Лекция 7. Лекция 7 Тормозные механизмы. План Остановы фрикционные и храповые. Расчет Тормоза, общие сведения
 Скачать 394.5 Kb.
|
|
Лекция № 7 Тормозные механизмы. План: Остановы: фрикционные и храповые. Расчет Тормоза, общие сведения. Колодочные тормоза. Остановы. Все грузоподъемные машины оборудуются устройствами, которые предназначены для остановки или торможения . Эти устройства подразделяются на две группы: остановы или стопорные устройства, и тормоза различных конструкций. Остановы предназначены для остановки и удержания груза на весу. Они исключают самопроизвольное опускание груза и не препятствуют его подъему. По принципу работы остановы разделяются на храповые и фрикционные. Храповый останов состоит из храпового колеса и собачки. При подъеме груза собачка скользит по зубьям храпового колеса, а при прекращении движения собачка упирается в зуб и препятствует обратному движению поднимаемого груза. Храповый механизм устанавливают на быстроходном валу привода, где размеры его минимальны. Из условий минимального усилия в храповом механизме собачки следует устанавливать под прямым углом относительно зуба. Чтобы собачка легко входила во впадину, рабочую сторону зуба храповика выполняют наклонной под углом 20°. К храповому колесу собачка прижимается пружиной или грузом, для уменьшения нагрузок в механизме при замыкании храпового останова применяют не одну, а несколько собачек, сдвинутых на часть шага. В такой конструкции при прекращении движения храповое колесо повернется в обратном направлении не на шаг, а только на часть его. Удар при замыкании останова будет иметь меньшую силу, чем больше число собачек. Храповые колеса изготавливают из чугуна марки СЧ-15-32, стали 55ЛП, 35ЛП, стали 45 в зависимости от нагрузок механизма. Расчет храповых остановов. Расчет сводится к определению модуля храпового колеса из условий изгиба зуба и сжатия кромок. Из условий изгиба зуба:  ,где  - крутящий момент на валу храпового колеса, Нм;  - отношение ширины зуба к модулю;  - число зубьев храпового колеса;  - допускаемые напряжения изгиба, МПа. С учетом динамического характера нагружения выбирают сравнительно небольшие, принимая запас прочности  для стали,  - для чугуна.При внутреннем зацеплении зубьев храпового колеса:  Число зубьев храпового колеса принимают  . При расчете собачки запас прочности берут  .Из условия смятия кромок зуба:  где  – допускаемая нагрузка, Н/м.Недостатки: ударный режим работы, что вызывает большие динамические нагрузки в приводной линии механизма; значительный шум; изгиб вала храпового колеса. Расчет фрикционных (роликовых) остановов. Нормальная сила давления на ролик:  где – крутящий момент на валу останова;  - внутренний диаметр останова; - количество роликов;  - коэффициент динамичности;  - коэффициент, зависящий от степени точности изготовления и монтажа; угол заклинивания (6…80).При расчетах принимают  ; коэффициент динамичности зависит от назначения останова:  - для кранов;  - ленточных конвейеров;  Диаметр ролика:  , где  – момент на валу ролика,  .Внутренний диаметр останова: конструктивно  . Длину ролика  .Наибольшие контактные напряжения сдвига между роликом и втулкой:  где  – модуль упругости материала ролика, МПа;  - приведенный радиус кривизны рабочих поверхностей.Из фрикционных остановов наибольшее применение находят роликовые остановы. Они имеют преимущества перед храповыми: отсутствие шума, ударов, изгибающих усилий. Останов состоит из неподвижного корпуса, вращающейся втулки и роликов, находящихся в клиновых пазах. При вращении привода на подъем ролики находятся в широкой части паза и не препятствуют повороту; при перемене направления движения под действием силы тяжести груза происходит быстрая остановка механизма роликами Остановка и удержание груза на весу происходят за счет сил трения между роликами и корпусом. В роликовых остановах возникают большие контактные напряжения, поэтому их изготавливают из сталей ШХ15, 40Х. Фрикционный останов отличается большей надежностью. Улучшить конструкцию фрикционных остановов можно путем применения клиновидной канавки, повышающей коэффициент трения. Тормоза. С целью остановки либо регулирования скорости движения механизмов в грузоподъемных машинах применяют тормозные устройства, которые обеспечивают в механизмах подъема остановку и удержание груза в подвешенном состоянии, в механизмах передвижения и поворота - остановку на определенной длине тормозного пути. Их устанавливают, если машина предназначена для работы на открытом