5.5.12 Выбор тормоза

Тормоза предназначены для надёжного удержания поднятого груза и подразделяются по своей конструкции на три вида: колодочные, ленточные и дисковые. Действие крановых тормозов основано на использовании сил трения, возникающих при прижатии к вращающемуся тормозному шкиву или диску тормозящих элементов: колодок, ленты, другого диска и т.п.

В колодочных тормозах, которые устанавливаются на мостовые, козловые и башенные краны, тормозные колодки прижимаются к шкиву усилием предварительно сжатой пружины, а отводятся от шкива при растормаживании специальным устройством, в качестве которого применяют электромагниты, электрогидротолкатели, электромеханические толкатели и др. В ленточных и дисковых тормозах торможение осуществляется за счет охвата тормозной лентой шкива или прижатием вращающегося диска к другому неподвижному усилием направленным вдоль оси дисков.

Эффективная работа крановых тормозов достигается благодаря применению специальных фрикционных материалов, обладающих высоким и стабильным значением коэффициента трения, термостойкостью и достаточной механической прочностью. К ним относятся асбополимерные материалы, пластмассы, металлокерамика и др. Самый высокий коэффициент трения 0,42-0,48 имеют вальцованные эластичные ленты ЭМ-1, в состав которых входят асбестовое волокно в сочетании с каучуком, металлическим порошком и связующими смолами. Несколько ниже коэффициент у тканой асбестовой ленты, а также у пластических материалов типа КФ-3. Для сравнения укажем значение коэффициента трения чугунных или бронзовых колодок, которые также применяются в некоторых типах тормозов. У этих материалов коэффициент трения не превышает , но они имеют свои преимущества - допускают более чем двукратное увеличение давления колодки на тормозной шкив. В тяжело нагруженных тормозах в последнее время получают все большее распространение спеченные порошковые материалы на железной и медной основе, называемые в литературе металлокерамикой. Коэффициент трения металлокерамических тормозных колодок находится в пределах . Главным же их достоинством является способность выдерживать высокие контактные нагрузки. Так в масляной ванне дисковых тормозов они надежно работают с давлением до 2,5 мПа, что для других фрикционных материалов не допустимо.

Наибольшее применение в грузоподъемных машинах получили стопорные нормально замкнутые автоматические колодочные тормоза. При отключенном электропитании такой тормоз всегда находится в замкнутом состоянии. Если же механизм работает, то на это время тормоз размыкается, но вновь автоматически замыкается при отключении электродвигателя от сети. В прил. 6 приведены характеристики колодочных тормозов: номинальный тормозной момент, диаметр тормозного шкива и наибольший габаритный размер, представляющий интерес на этапе компонования грузоподъемного механизма.

Колодочные тормоза серий ТКТ с электромагнитным толкателем переменного тока и серий ТКП с толкателем постоянного тока просты по конструкции и достаточно компакты. Но срабатывают они в момент торможения резко, динамические нагрузки от соударения колодок со шкивом в 2-3 раза превышают статические силы, что приводит к относительно быстрому изнашиванию деталей тормоза.

Гораздо мягче срабатывают тормоза серии ТКГ с электрогидравлическим толкателем или тормоза с центробежным электромеханическим толкателем, поэтому они дольше служат и выдерживают практически неограниченное число включений. Наряду с колодочными на крановые механизмы стали устанавливать и дисково-колодочные тормоза, у которых за счет лучшего теплоотвода удается реализовать повышенные тормозные моменты. К примеру дисково-колодочные тормоза фирмы Krupp с тормозными дисками диаметром 800 и 1000 мм развивают тормозной момент соответственно 20000 и 26000 Нм.

Подбирая для грузоподъемного механизма колодочный тормоз в первую очередь рассчитывают тормозной момент

, (Нм)

где К_Т – коэффициент запаса торможения, назначаемый в зависимости от режимной группы (табл. 5.9)

М_СТ.Т – статический момент сопротивления при торможении, создаваемый весом номинального груза на том валу, где установлен тормоз.

Если тормоз установлен на быстроходном валу, как чаще всего это делается, то

; (Нм)

Типоразмер тормоза подбирают таким образом, чтобы выполнялось условие

,

где М_Т.Н – номинальный тормозной момент для соответствующей режимной группы (прил. 6)

Тормоза серии ТКТ применяют на кранах относительно малой грузоподъемности, а серий ТКП на кранах повышенной грузоподъемности. Для режимных групп 4М, 5М, 6М рекомендуется применять тормоза с электрогидравлическим или электромеханическим толкателями.

Ленточные тормоза в краностроении пока широкого распространения не получили. Несмотря на то, что они способны развивать большие тормозные моменты, сказывается ряд их недостат­ков:

• низкая эксплуатационная надежность (обрыв стальной ленты приводит к аварии);

• неравномерный износ тормозной ленты по дуге охвата и нежелательные изгибающие усилия тормозного вала вследствие неуравновешенности прикладываемых к шкиву нагрузок.

