Unitizado vs. Caliper vs. Tambor

O autor explica as oito principais semelhanças e diferenças entre esses tipos de freio de elevador.

O sistema de frenagem de um elevador ou plataforma elevatória raramente é visto pelos passageiros, mas eles dependem totalmente de um projeto adequado e de um funcionamento confiável. Abordaremos as principais semelhanças e diferenças entre três tipos de dispositivos de frenagem eletromagnéticos: freios unitários, freios a pinça e freios a tambor. O motor realiza a maior parte da frenagem dinâmica, mas esses freios também são capazes de parar o veículo ou acionar uma parada de emergência.

Semelhanças e diferenças

Semelhanças:

1. Segurança (Safety)
2. Transmitir torque mecanicamente
3. Atuação eletromagnética
4. Os espaços de ar são importantes.
5. Alta fiabilidade
6. Liberação manual para serviço
7. Projeto redundante
8. Design de desligamento

Diferenças:

1. Parar ou simplesmente manter a posição, e paradas de emergência (paradas de emergência).
2. Torque fixo versus torque variável
3. Faixa de torque
4. Espaço necessário
5. Ruído
6. Montagem
7. Manutenção
8. Uso de energia

Detalhes

Semelhanças

Segurança: Os freios de emergência são dispositivos de segurança em equipamentos em movimento. Se houver uma queda de energia inesperada, o freio é acionado e interrompe o movimento. Antes da intervenção dos advogados, esses dispositivos eram chamados de dispositivos à prova de falhas, pois eram projetados para falhar em uma condição segura (de frenagem). Se você já se perguntou o que o mantinha no lugar a 50 andares de altura, a resposta é: o freio de emergência.

Transmite torque mecanicamente: Os freios acionados por mola transmitem torque mecanicamente, embora sejam acionados eletricamente ou hidraulicamente. As molas dentro de cada freio aplicam uma força normal a uma certa distância, que se relaciona com o torque de frenagem ou de retenção. Torque = Força x Distância.

Em um freio unitizado (freio de motor), as molas forçam o disco de fricção a ser comprimido entre a placa de pressão e a placa de cobertura. O disco de fricção está conectado a um cubo que, por sua vez, está conectado ao eixo; portanto, ao impedir a rotação do disco de fricção, impede-se também a rotação do eixo.

Em um freio a disco, a força normal da mola atua na sapata de freio. A sapata é montada rigidamente e envolve um grande disco de freio giratório. Quando as molas pressionam a pastilha de freio contra o disco, isso cria atrito e torque de frenagem/retenção.

Em um freio a tambor, a mola realiza um trabalho semelhante, mas a pastilha de freio entra em contato com o diâmetro interno (DI) ou o diâmetro externo (DE) de um tambor que suporta os cabos.

Acionamento eletromagnético: Um freio de emergência normalmente está acionado quando a alimentação é desligada. Para desativá-lo, aplica-se energia à bobina de campo. Isso cria um fluxo magnético que se propaga através do entreferro e puxa o disco de pressão do freio em direção à bobina. Isso comprime as molas e libera o freio. Quando o disco de pressão está em contato com a bobina, o circuito magnético é forte e o freio permanece desativado. Alguns freios também podem ser acionados hidraulicamente, mas a tendência é utilizar acionamento elétrico para facilitar a manutenção, aumentar a confiabilidade e reduzir o custo.

A importância do espaço de ar: o fluxo magnético não se propaga facilmente através de espaços de ar. No entanto, esses espaços são necessários para o funcionamento de um dispositivo acionado por mola. Sem um espaço de ar, o freio nunca se desengataria quando a energia fosse aplicada. Por outro lado, se o espaço de ar for muito grande, o freio também não se desengatará, pois o fluxo magnético não conseguirá percorrer a distância necessária para puxar a placa de pressão em direção à bobina de campo. Em outras palavras, existe um espaço de ar mínimo necessário para que os componentes não se atritem excessivamente, e existe um espaço de ar máximo, pois o fluxo magnético tem limites quanto ao espaço livre que pode percorrer.

