Грузоподъёмные машины

Раздел: Наука и техника

В этих тормозах усилие, необходимое для получения тормозного момента, действует вдоль оси тормозного вала.

Дисковые тормоза. В этих тормозах необходимый момент трения создается прижатием неподвижных дисков 6 к дискам 1, вращающимся вместе с тормозным валом (). Замыкающая сила Q создается усилием пружины, весом замыкающего груза или усилием человека, прилагаемыми к приводным элементам рычажной, гидравлической или пневматической систем. Дисковые тормоза находят применение во всех механизмах грузоподъемных машин.

дисковый тормоз электротали, замыкаемый усилием Q сжатой пружины 5 и размыкаемый с помощью трех электромагнитов 4 переменного тока с Ш-образным сердечником. Якори 3 электромагнитов закреплены на тормозном диске 6, противоположная сторона которого снабжена фрикционной накладкой 2. Подвижные диски 1 выполняются стальными без фрикционных накладок. Внутренний радиус дискового тормоза RB выбирают минимально допустимым.

Для дисковых тормозов с большим числом пар трущихся поверхностей при расчете следует учитывать потери на трение в шли- цевых направляющих соединениях, уменьшающие фактическое усилие прижатия дисков друг к другу и значение действительного тормозного момента 12 ].

Средним радиусом поверхности трения Rcp является радиус действия силы трения, эквивалентной действию всех элементарных сил трения на площади контакта дисков фрикционной пары.

При работе без смазки значение коэффициента трения принимают по рекомендациям, приведенным выше. При работе в масляной ванне коэффициент трения стали по стали 0,06. При трении прессованного и вальцованного фрикционного материала по металлу коэффициент трения 0,16, а при трении тканого и плетеного фрикционного материала по металлу 0,12. При наличии густой смазки (для некоторых типов ручных механизмов) коэффициент трения стали по чугуну 0,1; кожи по стали и чугуну 0,15; прессованного и вальцованного фрикционного материала по металлу 0,12; тканого и плетеного фрикционного материала по металлу 0,1. При применении в дисковых тормозах смазки трущихся поверхностей существенно снижается значение коэффициента трения, что требует для создания необходимого тормозного момента или увеличения замыкающего осевого усилия или увеличения числа трущихся пар. Одновременно с этим наличие смазки приводит к значительному повышению долговечности благодаря уменьшению износа и создает лучшие условия теплообмена. Среднее давление на трущихся поверхностях

При расчете хода рычажной системы тормоза следует иметь в виду, что осевой зазор между дисками разомкнутого тормоза составляет не менее 0,5 мм при работе с асбофрикционными дисками и не менее 0,2 мм при работе с металлическими дисками в масляной ванне и при спеченном фрикционном материале.

Для многодисковых тормозных устройств вследствие ухудшения условий теплоотвода допускаемые давления, приведенные в табл. 7.5, снижают на 25—30 %. В грузоупорных тормозах с металлической парой трения, работающей в масляной ванне, допускаемое давление принимают не более 0,3 МПа.

Дисково-колодочные тормоза. В этих тормозах металлический тормозной диск, соединенный с одним из валов механизма, вращается между двумя тормозными колодками, имеющими форму сегмента и расположенными по обеим сторонам торцовой поверхности диска.

Одна из конструкций такого тормоза с приводом от электромагнита. В этом нормально-замкнутом тормозе торможение осуществляется прижатием двух тормозных накладок — колодок 9 из фрикционного материала к тормозному диску 7, закрепленному на валу механизма, усилием двух замыкающих пружин 5. Для размыкания тормоза включается электромагнит 1, якорь которого, опускаясь, поворачивает рычаг 3 и кулачок 4. Этот кулачок раздвигает тормозные рычаги 2 и 6, отводя колодки от тормозного диска. Колодки из фрикционного материала соединены с цилиндрами 8, движущимися в жестких направляющих, закрепленных на раме 10 тормоза. Для устранения перекосов цилиндров при повороте тормозных рычагов осуществлено шарнирное соединение цилиндров 8 с рычагами 2 и 6.

Тормоза такого типа могут быть использованы как тормоза управляемые нормально-разомкнутые с гидравлическим управлением. При подаче жидкости под давлением от педали управления в гидравлический цилиндр 4 поршни 5 цилиндров, расположенных в скобе 3 с обеих сторон диска 1, прижимают тормозные колодки 2 к торцовым поверхностям диска, производя торможение машины. При снятии усилия с педали управления давление поршня на колодки прекращается и под действием сил упругости накладок они вместе с поршнями отходят от диска.

