Тормоза применяют для' поглощения инерции при остановке механизма, для постепенного снижения скорости движения перед остановкой и удержания остановленного механизма в неподвижном состоянии.
В грузоподъемных машинах тормоза используют также для удержания поднятого груза на весу и постепенного замедления скорости при его опускании.
Принцип работы тормоза основан на использовании силы трения, возникающей от воздействия тормозного усилия между поверхностями двух деталей, одна из которых жестко связана с затормаживаемым валом (тормозной шкив, диск), а вторая соединена с корпусом машины (колодка, диск, лента). Сила трения зависит от величины тормозного усилия, нормального к поверхности трения, и фрикционных свойств контактных поверхностей.
По направлению тормозного усилия относительно оси затормаживаемого вала тормоза разделяют на радиальные (ленточные и колодочные), у которых тормозное усилие направлено по радиусу тормозного шкива, и осевые (дисковые и конусные), у которых тормозное усилие направлено вдоль оси затормаживаемого вала.
По способу действия различают нормально-замкнутые (закрытые) и нормально-открытые тормоза.
Нормально-замкнутые тормоза постоянно затянуты усилием, действующим на систему рычагов груза или пружины, и растормаживаются (при включении двигателя) при помощи вспомогательных устройств электромагнитом, гидротолкателем и др.
Нормально-открытые тормоза замыкаются после отключения двигателя машинистом при помощи промежуточных устройств (рычажных, пневматических и гидравлических).
По способу управления тормоза разделяют на автоматически действующие и управляемые. К автоматически действующим относятся тормоза: центробежные, винтовые грузоупорные, а также с некоторым допущением все нормально-замкнутые тормоза, растормаживание которых осуществляется электромагнитами и гидротолкателями.
К управляемым тормозам относятся нормально-открытые тормоза, замыкание которых осуществляется машинистом. Положительным качеством управляемых тормозов является то, что создаваемый ими тормозной момент и время торможения можно регулировать и, следовательно, обеспечивать плавное (постепенное) замедление скорости. Однако своевременность затормаживания находится в полной зависимости от внимания машиниста.
Механизмы подъема груза и изменения вылета крюка грузоподъемных машин с машинным приводом должны быть снабжены тормозами нормально-замкнутого типа, размыкающимися при выключении привода.
Рис. 39. Ленточные тормоза
а — простого действия; б — дифференциальный; в — суммирующий
Ленточные тормоза разделяют на простые, дифференциальные и суммирующие.
Простой ленточный тормоз (рис. 39, о) состоит из стальной ленты 2, охватывающей тормозной шкив 3 и
прикрепленной одним (набегающим) концом к проушине корпуса машины пальцем 1, а вторым сбегающим концом — к рычагу 8 пальцем 10. К ленте с внутренней стороны прикреплена фрикционная обкладка 4.
При нажиме на педаль 7 тормозная лента натягивается и плотно обжимает тормозной шкив. При снятии усилия с педали рычаг приподнимается пружиной 9 и между тормозной лентой и шкивом образуется зазор 1 — 1,5 мм. Правильное положение ленты относительно шкива обеспечивается кожухом 6 и скобами 5.
При необходимости уменьшения усилия на педали тормозного рычага применяют дифференциальный ленточный тормоз (рис. 39,6), отличающийся от простого ленточного тормоза тем, что оба конца его тормозной ленты прикрепляются к рычагу с двух сторон относительно оси качания. Натяжение набегающего конца ленты SHa6 создает дополнительный момент на рычаге, совпадающий по направлению с моментом, создаваемым усилием натяжения ленты 5Сб. При неправильном соотношении плеч рычага (рис. 39, а, в) тормоз самозатягивается без приложения дополнительной внешней силы. Так как SНаб=Sсб, то для предотвращения самозатягивания необходимо, чтобы
где е — основание натуральных логарифмов; μ — коэффициент трения между поверхностями; а — угол обхвата тормозного шкива лентой, рад. Обычно принимают а =(2,5÷3) b.
Простой и дифференциальный ленточные тормоза являются тормозами одностороннего действия и пригодны для механизмов, у которых тормозной момент всегда направлен в одну сторону, например для механизма подъема груза.
Для торможения механизмов с тормозным моментом, меняющим направления (механизм поворота, механизм передвижения), применяется суммирующий ленточный тормоз двустороннего действия.
У суммирующего тормоза (рис. 39, в) лента двумя концами прикреплена к рычагу по одну сторону оси качания на равном расстоянии (b=а), поэтому тормозной момент натяжения ленты будет одинаковым независимо от направления вращения тормозного шкива. Усилие, прикладываемое к педали суммирующего тормоза, требуется большее, чем при применении тормоза простого действия (при одинаковых условиях).
Тормозной момент, развиваемый тормозом, всегда должен быть больше фактического момента на валу тормозного шкива, с учетом коэффициента запаса к. По нормам Госгортехнадзора, для грузоподъёмных машин при легком режиме работы Л = 1,5; среднем — 1,75; тяжелом — 2 и весьма тяжелом — 2,5.
При известном тормозном моменте Мторм и диаметре тормозного шкива Dт натяжение набегающего конца ленты
и натяжение сбегающего конца ленты
Коэффициент трения асбестовой тормозной ленты по чугуну и стали и = 0,35 — 0,37.
Усилие G, которое необходимо приложить к педали рычага простого ленточного тормоза:
где Qp — масса рычага; 1 — расстояние от оси вращения рычага до центра его тяжести; 1 — расстояние от оси вращения рычага до центра педали.
Усилие торможения на педали суммирующего тормоза с равными плечами (а = b):
а у дифференциального тормоза
Если ленточный тормоз затормаживается грузом, закрепляемым на конце рычага, а растормаживается — электромагнитом, при определении силы тяжести груза необходимо учитывать и силу тяжести якоря.