Alta confiabilidade: Quando selecionados e operados corretamente, os freios de elevadores e talhas duram milhões de ciclos. Isso é importante para a segurança, bem como para o tempo de atividade e o custo operacional. Alguns freios possuem indicadores de desgaste para sinalizar quando a vida útil projetada está chegando ao fim ou quando ajustes precisam ser feitos. Outros são projetados para que suas folgas de ar sejam verificadas manualmente para determinar o ajuste ou o fim da vida útil.

Liberação manual para manutenção: Como os freios acionados por energia precisam de energia para serem liberados, isso representa um desafio durante a manutenção. Portanto, existem mecanismos de liberação manual para liberar o freio mecanicamente. Estes podem ser na forma de uma alavanca ou até mesmo parafusos de liberação. Funcionalmente, seu propósito é pressionar fisicamente o platô contra o corpo da mola e comprimir as molas para que o material de fricção não entre em contato e transmita o torque de frenagem.

Projeto redundante: Existem várias redundâncias para segurança e confiabilidade. Quando um componente falha ou enfraquece, outro pode operar para manter o freio funcionando. As molas são um exemplo. Embora não sejam pontos de falha comuns, várias molas contribuem para o torque total. Molas redundantes podem ser usadas. Se uma falhar, a outra continua funcionando. Existem projetos de freios unitários que possuem dois freios completos integrados em um único conjunto. Para freios a tambor e a pinça, várias sapatas de freio podem ser usadas para criar redundância, de modo que, se uma falhar, as outras ainda forneçam o torque necessário com segurança.

Design sem energia: Para todos os tipos de freio mencionados, a energia só é consumida quando o elevador está em movimento. Não é necessária energia para que os freios apliquem torque. É por isso que os chamamos de dispositivos sem energia.

Diferenças

Para parar ou apenas manter a frenagem, e paradas de emergência: Com base no material de fricção e nas taxas de dissipação de calor de um freio, eles são categorizados como freios para parar ou freios apenas para manter a frenagem e paradas de emergência. Um material com um alto coeficiente de fricção pode produzir um torque estático maior, mas isso comprometerá a taxa de desgaste. Portanto, esses materiais são normalmente usados ​​para aplicações de apenas manter a frenagem ou para paradas de emergência. Para freios que são usados ​​com mais frequência para frenagem dinâmica, outros materiais de fricção são usados, com melhores taxas de desgaste. Eles também podem ser um pouco maiores para auxiliar na dissipação de calor, porque a frenagem dinâmica gera calor por meio do atrito mecânico.

Torque fixo versus variável: Os freios unitários com desligamento de energia geralmente possuem torque fixo por tamanho; no entanto, alguns freios possuem parafusos de ajuste para alterar a força da mola e o torque de frenagem. Esses freios unitários são normalmente montados na parte traseira do motor, portanto, não há como adicionar mais de um freio ao sistema. O torque do sistema é, portanto, fixo. Por outro lado, os freios a disco e a tambor fornecem torque fixo por dispositivo, mas é possível adicionar vários dispositivos a um mesmo sistema. Por exemplo, vários freios a disco podem ser montados em um disco e vários freios a tambor podem ser montados dentro ou fora de um tambor. Nesse caso, o torque total pode ser aumentado com a adição de mais freios.

Faixa de torque: Freios unitizados montados em motores estão disponíveis em tamanhos muito pequenos e com torque de até milhares de lb-ft. Freios de pinça aplicam força de frenagem a um disco rotativo. Essa força de frenagem pode ultrapassar 1,000 lb-ft, e o torque depende do raio do disco e do número de pinças de freio instaladas. A maioria dos discos tem um diâmetro de pelo menos 15 polegadas, mas podem ser muito maiores. Freios a tambor geralmente produzem cerca de 500 lb-ft de torque quando usados ​​em um tambor com diâmetro um pouco menor que 20 polegadas. Novamente, vários freios podem ser usados ​​em um mesmo tambor para multiplicar o torque.

