ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ И ТРАНСПОРТИРУЮЩИЕ МАШИНЫ НА ЗАВОДАХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Колодочные тормоза

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), спле-

Тенные из асбестовых прядей, имеющих тонкие проволочные сер­дечники из меди или латуни для придания накладкам большей механической прочности и увеличения их теплопроводности.

Высокими эксплуатационными качествами обладают валь­цованные накладки, изготовленные по ТУ № 3027—51 Глав - шннпрома. Они представляют собой полугнбкие плотные изделия, обладающие незначительной способностью впитывать воду и ми­неральные масла.

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 (рис. 29, а). Пусть Мкр — наибольший крутящий момент на валу тормоз­ного шкива, создаваемый грузом; Мт = |Шк/> — тормозной мо­мент; р — коэффициент запаса, принимаемый, как указывалось выше, в зависимости от режима работы крана; D — 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

Откуда

TOC o "1-3" h z * = (51)

Усилие К на тормозном рычаге, при вращении шкива~гпо стрелке / определяют из условия равновесия рычага

К/1 — Na — Nfc = 0, (52)

Откуда

А у - } щ ■

При вращении шкива в обратную сторону (по стрелке II), Когда сила трения изменяет свое направление, имеем соответ­ственно

К - N [A —Cf) _ Mm2 (а - cf) ,r

А;/- I щ ■ [М)

В общем случае

N {а ~ Cf) Мт2 (д ± Cf)

Д = —------------------ Щ------ . (Ы>)

Величина cf принимается со знаком - f - или — в зависимости от направления вращения тормозного шкива.

Если а — с/, то при вращении по стрелке // 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

К/-*,,—^г-. (56)

Коэффициент трения / зависит от материала колодок и прини­мается по табл. 13.

58

Вследствие неточности изготовления и сборки деталей тормоза, а также деформации тормозного вала и рычага, при жестком за­креплении колодок к рычагу трудно обеспечить равномерное при-

Легание колодки к шкиву. Поэтому в крановых тормозах приме­няют преимущественно шарнирное закрепление колодок (рис. 30).

Колодочные тормоза с шарнирным закреплением колодок также не лишены недостатков. В частности, имеется некоторая неравно­мерность распределения давления на поверхности колодок,

Однако, при практических расчетах этого не учитывают, и усилие па тормозном рычаге определяют по формуле

(57)

В грузоподъемных машинах применяют двухколодочные тор­моза, при которых вал шкива разгружается от изгибающих уси­лий.

Двухколодочный тормоз (рис. 30) представляет собой систему из двух одно колодочных 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, при Мт = $Мкр сила нажатия колодки

N = (58)

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 О] находим усилие /(, в тяге ЛВ

„ Kk _ Mak И

Усилие на конце тормозного рычага (вес замыкающего груза без учета веса якоря)

= (59)

А! йЦ _ ; _ j

От колодки до замыкающего груза,

Следовательно KQ = Nip Н, ас учетом трения в шарнирах

= (60)

Где ц — 0,9 — к. п. д. рычажной передачи.

Тяговую силу электромагнита Рт с учетом веса его якоря оп­ределяют из условия равновесия грузового рычага относительно точки О2

KoU + GHKlb — РТ1ъ = 0,

Откуда

'5

Действительную тяговую силу электромагнита в тормозе, за­мыкаемом грузом, принимают в 1,5—2 раза больше для преодо­ления инерции груза.

Путь, проходимый якорем при растормажнванни,

H ^ 2rpEip, (02)

Где е — радиальный зазор между рабочими поверхностями коло­док и шкивом в разомкнутом состоянии тормоза, кото­рый следует принимать не менее величин, указанных в табл. 14;

Ф = 1,1 — коэффициент, учитывающий увеличение хода якоря электромагнита вследствие зазоров в шарнирах рычагов.

Таблица 14

Площадь рабочей поверхности (поверхности трения) тормоз­ной колодки

F^, ' (63)

Где а = 60-^90° — угол обхвата шкива колодкой; обычно а - 70"; b — ширина колодки, принимаемая по табл. 15. Удельное давление на колодке

Р = - у^[р. (64)

По условиям износа колодок величина р не должна быть больше указанной в табл. 13. Для предупреждения чрезмерного нагрева Тормозов необходимо, чтобы условная удельная мощность

Л

См* сек Скных 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, за - Таблица 15 МЫкаемые пружиной (рис. 30,6), 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 Мт усилие па конце тор­мозного рычага К, равное разности давления основной и вспомо­гательной пружин, будет

Я = .(65)

Где >|Р — к. п. д. рычажной системы тормоза. Прн наличии смазки в шарнирах гр = 0,95; без смазки цр = 0,9; / и а — плечи рычага.

При размыкании тормоза основная пружина дополнительно сжимается на величину

А = 2е —, (66)

Где б — отход колодки в см. 62

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)

= N Л — ,

Где Мм — момент, развиваемый электромагнитом; ф — допустимый угол поворота якоря в рад; N—давление колодки; А — величина отхода колодки; Лр = 0,9-1-0,95 — к. п. д. рычажной системы. Допустимый угол поворота получают умножением каталожного значения этой величины на коэффициент klt зависящий от жест­кости рычагов.