Недостатком ленточных тормозов с одной лентой является значительное радиальное усилие, изгибающее вал. Для устранения этого недостатка устраивают ленточные тормоза с двумя лентами, усилия натяжения
которых направлены навстречу друг другу и, следовательно, уравновешиваются.
Колодочные тормоза с двумя колодками, диаметрально расположенными относительно шкива, имеют то преимущество, что не создают изгибающей нагрузки на вал тормозного шкива (рис. 40, а, б).
Двухколодочный тормоз состоит из двух стоек / с колодками 2 и обкладками 8, обжимающими с двух сторон тормозной шкив 3 под воздействием усилия на систему рычагов, создаваемого затянутой пружиной 4 (рис. 40, а) или грузом 7 (рис. 40,6).
Тормоз размыкается электромагнитом 5 с подвижным звеном 6 или гидротолкателем. В зависимости от типа применяемого электромагнита различают колодочные тормоза с короткоходовым (рис. 40, а, в) или длинноходовым (рис. 40,6, г) электромагнитом.
Усилие JVT прижатия тормозных колодок к шкиву определяется исходя из необходимого тормозного момента Мт и фрикционных свойств материала обкладки и тормозного шкива:
Усилие, которым должна быть затянута пружина тормоза с короткоходовым магнитом (рис. 40, а), можно найти по формуле
Силу тяжести груза 7 тормоза с длинноходовым магнитом (рис. 40, б) определяют по формуле
где i — кратность (передаточное число) системы рычагов; QH — масса якоря; /я — расстояние от оси вращения рычага до точки приложения усилия якоря; 4 — расстояние от центра груза до оси вращения рычага.
Рис. 41. Колодочный тормоз с гидротолкателем а — общий вид; б — сечение по гидротолкателю.
Длинноходовой электромагнит подбирается по тяговому усилию и длине хода якоря, короткоходовой — по развиваемому магнитом на рычаге 6 моменту, гидротолкатель — по тяговому усилению.
В колодочном тормозе с гидротолкателем (рис. 41) электродвигатель / вращает крыльчатку 2 насоса, расположенного внутри цилиндра 4, которым перекачивается жидкость из надпоршневого пространства А в подпоршневое Б и вызывается перемещение гидроцилиндра относительно поршня 3 и штока 5, связанного с корпусом тормоза. Возврат поршня в исходное положение происходит под воздействием пружины 6.
Выбранные размеры трущихся поверхностей тормозных колодок необходимо проверить на допустимое давление q, МПа:
где L — длина колодки по дуге обхвата; В — ширина колодки, и на допустимую удельную работу трения qv
где n — число оборотов шкива в 1 мин; и — окружная скорость тормозного шкива, м/с.
Значения допустимых удельных давлений и работу трения для такой ленты по чугуну и стали принимают в Пределах:
Дисковый тормоз (рис. 42,а) состоит из нескольких дисков 3, сидящих на шлицах вала 5 и вращающихся вместе с ним, между которыми размещены неподвижные диски 2, жестко связанные с неподвижным корпусом / машины.
Тормозной момент создается при сжатии вращающихся и неподвижных дисков между собой пружиной 4.
Рис. 42. Схема тормозов а — дисковый; б — конусный
Усилие сжатия дисков требуется тем меньше, чем больше средний диаметр и число дисков (поверхностей трения) будет иметь тормоз:
где z — число трущихся поверхностей; ц — коэффициент, учитывающий потери от трения при перемещении дисков по пазам шпонок; Они) DH — диаметры внутренних и наружных трущихся поверхностей.
Удельное давление на трущихся поверхностях
В конусном тормозе (рис. 42. б) тормозной момент создается при прижатии вращающегося конусного диска 7, сидящего на шлицах тормозного вала 8, к не-вращающемуся диску 6 с конусной выточкой посредством пружины 9.
Соотношение размеров рабочих поверхностей, тормозного момента и замыкающего усилия пружины Р определяется следующей зависимостью:
где р — угол конусности трущихся поверхностей.
Тормозные шкивы колодочных и ленточных тормозов грузоподъемных машин изготовляются из стали не ниже марки 45 или отливкой из стали 55Л, шкивы механизмов передвижения или поворота допускается изготавливать из чугуна не ниже марки СЧ 28-48.
Тормозной системой называется устройство, состоящее из нескольких тормозов, управляемых с общего пульта, а также сборочных единиц и деталей для их управления.
Рис. 43. Тормозная система автомобильного крана
а — общая схема; б — схема колодочного тормоза с внутренним расположением колодок
На рис. 43 показана тормозная система шасси грузового автомобиля, используемого в качестве базы для автомобильных кранов. В состав этой тормозной системы входят: компрессор 7, служащий для нагнетания сжатого воздуха в систему, баллоны 2 и 13, в которых создается запас сжатого воздуха, регулятор давления 11, манометр 8, тормозной кран 4, управляемый ножной педалью 5, и тормозные исполнительные камеры / и 6, штоки которых соединены с рычагами 15 колодочных колесных тормозов. При воздействии штока пневмокамер на рычаг 15 поворачивается связанный с ним кулак 16, которым раздвигаются колодки 17 и прижимаются фрикционными обкладками 18 к тормозному ободу ходового колеса 19. Тормозные колодки соединены с тормозным диском шарнирно с помощью пальцев 20. При растормаживании колодки возвращаются в исходное положение пружиной 21.
На баллонах предусмотрены сливной край 3, кран отбора воздуха 14 и предохранительный клапан 12. Сжатый воздух тормозной системы используется также для привода механизмов 9 стеклоочистителя, включение которых осуществляется краном 10.