воздухе. В зависимости от источника тормозного усилия тормоза ГПМ делятся: на фрикционные, эл/динамические, эл/магнитные, порошковые и гидродинамические. Фрикционные тормоза развивают необходимое тормозное усилие с помощью фрикционных сил трения, которые возникают между рабочими элементами. Эл/динамические тормозные устройства обеспечивают торможение машины с помощью эл/динамического электромагнитного поля; гидравлические - с помощью гидродинамического потока рабочей жидкости; эл/магнитные порошковые -- посредством сил трения в слое ферромагнитного порошка, развивающихся под действием эл/магнитного поля. В зависимости от назначения различают стопорные и спускные, или регулирующие, фрикционные тормоза, от характера действия - нормально замкнутые, нормально разомкнутые и комбинированные. Нормально - замкнутые, это замыкание которых создается, внешней силой (усилием пружины, весом замыкающего груза), а размыкание - действием привода тормоза; нормально-разомкнутые, которые размыкающиеся постоянно действующим внешним усилием, а замыкающиеся при воздействии привода тормоза; комбинированные, работающие в нормальных условиях как нормально-разомкнутые, а в аварийных условиях - как нормально-замкнутые действием замыкающего усилия. По принципу действия фрикционные тормоза подразделяются на автоматические и управляемые. Автоматические, замыкающиеся при отключении двигателя механизма, на котором установлен тормоз, а управляемые, замыкание или размыкание которых производится обслуживающим персоналом, при воздействии на орган управления тормозом. По конструктивному выполнению рабочих элементов - на колодочные, ленточные, дисковые и конусные. В зависимости от источника силы, обеспечивающей замыкание, они делятся на ручные, грузовые, пружинные, гидравлические; по конструкции устройства, обеспечивающего размыкание тормоза, на ручные, электромагнитные, с гидравлическими и центробежными толкателями. Для увеличения тормозного момента и снижения габаритных размеров, массы и мощности привода тормозов применяют фрикционные материалы с повышенным коэффициентом трения. К фрикционным материалам тормозов предъявляют следующие требования: высокий и стабильный коэффициент трения, достаточная прочность и износостойкость, термостойкость, небольшая стоимость, Этим требованиям наиболее полно удовлетворяют фрикционные материалы на асбестовой основе, куда входят асбест (70%), каучук и смола, а также из порошковых материалов. Наибольшее распространение в ГПМ получили фрикционные ленты толщиной 5...10 мм, изготовленные методом вальцовки из асбеста, каучука с добавлением серы. Эти ленты обладают высоким и устойчивым коэффициентом трения, меньшим износом. Коэффициент трения тканой асбестовой ленты  , допускаемая температура 200°С; вальцованной ленты  .Фрикционную ленту крепят к колодкам или стальной ленте латунными или медными заклепками во избежаний повреждений шкива, а в последних конструкциях тормозов приклеивают термостойким клеем. Износ ленты считают ориентировочно 1 мкм за каждое включение тормоза. В тяжело нагруженных тормозах применяют фрикционные порошковые металлокерамические материалы, изготовленные на медной и железной основах и имеющие высокие коэффициент трения, стабильность и износостойкость, допускающие высокие давления и скорости. Колодочные тормоза. Они делятся на одноколодочные и двухколодочные. В качестве привода применяют тормозные электромагниты и электрогидравлические толкатели. Одноколодочные тормоза применяют редко - только в механизмах с ручным приводом по причине малого тормозного момента, а также неуравновешенности системы. Двухколодочные тормоза с электромагнитом являются основными в ГПМ и представляют собой уравновешенную систему, где практически отсутствуют усилия, изгибающие вал. Тормоз состоит из шкива 1, тормозных рычагов 2, в которых шарнирно закреплены колодки 3 с фрикционными накладками, замыкающей пружины 6, находящейся в скобе 5 и закрепленной на штоке 7, вспомогательной пружины 4, клапана с якорем 8, катушки электромагнита 9 и регулировочного винта 10 (для регулировки зазора между шкивом и колодками). При включении электродвигателя одновременно подается ток в катушку электромагнита 9, которая притягивает якорь, он толкает влево шток, сжимает рабочую пружину и колодки расходятся - тормоз разомкнут. При выключении двигателя электромагнит теряет свои свойства, пружина разжимается и прижимает тормозные колодки к вращающемуся шкиву. Механизм под действием с  илы трения останавливается. Тормозные