Применение подъемно-транспортных машин для комплексной механизации производства (стр. 15 из 38)
Глава 7. ОСТАНОВЫ И ТОРМОЗА
7.1. Общие сведения
Тормозные устройства являются неотъемлемой частью грузоподъемных машин и предназначены для остановки крановых механизмов, ограничения скорости и удержания груза на весу. К тормозным устройствам предъявляются высокие требования обеспечения безопасности эксплуатации грузоподъемных машин.
Согласно нормам Госгортехнадзора тормоза обязательно должны быть установлены на всех механизмах подъема, передвижения и поворота, за исключением тихоходных механизмов передвижения (
<0,5 м/с) и с ручным приводом.Во многих механизмах с электроприводом торможение осуществляется самим электродвигателем одним из следующих способов: динамическим, противовключением и генераторным с рекуперацией энергии в сеть. В момент торможения двигатель переключается на специальную тормозную схему. На тормозном режиме электродвигателя осуществляется опускание груза, остановка механизмов передвижения и т. д. Окончательная фиксация остановки любого механизма всегда производится механическим тормозом в момент выключения электродвигателя. При исчезновении электроэнергии в сети автоматически включаются механические тормоза.
Все тормозные устройства можно разделить на две основные группы: остановы и тормоза.
Остановы предназначены только для остановки и удержания груза на весу. Они исключают его самопроизвольное опускание и не препятствуют подъему, т. е. одностороннего действия. По принципу работы остановы можно разделить на храповые (рис. 7.1, а, б) и фрикционные (рис. 7.1, в).
Рисунок 7.1– Остановы
Храповый останов состоит из храпового колеса и собачки (одной или нескольких). При подъеме груза собачка скользит по зубьям храпового колеса, а при прекращении действия движущего момента собачка упирается в зуб и препятствует обратному движению поднимаемого груза. Храповый механизм устанавливают, как правило, на быстроходном валу привода, где размеры его минимальны. Из условий минимального усилия в храповом механизме собачки следует устанавливать под прямым углом относительно зуба. Чтобы собачка легко входила во впадину, рабочую сторону зуба храповика выполняют наклонной под углом 20°. К храповому колесу собачка прижимается пружиной или грузом. Для уменьшения динамических нагрузок в механизме при замыкании храпового останова применяют не одну, а несколько собачек, сдвинутых на часть шага. В такой конструкции при прекращении действия движущего момента храповое колесо повернется в обратном направлении (под действием момента груза) не на шаг, а только на часть его, не приобретая большой скорости под действием падающего груза. Удар при замыкании останова будет тем меньшей силы, чем больше число собачек.
Храповые колеса изготавливают из чугуна марки СЧ-15-32, стали 55 ЛП, 35 ЛП, стали 45 в зависимости от нагрузок, скоростей и назначения механизма.
Расчет храпового механизма сводится к определению модуля храпового колеса из условия изгиба зуба:
m 17,5 3 T/ Z[ F] , 7.1 
где T – крутящий момент на валу храпового колеса, Н м; – отношение ширины зуба к модулю; Z – число зубьев храпового колеса; [ F] – допус-каемые напряжения изгиба, МПа.С учетом динамического характера нагружения [
] выбирают сравнительно небольшими, принимая запас прочности n 
3...4 для стали и n 5 – для чугуна.Число зубьев храпового колеса принимают Z=6...25.
При расчете собачки запас прочности берут n=6.
Недостатки храпового механизма: ударный режим работы, что вызывает большие динамические нагрузки в приводной линии механизма; значительный шум; изгиб вала храповою колеса.
Для устранения шума применяют различные устройства, основанные на том, что под действием сил трения при вращении вала на подъем собачка отводится от зубьев колеса. Устройство (рис. 7.1, б) состоит из хомута 2 с рычагом, шарнирно соединенным с собачкой 1. Хомут зажимается на валу усилиями пружины 3 и при повороте вала на подъем, благодаря силе трения, рычаг отводит собачку от зубьев колеса. При повороте вала в сторону спуска хомут вводит собачку в зацепление. Имеются и другие способы отвода собачки от зубьев колеса. Храповые остановы применяют в основном не само-стоятельно, а в сочетании с некоторыми типами тормозов.