Для штампованных рычагов k] -- 0,85 f-0,9. Расчет тормозных рычагов ведется на изгибающий момент в опасном сечении

ТГ". (68)

Где W — момент сопротивления изгибу;

А — динамический коэффициент, учитывающий характер при­ложения силы при замыкании тормоза. Для тормозов с короткоходовым электромагнитом без демп­феров а - 2,5, длинпоходовых электромагнитов без демпферов а 2,0, для электрогидравлических толкателей а = 1,0.

Удельные давления в шарнирах рычагов не должны превы­шать 30 кгс/см'2. Оси шарниров должны 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 1, 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 электро­гидравлические 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 пазммы окон для пе­репускания масла.

Давление, создаваемое центробежнымЧгасосом щд поршнем, составляет 1,5—3,0 н! смг (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 Em.

Ход штока равен 40—90 мм в 1Лгеисимости от размера электро­гидравлического 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.

5 Евневич 65

Рис. 33. Электрогидравлический толкатель типа Т:

I — траверса; 2 — электродвигатель типа АОЛ| 3 — болты для регулирования скорости Подъема и опускания поршня; 4 — корпус толкателя; 5 — штоки; 6 — труба; 7 — пор­шень; 8 — нижнее окно кожуха; 9 — пружина золотника; 10 — золотник; II — вал; 12 — крыльчатка; 13 — корпус насоса

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

А) б)

Рис. 34. Центробежный толкатель: А—положение покоя; б—положение прн включенном двигателе толкателя

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

Мт = р МкР.

По нормам Госгортехнадзора для среднего режима работы крана р = 1,75. следовательно, Мт — 1,75-270 — 480 н. м (4800 кгс/см), Плечи рычагов прини­маем а — 180 мм, I~ 400 мм.

Для колодок с асбестовой лентой при случайном попадании смазки коэффи­циент трения f= 0,35 (см. табл. 13). Усилие нажатия на колодку

ЛГ Мщ 480 N = ~W =МЩ35= 4550 к-

Усилие на конце тормозного рычага

Na 4550-18 Л1ЛП

Где t)p = 0,95 — к. п. д. рычажной системы.

Величину отхода колодок от шкива принимаем е = 0,6 мм, тогда ход замы­кающего штока

. 0 I 2.0,6.40

Д = 2е—- =----------------- = 2,7 мм.

А 80

Принимаем предварительно, по аналогии с действующими тормозами, сле­дующую характеристику пружин:

Замыкаю - Вспомога - щая тельная

TOC o "1-3" h z Диаметр проволоки D в мм..................................................... 9 3,2

Средний диаметр витков D в мм...................................... 46 30

Число рабочих витков п.................................................... 12 6

Усилие, создаваемое пружиной, зависит от величины сжатия ее и опреде­ляется по формуле

Gd*s 8D4 *

ГдеС^8,5-106 кгс/см2 (0,85-Ю5 Мм/жг) — модуль упругости при кручении; D — диаметр проволоки пружины в см D — средний диаметр витков пружины в см S — прогиб в см; П — число рабочих витков. Усилие сжатия вспомогательной пружины

Gdecns 8,5.106.0,32*.0,27 _ 8D3 л = 8^6 - ^ {2° Н) ■

° всп всп

Давление рабочей пружины при замыкании

Рзам = К + Рвсп = 210 + 2 = 212 кгс (2120 к).

Т

Первоначальный прогиб пружины для получения указанного усилия Р3ам:

Ы1ам

Дополнительное усилие от сжатия замыкающей пружины при растормажи - вании

AD GdtaMS 8,5.10б.0,94.0,27 ,к „ ,1йП , *Рз0М = = 8.4,63.12 = 16 КгС <16°

Максимальная сила, развиваемая пружиной при размыкании, Рпруж = К + ДРзая = 2120 + 160 = 2280 н (228 кгс).

Максимальное напряжение кручения в пружине определяем по формуле, 8ZWW 8.4,6.226

J.14-0,93 См2 ж3 /

Мн 500 J •

Максимальная сила на штоке, развиваемая электромагнитом,

Р0 = К + ДРзам + Рвсп = 210 + 16 - 2 = 214 кг (2140 «).

По хаталогу принимаем электромагнит клапанного типа М0-300Б, создающий щшент 1000 кгсм (100 нм). Усилие нажатия на штоке при плече 40 мм (4 см)

Pa max = 104°° = 250 кгс (2500 н),

ЙйГО больше требуемых 224 кг.

Площадь рабочей^поверхности_колодки~при угле обхвата а — 70°

IiDab 3,14-30.70.12

"зёо~ - ------- зад----- =

Удельное давление

N 460 кгс /л Мм

. что допустимо (см - табл. 13). Окружная скорость шкива

JiDn 3,14-0,3.730 ,Ir, u = 60 = 60 = 11,5 м/сек -

Условная удельная работа трения

А = ри = 2,Ы1,5 = 25.4

См2 сек

ТО также меньше допустимой [А = 50 кгс/см2 • м/сек.