12.4 Остановы и тормоза

А. Остановы служат для удержания груза в поднятом со­стоянии и не препятствуют его подъему. В основном применяют в механизмах с ручным приводом храповые (рис. 12.10) и роли­ковые (рис. 7.7, б) остановы.

Храповые остановы надежнее в работе и более распро­странены. Останов состоит из храпового колеса 1 с зубьями спе­циального профиля и собачки 2, прижимаемой пружиной 3.

В храповых остановах рассчитывают зуб колеса на изгиб, контактирующие поверхности зуба и собачки - на смятие и со­бачку - на сложное сопротивление.

Из расчета зуба на изгиб

где Т - крутящий момент, действующий на валу храпового коле­са; у - коэффициент формы зуба, равный 0,375 для внешнего и 0,755 для внутреннего сопротивления; =b/m - коэффициент ширины; []_и- допускаемое напряжение изгиба.

Рис. 12.10

Проверка на линейное удельное давление (смятие)

где [р] = 300.. .400 Н/мм - допускаемая нагрузка.

Собачку рассчитывают на сжатие силой F_t ( и изгиб момен­том F_t·e (e - эксцентриситет действия силы).

Б. Тормозами называют устройства, предназначенные для остановки подъемного, ходового и поворотного механизмов в грузоподъемной машине. Тормоза - очень ответственные узлы, так как от них зависит безопасность работы подъемных машин. Тормоза различают:

по назначению - стопорные для останова механизма; спу­скные, которые ограничивают скорость опускания груза; комби­нированные, выполняющие те и другие функции;

по конструкции - колодочные, ленточные, дисковые и ко­нические;

по принципу действия - управляемые, в которых замыка­ние и размыкание производится обслуживающим персоналом, и автоматические.

Тормоза надежнее устанавливать непосредственно на ра­бочем органе (барабане, колесе и т.п.), но конструкция их при этом получается громоздкой. В целях компактности и разгрузки механизма от инерционных сил тормоза принято размещать на приводном валу, кинематически жестко связанном с валом рабо­чего органа.

В. Колодочные тормоза получили наибольшее распро­странение, так как они надежны в работе, мало нагружают валы, имеют довольно простую конструкцию; их подразделяют на од­но- и двух колодочные, автоматически замыкаемые под действи­ем силы тяжести или усилия сжатой пружины.

В более совершенной конструкции тормоза (рис. 12.11) с короткоходовым электромагнитом (ход якоря электромагнита не более 4,5 мм) колодки 7 замыкаются предварительно сжатой пружиной 1. Колодки размыкаются электромагнитом 2, укреп­ленным непосредственно на вертикальном рычаге 3. Якорь элек­тромагнита 4 при замыкании поворачивается около шарнира О, нажимает на шток 5 и преодолевает усилие сжатия пружины 1. Для ускорения отхода вертикальных рычагов в начале расторма-живания установлена вспомогательная пружина 6.

Рис. 12.11

Для успешной работы тормоза сила трения обоих колодок 2f·F_n должна быть больше окружного усилия на шкиве 2T_T/D

откуда

Пренебрегая величиной смещения равнодействующих сил нажа­тия и учитывая КПД  рычажной системы ( = 0,9...0,95) определяют силу F в конце стойки.

При этом усиление F₀, создаваемое рабочей пружиной 1

(F_В = 20...60 H - усилие вспомогательной пружины).

Условное среднее давление между шкивом и колодкой проверяют из соотношения

,

где А_к - площадь поверхности трения одной тормозной колодки; В - ширина колодки; α =60... 110° - угол обхвата шкива колод­кой; [р] - допускаемое давление.

Колодки тормозов обычно выполняют чугунными, арми­рованными лентами из материалов с высокими коэффициентами трения f.

Г. В ленточных тормозах торможение вращающихся шкивов производится в результате трения фрикционного мате­риала, прикрепленного к гибкой стальной ленте, по поверхности тормозного шкива. Ленточные тормоза развивают в 2...2,5 раза больший тормозной момент, чем колодочные (при равных габа­ритах).

В зависимости от принципиальной схемы закрепления концов ленты различают простой, дифференциальный и суммирующий ленточные тормоза.

В простом ленточном тормозе (рис. 12.12, а) один конец ленты прикреплен к станине тормоза, другой - к рычагу. Замыка­ние тормоза - грузовое, размыкание - электромагнитом. Простой ленточный тормоз является тормозом одностороннего действия.

В основу расчета ленточных тормозов положено соотно­шение

( F_нб и F_сб - натяжение соответственно набегающей и сбегающей ветвей ленты).

Рис. 12.12.

