода используется высокоэффективная передача (планетарная, роликовая, цилиндрическая) без выраженного самоторможения;
• арматура или механизм создаёт постоянную обратную нагрузку на вал (например, подъёмные механизмы, лебёдки, вертикальные затворы под гидростатическим давлением);
• требуется точная фиксация положения без люфта, характерного для трения в изношенном зацеплении;
• привод работает в условиях повышенной вибрации, при которой самоторможение может временно «поплыть» из-за снижения эффективного коэффициента трения;
• к приводу предъявляются требования по гарантированному моменту удержания в паспортных данных (например, для подъёмно-транспортных механизмов, где полагаться только на трение передачи запрещено правилами эксплуатации).

Ключевое правило диагностики: самоторможение снижает риск самопроизвольного смещения арматуры, но не является сертифицированным тормозным устройством и не должно применяться как единственное средство безопасности там, где нагрузка удерживается на весу.

Как проверить, какой тип передачи в вашем электроприводе

Перед тем как делать выводы о необходимости тормоза, стоит уточнить у поставщика или в технической документации на конкретную модель:

1. тип редукторной ступени (червячная, планетарная, роликовая, комбинированная);
2. значение статического КПД передачи — при показателе ниже 0,5 самоторможение, как правило, присутствует;
3. наличие в конструкции отдельного стопорного или тормозного узла;
4. рекомендации производителя по применению привода на объектах с вертикальной нагрузкой на шток или с удержанием груза на весу.

Например, электроприводы DAUME комплектуются редуктором современной конструкции с промежуточными роликовыми элементами, обеспечивающим эффективность до 95% и не требующим обслуживания в течение всего срока эксплуатации — такая высокая эффективность типична для передач, где самоторможение не является основным принципом удержания положения, и вопрос выбора конкретной модели и комплектации привода под конкретную задачу лучше уточнять по техническим параметрам выбранной серии.

Вывод

Самоторможение червячного редуктора и электромагнитный тормоз двигателя решают одну задачу — удержание положения арматуры без подачи питания — но принципиально разными способами и с разной степенью надёжности. Для типовых задач запорной арматуры трения в правильно подобранной червячной паре обычно достаточно. Для механизмов с постоянной обратной нагрузкой, повышенными требованиями к точности или для передач с высоким КПД без выраженного самоторможения нужен отдельный тормоз, момент удержания которого нормируется производителем, а не оценивается приблизительно.

Читайте также

• многооборотный или четвертьоборотный электропривод
• ручной дублёр электропривода и маховик
• аварийная логика NC/NO при пропадании питания
• электропривод для шиберных затворов
• линейка электроприводов DAUME

Нужна помощь с подбором электропривода?

Пришлите параметры арматуры: тип, DN, требуемый крутящий момент, напряжение питания, допустимое время хода и условия эксплуатации. Мы поможем подобрать подходящий электропривод и проверить совместимость с арматурой.

Оставить заявку на подбор электропривода