ФГОУ ВПО
НОВОСИБИРСКАЯГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
Кафедра СМ иПТМ
Лабораторнаяработа №6
Тема:«Тормозные устройства и механизмы подъема грузоподъемных машин»
Новосибирск2008
Тормозные устройства
Назначение, принцип действияи классификация.
Удержание груза на весу, предотвращение недопустимого разгонагруза при спуске, принудительное замедление движения механизма и остановка егообеспечиваются тормозами.
Принцип действия тормозов заключается в создании тормозногомомента за счет трения между вращающимся шкивом и стационарными колодками илилентой, поверхностями дисков или конусов.
Конструктивно тормоза делятся на радиальные (колодочные иленточные) и осевые (дисковые и конусные). Они могут быть управляемыми иавтоматического действия, нормально открытыми (постоянно разомкнутые изамыкаемые по мере надобности) и нормально закрытыми (постоянно замкнутые иразмыкаемые в момент начала работы механизма). Удержание тормоза в замкнутомсостоянии может выполняться пружинами или специальным грузом. Размыканиеавтоматического тор моза производится либо электромагнитом, шарнирноприкрепленным к тормозному рычагу, либо различного рода толкателями, наибольшеераспространение из которых получили электрогидравлические толкатели.
Закрытые тормоза более безопасны в работе, чем открытые, чтоособенно важно для механизмов подъема и изменения вылета стрелы, однакоуправление ими более тяжелое, в связи, с чем они применяются преимущественно савтоматическим управлением.
Все тормоза рассчитываются на величину тормозного момента,необходимую для остановки механизма на заданном пути или при заданном времениторможения.
Местом установки тормозного шкива обычно является наиболеебыстроходный вал механизма, где действует наименьший крутящий момент, и,следовательно, тормоз имеет наименьшие габариты. В качестве тормозного шкиваобычно используется одна из полумуфт соединения двигателя с редуктором. Длянадежности работы необходимо, чтобы между тормозом и затормаживаемым элементомимелась жесткая связь.
Колодочные тормоза.
Наиболее распространенными в подъемно-транспортных машинахявляются колодочные тормоза. Применяются самые разнообразные конструкцииколодочных тормозов, различающиеся в основном по схемам рычажных систем.Колодок может быть одна или две.
Одноколодочные тормоза применяется для создания небольшихтормозных моментов. Главным их недостатком является одностороннее давление навал, в связи, с чем вал испытывает значительный изгибающий момент.
Колодки двухколодочного тормоза расположены диаметральноотносительно шкива и создают равное, но противоположное давление на вал, чтоисключает изгибающий момент (рис. 1).
Тормозной моментдвухколодочного тормоза состоит из суммы тормозных моментов, развиваемых каждойколодкой. Между колодками и шкивом под действием нормальных к поверхности шкивадавлений N1 и N2, возникают силы трения мN1 и мN2,направление которых зависит от направления вращения шкива. Тормозной момент придиаметре шкива Dт будет ранен Mт = мN Dт.
Так как величина тормозного момента находится в прямопропорциональной зависимости от коэффициента трения между колодками и шкивом,то для уменьшения габаритов тормоза, уменьшения усилий на рычагах, в тормозахиспользуются специальные материалы, обладающие повышенными фрикционнымисвойствами. Наиболее распространенными фрикционными материалами в тормозах ПТМявляются асбестовая и вальцованные ленты.
/>
Рис. 1. Расчётная схемадвухколодочного тормоза: 1 – тормозной шив, 2 – тормозные колодки, 3 –вертикальные рычаги, 4 – треугольник; 5 – электромагнит; 6 – горизонтальныйрычаг; 7 – затормаживающий груз.
Фрикционный материал обычно крепят к тормозной колодкелатунными или медными заклепками. Чтобы головка заклепки не повреждала поверхностьшкива, ее делают утопленной во фрикционную накладку не менее, чем на половинутолщины накладки. Центр заклепки должен располагаться не менее, чем в 15 мм от края накладки во избежание выкрашивания, расстояние между заклепками рекомендуется не менее80-100 мм.
В последнее время все более применяется приклеиваниефрикционного материала к колодкам термостойкими клеями.
Тормозные шкивы выполняются преимущественно стальными.Поверхность обода должна быть тщательно обработана и, во избежание чрезмерноюизноса, обладать твердостью Нв=200-400 в зависимости от режима работы.
