3.6. Тормозные и остановочные устройства
Тормозные и остановочные устройства применяют для обеспечения надежной и безопасной работы ГПМ.
Тормоза. Предназначены для регулирования скорости опускания груза и удержания его на весу, а также для остановки и удержания в заторможенном состоянии механизмов ГПМ.
Тормоза подразделяют:
в зависимости от назначения: на стопорные, служащие для полной остановки механизмов; спускные, ограничивающие скорость опускания груза, комбинированные, выполняющие те и другие функции;
по способу управления: на управляемые и автоматические, включение которых производится под воздействием центробежных сил или силы тяжести поднимаемого груза;
по характеру работы: на нормально замкнутые (заторможенные при выключенном механизме) и нормально разомкнутые.
Тормоза должны быть надежными, безотказными в работе, долговечными, обеспечивать плавность торможения при бесшумной работе, иметь минимальные габариты. [8, 12].
Механизмы подъема груза должны быть снабжены: тормозами нормально закрытого типа, автоматически размыкающимися при включении привода и обеспечивать тормозной момент с коэффициентом запаса торможения, принимаемым по нормативным документам, но не менее 1,5.
Для снижения динамических нагрузок на механизме подъема стрелы допускается установка двух тормозов с коэффициентом запаса торможения у одного, из них не менее 1,1, у второго - не менее 1,25. При этом наложение тормозов должно производиться последовательно и автоматически. У грейферных двухбарабанных лебедок с раздельным электрическим приводом тормоз должен быть установлен на каждом приводе.
У механизма подъема с двумя одновременно включаемыми приводами на каждом приводе должно быть установлено не менее одного тормоза с запасом торможения 1,25. В случае применения двух тормозов на каждом приводе и при наличии у механизма двух и более приводов коэффициент запаса торможения каждого тормоза должен быть не менее 1,1.
Механизмы подъема груза и изменения вылета должны быть снабжены тормозами, имеющими не размыкаемую кинематическую связь с барабанами, в кинематических цепях механизмов подъема электрических талей допускается установка муфт предельного момента.
При установке двух тормозов они должны быть спроектированы так, чтобы в целях проверки надежности одного из тормозов можно было безопасно снять действие другого тормоза.
Груз, замыкающий тормоз, должен быть укреплен на рычаге так, чтобы исключалась возможность его падения или произвольного смещения. В случае применения пружин замыкание тормоза должно производиться усилием сжатой пружины.
Колодочные, ленточные и дисковые тормоза сухого трения должны быть защищены от прямого попадания влаги или масла на тормозной шкив. Червячная передача не может служить заменой тормоза [8].
Значения коэффициентов запаса торможения для различных режимов работы механизмов представлены в табл. 3.8.
Таблица 3.8
Коэффициент запаса торможения
Коэффициент запаса торможения
|
Группа режима работы механизма
|
М1-М5
|
М6
|
М7
|
М8
|
Кт
|
1,5
|
1,75
|
2,0
|
2,5
|
В грузоподъемных машинах широкое применение получили двухколодочные тормоза.[6, 9, 12].
Д
Р и с. 3.13. Схема двухколодочного тормоза с электромагнитом
1, 4 – рычаги с колодками; 2, 5 – тяги;
3, 6 - рычаги
вухколодочный тормоз (рис.3.13) состоит из двух симметрично расположенных колодок 1 и 4, верхние концы рычагов которых соединены тягой 2 с винтовой стяжкой (для регулирования ее длины) и угловым рычагом 3. К правому шарниру этого рычага прикреплена тяга 5, шарнирно связанная с рычагом 6. Шарниры О2 и О3 в большинстве случаев совмещают в один для упрощения конструкции тормоза. Отход колодок от шкива обычно назначают в пределах 0,5...2 мм в зависимости от диаметра тормозного шкива (при DТ = 100...200 мм отход делают равным 0,5 мм). С увеличением диаметра шкива величину отхода увеличивают.
Материалы рабочих поверхностей колодки и шкива выбирают такими, чтобы они обладали возможно большим коэффициентом трения. Тормозные шкивы обычно изготавливают стальными (Ст 45Л, 55Л) или чугунными (Сч-15), а тормозные колодки – из стали или чугуна. В настоящее время применяют стальные или чугунные колодки с обкладкой из специальной асбестовой ленты толщиной 4... 12 мм. Асбестовую ленту крепят к колодке медными или алюминиевыми заклепками или болтами с потайными головками.