Нормально-замкнутый дисково-колодочный тормоз () с приводом от электрогидравлического толкателя 18 состоит из двух, расположенных вертикально тормозных рычагов 12, 17, несущих тормозные колодки 11 с фрикционными накладками 13. Верхние концы рычагов 12 и 17 стягиваются пакетом тарельчатых пружин 16, создающих усилие, замыкающее тормоз. Над пружинами 16 на тормозных рычагах установлены ролики 14 с вертикальной осью вращения, взаимодействующие с клином 15, шарнирно связанным со штоком электрогидравлического толкателя 18 через систему рычагов. В замкнутом положении тормоза колодки 11 усилием замыкающих пружин 16 прижаты к тормозному диску (на  7.21, в диск не показан), закрепленному на тормозном валу, осуществляя торможение механизма. При включении привода шток толкателя, преодолевая усилие замыкающих пружин 16, вводит клин 15 между роликами 14, разводя рычаги тормоза и освобождая тормозной диск.

Дисково-колодочные тормоза удобны в эксплуатации, так как в них легко контролируется износ накладок, очень просто производится смена изношенных накладок (см.  7.22, б), для чего достаточно освободить два штифта, после чего колодка с накладкой вынимается и на ее место вставляется новая колодка. В ряде конструкций с гидроуправлением применена система автоматического восстановления отхода фрикционных колодок от тормозного диска по мере изнашивания фрикционного материала.

Дисково-колодочные тормоза способны совершать значительно большую работу торможения без превышения температуры нагревания накладок сверх определенного предела, чем колодочный тормоз тех же размеров, так как примерно 85—90 % поверхности тормозного диска не контактирует с фрикционным материалом и свободно для взаимодействия с окружающей средой (воздухом), что способствует интенсивному теплоотводу в окружающую среду.

Срок службы деталей дисково-колодочных тормозов (в том числе и фрикционных накладок) превышает срок службы деталей колодочных тормозов. Для уменьшения нагрузки на вал механизма от силы трения целесообразно устанавливать две пары колодок, диаметрально расположенных относительно оси вращения диска.

Тормоза, замыкаемые весом груза (грузоупорные тормоза). Такие тормоза, получившие широкое применение в ручных механизмах подъема и в механизмах с машинным приводом, при прекращении вращения приводного вала под действием момента от веса груза автоматически развивают тормозной момент, пропорциональный весу груза, останавливают груз и удерживают его в подвешенном состоянии. Следовательно, для получения тормозного момента в данном случае не требуется приложения специального внешнего усилия. Так как тормоз развивает тормозной момент, пропорциональный весу перемещаемого груза, он обеспечивает плавную остановку грузов любого веса с одинаковым замедлением. Для опускания груза в течение всего времени опускания необходимо прилагать внешний момент со стороны привода.

Различают два типа тормозов, замыкаемых весом груза: с уменьшенным в процессе опускания груза усилием прижатия тормозных дисков и постоянным усилием прижатия тормозных дисков при подъеме и опускании груза.

Дисковые тормоза, замыкаемые весом груза с уменьшенным в процессе опускания усилием прижатия тормозных дисков находят широкое применение в подъемных механизмах с ручным и машинным приводом. При наличии машинного привода тормоз обычно устанавливают на втором валу относительно двигателя, так как при этом на работу тормоза меньше влияет инерция вращающихся частей. При ручном приводе его обычно устанавливают на наиболее быстроходном (приводном) валу.

Принцип работы тормоза при машинном приводе следующий. Вал 1 ( 7.23, а) получает вращение от двигателя и передает крутящий момент через зубчатое колесо 5 грузовому барабану. На валу 1 закреплен с помощью шпонки диск 2. Другой диск 4, выполненный с зубчатым колесом 5 как одно целое, установлен на валу 1, имеющем резьбу. Между дисками установлено храповое колесо 3, свободно сидящее на валу 1. Направление резьбы на валу 1 выбрано так, что при действии момента от веса груза колесо 5 перемещается влево по резьбе и зажимает храповое колесо 3 между дисками 2 и 4. При вращении вала 1 в сторону подъема груза вследствие соответствующего направления зубьев храповое колесо и диски получают возможность свободно вращаться в сторону подъема. По окончании подъема груз останавливается, так как храповое колесо удерживается от обратного вращения собачкой 6, а диски 2 и 4 прижаты к храповому механизму силой трения (момент от веса груза при подъеме, опускании и неподвижно подвешенным грузе направлен в одну и ту же сторону).

Для опускания груза необходимо вал 1 вращать в сторону опускания. Вал 1 закреплен от осевого смещения, поэтому колесо 5 перемещается по резьбе вдоль оси вала вправо до тех пор, пока давление на храповой механизм уменьшится настолько, что момент трения между дисками и храповым механизмом будет недостаточным для удержания колеса 5 от вращения под действием силы тяжести груза. При этом груз опускается. Свободное опускание груза продолжается до тех пор, пока угловая скорость диска 4 не превысит угловой скорости вала; тогда колесо опять начинает перемещаться по резьбе вала влево, увеличивая момент трения между дисками и храповым колесом, прекращая их относительное перемещение.

