Как работает магнитно-порошковый тормоз?

Как работает магнитно-порошковый тормоз? Он удерживает натяжение полотна на разматывающемся рулоне, вращая ротор внутри герметичного зазора, заполненного мелким магнитным порошком, а затем возбуждая катушку, чтобы порошок связал ротор с корпусом с контролируемым тормозным моментом — и всё это без каких-либо изнашивающихся фрикционных поверхностей. Результат — плавное, бесконтактное торможение, которое контроллер натяжения может подстраивать в реальном времени по мере опустошения исходного рулона. Эта статья разбирает детали, принцип магнитной связи и место тормоза на конвертинговой линии.

Основные детали магнитно-порошкового тормоза

Магнитно-порошковый тормоз собран из небольшого числа герметичных компонентов. Входной ротор или вал вращается вместе с разматывающимся рулоном. Вокруг него находится неподвижный корпус поля, несущий катушку возбуждения. Между ротором и корпусом лежит тонкий кольцевой зазор, заполненный магнитными частицами микронного размера — обычно порошком мягкого железа. Герметичный подшипниковый узел позволяет ротору свободно вращаться при выключенной катушке, а весь узел закрыт, поэтому порошок никогда не выходит и не загрязняет полотно.

Катушка — единственная активная электрическая деталь. Когда через неё течёт ток, зазор заполняется контролируемым магнитным полем; когда ток равен нулю, порошок расслабляется, и ротор вращается почти свободно. Поскольку нет колодок, дисков или пневматических элементов, трущихся друг о друга, устройству по сути нечему изнашиваться при нормальной работе в проскальзывании.

Принцип магнитной связи

Секрет в том, что магнитный порошок ведёт себя как жидкость, пока не приложено поле. При обесточенной катушке частицы лежат свободно, и ротор проскальзывает мимо корпуса с очень малым сопротивлением. Подайте ток на катушку — и силовые линии стягивают частицы в свободные цепочки, которые перекрывают ротор и корпус. Эти цепочки передают крутящий момент от вращающегося ротора к неподвижному корпусу, и чем сильнее поле, тем прочнее связь.

Важно, что передаваемый крутящий момент растёт почти линейно с током катушки. Именно эта линейность делает тормоз столь полезным для управления натяжением: контроллер может задать любое значение крутящего момента в номинальном диапазоне просто регулировкой тока, и может делать это непрерывно, пока рулон вращается. Ротор продолжает проскальзывать относительно корпуса, и проскальзывание поглощается как тепло внутри герметичного устройства, а не как механический износ.

Место тормоза на станции размотки

На машине продольной резки или перемотки станция размотки подаёт полотно от исходного рулона к технологической секции. По мере того как рулон отдаёт материал, его радиус уменьшается, поэтому та же скорость линии требует меньшего крутящего момента, чтобы удерживать полотно при фиксированном натяжении. Магнитно-порошковый тормоз, установленный на валу размотки, сопротивляется вращению ровно настолько, чтобы удерживать это натяжение стабильным, а магнитно-порошковая муфта на стороне перемотки выполняет зеркальную работу по приводу перемотки. Вместе они обрамляют линию и удерживают полотно плоским через ножи резки.

Тормоз заменяет старые фрикционные или пневматические тормоза, которые теряют крутящий момент по мере износа накладок или дрейфа давления воздуха. Поскольку его крутящий момент исходит от магнитного поля, а не от трущейся поверхности, он удерживает уставку оборот за оборотом без регулировки.

Как он удерживает натяжение по мере опустошения рулона

Крутящий момент, который тормоз должен обеспечить, равен натяжению полотна, умноженному на текущий радиус рулона. В начале размотки исходный рулон имеет полный диаметр, поэтому потребность в крутящем моменте максимальна; к концу, когда остаётся только маленькая гильза, потребность падает до доли этого пика. Контроллер считывает фактическое натяжение с датчика натяжения полотна и подстраивает ток катушки, чтобы тормозной момент всегда соответствовал текущему требованию.