Управление колодочнымитормозами осуществляется электромагнитами, электромеханическими иэлектрогидравлическими толкателями, включаемыми в электросеть параллельнодвигателю механизма.
Поэтому размыкание тормоза и освобождение механизмапроисходи! одновременно с включением двигателя. При обесточивании приводтормоза и двигатель механизма выключаются, тормоз под действием замыкающей силызамыкается и производит остановку механизма.
Тормозные электромагниты подразделяются на длинноходовые икороткоходовые. У первых ход якоря составляет 50-80 мм, а у вторых-2-4 мм. Короткоходовые электромагниты устанавливаются преимущественно на тех жерычагах, что и колодки, а длинноходовые связаны с ними специальной рычажнойсистемой.
По потребной работе электромагнит может быть выбран покаталогу.
В процессе работы должен быть обеспечен равномерный отходколодок с обеих сторон и по длине колодки. Для регулировки отхода используютсяспециальные болты, устанавливаемые на фундаменте тормоза под колодочнымирычагами и на рычагах под колодками.
Электрогидравлические и электромеханические толкатели такжемогут быть подобраны по потребной работе.
Электрогидравлический толкатель представляет собой комплексцентробежного насоса, приводимого в действие электродвигателем малой мощности,и поршневой группы, соединенной с рычажной системой тормоза посредством штока(рис. 2). Насос и поршень (а для уменьшения габаритов — и электродвигатель)заключены в единый корпус. Под воздействием крыльчатки рабочая жидкость(преимущественно трансформаторное масло) перемешает поршень, приводя в действиерычажную систему тормоза.
/>
Рис. 2. Колодочный тормозс электрогидравлическим толкателем: 1 — электрогидравлический толкатель; 2 –затормаживающая пружина; 3 – тормозные колодки; 4 – тормозной шкив.
В электромеханическом толкателе соединений с рычажнойсистемой шток перемешается под воздействием центробежной силы вращающихся масс.
Как те, так и другие толкатели не чувствительны кмеханическим перегрузкам, ход штока у них может быть ограничен в любую сторонуна любую величину. Они обеспечивают плавную работу с большим числом включений вчас, позволяют регулировать время срабатывания тормоза и время торможения,относительно просты в эксплуатации.
Ленточные тормоза.
В ленточных тормозах тормозной момент создается за счеттрения фрикционного материала, укрепляемого на стальной ленте, огибающей шкив,о поверхность тормозного шкива.
В зависимости от расположения точек крепления концов лентыотносительно оси вращения тормозного рычага ленточные тормоза подразделяются насуммирующие, простые и дифференциальные.
/>
Рис. 3. Ленточныетормоза: а) – суммирующий; б) – простой; в) – дифференциальный.
В суммирующем тормозе (рис. 3. а) оба конца ленты прикрепленык тормозному рычагу с одной стороны от оси вращения его. Плечи закрепленияконцов ленты могут быть разными, при одинаковых плечах величина тормозногомомента не зависит от направления вращения шкива. Применяются онипреимущественно в тех механизмах, где требуется постоянство тормозного моментанезависимо от направления движения механизма (механизм поворота, передвижения).
Толщина стальной ленты определяется ее прочностью в самомопасном сечении при максимальном натяжении ленты. В целях обеспеченияравномерной гибкости и прилегания ленты к шкиву по всей окружности толщиналенты более 10 мм не рекомендуется.
При растормаживании отход ленты должен быть обеспечен неменее, чем на 1-5-1,5 мм.
Тормоза с осевым нажатием.
В этих тормозах необходимое для получения тормозного моментаусилие действует вдоль оси тормозного вала. К ним относятся дисковые иконические тормоза.
В дисковых тормозах (рис. 4) ряд дисков I фиксируется со скольжением нашпонках в неподвижном корпусе, а второй ряд дисков II получает такую же связь с тормозным валом. При сжатии обеихгрупп дисков силой К между ними возникает сила трения, создающая тормозноймомент.
/>
Рис. 4. Дисковый тормоз.
Конический тормоз (рис. 5) состоит из подвижного 2 инеподвижного конусов 1. Осевым усилием К подвижный конус прижимается кнеподвижному, в результате чего на образующей конической поверхности силатрения создает тормозной момент.
/>
Рис. 5. Конический тормоз.
Однако, во избежании заклинивания конусов угол Р нерекомендуется принимать меньше 30°.
