Trả lời trực tiếp: Ly hợp và phanh điện từ dùng lực hút của nam châm điện thay cho đòn bẩy cơ khí, nên đóng ngắt được từ xa và rất nhanh. Điều quyết định an toàn không phải mô-men mà là chúng hành xử ra sao khi MẤT ĐIỆN — có loại nhả ra, có loại tự siết lại bằng lò xo.
Nội dung thuộc chuyên trang Thiết kế & chế tạo máy của cokhi.net, cụm Truyền động — ở góc nguyên lý tác động, không giới thiệu hay so sánh sản phẩm.
Nam châm điện thay thế cái gì trong cụm ly hợp?
Ở ly hợp ma sát cơ khí, mô-men được truyền qua ma sát giữa các đĩa, và lực ép các đĩa lại với nhau đến từ lò xo hoặc từ một cơ cấu đòn bẩy do người vận hành tác động.
Ly hợp điện từ giữ nguyên phần truyền mô-men bằng ma sát, chỉ thay nguồn lực ép: một cuộn dây tạo từ trường hút phần ứng lại. Khác biệt đó kéo theo ba hệ quả:
- Điều khiển từ xa: chỉ cần đóng ngắt dòng điện, nên cụm này ghép thẳng vào mạch điều khiển, xem vị trí trong sơ đồ ở bài nguyên lý PLC.
- Đóng ngắt nhanh và lặp lại được, hợp với dây chuyền cần dừng và khởi động liên tục.
- Không cần lực người, nên mô-men không còn bị chặn bởi sức của người vận hành.
Cái đánh đổi là nhiệt: mỗi lần đóng, phần mô-men tiêu hao khi hai mặt còn trượt sẽ thành nhiệt tại bề mặt ma sát. Tần suất đóng ngắt vì thế là thông số thiết kế chứ không phải chi tiết phụ, theo đúng cách lập bài toán ở bài tính ly hợp và phanh: năng lượng nhiệt, tần suất.
Hai chế độ hành xử khi mất điện
Đây là phần quan trọng nhất và cũng là chỗ chọn sai gây hậu quả nặng nhất.
| Loại cấp điện thì tác động | Loại lò xo tác động, điện để nhả | |
|---|---|---|
| Khi CÓ điện | Nam châm hút, cụm siết — truyền mô-men hoặc phanh | Nam châm hút, cụm nhả — trục quay tự do |
| Khi MẤT điện | Cụm nhả ra — không truyền mô-men, không phanh | Lò xo siết lại — phanh tự giữ |
| Hợp với | Ly hợp truyền động, nơi mất điện thì dừng truyền là an toàn | Phanh giữ tải: cơ cấu nâng, trục đứng, cửa tự động |
| Rủi ro nếu chọn nhầm | Dùng làm phanh giữ tải ⇒ mất điện là rơi tải | Dùng làm ly hợp ⇒ mất điện là kẹt cứng truyền động |
Bảng nêu quan hệ nguồn lực tác động – hành vi khi mất điện – phạm vi dùng; bảng không nêu trị số mô-men, điện áp cuộn dây hay thời gian tác động, vì các trị số này gắn với từng thiết bị và phải lấy từ tài liệu của chính thiết bị đó. Cách chọn điện áp cuộn dây cho phần tử điều khiển trình bày ở bài chọn điện áp cuộn dây van điện từ.
Vì sao "phanh tự giữ khi mất điện" lại là nguyên tắc thiết kế?
Nguyên tắc chung: cơ cấu an toàn phải hoạt động nhờ mất năng lượng, không nhờ có năng lượng. Lý do đơn giản — sự cố hay đi kèm mất điện, và một cơ cấu chỉ an toàn khi có điện sẽ hỏng đúng lúc cần nó nhất.
Với cơ cấu nâng hạ, điều này có nghĩa là phanh giữ tải phải thuộc loại lò xo siết, điện chỉ để nhả. Khi mất điện, lò xo tự siết và tải đứng yên.
Nguyên tắc này cũng là lý do không được dựa vào tự hãm của bộ truyền để giữ tải: tự hãm là đặc tính phụ thuộc ma sát và thay đổi theo bôi trơn cùng rung động, đã trình bày ở bài trục vít – bánh vít. Phanh là một chi tiết có chức năng rõ ràng và kiểm tra được; tự hãm thì không.
Cụm điện từ hỏng theo những cách nào?
Ba nhóm, mỗi nhóm có dấu hiệu riêng:
① Mòn bề mặt ma sát. Khe hở giữa phần ứng và nam châm rộng dần, tới mức lực hút không còn đủ. Biểu hiện: cụm đóng chậm dần, rồi đóng không dứt khoát, cuối cùng trượt dưới tải. ② Cuộn dây quá nhiệt. Nhiệt độ cao làm điện trở cuộn tăng, dòng giảm, lực hút yếu đi — một vòng xấu tự khuếch đại. Nguyên nhân gốc thường là tần suất đóng ngắt vượt thiết kế chứ không phải cuộn dây kém. ③ Trượt do dầu mỡ dính vào mặt ma sát. Bề mặt ma sát của cụm này phải khô; dầu rò từ ổ hoặc từ hệ bôi trơn gần đó làm mô-men tụt hẳn. Đây là lý do phải tách rõ vùng cần bôi trơn và vùng phải khô khi bố trí hệ bôi trơn, xem bài bôi trơn tập trung.
Cả ba đều xuống cấp dần chứ không hỏng đột ngột, nên chúng thuộc nhóm bắt được bằng theo dõi xu hướng, theo khung ở bài đường cong P-F.
Câu hỏi thường gặp
Phanh điện từ có thay được phanh cơ khí trên cơ cấu nâng không? Về nguyên lý thì có, và loại lò xo siết còn an toàn hơn khi mất điện. Nhưng đây là ứng dụng chịu trách nhiệm về an toàn, nên việc chọn và nghiệm thu phải theo quy định áp dụng cho thiết bị nâng, không quyết bằng lập luận nguyên lý.
Cụm điện từ phát ra tiếng ù thì có sao không? Tiếng ù thường gặp ở cuộn dây cấp điện xoay chiều và bản thân nó chưa phải hỏng. Nhưng nếu tiếng ù to lên kèm rung, đó là dấu hiệu khe hở đã rộng hoặc phần ứng không áp sát — thuộc nhóm hỏng ① nêu trên.
Mô-men của ly hợp điện từ giảm dần theo thời gian có bình thường không? Có, vì bề mặt ma sát mòn và khe hở rộng ra. Nhiều thiết kế cho phép điều chỉnh lại khe hở; khi hết khả năng điều chỉnh thì phải thay cụm ma sát. Mức và cách điều chỉnh phải theo tài liệu của thiết bị.