В процессе опускания груза это относительное перемещение переходит в непрерывное скольжение дисков 2 и 4 по храповому колесу 3, в результате чего наступает состояние относительного равновесия, при котором груз опускается со скоростью, соответствующей частоте вращения ведущего вала. Момент от веса груза на тормозном валу Мгр, приложенный к гайке-колесу 5 или к винту- валу /, стремящийся затянуть винтовое соединение, уравновешивается моментом трения в резьбе и моментом трения между диском 4 и храповым колесом 3.

Для обеспечения плавной работы автоматического тормоза его поверхности трения обильно смазывают, а в передачах с машинным приводом тормоз помещают в масляную ванну. Уменьшение момента трения в резьбе способствует улучшению работы тормоза. Оно может быть достигнуто уменьшением радиуса резьбы или увеличением угла подъема. Резьба на тормозном валу выполнена прямоугольной или трапецеидальной (вторая предпочтительнее).

Тормоз, замыкаемый весом поднимаемого груза, выгодно отличается от обычного стопорного тормоза тем, что он производит остановку грузов различной массы при практически одинаковых значениях замедлений. Стопорный тормоз, тормозной момент которого определяют в зависимости от груза номинальной массы, производит остановку малых грузов весьма резко. Однако установка в механизме подъема одного тормоза, замыкаемого весом груза, нецелесообразно, так как в этом случае при опускании грузов малой массы возрастает влияние вращающихся масс ротора двигателя и остановка происходит замедленно, на большом пути торможения (маховые массы ротора и элементов привода от ротора до вала тормоза ослабляют силу нажатия тормозных дисков, уменьшая тормозной момент).

В тормозах, замыкаемых весом груза, коэффициент запаса торможения определяет лишь степень надежности удержания груза в подвешенном состоянии, но не определяет создаваемого замедления и пути торможения. Путь торможения зависит от соотношения между силами инерции элементов механизма и веса груза, приведенными к валу тормоза. Чем больше вес груза, тем меньше это соотношение и тем меньше путь торможения.

Для уменьшения пути торможения в механизмах подъема с машинным приводом необходимо применение дополнительного стопорного тормоза, устанавливаемого на приводном валу. Назначение этого тормоза — поглощение кинетической энергии вращающихся масс механизма от двигателя до вала, на котором установлен спускной тормоз. Поэтому коэффициент запаса торможения для стопорного тормоза в этом случае определяется моментом инерции элементов механизма и имеет меньшие значения при меньших скоростях. Если установить стопорный тормоз с излишне большим тормозным моментом, то этот тормоз будет осуществлять резкую остановку механизма и груза и опережать действие тормоза, замыкаемого весом груза. Следовательно, при этом исчезнет основная особенность спускного тормоза — возможность создания торможения с одинаковым замедлением при опускании грузов любой массы.

Излишне большой коэффициент запаса торможения для тормоза, замыкаемого весом груза, приводит к нарушению плавной работы механизма — опускание груза будет сопровождаться толчками. При малых скоростях и соответственно меньших значениях сил инерции происходит замедленное затягивание тормоза замыкаемого весом груза, что увеличивает путь торможения.

В некоторых конструкциях (например, в серийно выпускаемых талях ТЭ-5 ВНИИПТмаш вместо винтового замыкания тормоза применены торцовые кулачки на зубчатом колесе 7 ( 7.23, б), которые входят в зацепление с торцовыми кулачками на втулке 9, установленной на шпонке промежуточного вала 8 механизма подъема

тали. Этот тип узла замыкания более сложен технологически, но обеспечивает хорошее центрирование деталей, и его применение оправдано для талей большой грузоподъемности.

Конические тормоза, замыкаемые весом груза, с постоянным усилием прижатия тормозных дисков ( 7.24). Эти тормоза применяют в механизмах с ручным приводом при наличии в механизме несамотормозящейся червячной передачи. Для создания тормозного момента используется осевое усилие червяка. Эти тормоза остаются замкнутыми как при подъеме, так и при опускании груза. При опускании груза необходимо преодолевать превышение тормозного момента над моментом, создаваемым грузом на тормозном валу, что вызывает повышенное изнашивание трущихся поверхностей. Тормоз состоит из конического диска 3, закрепленного на валу червяка или выполненного как одно целое с валом, и диска 2, снабженного коническим углублением, храповыми зубьями и пятой, которой он упирается в неподвижный корпус 1. Ось вращения собачки 4 храпового соединения также закреплена на неподвижном корпусе. Направление зубьев храпового колеса выбирается таким, чтобы диск мог свободно вращаться в сторону подъема и задерживаться от вращения при опускании. При подъеме груза диски 2 и 3 вращаются совместно и храповые зубья не препятствуют этому подъему. При остановке между дисками создается сила трения, удерживающая механизм от вращения, при котором груз будет опускаться, так как диск 2 удерживается храповым колесом. Для расчета конического грузоупорного тормоза должны быть известны характеристики червячной передачи.