Угол α обхвата тормозного шкива колодкой обычно принимают в пределах 60...90°, а ширину колодки b = (0,3...0,4) DТ.
Для того чтобы полностью разгрузить вал тормозного шкива от поперечных усилий, необходимо обеспечить равенство сил FN1 = FN2. Для данного тормоза это возможно при условии равенства сил F1 и F2, чего можно добиться соответствующей конструкцией рычага 3.
Усилие gGr, необходимое для затормаживания, рассчитывают следующим образом. По заданному тормозному моменту ТТ и принятому диаметру шкива DТ определяют значение окружной силы трения FT на поверхности шкива, которая равномерно распределена между двумя колодками. Нормальную силу, необходимую для создания окружной силы, вычисляют по формуле:
 ,
|
(3.14)
|
где f – коэффициент трения между шкивом и колодкой, f = 0,12…0,3
После этого можно определить усилия, на концах рычагов, т.е.:
|
(3.15)
|
Усилие в тяге 2 равно F/cos φ. Из равновесия углового рычага 3 найдем усилие F5, необходимое для создания усилий F, т. е.:
|
(3.16)
|
откуда
|
(3.17)
|
Из условия равновесия рычага получим значение рабочего усилия, требуемого для замыкания тормоза:
|
(3.18)
|
где Gr и Gя - массы груза и якоря, Н; ηш - КПД шарниров рычажной системы.
В электромагнитном колодочном тормозе с короткоходовым электромагнитом колодки 11 замыкаются предварительно сжатой пружиной 2, которая давит вправо на шток 3 левого рычага 10 и влево на скобу 1 правого рычага 6 (рис.3.14). Размыкаются колодки электромагнитом 7, закрепленным на правом рычаге. При включении тока якорь давит на головку штока 3 и сжимает пружину 2. Под действием момента, создаваемого силой тяжести электромагнита, сначала отходит правая колодка на величину, определяемую регулируемым упором 5, а затем – левая 11 под действием пружины 9. Рабочее усилие пружины 2 регулируется гайкой 4.
Р и с. 3.14. Тормоз с короткоходовым электромагнитом:
1 – скоба; 2 – пружина; 3 – шток; 4 - гайка; 5 – упор; 6 – рычаг; 7 – электромагнит;
8 – якорь; 9 – пружина; 10 – рычаг; 11 – колодка
 К недостаткам тормозов с электромагнитным управлением следует отнести невозможность регулирования величины тормозного момента в процессе торможения и резкое включение тормоза, сопровождающееся ударом якоря о сердечник. Этих недостатков нет в тормозе с электрогидравлическим управлением (рис.3.15), применяемым для размыкания тормоза. В таких тормозах (рис.3.15) затормаживание производится находящейся в скобе 7 сжатой пружиной 9, которая через шток 8, рычаг 10 и тягу 4 сближает колодки 3 и 5 (с помощью рычагов 2 и 6). Растормаживание производится с помощью электрогидравлического толкателя: в поршне гидротолкателя размещен небольшой электродвигатель с центробежным насосом, который при включении двигателя начинает нагнетать жидкость из полости над поршнем в полость под ним; поршень выдвигается из цилиндра 12, штоком 11 поднимает левый конец рычага 10 и, преодолевая усилие пружины 9, отодвигает рычаги с колодками от тормозного шкива. Отход колодок регулируется винтом 1.
П
Р и с. 3.15. Тормоз с электрогидравлическим толкателем а – общий вид; б – схема: l – регулировочный винт; 2, 6, 10 – рычаги; 3, 5 – колодки; 4 – тяга; 7 – скоба; 8 – шток; 9 – пружина; 11 – шток; 12 – цилиндр.
рименение в тормозе пружины для его замыкания обеспечивает компактность и быстродействие, а использование для размыкания электрогидротолкателя – плавность и большое усилие.
В механизмах подъема груза широко применяются автоматические нормально замкнутые тормоза с пружинным замыканием, электромагнитным или электрогидравлическим приводом типов ТКТ, ТКП, ТКГ, ЭМТ-2. При группах режимов работы М6, М7, М8 рекомендуется применять тормоза с электрогидравлическим приводом типа ТКГ. В качестве тормозного шкива целесообразно применить одну из полумуфт соединительной муфты. Основные параметры тормозов типов ТКТ и ТКГ представлены в Приложении (табл. П.2 и табл. П.3).