Но в ответственных случаях ленточные тормоза применяют и ставят их чаще на тихоходном валу. Эти тормоза способны создавать тормозной момент до 3000000Нм. Установка же их на валу грузового барабана повышает безопасность эксплуатации грузоподъёмного крана.

Таблица 5.9

Группа режима работы	1М 2М 3М	4М	5М	6М
Коэффициент КТ	1,5	1,75	2,0	2,5

Дисковые тормоза относятся к разряду тормозов с осевым нажатием. Такие тормоза отличаются малыми габаритами и поэтому их используют в компактных грузоподъемных устройствах, например, в электрических талях. Но дисковые тормоза по сравнению с колодочными и ленточными скорее перегреваются из-за ухудшения условий теплоотвода с поверхностей трения. Перегрев же опасен тем, что при достижении некоторой критической температуры t_кp резко падают фрикционные свойства тормозных накладок и тормоз прекращает выполнять свои функции. У тормозной вальцованной ленты t_кp=220°C. В этом отношении очень хороши металлокерамические фрикционные материалы, сохраняющие свои качества при температуре до 1000 ⁰С.

Отличительная особенность дисковых тормозов состоит в том, что они могут нормально работать даже в масляной ванне. Масло, применяемое для отвода избыточного тепла, уменьшает значение коэффициента трения, но тормозной момент при этом остается на высоком уровне за счет повышенного усилия прижатия дисков. И в этом случае проявляются преимущества металлокерамических материалов, допускающих в три раза большее давление по сравнению с другими фрикционными материалами.

Хороший теплоотвод обеспечивается и в дисково-колодочных тормозах серий ТДК (прил. 6), у которых площадь колодок не превышает 10% площади диска. Остальные 90% поверхности тормозного диска свободно омываются окружающим воздухом, в результате отвод тепла увеличивается в 24 раза по сравнению сколодочными тормозами, дольше и надежнее работают все детали тормоза.

Особым видом дисковых тормозов являются так называемые грузоупорные, в которых усилие замыкающее тормоз создается силой тяжести поднимаемого груза, а тормозной момент пропорционален его массе. Применяют грузоупорные тормоза в подъемных лебедках и в электрических талях. Принцип работы тормоза следующий. На валу 1 (рис.5.16), который передает через шестерню 5 вращение от двигателя к барабану закреплены два диска: один (2) на шпонке, а другой (4) на резьбе вала с крупным шагом нарезки. Между дисками расположен свободно посаженный на валу храповик 6, который не препятствует подъему груза. Однако, с прекращением подъема груза вал 1 начинает вращение в обратную сторону, диск 4 смещается по резьбе влево в сторону храповика и прижимает его к другому диску. Храповик в свою очередь удерживаемый от обратного вращения собачкой 7, оказывается зажатым между дисками и препятствует опусканию подвешенного груза. Тормозной момент создается силами трения, действующими по поверхностям соприкосновения дисков с храповиком. После включения электродвигателя на опускание груза диск 4 вместе с шестерней 5 переместится по резьбе вала 3 вправо, давление на храповик ослабнет и он прекратит препятствовать опусканию груза.

Наряду с рассмотренными видами стопорных тормозов в грузоподъемных механизмах применяют спускные тормоза, не останавливающие механизм, а ограничивающие скорость движения груза вниз в определенных пределах. К ним относятся центробежные тормоза, замыкаемые силой инерции вращающихся тормозных грузов, вихревые тормоза, использующие для создания тормозного момента вихревые токи, наводимые в роторе тормоза магнитным потоком, электромагнитные порошковые тормоза, использующие для торможения сопротивление сдвигу намагниченных частиц порошка. Вихревые тормоза, или, иначе, тормозные генераторы часто устанавливают в грузоподъемных механизмах башенных кранов для того, чтобы обеспечить низкие «посадочные» скорости движения груза.

К разряду простейших тормозных устройств относятся остановы, которые исключают возможность самопроизвольного опускания груза, но не препятствуют его подъему. Остановы подразделяются на храповые и роликовые. Они устанавливаются на быстроходном валу механизма, где малы крутящие моменты. Храповой останов состоит из храпового колеса, вращающегося вместе с валом механизма, и собачки, закрепленной неподвижно. Собачка входит в зацепление с зубьями храпового колеса и удерживает механизм от вращения в направлении опускания груза. Для того, чтобы груз начал опускаться собачка 7 (рис 5.16) выводится поворотом из зацепления с храповым колесом.

Puc. 5.16. Схема грузоупорного тормоза

Несколько сложнее устроен роликовый останов (рис. 5.17). Он состоит из корпуса 1, втулки 2 и заложенных в клиновые пазы роликов 3. Корпус останова неподвижно зафиксирован, а втулка свободно вращаясь при подъеме груза против часовой стрелки увлекает ролики силой трения в широкую часть

Рис. 5.17. Схема роликового останова

клиновых пазов, располагаясь в котором ролики не препятствуют работе механизма. Перемена направления вращения втулки 2 приводит к перемещению роликов в узкую часть клиновых пазов, где они, расклиниваясь, останавливают втулку и механизм в целом. Груз будет удерживаться на весу до тех пор, пока вновь не возобновится движение механизма в направлении подъема.