8.3. Конструкции тормозов

8.3.1. Колодочные тормоза

В подъемно-транспортных машинах находят применение разнообразные конструкции колодочных тормозов, различающихся схемами рычажных систем.

Торможение механизма колодочным тормозом происходит в результате создания силы трении между тормозным шкивом, связанным с одним из валов механизма, и тормозной колодкой, соединенной посредством рычажной системы с неподвижными элементами конструкции. Одноколодные тормоза, создающие при торможении усилие, изгибающее тормозной вал, практически не применяют.

Одноколодочный тормоз состоит из колодки 1. жестко или шарнирно закрепленной на рычаге 2, с помощью которого она прижимается к тормозному шкиву 3, установленному на валу механизма (рис. 5.7.). Существенный недостаток такого тормоза заключается в том, что одностороннее нажатие колодки на шкив вызывает изгиб тормозного вала и увеличение нагрузки на его опоры. Поэтому этот тормоз применяется при небольших тормозных моментах, например, у вьюшек для стяжного троса.

Рисунок 8.1. Схема одноколодочного тормоза.

Практически на всех СПТМ преимущественно используются сдвоенные колодочные тормоза, состоящие из двух простых тормозов, связанных между собой системой рычагов, которые обеспечивают одновременное и равное перемещение колодок, закрепленных на рычагах.

Исходной величиной при проектировании любого тормоза является наибольший крутящий момент, который может возникнуть на тормозном валу в период торможения; значение потребного тормозного момента М_т определяется при расчете соответствующего механизма проектируемой машины. Этот момент уравновешивается моментом сил трения между колодками тормоза и шкивом:

, (8.1)

где N₁ и N₂ – равнодействующие сил давления на левую и правую колодки;

– коэффициент трения между колодкой и шкивом;

D – диаметр шкива.

Нормальное давление колодки на шкив при прямых тормозных определяют из равенства:

, Н (8.2)

Сила трения:

, Н (8.3)

Наименьшую силу нажатия на колодку при данной величине потребного тормозного момента можно получить путем выбора материала рабочих поверхностей колодки и шкива с высоким коэффициентом трения . Тормозные колодки изготовляют из стали 25 ЛΙΙ, реже – из чугуна и снабжают обкладками из асбестовой тканой ленты или из более стойкой вальцованной ленты из асбестовой крошки. Обкладки крепят к колодкам медными или алюминиевыми заклепками либо болтами с потайными головками. Коэффициент трения зависит от температуры и может измениться при случайном попадании смазки на трущиеся по­верхности; среднее значение его 0,35 – 0,42 (см. табл, 5.1., в которой приведены фрикционные материалы для тормозов). Износостойкость трущихся поверхностей зависит от удельного давления, температуры нагрева, а также от поверхностной твердости шкива. Допускаемые удельные давления [р] Мн/м² (кгс/см²) и температура нагрева обкладок [τ] град на поверхности трения приведены также в таблицах. Шкивы отливают из стали марок 45 ЛΙΙ и 55 ЛΙΙ, реже – из чугуна СЧ 15–32 и подвергают термообработке, чтобы получить поверхностную твердость не ниже НВ 250.

Среднее давление между колодкой и шкивом:

, Па

F – расчетная площадь соприкосновения колодки со шкивом;

; м²

– допускаемое удельное давление, принимаемое по табл.;

В – ширина колодки, принимаемая обычно с целью обеспечения полного контакта между колодкой и шкивом на 5 – 10 мм меньше ширины шкива;

– угол обхвата шкива колодкой.

В колодочных тормозах различных конструкций угол колеблется в пределах 60 – 120°, в тормозах конструкция ВНИИПТМАШа величина принята равной 70° с целью обеспечения лучшего отхода колодки от шкива (при прямых рычагах) и лучшего охлаждения шкива.

Результирующую силу основной и вспомогательной тормозных пружин P₁, действующую одинаково на оба рычага, определяют из выражения:

, (8.4)

в котором D, l, l₁ – размеры;

f – коэффициент трения;

– коэффициент, учитывающий потери в рычажной системе тормоза при качественно выполненных шарнирах и регулярном подводе смазки ( = 0,9 ÷ 0,95).

