Разработка канатного тормоза

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Разработка канатного тормоза

Ермоленко В.А.

Известны тормоза, устанавливаемые на быстроходном валу механизмов подъема [1,с. 245]. Недостатком такой конструкции является то, что разрушение муфты или редуктора механизма подъема приводит к падению груза.

Чтобы исключить аварию, в шахтных подъемных машинах тормоз устанавливают непосредственно на валу барабана. В качестве замыкающего устройства используют пружины, а в качестве размыкающего устройства используют гидроцилиндры [2,с. 188,224].

Известен также механизм поворота грузоподъемного крана, в котором тормозной шкив кинематически отделен от поворотной платформы тремя боковыми зазорами в зубчатых зацеплениях [3]. В случае изменения направления ветра может произойти неуправляемый поворот стрелы крана на угол, соответствующий сумме этих зазоров, приведенных к стреле крана, так как тормоз на поворотной платформе отсутствует [1,с. 442,443] и А.с. СССР 1258957 [3]. Известны ленточные тормоза, имеющие цилиндрический шкив и гибкий стальной элемент, концы которого связаны с силовым рычагом [1], с.240. Такие тормоза имеют ряд существенных недостатков:

1. Усилия, действующие на концы ленты со стороны привода и опор ленты направлены в одну сторону, на тормозной вал действует сила, равная геометрической сумме натяжений концов ленты. Эта сила создает изгибающий момент,со временем приводящий к разрушению вала.

2. Тормозной момент зависит от направления вращения цилиндрического шкива.Это следует из формул, приведенных в литературе [1].

3. Лента является одноэлементным изделием, поэтому ее обрыв влечет за собой непрогнозируемый отказ тормоза. По этой причине применение ленточных тормозов запрещено для многих грузоподъемных машин, например, лифтов.

Известен ленточный тормоз [4,с.216] и устройство [5], cодержащие тормозной стальной шкив, огибаемый гибкой тормозной лентой, концы которой посредством рычажной системы кинематически связаны с приводами замыкания и размыкания тормоза. Такая конструкция имеет еще один недостаток - при монтаже длинных лент на тормозных шкивах большого диаметра возникают трудности разматывания и установки ленты.

Целью данной работы является разработка тормоза, свободного от указанных недостатков.

Нами предлагается конструкция канатного тормоза (рис. 1), содержащего три многопроволочных каната 1, 2 и 3. Концы канатов кинематически связаны с приводом равных усилий 6. Канаты соединены с помощью разветвителя 5, наложенного на тормозной шкив 4.

Такой тормоз можно устанавливать непосредственно на рабочем органе механизма, например, на опорно-поворотном устройстве крана или экскаватора (рис. 2). В качестве тормозного шкива канатного тормоза может быть использована любая вращающаяся цилиндрическая поверхность опорно-поворотного устройства, например, наружное кольцо кинематически связанного со стрелой грузоподъемного крана подшипника 4, опирающегося катками 12 на неповоротную платформу 11. Внизу цилиндрической поверхности установлен упор 13, на который опирается канат 1, затем на первый канат опирается средний канат 2 и следующий за ним канат 3. Средний канат 2 имеет площадь поперечного сечения вдвое больше, чем площадь поперечного сечения каждого из двух крайних канатов. Фиксация канатов на цилиндрической поверхности осуществляется, при помощи разветвителя 5, состоящего из трех клиновых зажимов 7, 8, 9. Для увеличения тормозного момента предусмотрена фрикционная накладка 10, соединенная с разветлителем 5.

Канатный тормоз работает следующим образом. Привод равного усилия 6 (например, состоящий из 2-х гидроцилиндров и гидронасоса) натягивает концы канатов 1, 2 и 3 (рис. 1). При этом, усилия привода, приведенные к геометрической оси цилиндрического шкива 4 взаимно уничтожаются.

Рис. 1 - Предлагаемый канатный тормоз: 1, 2, 3 - канаты; 4 - тормозной шкив; 5 - разветвитель; 6 - привод равного усилия, С-центр разветвителя

Рис. 2 - Установка канатного тормоза на опорно-поворотном устройстве: 1, 2, 3 - канаты; 4 - поворотный круг; 10 - накладка фрикционная; 5- разветвитель; 7, 8, 9 - зажимы клиновые; 11 -неповоротная платформа; 12 - каток; 13 - упор

В случае обрыва нескольких проволок канатов (например, 10…20 обрывов на длине каната, равной шести диаметрам каната) прочность каната практически не уменьшается. Число обрывов проволок накапливается постепенно и визуально отслеживается. Поэтому обрыв каната переходит из класса внезапных отказов в класс постепенных отказов, то есть становится прогнозируемым. Канат может быть заменен при плановом ремонте и отказ тормоза предотвращен. Высота цилиндрической части поворотного круга, занимаемая сечениями трех канатов и разветвителем достаточно мала по сравнению с шириной стальной ленты, используемой в ленточных тормозах. Поэтому, канатный тормоз может быть расположен на поворотной части крана (наружной части подшипника, который обычно имеет небольшую ширину). При монтаже канатного тормоза, в отличие от ленточного тормоза, длина каната и диаметр цилиндрического шкива могут быть значительно большими. Это позволяет расширить область применения канатного тормоза. Большой тормозной момент обеспечивается благодаря большому углу обхвата цилиндрического шкива канатами (около 360°) и вследствие большого усилия, которое выдерживает канат, а также благодаря применению специального каната без смазки. Если применять тормоз в качестве стояночного или аварийного, то абразивного износа каната практически не будет, ввиду малого пути скольжения каната по цилиндрической поверхности тормозного шкива. Схема предлагаемого ленточного тормоза симметрична относительно плоскости, проходящей через ось вращения тормозного шкива и центр разветвителя 4 (рис. 1). Поэтому центр разветвителя С считаем условно неподвижной точкой,в которой приложена сила наибольшего натяжения канатов. Тогда по терминологии [1, с.240] имеем «простой ленточный тормоз». Различие в том, что вместо ленты нами предложены канаты, а тормоз сдвоен относительно разветвителя 5.

