В грузоподъемных машинах наибольшее распространение получили колодочные тормоза, основными частями которых являются: чугунный или стальной шкив, тормозные колодки и рычаги, передающие колодкам усилие нажатия. Колодки изготовляют обычно из чугуна и снабжают фрикционными накладками.
Большое распространение в тормозах получили фрикционные накладки из тормозной асбестовой ленты (ГОСТ 1198—55), сплетенные из асбестовых прядей, имеющих тонкие проволочные сердечники из меди или латуни для придания накладкам большей механической прочности и увеличения их теплопроводности.
Все большее применение получают жесткие формованные накладки, не требующие дефицитного длинноволокнистого асбеста и цветных металлов.
Весьма эффективными оказались фрикционные накладки из материала Ретинакс (ГОСТ 10851—64), пригодные для работы при высоких удельных давлениях и температурах.
Фрикционные накладки крепят к колодкам латунными или алюминиевыми заклепками. Для предохранения от износа головка заклепки должна быть утоплена в накладке не менее чем на половину ее толщины. Центр заклепки должен отстоять от края накладки не менее чем на 15 мм во избежание выкрашивания. Расстояние между заклепками не менее 80—100 мм. Прогрессивным способом крепления накладок к колодкам является приклеивание термостойкими клеями.
Стальные и чугунные шкивы должны иметь твердость поверхности трения не ниже ИВ 250.
Рассмотрим одноколодочный тормоз (рнс. 29, а).
Пусть Мкр — наибольший крутящий момент па валу тормозного шкива, создаваемый грузом; Мт = βМкр — тормозной момент; р — коэффициент запаса, принимаемый, как указывалось выше, в зависимости от режима работы крана; β— диаметр тормозного шкива в. см. N — сила нажатия тормозных колодок; F = Nf — сила трения на рабочей поверхности тормозного шкива; f — коэффициент трения колодок о шкив.
Силу нажатия на тормозную колодку определим из равенства
Усилие К на тормозном рычаге, при вращении шкива по стрелке I определяют из условия равновесия рычага
При вращении шкива в обратную сторону (по стрелке II), когда сила трения изменяет свое направление, имеем соответственно
Величина cf принимается со знаком + или — в зависимости от направления вращения тормозного шкива.
Если а = cf, то при вращении по стрелке II К = 0, т. е. тормоз становится самотормозящим и работает как останов. Таким тормозом нельзя изменять скорость опускания груза, поэтому нужно, чтобы а всегда было больше cf.
Для получения одинаковой силы торможения при любом направлении вращения тормозного шкива необходимо, чтобы точка закрепления рычага располагалась на касательной к шкиву (с = 0, рис. 29, б). В этом случае
Коэффициент трения f зависит от материала колодок и принимается по табл. 13,
Вследствие нет0чн0сти изготовления и сборки деталей тормоза, а также деформации тормозного вала и рычага, при жестком закреплении колодок к рычагу трудно обеспечить равномерное преимущественно шарнирное закрепление колодок (рис 30)
Колодочные тормоза с шарнирным закреплением колодок также не лишены недостатков. В частности, имеется некоторая неравномерное распределения давления на поверхности колодок,однако, при практических расчетах этого ие учитывают, и усилие па тормозном рычаге определяют по формуле
В грузоподъемных машинах применяют двухколодочные тормоза, при которых вал шкива разгружается от изгибающих усилий.
Двухколодочный тормоз (рис. 30) представляет собой систему из двух одноколодочных тормозов, рычаги которых связаны между собой так, что при воздействии на рычаг одной из колодок обе колодки одновременно прижимаются к шкиву или отходят от него.
В двухколодочном тормозе каждая колодка развивает половину общего тормозного момента. Колодки прижимаются к шкиву под действием груза (рис. 30, а) или стягивающей пружины (рис. 30, б), а размыкаются электромагнитом. Электромагнит подключен к сети параллельно с двигателем. При включении двигателя одновременно включается и электромагнит.
