Стопорные и тормозные устройства

где с₁ = 5,35 для внешнего и 2,65 для внутреннего зацепления; М_с — статический момент по формулам (47) и (48); [у]_и = 20,0 МПа для чугуна; 60,0...70,0 —для стали;

Рис. 27. Остановы: а — храповой; б — роликовый; 1— храповик; 2 — защелка; 3 и 7 — пружины; 4 — корпус; 5 — втулка с пазами; 6 — ролик.

где с₂ = 2,0 для внешнего и 2,4 для внутреннего зацепления; [р] = 300...400 кН/м — удельная нагрузка. Защелку рассчитывают на внецентренное сжатие при эксцен­триситете е действия силы Р = 2М_с : D_x. Фрикционные остановы отличаются бесшумностью работы и плавностью включения, но они менее надежны, чем храповые. Рас­чет их подобен расчету муфт. Роликовые остановы в сочетании с тормозами применяются в машинах непрерывного транспорта и в грузоподъемных механиз­мах. При вращении вала против часовой стрелки ролики 6 (рис. 28,б) свободно катятся по кольцу — груз поднимается; при попытке вращать вал в обратную сторону они заклиниваются меж­ду втулкой 5 и кольцом — груз стопорится. Внутренний диаметр корпуса 4 при числе роликов z = 4...6 из условий контактной проч­ности будет равен

при роликах из стали 40Х с твердостью HRC = 58...61 и [у]_см = 2000 МПа. Длина ролика l = (l,25...3)d, диаметр D₀ = (7...15)d. Условие заклинивания обеспечивается при в ≈ 4°. Его проверяют по формуле

• по назначению — на стопорные  — для останова груза испуск­ные или центробежные — для ограничения скорости движения в заданных пределах;
  
• по конструкции — на колодочные, ленточные, дисковые и кони­ческие;
  
• по схеме включения —открытого типа, в которых торможение происходит от усилия, прилагаемого к рукоятке или педали, замк­нутого типа, рабочие органы которых постоянно прижимаются спе­циальным грузом, сжатой пружиной или поднимаемым грузом, и автоматические, включающиеся в работу без вмешательства об­служивающего персонала.
  

1. по статическому моменту M_с, определяемому по формуле (48), приведенному к валу, на котором устанавливают тормоз, с учетом коэффициента запаса торможения k_т. При этом тормоз­ной момент будет равен М_тм = k_тМ_с (61) Госгортехнадзором рекомендуется определять путь торможения s_t и коэффициент k_т соответственно для легкого и среднего режима работы: s_т = х_т : 120 и х_г : 100 при времени  торможения t_т = 1,0 и 1,2 с; k_т = 1,75 и 2,0 — для стопорно-спускного тормоза и k_т =2,1 и 2,2 при одновременной постановке грузоупорного и стопорного тормозов. При выборе коэффициентов торможения следует учитывать, что избыточный тормозной момент стопорного тормоза приводит к опе­режению действия грузоупорного, обратное повлечет нарушение плавности опускания груза;
   
2. по наибольшему тормозному моменту M_тм, приведенному к валу двигателя, состоящему из статического момента М_с и момен­тов от инерционных сил поступательного движения груза М_и.п и вращающихся частей механизмов М_и.в, определяемому по фор­муле M_т = М_с + М_и.п + М_и.в. (62) Процесс торможения подобен разгону с тем отличием, что си­лы инерции и потери на трение изменяют знак, а расчет отлича­ется тем, что коэффициент полезного действия переносится из знаменателя в числитель формул (48), (53) и (54), так как вред­ные сопротивления в механизмах оказывают тормозящее действие и снижают требуемый тормозной момент. Взяв отношение необходимого тормозного момента механизма к статическому моменту, получим коэффициент запаса торможения: k'_т = М_тм / М_с, (63)   Правильность выбора тормоза и его расчета проверяют по ус­ловиям М_тм ≤  М_т и k'_т  ≤  К_т, где М_т и к_т  — соответственно тормозной момент и коэффициент запаса торможения для выбранного тормоза. Действительное время торможения определяют подобно рас­чету времени разгона. Для получения возможно большего тормозного момента при наименьших габаритных размерах тормоза применяют специаль­ные материалы с повышенными фрикционными свойствами: лента тканая асбестовая, пропитанная битумом; лента вальцованная из. асбеста и железного сурика, связанных резиновым клеем. Кроме этого, в тормозах применяют чугун, сталь, дерево, кожу, бронзу,, текстолит, ретинакс и др. К характеристикам материалов, применяемых в тормозах, от­носятся: коэффициент трения f = 0,15...0,2 для металлов и f = 0,3...0,42 —дерево, лента из асбеста; удельное давление [р] = 0,8...1,5 МПа для колодочных и ленточных тормозов и [р] = 0,2...0,8 для дисковых и конических; большие значения принима­ют при смазке. Коэффициент трения между обкладками и тормозным шкивом зависит от теплового режима тормоза. Рекомендуется, чтобы тем­пература не превышала 175...200°С. Изменение удельного давления до 0,8 МПа не оказывает за­метного влияния на коэффициент трения.   Колодочные тормоза Колодочные тормоза просты и надежны в работе, но более гро­моздки. Одноколодочные тормоза применяют в механизмах с руч­ным приводом. Двухколодочные тормоза пригодны для торможения вала, вращающегося в разных направлениях; тормозной вал при этом не испытывает поперечной нагрузки.
   