электромагниты бывают переменного и постоянного тока, короткоходовые и плунжерные. Короткоходовые электромагниты устанавливают непосредственно на тормозные рычаги и поэтому конструкция тормоза довольно компактна. Они могут работать в любом положении. Но у них недостать - резкие удары якоря о сердечник и о шток могут вызвать поломку клапана в опасном сечении, небольшое включение в час, невозможность регулирования скорости движения якоря и тормозного момента во время торможения. В современных конструкциях тормозов вместо электромагнитов широко распространены более надежные электрогидравлические приводы. Расчет колодочного тормоза для механизма подъема. Для уменьшения тормозного момента, размеров и массы тормоз целесообразно располагать на самом быстроходном валу механизма, где крутящий и тормозной моменты минимальны. Крутящий момент от силы веса поднимаемого груза  , приведенный к валу двигателя:  где - диаметр барабана;  - передаточные числа полиспаста и редуктора;  - к.п.д. механизма. Тормозной момент:  ,где - коэффициент запаса торможения: для стопорного тормоза  ; для грузоупорного  .Диаметр тормозного шкива выбирают в зависимости от тормозного момента и типа тормоза. Минимальный диаметр тормозного шкива /м/:  где f - коэффициент трения фрикционной ленты по стальному шкивy; P - давление между колодкой и шкивом. Сила трения между колодкой и шкивом:  Сила нажатия колодки на шкив:  Давление на колодки:  ,где  - угол обхвата шкива колодкой, В - ширина колодки, принимают на 5...10 мм меньше ширины шкива:  мм.Электрогидравлический толкатель - это привод, состоящий из центробежного насоса, приводимого от специального электродвигателя и поршня, который соединен с тормозной системой. Тормоза с электрогидротолкателями имеют следующие преимущества, перед тормозами с электромагнитами: плавность включения и выключения тормоза, что способствует уменьшению динамических нагрузок в механизмах и повышает их долговечность; возможность регулировки тормозного момента, возможность большого числа включений тормоза в час /до 2000/; выше износостойкость и надежность. Несмотря на указанные достоинства электрогидротолкатели не везде могут успешно работать: в условиях низких температур; при установке тормоза в наклонном положении. Тормоза с электромеханическими толкателями характеризуется плавностью работы, что благоприятно сказывается на динамической характеристике тормоза. Ход толкателя можно менять без изменения величины толкающего усилия. Они могут работать в любом положении в том числе и в горизонтальном . Применяющиеся в современных конструкциях тормозов электрогидравлические толкатели делятся на двухштоковые и одноштоковые. Толкатель состоит из корпуса, золотниковой коробки, поршня, лопастного колеса, золотника, двигателя и двух направляющих штоков соединенных с тормозом. При включении двигателя приходит во вращательное движение лопастное колесо, которое создает давление в золотниковой коробке. Благодаря этому перемешается вверх золотник, сжимающий пружину и открывающий доступ рабочей жидкости через отверстия в золотниковой коробке под поршень, который перемещается вверх, преодолевая сопротивление замыкающем пружины тормоза. При отключении двигателя толкателя под действием, пружины тормоза поршень перемещается вниз, вытесняя жидкость в пространство под ним. Основной недостаток двухштокового толкателя - склонность к заклиниванию тяг, это влияет на точность изготовления. Конструкция одноштокового электрогидравлического толкателя представляет собой механизм, состоящий из корпуса, эл/двигателя малой мощности, центробежного колеса, поршня, перемещающегося вдоль корпуса вверх при подаче рабочей жидкости, заполняющей толкатель внутреннего цилиндра, штока. При вращении колеса избыточное давление жидкости перемешает поршень со штоком, соединенным с рычажной системой тормоза. Сложность конструкции и ненадежность в работе в условиях загрязненной среды и низкой температуры - основные недостатки этих механизмов. Ленточные тормоза. Эти тормоза применяются в механизмах, где требуются большие тормозные моменты. Стальная лента с фрикционными накладками охватывает шкив и в результате прижатия ее к вращающемуся шкиву происходит торможение. Для равномерного отхода ленты от шкива предусмотрены регулировочные болты. Тормоза управляются электромагнитом, гидро- или пневмотолкателями или ножными педалями. Замыкание тормоза может быть пружинным или грузовым. В зависимости от закрепления конусов ленты различают следующие типы ленточных тормозов: простые, дифференциальные и суммирующие. Простые и дифференциальные тормоза применяют в тех механизмах, где не требуется одинаковых моментов при изменении направления вращения шкива. А суммирующий тормоз применяют там, где требуется постоянство тормозного момента не зависимо от направления вращения шкива. Применяют для механизма поворота и передвижения. Простой ленточный тормоз. Тормоз одностороннего действия применяется для реверсивных механизмов. Определяем величину окружного усилия на шкиве от тормозного момента:  где  – диаметр тормозного шкива.