В тормозах, выполненных по схеме рис. 30, а, благодаря системе рычагов, усилие электромагнита невелико, но ход его значителен. Поэтому они называются тормозами с длинноходовым магнитом.
Если известна схема тормоза, то можно легко произвести его расчет. Так, например, для тормоза, выполненного по схеме рис. 30, а,
где f — коэффициент трения, принимаемый в зависимости от материала колодок по табл. 13.
Усилие на конце колодочного рычага
Из условия равновесия двуплечего рычага относительно точки О1 находим усилие К1в тяге АВ
Усилие на конце тормозного рычага (вес замыкающего груза без учета веса якоря)
Тяговую силу электромагнита Рт с учетом веса его якоря определяют из условия равновесия грузового рычага относительно точки О2
Действительную тяговую силу электромагнита в тормозе, замыкаемом грузом, принимают в 1,5—2 раза больше для преодоления инерции груза.
Путь, проходимый якорем при растормаживании,
Площадь рабочей поверхности (поверхности трения) тормозной колодки
По условиям износа колодок величина р не должна быть больше Указанной в табл. 13. Для предупреждения чрезмерного нагрева тормозов необходимо, чтобы условная удельная мощность торможения для стопорных
и 250 для спускных тормозов.
Диаметр тормозного шкива принимают в зависимости от тормозного момента. В табл. 15 приведены примерные размеры тормозных шкивов.
Недостатком тормозов с грузом является их громоздкость, а также значительные инерционные нагрузки от массы груза и рычагов. Поэтому в грузоподъемных машинах все большее применение получают тормоза, замыкаемые пружиной (рис. 30,б), имеющие электромагнит клапанного типа, установленный на самом тормозном рычаге. Благодаря наличию одной пары рычагов, на которых укреплены колодки, ход электромагнита в таких тормозах невелик, поэтому они называются тормозами с короткоходовым магнитом. На рис. 31 приведен общий вид такого тормоза.
Тормоз замыкается пружиной 1, воздействующей через тягу 2 и шток 3 на рычаги 4 и 5, а размыкается с помощью электромагнита 6 клапанного типа. При размыкании клапан (якорь) магнита притягивается к катушке, нажимает на шток, сжимает пружину и разводит концы колодочных рычагов. Так как электромагнит на рычаге 4 создает эксцентричную нагрузку, то для ограничения отхода правой колодки имеется упор 7 с регулировочным винтом 8. Усилие пружины регулируют гайкой 9, а величину отхода колодок— гайкой 10. Для отхода рычага 5 установлена вспомогательная пружина 11
При заданном тормозном моменте Мm усилие па конце тормозного рычага К, равное разности давления основной и вспомогательной пружин, будет
При размыкании тормоза основная пружина дополнительно сжимается на величину
Вследствие дополнительного сжатия пружины давление ее при размыкании возрастает, что должно учитываться при расчете тормоза (см. пример).
Выбор тормозного электромагнита клапанного типа производят на основании численного равенства работы электромагнита
(момент па угол поворота) и работы тормозной силы (усилие нажатия на ход колодок)
Допустимый угол поворота получают умножением каталожного значения этой величины на коэффициент R1 зависящий от жесткости рычагов.
Для штампованных рычагов R1 = 0.85-0.9
Расчет тормозных рычагов ведется на изгибающий в опасном сечении
Для тормозов с короткоходовым электромагнитом без демпферов α =2,5, длинноходовых электромагнитов без демпферов α= 2,0, для электрогидравлических толкателей α = 1,0.
Удельные давления в шарнирах рычагов не должны превышать 30 кгс/см2. Оси шарниров должyы быть закалены до твердости Rc 45—50.
Наряду с электромагнитами в тормозах, где требуется плавное срабатывание, получают применение электрогидравлические толкатели.