Колодочные тормоза обычно автоматически замкнуты при по­мощи груза или сжатой пружины. Оттормаживают усилием через рычаг или педаль, но чаще устройствами: электромагнитами, элек­тротолкателями, электроцентробежными толкателями и серводви­гателями. Одноколодочный тормоз предназначен для одностороннего тор­можения при направлении вращения по стрелке 1 (рис. 28, а).

Рис. 28. Схемы колодочных тормо­зов: а — одноколодочный; б — двухколодочный с длинноходовым электромагнитом; в — двухколодочный с короткоходовым электромагнитом; 1 и 4 — шкивы; 2 и 5 — колодки; 3, 6. 7, 8, 9 и 10 — рычаги; 11 и 12 — электромагниты; 13 — основ­ная пружина; 14 — вспомогательная пружина.

Для двустороннего торможения одноколодочный тормоз можно применять при условии с = 0 с центром вращения рычага в точ­ке О₁. В этом случае при М_т = 0,5Р_тD_т и Р_т = fN будет

При ручном управлении тормозом усилие на рычаге не больше 0,10...0,15 кН. Шарнирное закрепление колодки на рычаге способ­ствует лучшему прилеганию ее к шкиву, но создает условия для перераспределения удельного давления до Р_mах: P_min= 1,8, что сле­дует учитывать при выборе длины колодки и угла обхвата р. Основные геометрические размеры одноколодочного тормоза выбирают по соотношениям: c = (0,12...0,15)D_т; S =D_тsin(в/2),      где в = = 60...120°.

Двухколодочный тормоз разгружает вал от поперечной нагруз­ки и представляет собой комбинацию из двух простых одноколодочных тормозов, управляемых механизмом, обеспечивающим од­новременное нагружение колодок. Недостаток такого тормоза — сложная система рычагов и боль­шой мертвый ход. Условие равновесия рычагов и колодок можно записать:

Учитывая действие масс грузового рычага G_р, тяги G_т и якоря электромагнита G_я, уточняют массу груза или плечо, на котором она располагается: Тип электромагнита 11 (рис. 28,б) выбирают из таблиц по тяговому усилию Р_м и ходу якоря h_м  по формулам    

где е = 0,6...1,25 мм — установочный зазор между колодкой и шкивом; k_я = 0,8...0,85 — коэффициент использования хода якоря элек­тромагнита. Совершеннее конструкция тормоза на рис. 28, в. В ней исклю­чена система рычагов, тормоз замыкается при помощи основной пружины 13, установленной в сжатом состоянии. Размыкается тор­моз короткоходовым электромагнитом 12 и вспомогательной пру­жиной 14, предназначенной для отодвигания рычага. Усилие этой пружины Р_в = 20...80Н в зависимости от размеров тормоза. Удельное давление между колодкой и шкивом проверяют по формуле

Ленточные тормоза используют в сельскохозяйственных маши­нах, тракторах, подъемных механизмах, лебедочных устройствах и т. п. Различают простые, дифференциальные, суммирующие и двух- ленточные тормоза.

Рабочими органами ленточного тормоза служат стальная лен­та, иногда обшиваемая фрикционным материалом, и шкив. Ширину ленты проверяют по удельному давлению: 

где Т — наибольшее натяжение ветви ленты; [р] = 0,8... 1,5 МПа — допускаемое удельное давление; D_т — диаметр шкива. Рекомендуются размеры: D_t = 0,1...0,8 м, b = 0,04...0,08 м и д = 0,002—0,005 — толщина ленты. Широкие ленты снижают плотность прилегания ленты к шкиву. Сбег ленты в стороны предупреждается ребордами шкива.    