Именно поэтому важна система контроля натяжения полотна : тормоз — это только исполнительное устройство, а контур вокруг него решает, насколько стабильно удерживается натяжение. Выбор между управлением натяжением с разомкнутым и замкнутым контуром задаёт, насколько плотно натяжение размотки отслеживает уставку по мере изменения диаметра.

Тормоз против муфты: две стороны одной идеи

Магнитно-порошковый тормоз и магнитно-порошковая муфта используют одну физику — оба применяют намагниченный порошок для передачи крутящего момента через воздушный зазор. Разница в направлении работы. Тормоз сопротивляется вращению, чтобы замедлить или удерживать разматывающийся рулон, а муфта приводит вход постоянной скорости в замедляющуюся перемотку. Если вы понимаете принцип работы магнитно-порошковой муфты , вы уже понимаете тормоз; меняются только монтаж и знак управления.

Поскольку оба опираются на порошковую связь, ни один из них не создаёт пыли или обслуживания, характерных для механического тормоза. Именно поэтому предприятия, работающие с линиями плёнки, фольги, бумаги и нетканого материала, всё чаще стандартизируются на порошковых устройствах для обеих намоточных станций.

Почему безизносное проскальзывание важно на конвертинговой линии

Непрерывное проскальзывание — это то, для чего тормоз предназначен, но проскальзывание также означает энергию, превращённую в тепло. В механическом тормозе это тепло возникает от трения на колодках, которые изнашиваются, остекленевают и в итоге отказывают, — а износ меняет кривую крутящего момента, поэтому натяжение дрейфует. Магнитно-порошковый тормоз помещает тепло внутрь герметичного, бесконтактного зазора, поэтому его крутящий момент остаётся стабильным в течение всего срока службы устройства. Если тормоз когда-либо недоразмерен по мощности проскальзывания, он может перегреться и потерять крутящий момент — это рассмотрено в нашем руководстве о причинах перегрева магнитно-порошкового тормоза и способах устранения .

Стабильный, предсказуемый крутящий момент — также причина, почему натяжение полотна остаётся стабильным при перемотке , когда порошковый тормоз обслуживает размотку. Нет периода приработки и нет периодической замены накладок, которую нужно планировать.

Основы расчёта и управления

Расчёт тормоза начинается с наихудшего случая размотки: пиковый крутящий момент равен пиковому натяжению полотна, умноженному на самый большой радиус рулона, а тепловой номинал должен поглощать мощность проскальзывания за полный прогон. Наша статья о расчёте крутящего момента магнитно-порошкового тормоза излагает математику, а материал о том, что делает система контроля натяжения полотна , объясняет, как контроллер замыкает контур. На практике вы рассчитываете по пиковой потребности, затем позволяете контроллеру снижать ток по мере опустошения рулона.

Для линий, которым нужны и тормозы, и муфты вместе, та же порошковая технология поставляет подобранные комплекты, а выбор между исполнением с одинарным валом и полым валом сводится к тому, как тормоз монтируется на вашем валу размотки. Наши руководства по магнитно-порошковым тормозам с одинарным валом и магнитно-порошковым тормозам с полым валом охватывают варианты монтажа.

Заключение

Как работает магнитно-порошковый тормоз? Он использует катушку, чтобы намагнитить мелкий порошок в зазоре между вращающимся ротором и неподвижным корпусом, и этот намагниченный порошок передаёт точный, управляемый током тормозной момент без изнашивающихся поверхностей. Установите его на вал размотки, замкните контур датчиком натяжения и контроллером и рассчитайте его по пиковому крутящему моменту и мощности проскальзывания, а не по среднему. Сочетайте его с правильной системой контроля натяжения полотна и, где перемотке нужен баланс по полосам, дифференциальным валом — и вы получите стабильное натяжение размотки без складок от полного рулона до гильзы. Свяжитесь с XW Machinery , указав скорость линии, натяжение полотна и размеры рулонов, — и мы специфицируем тормоз, соответствующий вашей машине.