Натяжение набегающей и сбегающей ветвей тормозной ленты находим по формуле Эйлера:  где  – угол обхвата тормозного шкива лентой;  - коэффициент трения между шкивом и фрикционной накладкой;  - основание натурального логарифма.Ширина ленты из условий допускаемого давления в контакте:  где  – допускаемое давление.Значение допускаемых давлений зависит от материала фрикционных пар и типа тормоза: для стопорных 0,6…0,8 МПа; для спускных 0,3…0,4 МПа. Давление между лентой и шкивом:  Усилие, необходимое для торможения, определяют из условия равновесия тормозного рычага:  где  - вес тормозного рычага и якоря электромагнита;  - к.п.д. рычажной системы;  - размеры тормоза.Дифференциальный тормоз. Основан на разности моментов натяжения ветвей ленты. Усилие торможения:  Тормозной момент:  Недостатки: склонность к самозатягиванию; большой износ. Чтобы исключить самозатягивание дифференциального тормоза принимают размеры:  или  Суммирующий ленточный тормоз. Является тормозом двойного действия у которого величина тормозного момента не зависит от направления вращения привода. Усилие торможения:  Недостатки ленточных тормозов: большие усилия. изгибающие тормозной вал; неравномерный износ ленты; меньшая чем у колодочных, надежность из-за возможности обрыва ленты. Дисковые тормоза. Тормозной момент в этих тормозах создается за счет трения между неподвижными и подвижными дисками, прижимаемыми друг к другу пружиной. Замыкание тормоза производится также весом груза (грузовые тормоза) или усилием человека. Осевое усилие, создающее тормозной момент:  где  – тормозной момент; - число пар поверхностей трения; - коэффициент трения между дисками;  - средний радиус поверхности трения, м. где  - наружный и внутренний радиусы диска, м.Давление на поверхностях трения:  Центробежный дисковый тормоз. Тормоза этого типа предназначены для регулирования скорости опускания груза, используется в основном в лебедках, подъемниках. На диске, закрепленном на валу, установлен диск, который имеет возможность осевого перемещения. Расположенные на диске грузы под действием центробежной силы стремится сблизить диски и зажать расположенный между ними неподвижный фрикционный диск. Осевое усилие:  ,где  – масса одного груза, кг;  - частота вращения груза, об/мин;  - плечи рычага;  - расстояние центра тяжести до оси вращения вала; - число грузов (от 2-х до 6-и); - тормозной момент на валу тормоза при спуске груза, Нм;  - наружный и внутренний диаметры дисков трения, м. Давление на поверхностях трения дисков:  где допускаемое давление принимается по таблице.Тепловой расчет тормозов. В процессе торможения кинетическая энергия движущегося груза и вращающихся масс механизма переходит в тепловую энергию и вызывает нагревание тормоза. Одной из задач правильного конструирования тормоза является ограничение нагрева поверхности трения, который не должен превышать температуру, допускаемую для данного типа фрикционного материала, потому каждое тормозное устройство необходимо проверить по нагреву. Для этого используется метод теплового расчета, основанный на уравнении теплового баланса тормоза. Для проведения расчета рассматривается установившееся тепловое состояние тормоза, достигаемое в процессе длительной работы в повторно - кратковременном режиме. Расчет ведут по критериальным уравнениям. При достижении тормозом установившегося теплового состояния количество теплоты образующиеся на поверхности трения, д. б. равно количеству теплоты, отводимому от тормозного шкива конвекцией и лучеиспусканием. Расчет основан на уравнении теплового баланса тормоза:  где  – количество теплоты выделяющееся на поверхности трения в течении часа;  - количество теплоты, отводимое в течении часа в окружающую среду лучеиспусканием;  - количество теплоты отводимое в течение часа конвекцией при неподвижном шкиве;  - количество теплоты, отводимое в течении часа конвекцией с поверхностей и вращающегося шкива. |