С учетом функциональногоназначения все тормоза должны отвечать следующим требованиям: обладатьдостаточной прочностью и долговечностью; иметь малые габариты и массу; бытьпростым в изготовлении, иметь свободный доступ для осмотра и ремонта; трущиесядетали должны иметь минимальный износ; температура на поверхности нагрева недолжна превышать предельного значения.
Изучение конструкции иоснов проектирования механизма подъема
Назначение и разновидности механизма подъема
Механизм подъема предназначен для подъема и опускания грузана необходимую высоту с заданной скоростью и удержания груза на любой,требуемой условиями технологического процесса, высоте.
Подъемный механизм может быть самостоятельным (тельфер, таль)или входить в состав другой перегрузочной установки, например в состав крана.
Механизм подъема включает в себя двигатель, передаточныймеханизм (редуктор или редуктор и открытую передачу), тормоз, грозовой барабан,блоки, тяговый орган (чаще всего стальной канат) и грузозахватное устройство(крюк, грузовая подвеска, грейфер и т.п.).
Входящие в состав кранов механизмы подъема грузов (грузовыелебедки) в зависимости от рода перегружаемого груза подразделяются нагрейферные и крюковые лебедки.
Крюковые подъемные лебедки обычно имеют одинэлектродвигатель, один или два грузовых барабана. При этом барабаны могутвращаться только одновременно и без изменения направления вращения относительнодруг друга.
В зависимости от количества этих конструктивных элементовкрюковые лебедки называются одномоторными однобарабанными или одномоторнымидвухбарабанными.
Конструктивное исполнение крюковых лебедок может быть самымразличным в зависимости от количества барабанов и передаточных устройств (рис.1. а, б, в).
/>
Рис.6. Схемы одномоторных крюковых лебедок:
1 — электродвигатель; 2 — тормоз: 3 — редуктор: 4 — барабан:5 – открытая передача.
Грейдерные (двухбарабанные) лебедки различают одномоторные идвухмоторные, позволяющие получить различные сочетания вращения барабанов, чтонеобходимо для обеспечения работы грейфера. В грейферных лебедках кранов одинбарабан является замыкающим, а второй поддерживающим, аналогично и называютсялебедки — одна замыкающая, а вторая — поддерживающая.
В процессе работы грейферного крана возможны следующиесочетания вращения барабанов:
— при подъеме и опускании грейфера барабаны обеих лебедоквращаются синхронно;
— при зачерпывании груза грейфером барабан замыкающей лебедкивращается в сторону подъема, барабан поддерживающей лебедки — на опускание,обеспечивая слабину каната по мере заглубления грейфера;
— при раскрытии грейфера барабан замыкающей лебедки вращаетсяна опускание, а барабан поддерживающей заторможен, иногда для более быстрогораскрытия грейфера барабаны лебедок вращают в разные стороны, т.е. замыкающийна спуск, а поддерживающий — на подъем.
Одномоторные грейферные лебедки (рис. 2) имеют одиндвигатель, обеспечивающий различное сочетание вращения барабанов посредствомфрикционных муфт и тормозов. Двигатель жестко связан с замыкающим барабаном,поддерживающий же барабан присоединяется к двигателю посредством управляемойфрикционной или планетарной муфты.
Одномоторные лебедки менее совершенны и более сложны вуправлении, в них совмещение таких операций, как подъем-опускание ираскрытие-закрытие грейфера невозможно (рис. 2.а).
Двухмоторные лебедки позволяет избежать этих недостатков,хотя они сложнее и дороже одномоторных лебедок, но повышение оперативности ипроизводительности кранов окупает дополнительные затраты. В настоящее времядвухмоторные лебедки являются основным типом грейферных лебедок кранов. Избольшого разнообразия двухмоторных лебёдок наибольшее применение имеют лебедки,состоящие из двух нормальных крановых крюковых лебедок с независимымидвигателями (рис. 2. б), а также лебедки с планетарной связью между барабанами.
Главным требованием, предъявляемым к работе двухмоторныхлебедок является равномерность распределения нагрузок на канаты и синхронностьвращения барабанов с целью обеспечения равной скорости выборки канатов.
/>
Рис. 7. Схемы грейферных лебёдок:
а – одномоторная; б – двухмоторная:
1 – барабан; 2 – открытая передача; 3 – соединительная муфтас тормозным шкивом; 4 – редуктор; 5 – двигатель.
В зависимости от взаимного расположения двигателя и барабанаразличают следующие компоновочные схемы лебедок механизма подъёма: П — образную, Z — образную и соосную, которыепринимаются с учетом конкретных условий работы и наличия производственныхплощадей (рис. 3).