Предельные нормы браковки [8]:
трещины и обломы, выходящие на рабочие посадочные поверхности;
износ рабочей поверхности обода более 25% от первоначальной толщины;
трещины и обломы, подходящие к отверстиям под заклепки;
износ тормозной накладки по толщине до появления головок заклепок или более 50% от первоначальной толщины элемента.
отсутствие отдельных элементов крепления или ослабление их затяжки;
отсутствие жидкости, течь жидкости через уплотнения в корпусе гидротолкателя, заедания при срабатывании, наличие обрыва фаз.
Г
Р и с. 3.16. Грузоупорный тормоз
1 – вал; 2 – диск; 3 – шестерня;
4 – храповик; 5 – собачка.
рузоупорные тормоза [6, 12] (рис. 3.16). Применяют в качестве спускных тормозов, которые автоматически замыкаются под действием силы тяжести груза. На ведущем валу 1 закреплен неподвижно упорный диск 2 и на резьбе посажена шестерня 3, боковая поверхность которой выполнена в виде диска. На валу между дисками 2 и 3 свободно посажен храповик 4, зубья которого входят в зацепление с собачкой 5. При вращении вала 1 в сторону подъема груза шестерня 3, перемещаясь по резьбе влево, зажмет храповик 4, вследствие чего система 2-3-4 вращается в одном направлении и собачка 5 скользит по зубьям храповика. При прекращении подъема храповик 4 застопоривается собачкой 5, и груз остается на весу.
Для спуска необходимо вал 1 вращать в обратную сторону. При этом шестерня 3 с диском по резьбе начнет отходить вправо, давление на боковые поверхности храповика со стороны дисков будет уменьшаться. Как только момент трения между дисками и храповиком станет недостаточным для удержания шестерни 3 с диском от вращения, груз начнет опускаться. Это будет происходить до тех пор, пока угловая скорость шестерни 3 с диском не превысит угловой скорости вала 7. После этого вновь произойдет сближение дисков в результате перемещения шестерни 3 влево по резьбе и прекратится их взаимное угловое перемещение вследствие увеличения трения между дисками и храповиком.
При подъеме груза храповик вращается, поэтому момент от груза передается на электродвигатель через резьбу и одну пару поверхностей трения тормозных дисков, т.е.:
|
(3.19)
|
где F0 – осевая сила, сжимающая трущиеся поверхности, Н;
dcp – средний диаметр резьбы, м;
α – угол подъема винтовой линии резьбы,
ρ΄ – приведенный угол трения в резьбе;
ƒ– коэффициент трения тормозных дисков;
Dср – средний диаметр тормозных дисков, м.
При стопорении храповик не вращается и трение происходит в двух парах поверхностей; z = 2. Следовательно, тормозной момент:
|
(3.20)
|
Для надежного стопорения вводят коэффициент запаса торможения
 ,
|
(3.21)
|
где ТГ – момент создаваемый грузом.
Тормоз проверяют по давлению на поверхности дисков
 ,
|
(3.22)
|
Для плавного спуска рекомендуется принимать коэффициент запаса торможения КТ = 1,1...1,2; α = 12...20° (многозаходная резьба). Следует сводить к минимуму угол трения (шлифовка резьбы, бронзовая гайка) и шаг зубьев храповика.
Р и с. 3.17. Безопасные рукоятки
а – с грузоупорным тормозом; б – с ленточным тормозом; 1– рукоятка; 2 – храповик;
3 –шкив; 4 – тормоз; 5 – пружина.
Безопасные рукоятки. Предотвращают произвольное вращение при опускании груза. Их выполняют по одному из следующих принципов:
рукоятку соединяют непосредственно с грузоупорным тормозом, действующим от винта на ее оси (рис.3.17);
рукоятку 1 (рис.3.17, б) соединяют посредством храповика 2 с ленточным (или коническим) тормозом 4, который замкнут пружиной 5, при нажатии рукоятки пружина 5 сжимается, лента 4 отходит от тормозного шкива 3 и происходит спуск груза.
Выбор тормоза производиться из условия:
 ,
|
(3.23)
|
где ТТ.Н – номинальный тормозной момент; ТТ.Р – расчетный тормозной момент.
Расчетный тормозной момент:
 ,
|
(3.24)
|
где – КТ коэффициент запаса торможения, значения КТ приведено в табл. 3.8;
ТСТ – статический вращающий момент при торможении груза:
 ,
|
(3.25)
|
где  – полное передаточное число механизма, включая передаточное число полиспаста;
η – КПД механизма.
Пример расчета времени торможения механизма подъема представлен в разделе 6.
|