Рис. 29. Схемы ленточных тормозов: а — простого; б — дифференциального; в — суммирующего; г — суммирующего-двухленточного; 1 — шкив; 2 — лента; 5 — шарнир рычага; 4 — рычаг; 5 — электромагнит. 

При изменении направления вращения усилия натяжения вет­вей Т и t меняются местами, и величины замыкающего усилия и тормозного момента возрастут в e^fб, т. е. в 2...4 раза. Соотношение между плечами l_гр и а принимают l_гр = (10...15)а. Ход подвижного конца ленты зависит от установочного зазора е = 0,8...1,5 мм и определяется разницей дуг ленты в выключенном и включенном состоянии тормоза:  

Недостатки ленточных тормозов — большая нагрузка на вал и неравномерный износ ленты. В связи с этим расчет на удельное давление ведется в наиболее нагруженном месте (см. рис. 28,б). Тормоза на нагрев проверяют по условной величине работы трения — рх = [рх ] ≤ 2,5...1,5 МПа·м/с.

Дифференциальный ленточный тормоз (рис. 29,б). Оба конца ленты этого тормоза крепят в подвижных точках грузового рычага на разных расстояниях а и a₁ по обе стороны от оси его качания. При работе тормоза лента в процессе торможения поворачива­ется в сторону вращения шкива и торможение происходит более мягко. Дифференциальный тормоз предназначается для односто­роннего торможения. Расчеты, приведенные для простого тормоза, относятся и к дифференциальному, кроме определения замыкающего усилия и хода ленты. Масса замыкающего груза для дифференциального тормоза меньше, чем для простого, так как натяжение набегающей ветви Т создает момент (- Ta₁), способствующий торможению. Из уравнения моментов сил относительно оси вращения ры­чага

Если ta — Та₁ > 0, тогда G_гp > 0, и тормоз будет управляемый. При ta — Ta₁ < 0, G_гp < 0, тормоз будет стопорный. Для управляемости тормоза необходимо: а > a₁e^fб. (76)

Суммирующий ленточный тормоз (рис. 29, в) применяют в ме­ханизмах для двустороннего торможения. Величина тормозного момента у него не зависит от направления вращения шкива. Это обеспечивается креплением обоих концов ленты с одной стороны и на одинаковом расстоянии от шарнира вращения рычага. Из условий равновесия рычага с учетом влияния массы рычага и яко­ря масса замыкающего груза будет

Замыкающее усилие у суммирующего тормоза в (е^fб +1) раз больше, чем у простого, а ход ленты ∆ = 0,5еб в два раза меньше. Двухленточный тормоз (рис. 29, г) представляет собой сочета­ние двух простых ленточных. В нем удачно решена задача дву­стороннего торможения, разгрузки вала шкива и создания боль­шего угла обхвата (б до 320°). Ленту рассчитывают на разрыв по наибольшему натяжению в ослабленном месте, где она заклепками соединяется с шарниром или с асбестовой обкладкой. В конструкции тормозов необходимо предусматривать регулировочное устройство для компенсации из­носа.   Конические и дисковые тормоза Конический тормоз воспринимает тормозной момент корпусом 5 (рис. 30, а) с внутренней конической поверхностью, свободно по­саженным на валу и вращающимся при подъеме груза. Обратное вращение (спуск) корпуса стопорится храповым остановом 6. Окружное тормозное усилие на среднем диаметре конуса равно P=fN = 2M_тD_с, где D_c = 05(D_b + D_h) — средний диаметр конуса; соотношение меж­ду диаметрами принимают D_н = (1,2...1,6)D_в. Замыкающее усилие, действующее вдоль вала, равно

Для уменьшения нормального давления и повышения коэффи­циента трения рабочую поверхность покрывают фрикционным ма­териалом.

Рис. 30. Схема работы тормозов и управление ими: а — конического грузоупорного; б — дискового грузоупорного; в — открытого ленточного: г — закрытого двухколодочного; 1 — червяк; 2 — червячное колесо; 3 — барабан; 4 — тормоз; 5 и 10 — храповики; 6 и 11 — защелки; 7 — вал; 8 — шестерня; 9 — диск; 12 — двуплечий ры­чаг; 13, 17 и 19 — пружины; 14 и 16 — гидроцилиндры; 15 — кулачок; 18 — педаль.