Espaço necessário: Os freios unitários geralmente são montados na parte traseira do motor, portanto, o motor precisa de um eixo. O diâmetro externo do freio normalmente é menor que o diâmetro externo do motor, então o comprimento disponível costuma ser a única preocupação. Os freios a disco são montados ao redor de um disco, então o espaço não é muito restrito e é perfeitamente possível montar de três a quatro freios nesse disco, se necessário. Os freios a tambor são montados dentro ou fora do tambor. A montagem interna é mais difícil de acessar, mas requer menos espaço.

Ruído: Em freios unitizados, o ruído geralmente provém da desengate do freio, quando a placa de pressão é atraída pelo corpo da bobina. Isso ocorre quando a energia é aplicada. Esse ruído costuma ser indesejado, portanto, recursos internos de amortecimento de ruído podem ser implementados para reduzi-lo a 60 dBA ou menos. Esses recursos são utilizados em elevadores com mini-casa de máquinas ou sem casa de máquinas. O ruído é menos preocupante em freios a disco ou a tambor.

Montagem: Os freios unitários são montados no eixo do motor. De modo geral, basta parafusá-los ao motor. Os freios a pinça devem ser parafusados ​​rigidamente ao redor do disco rotativo. Deve-se ter cuidado especial com o alinhamento e a folga correta. Os freios a tambor também exigem o mesmo cuidado com a folga e o alinhamento para garantir não apenas o torque adequado, mas também uma longa vida útil.

Manutenção: O entreferro é um componente essencial de qualquer freio. Freios unitários geralmente têm o entreferro fixado na fábrica, então não há muito o que fazer além de monitorar o desgaste do entreferro ao longo do tempo. Atualmente, existem dispositivos disponíveis que monitoram o entreferro remotamente. Alguns freios unitários de baixo perfil estão disponíveis com designs bipartidos para facilitar a manutenção e a substituição. 

Por outro lado, os freios a tambor e a pinça exigem inspeções e manutenções mais frequentes. As pastilhas de freio tendem a se desgastar devido à frenagem dinâmica, e esse desgaste diminui a vida útil do freio. Em algum momento, será necessário reajustar a folga das pastilhas. Os freios a tambor externos são mais fáceis de inspecionar e fazer manutenção, em comparação com os freios a tambor internos.

Consumo de energia: Embora todos os tipos de freios mencionados funcionem de maneira semelhante, eles exigirão quantidades variáveis ​​de energia para serem desativados. 

As folgas de ar nos freios unitizados podem ser controladas na fábrica, permitindo otimizar a potência necessária. O fluxo magnético não se propaga facilmente através de folgas de ar, portanto, folgas menores resultam em menor consumo de energia.

Os freios a tambor e os freios a pinça possuem folgas de ar que são ajustadas em campo. É possível que o consumo de energia seja maior devido ao número de componentes e à variação nas folgas de ar e no acionamento elétrico do freio. 

Em revisão

Os freios eletromagnéticos de qualquer tipo têm uma longa reputação como dispositivos de segurança confiáveis ​​em elevadores e escadas rolantes. As normas continuam a orientar a aplicação e a localização desses freios. Algumas exigem que o freio seja localizado no poço mais próximo do elevador. 

Os freios unitizados típicos são montados no motor e precisam que o torque de retenção seja transmitido pela transmissão até o cabo do tambor ou eixo de acionamento do elevador. Como uma falha catastrófica na caixa de engrenagens pode anular a eficácia do freio do motor, outras considerações podem ser feitas. Conforme mencionado anteriormente, a redundância pode fornecer uma camada extra de segurança. Os freios unitizados do motor podem ser usados ​​como freio primário e um sistema de frenagem de emergência secundário, como um freio a tambor ou a pinça, pode ser usado em caso de falha do freio do motor.