Из фрикционных остановов наибольшее применение находят роликовые остановы (рис. 7.1, в). Они имеют преимущества перед храповыми: отсутствие ударов, шума, изгибающих усилий.
Останов состоит из неподвижного корпуса 7, вращающейся втулки 2 и роликов 3, находящихся в клиновых пазах. При вращении привода на подъем ролики находятся в широкой части паза и не препятствуют повороту; при перемене направления вращения под действием силы тяжести груза происходит быстрая остановка механизма роликами, заклиненными в более узкой части пазов, куда посылают их пружины. Остановка и удержание груза на весу происходят за счет сил трения между роликами и корпусом. В роликовых остановах возникают большие контактные напряжения, поэтому их изготавливают из сталей ШХ15, 40Х, У 10 (корпус и втулки); из стали У8, У8А, ШХ15 (ролики).
Заклинивание ролика является сложным процессом перекатывания упругого цилиндра между двумя упругими поверхностями. Заклинивание будет происходить в тот момент, когда силы, действующие на ролик в начальный момент заклинивания, будут стремиться втянуть ролик в клиновое пространство между корпусом и втулкой. При одинаковых значениях коэффициента трения f между роликом и деталями останова величина α должна удовлетворять неравенству tg
f . Для обеспечения само-расклинивания ролика обычно принимают угол α =6...8°. 
При проектировании остановов обычно принимают число роликов Z=3–4; диаметр ролика d 0,188 T/ Z ; длина ролика l=(1,25…1,5) и внутренний диаметр корпуса D=8d.Тормоза. Торможение механизмов осуществляется введением больших сил трения между вращающимися шкивом, дисками и неподвижными элементами (колодками, лентами, дисками). Кинетическая энергия движущихся масс крана или его элементов при торможении превращается в тепловую,нагревая тормоз.
Существует много типов тормозов, которые можно классифицировать по следующим признакам:
по н а п р а в л е н и ю д е й с т в и я у с и л и й н а ж а т и я на тормознойэлемент – с радиальным и осевым замыканием;
по к о н с т р у к ц и и р а б о ч е г о э л е м е н т а – колодочные,ленточные, дисковые;
по н а з н а ч е н и ю – стопорные (для остановки), спускные (для 
ограничения скорости при опускании груза); по с п о с о б у у п р а в л е н и я – автоматические и управляемые; по п р и н ц и п у д е й с т в и я приводного усилия – закрытого типа,которые постоянно замкнуты действием внешней силы (пружины или груза), а размыкаются на время работы механизма при помощи электромагнитного, электрогидравлического, электромеханического приводов открытого типа, замыкаемые усилием оператора для остановки механизма, и комбинированные, которые в нормальных условиях работают как открытого типа, в аварийных – как закрытого.
Тормоза закрытого типа более безопасны в работе. Тормоза открытого типа применяют в механизмах, где требуется плавная и точная остановка (механизмы передвижения, поворота). Автоматические тормоза по принципу действия могут быть только закрытого типа, а управляемые – открытого или комбинированные. Комбинированные тормоза применяют сравнительно редко, например, в механизмах поворота и передвижения кранов.
Для увеличения тормозного момента и снижения габаритных размеров, массы и мощности привода тормозов применяют фрикционные материалы с повышенным коэффициентом трения.
К фрикционным материалам тормозов предъявляют следующие требования:
высокий и стабильный коэффициент трения, достаточная прочность и износостойкость, термостойкость, небольшая стоимость.
Наиболее удовлетворяют этим требованиям тканые, формованные, прессованные и вальцованные асбофрикционные материалы. Самое широкое распространение получили фрикционные вальцованные ленты толщиной 5...10 мм.
Для большей прочности и улучшения условий отвода тепла в тканую ленту включают каркас из медной или латунной проволоки и пропитывают битумом и льняным маслом. Вальцованную ленту изготавливают из асбеста, каучука с добавлением серы для вулканизации.
Коэффициент трения тканой асбестовой ленты f=0,35, допускаемая температура 200° С; вальцованной ленты f=0,42, t=220–250° С.
Фрикционную ленту крепят к колодкам или стальной ленте латунными или медными заклепками во избежание повреждений шкива, а в последних конструкциях тормозов приклеивают термостойким клеем.