Для фрикционных передач с гибким элементов и цилиндрическим шкивом, усилие, развиваемое канатным тормозом, может быть рассчитано с использованием формулы Эйлера.

Замыкающее усилие в канате F, направленное вправо примем равным приблизительно усилию двух канатов, направленному влево (рис.1) и равном усилию каждой из двух пружин.

Тормозной момент

, (1)

где =р=3.14 радиан- угол обхвата тормозного шкива одной из симметричных частей тормоза;

f = 0.2- коэффициент трения специального каната (без смазки) по стальному тормозному шкиву;

D - диаметр тормозного шкива.

В отличие от формулы, приведенной Александровым М.П [1, с.241] вместо радиуса R нами принят диаметр тормозного шкива D, так как имеем как бы два симметричных простых ленточных тормоза. Плечо усилие ленты =R. Плечо замыкающей силы также равно . В нашем случае =2R=D. В остальном, формула (1), предложенная нами, вытекает из формулы Александрова М.П для простого ленточного тормоза.

По формуле(1) получим:

, (2)

По формуле (2) можно выбрать усилие пружин F. Например, имеем диаметр поворотной части опорно-поворотного устройства, используемого в качестве тормозного шкива D=2м (рис.2). Пусть задан максимальный тормозной момент М=2·105 Нм, действующий на стрелу грузоподъемного крана при штормовом ветре (скорость ветра 30м/с). Из формулы (2) получим:

Примем коэффициент использования каната (коэффициент запаса прочности) Zp=2,5 [1].

Получим условие выбора одинарного каната:

,

где [F]-разрывное усилие каната в целом, принимаемое из ГОСТ 2688 для маркировочной группы 1770 МПа. Примем диаметр одинарного каната (справа по рис.1) d2=15мм; [F]=15,2·104Н.

Условие выбора сдвоенного каната (слева по рис1):

.

Из ГОСТ 2688 получим d1=11мм; [F]=8,32·104Н. Высота разветвителя

.

Это приемлемо, так как ширина типовых подшипников диаметром 2 м, применяемых для опорно-поворотных устройств не менее H (см.рис.2).

На рис. 3 показан разрез Б-Б по разветвителю 5 (след секущей плоскости Б-Б показан на рис.2).

Рис.3 Рис.4

На рис.4 показан разрез А-А по разветвителю 5 (два следа секущих плоскостей А-А показаны на рис.2).

Разветвитель 5 имеет среднее отверстие клиновидной формы (рис.3), в которое вводят петлю каната 2 и клин 8, расширенный внизу. Поверхность разветвителя 5, прилегающая к поворотной части опорно-поворотного устройства 4 оснащена тормозной накладкой 10. Разветвитель 5 имеет также два крайних отверстия клиновидной формы меньшего размера (рис.4) в которые вводят канаты 1;3 и клинья 7 и 9, расширенные вверху.

Тормозная накладка 10 увеличивает коэффициент трения и тормозной момент. Клинья 7, 8 и 9, установленные противоположно, удерживают канаты 1; 2 и 3 направленные в разные стороны.При этом линия каната 2 (рис.3) является касательной к двум цилиндрам, шкиву и расширенной части клина 8. То же относится к рис.4 для канатов 2 и 3.

Применение предлагаемого канатного тормоза позволит уменьшить вероятность обрыва гибкого элемента ленточного тормоза, устранить усилие, изгибающее вал тормозного шкива или усилие, действующее на опорно-поворотное устройство, а также упростить монтаж гибкого элемента на крупногабаритных поворотных платформах и применить готовое изделие (канат) вместо ленты на тормозных шкивах большого диаметра.

тормоз канатный привод

Список литературы

1. Александров М.П. Грузоподъёмные машины. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана - Высшая школа, 2000. 552 с.

2. Траубе Е.С, Найденко И.С. Тормозные устройства и безопасность шахтных подъемных машин. -М.: Изд-во Недра, 1980. 256 с.

3. Опорно- поворотное устройство: свид-во. на полез. модель № 1258957 Рос. Федерация: МПК E02F9/12.

4. Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных машин. -М.: Машиностроение, 1976. 383 с.

5. Пат.2383794 Рос. Федерация: F16D49/08, B66D5/10. Ленточный тормоз/ Тарасов Ю.Д.; Заяв. 03.12.2008; Опубл. 10.03.2010

Размещено на Allbest.ru