Из уравнения моментов относительно оси вращения ры­чага в период затормаживания (пренебрегая весом рычага) опре­деляют силу, создаваемую замыкающим грузом

где F_сб — рассчитывают из соотношений:

(F_t - окружное усилие; Т_т - тормозной момент; D - диаметр шки­ва ; G_я - вес якоря электромагнита).

Дифференциальный ленточный тормоз (рис. 12.12, б) ха­рактеризуется тем, что оба конца ленты закреплены по разные стороны от оси поворота (причем а b). Дифференциальный тормоз предназначен для одностороннего торможения, он очень резко тормозит.

Усилие, необходимое для торможения, определяется из уравнения моментов относительно оси вращения рычага

Как видно из уравнения масса замыкающего груза для дифференциального тормоза меньше, чем для простого, так как натяжение набегающей ветви F_нб создает момент (-F_нб ·a), способ­ствующий торможению.

В суммирующем ленточном тормозе (рис. 12.12, в) концы ленты закреплены к рычагу так, что при повороте рычага натяги­ваются и ослабляются оба конца ленты. Это достигается тем, что оба конца ленты закрепляют на тормозном рычаге с одной его стороны на одинаковых плечах.

В суммирующем тормозе усилие замыкания

значительно больше, чем для простого тормоза.

Суммирующий ленточный тормоз применяют как ревер­сивный: независимо от направления вращения вала момент от на­тяжения обоих концов ленты будет постоянным.

В конструкциях кранов главным образом применяют про­стые ленточные тормоза. Несмотря на ряд преимуществ: ком­пактность, простота конструкции, способность развивать боль­шие тормозные моменты - ленточные тормоза проигрывают по надежности колодочным, так как обрыв стальной ленты тормоза влечет за собой аварию.

Д. Грузоупорные дисковые тормоза (рис.12.13.) относят к спускным тормозам, автоматически замыкаемым при спуске груза под действием силы тяжести груза.

При подъеме груза машинный или ручной привод враща­ет вал 2 в направлении подъема. Шестерня-гайка 1 перемещается влево и своим торцом прижимает храповое колесо 3 к диску 4. Когда тормозной момент Т_Т становится больше момента от груза Т_ГР, вал 2 начинает проворачиваться вместе с храповиком 3, кото­рый не задерживается собачкой 5 (вращение происходит в сторо­ну подъема грузу).

Рис. 12.13

При остановке собачка 5 останавливает храповое колесо 3 и тормоз удерживает груз на виду. При вращении вала 2 в направлении спуска шестерня-гайка 1 отойдет вправо и Т_Т умень­шится. Когда Т_Т становится меньше Т_ГР, вал 2 начинает поворачи­ваться относительно неподвижного храповика 3 и груз опускает­ся. Поскольку опускание груза происходит ускоренно, то через некоторый промежуток времени шестерня-гайка сместится влево и зажмет храповик. Такое чередование смещения шестерни вы­зывает непрерывное скольжение храпового колеса 3 между 4 и торцом шестерни-гайки 1, в результате груз будет опускаться со скоростью, не превышающей окружную скорость вала 2.

Момент Т_ГР силы тяжести груза, приведенный к тормоз­ному валу, должен уравновешиваться суммой моментов Т_f трения и Т_р трения в резьбе

где d₂ - средний диаметр резьбы; -угол подъема витков, =20...30°;  -угол трения; D_c - средний диаметр дисков трения;

F₀ - замыкающее усилие, действующее вдоль вала.

Для надежного стопорения должно соблюдаться условие при к_Т = 1,2...1,3

Грузоупорные дисковые тормоза широко используют в ручных подъемных механизмах, а также в качестве дублирующе­го тормоза в электроталях и лебедках.

Контрольные вопросы

1. В чем основное отличие грузоподъемных машин от транспортирующих?

2. Какие различают виды грузоподъемных устройств по конструкции и назначению?

3. Какие различают режимы работы и нагружения подъемных механизмов?

4. Перечислите основные виды захватных устройств.

5. Что используют в подъемных устройствах в качестве тяговых органов? Расскажите о конструкциях грузовых канатов и их расчете.

6. Какие преимущества дает применение силовых полиспастов? В каких случаях рационально использовать сдвоенный полиспаст?

7. Каковы конструкции грузовых блоков, звездочек и барабанов? Как рассчитывается стенка барабана?

8. Назовите режимы работы электродвигателей и дайте их определение. Что такое ПВ%? Как используют этот показатель?

9. Расскажите о типах и конструкциях остановов и тормозов, применяемых в грузоподъемных машинах.

Лекция 14