Принцип действия электрогидравлического толкателя (рис. 32) следующий. В цилиндре 7, заполненном маслом, имеется поршень 2, внутри которого горизонтально установлена крыльчатка 3 центробежного насоса, вал которой телескопически соединен с вертикальным валом 4 электродвигателя. При включении основного электродвигателя, а параллельно с ним электродвигателя 5 гидравлического толкателя центробежный насос перекачивает масло под поршень и создает там давление, под действием которого поршень, а вместе с ним тяга 6 и траверса 7 поднимаются вверх и посредством рычага 8 растормаживают механизм. При остановке двигателя 5 масло под действием внешней нагрузки и собственного веса поршня перетекает из нижней полости в верхнюю, поршень опускается и пружина 9 затормаживает тормоз.
В кранах наибольшее распространение получили электро-гидравлические толкатели типа Т (рис. 33) с золотниковым устройством, позволяющим регулировать время подъема и опускания траверсы.
На корпусе 4, заполненном маслом, закреплен электродвигатель 2, соединенный эластичной муфтой с валом 11. На конце вала насажена крыльчатка 12, расположенная в корпусе насоса 13, где установлен и золотник 10.
Корпус толкателя разделен поршнем 7 на две полости — верхнюю и нижнюю.
При включении электродвигателя давление внутри корпуса 13 повышается, золотник 10 передвигается вверх, открывает нижние окна корпуса 13 и масло из верхней полости толкателя, через окна в трубе 6, перегоняется крыльчаткой 12 в нижнюю полость. Под давлением масла поршень 7 движется вверх и выдвигает штоки 5, на которых закреплена траверса 1.
При выключении электродвигателя насосное колесо останавливается, давление под поршнем падает, золотник 10 под действием пружины 9 опускается и открывает верхнее окно 8 корпуса 13.
Поршень 7 под действием внешней нагрузки и собственного веса опускается и перегоняет масло в надпоршневое пространство.
Скорость подъема и опускания поршня регулируется болтами 5, выведенными на крышку толкателя. Болты ограничивают ход золотника 10, в результате изменяются размеры окон для перепускания масла.
Давление, создаваемое центробежным насосом под поршнем, составляет 1,5—3,0 н/см2 (0,15—0,3 кг/см2).
Лопасти рабочего колеса насоса выполнены радиальными, вследствие чего работа толкателя не зависит от направления вращения двигателя толкателя.
В настоящее время изготовляется четыре типоразмера гидравлических толкателей с номинальным усилием па траверсе 25, 45, 75 и 160 кгс, а мощность электродвигателей соответственно 50, 120, 180 и 400 вт.
Ход штока равен 40—90 мм в зависимости от размера электро-гидравлического толкателя.
К преимуществам электрогидравлических толкателей по сравнению с электромагнитом относятся: повышенная износоустойчивость электродвигателей, превышающая в несколько раз износоустойчивость электромагнитов, меньший вес, меньшие пусковые токи и расход энергии, нечувствительность к возможности заклинивания рычажного механизма колодок.
В качестве недостатка можно отметить большее время срабатывания по сравнению с электромагнитами и длительность возврата после отключения.
В тормозах могут быть использованы центробежные толкатели. Такой толкатель (рис. 34) состоит из электродвигателя 1 и корпуса
2. Внутри корпуса расположены пружины 5 и вал 4, к которому с помощью рычагов укреплены грузы 3. Нижний конец вала 4
Скользящей шпонкой телескопически соединен с валом электродвигателя.
Пружины 5 отжимают шток 6 книзу и замыкают тормоз. При включении электродвигателя грузы 3 под действием центробежных сил смещают вал 4 кверху, сжимают пружины и растормаживают тормоз. При выключении двигателя пружины 5 замыкают тормоз,
Пример. Рассчитать тормоз с пружинным замыканием подъемного механизма мостового крана. Тормоз выполнен по схеме, показанной на рис. 30, б, и установлен на валу двигателя п = 730 об/мин. Крутящий момент, создаваемый грузом на валу тормоза, МкР = 270 нм (2700 кгс*см). Режим работы крана средний.
По табл. 15 принимаем диаметр тормозного шкива D = 300 мм, ширину колодок 120 мм. Расчетный тормозной момент