/>
Рис. 8. Компоновочные схемы лебедок:
а – «П» — образная; б — «Z»-образная; в — соосная. 1 – барабан; 2 –электродвигатель; 3 – тормоз; 4 — редуктор.
В механизмах подъемаприменяются нормально замкнутые тормозные устройства с автоматическимуправлением.
Исходные данные
Грузоподъёмность />;
Скорость поднимания груза/>;
Продолжительностьвключений ПВ%=32%;
Диаметр барабана />=800 мм;
1. Расчетэлектродвигателя
/>, кВт — статистическая мощностьэлектродвигателя для крюкового режима работы
/> — общий к.п.д.
/> — к.п.д. полиспаста
/> — к.п.д. блока
/> - к.п.д. барабана
/> - к.п.д. лебедки
/>.
/>кВт
Так как электродвигателигрузоподъемных машин работают в повторно-кратковременном режиме, то производятпересчет мощности для случая, если фактическая (расчетная) относительнаяпродолжительность включения (ПВ%) не совпадает с каталоговой по формуле:
/>
где ПВ%ф = 32 % — фактическая относительная продолжительность включения
ПВ%к = 40 % — каталоговаяотносительная продолжительность включения
/>кВт
По каталогу выбираетсяэлектродвигатель из условия:/>,
где Nк – номинальная мощностьэлектродвигателя (значение по каталогу), кВт;
Nст – статическая мощностьэлектродвигателя, кВт.
Основные параметрыэлектродвигателя:
— Тип двигателя – МТН 713-10;
— Мощность Nдв = 160 кВт;
— Число оборотов nдв = 585 об/мин;
— ПВ% = 40 %;
— Момент инерции Jр = 15 кг·м2;
— Ширина двигателя Вдв = 790 мм.
2. Расчет редуктора
Общее передаточное числомеханизма:
/>,
где /> — частота вращения валаэлектродвигателя, об/мин;
/> - частота вращения барабана,об/мин.
/>,
где Vп – скорость подъема груза, 55 м/мин;
m – кратность полиспаста механизмаподъема = 2;
/>=0,8м – диаметр барабана.
/>;
/> об/мин.
По передаточному числувыбирается редуктор, и выписываются его основные параметры. Выбранный редуктордолжен удовлетворять следующим условиям (с погрешностью />):
/>
/> - суммарное межосевое расстояние
1000>395+400
Основные параметрыредуктора:
— Тип редуктора –РМ1000;
— Передаточноечисло редуктора iрк = 15,73об/мин;
— Число об/мин набыстроходном валу nр = 600 об/мин;
— Мощность набыстроходном валу Nр = 168 кВт;
— «П»-образнаякомпановочная схема
3. Расчет тормоза
Тормоз выбирается понеобходимому тормозному моменту:
/>, Нм
где /> - рабочий (статический)момент на быстроходном валу редуктора, создаваемый массой неподвижно висящегогруза, Н∙м;
/>=2,0 коэффициент запасаторможения, зависящий от режима работы
/>,
тормознойподъемный устройство
где Gн – грузоподъемная сила крана, Н;
/> – диаметр барабана, м;
iр – передаточное число редуктора;
/> - общий к.п.д. механизма подъема;
m – кратность полиспаста.
/>
/> Нм.
По величине тормозногомомента выбирается тормоз, при этом необходимо чтобы />:
Основные параметры тормоза:
— Тип тормоза – ТКТГ-600М;
— Диаметртормозного шкива Dшк = 600 мм;
— Тормозной моментМт = 5000 Н·м;
— Отход колодок = 1,8 мм;
— Тип толкателя — ТГМ-80;
— Усилие толкателя =800 Н;
— Ход толкателя = 50 мм.
4. Расчет муфты
Муфта выбирается покаталогу исходя из крутящего момента:
/>, Нм
где к1 – коэффициент,учитывающий степень ответственности механизмов, к1=1,3;
к2 — коэффициент,зависящий от режима работы, к2=1,3;
Мр – рабочий момент набыстроходном валу редуктора
/>
/>
/>Нм
Основные параметры муфты:
— Втулочно-пальцеваямуфта;
— Диаметртормозного шкива Dшк = 600 мм;
— Число пальцев – 8;
— Момент инерции Jм = 28,6 кг∙м2;
— Наибольшийпередаваемый момент Мкр = 8000 Н
— Размер ступицы:
l=150мм dк =89,5мм
lк=135мм L=245мм
d=70мм