Диаметр тормозного шкива (наименьший) ориентировочно подсчитывают по формуле:

м. (8.5)

При использовании в качестве тормозных обкладок вальцованной ленты толщиной δ мм диаметр тормозного шкива:

,мм

где k_б = 25 – 30 при δ = 4 – 6 мм и k_б =40 при δ>6 мм.

Обозначая передаточное число рычажной системы и , получают следующее выражение для определения силы тяжести груза 7, необходимого для создания заданного тормозного момента М_т:

. (8.6)

Тормозной длинноходовой электромагнит типа КМТ или КМП выбирают по каталогам в соответствии с потребной его работоспособностью, определяемой произведением тягового усилия Z_я на величину хода якоря Н мм; значения Z_я и H приводятся в каталогах.

Из условия равенства работ затормаживающих сил N и растормаживающего тягового усилия Z_я, учитывая трение в шарнирах коэффициентом ш и вводя коэффициент использования рабочего хода якоря k_я = 0,65 – 0,8 , можно записать:

и . (8.7)

Зазор между колодкой и шкивом в зависимости от диаметра шкива принимают от 0,6 до 1,75 мм. Коэффициент k_я = 0,65–0,8 вводят, чтобы учесть увеличение зазора и соответственно хода якоря в процессе эксплуатации вследствие износа обкладок, а также для компенсации «мертвого хода» шарниров.

Рассматривая равновесие рычага 6 при растормаживании, можно записать:

откуда

. (8.8)

Подставляя значение Gг из формулы (5-3), после преобразований получают:

. (8.9)

Потребное значение передаточного числа рычажной системы:

. (8.10)

Для получения малогабаритного тормоза, уменьшения мощности его размыкающего устройства (привода) и одновременно большего тормозного момента в тормозах грузоподъемных машин используют специальные материалы, обладающие повышенными фрикционными качествами. Из фрикционных материалов, выпускаемых отечественной промышленностью, наилучшими свойствами применительно к использованию в тормозах подъемно-транспортных машин обладает вальцованная лента « Накладки тормозные вальцованные» ТУ № 3027-51 Главшинпрома. Вальцованную ленту выпускают толщиной 4 – 8 мм и шириной 20 – 100 мм. Длина ленты не ограничивается. Вальцованная лента хорошо работает в паре с чугунным или стальным тормозным шкивом, имеющим твердость поверхности трения не ниже НВ 250; при более низкой твердости ускоряется износ стального тормозного шкива и фрикционного материала.

Фрикционный материал обычно крепят к тормозной колодке или ленте латунными, медными или алюминиевыми заклепками. Для предохранения шкива от чрезмерного износа заклепка должна быть утоплена в накладке не менее, чем на половину ее толщины. Центр заклепки располагают от края накладки не менее чем на 15 мм во избежание выкрашивания. Расстояние между заклепками рекомендуется принимать не менее 80 – 100 мм. В последнее время в промышленности все больше внедряется метод соединения накладок с металлическим элементом на термостойком клее. При этом способе более полно используется фрикционный материал и повышается износостойкость фрикционной пары.

Допускаемые давления при использовании фрикционных материалов в колодочных тормозах механизмов среднего режима работы рекомендуется принимать по таблицам. Для легкого режима работы рекомендуемые значения давлений можно повысить на 30%. Для тяжелого и весьма тяжелого режимов работы они должны быть снижены на 30%.

Для основных фрикционных материалов в результате их испытания в различных условиях работы установлены следующие значения допускаемой температуры нагрева (в °С), при превышении которой они теряют свои фрикционные качества:

вальнованная лента……………………………………………………220

тормозная асбестовая лента типа А (пропитка битумом)………….200

тормозная асбестовая лента типа Б (пропитка масляная)………….175

Превышение допускаемой температуры приводит к нарушению надежности тормозного устройства.