Методика расчета ленточно-колодочных тормозов с подвижными фрикционными накладками Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

621.839.001.2

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНЫХ ТОРМОЗОВ С ПОДВИЖНЫМИ ФРИКЦИОННЫМИ НАКЛАДКАМИ

H.А. ВОЛЬЧЕНКО

Кубанский государственный технологический университет

В настоящее время в машинах и оборудовании для пищевой промышленности с целью увеличения производительности в различных технологических процессах, например, при транспортировании, хранении и переработке продукции, получили широкое распространение ленточно- и барабанно-колодочные тормозные устройства.

Для ленточно-колодочных тормозов, имеющих различного типа фрикционные узлы и работающих в повторно-кратковременном режиме нагружения, интервал изменения средних удельных нагрузок составляет 0,3-0,5 МПа, начальных скоростей скольжения -

I,0-20,0 м/с, средних температур поверхностей трения - от 100 до 1000°С. Особенностью их работы является неравномерная нагруженность, вызванная заложенной в саму конструкцию фрикционных узлов большой величиной соотношения натяжений набегающей и сбегающей ветвей тормозной ленты ^/^с, а также то обстоятельство, что вносимый каждой накладкой набегающей и сбегающей ветвей ленты долевой тормозной момент в суммарный тормозной момент является различным.

Исходя из этого был разработан новый тип фрикционных узлов ленточно-колодочного тормоза. При этом тормозная лента освобождается от накладок. Последние собираются в бандаж и сажаются с натягом на рабочую поверхность шкива. Накладки между собой являются подпружиненными.

Ленточно-колодочный тормоз с подвижными фрикционными накладками работает следующим образом. При замыкании тормозной лентой шкива накладки некоторый период времени продолжают вращаться вместе со шкивом. Внешние узлы трения образованы внутренней поверхностью ленты и наружными поверхностями накладок. При дальнейшем затягивании тормозной ленты накладки становятся почти неподвижными относительно нее. При этом внутренние фрикционные узлы образуются внутренними поверхностями накладок и рабочей поверхностью тормозного шкива. Поочередное включение внешних и внутренних фрикционных узлов тормоза возможно при условии, когда/2 > / где/2 и/1 - коэффициенты трения между внутренней поверхностью тормозной ленты и наружной поверхностью фрикционных накладок и внутренней поверхностью фрикционных накладок и рабочей поверхностью тормозного шкива.

Необходимо заметить, что перед началом работы тормоза должно соблюдаться условие неравенства удельных нагрузок на его поверхностях трения, т. е. р1 > р2. Выполнение этого условия обеспечивается образованием предварительного натяжения за счет рас-

тяжения соединительных пружин при посадке бандажа из фрикционных накладок на рабочую поверхность шкива.

В данном типе тормоза различаются следующие стадии торможения:

начальная (первая), продолжительностью /Н, когда сила трения Fl >>

переходная (вторая), продолжительностью /П, когда ^1 > ^2;

заключительная (третья), продолжительностью /3, когда сила трения ^2 >> ^

Таким образом, в отличие от серийного ленточно-колодочного тормоза, в котором динамические и тепловые нагрузки воспринимаются только его внутренними парами трения (рабочей поверхностью тормозного шкива и внутренними поверхностями фрикционных накладок), в данном виде тормоза происходит перераспределение нагруженности между его внешними и внутренними фрикционными узлами. Это положительно влияет на улучшение работоспособности ленточно-колодочного тормоза с подвижными фрикционными накладками.

Методика расчета фрикционных узлов с внешними и внутренними парами трения в ленточно-колодочных тормозах с подвижными накладками имеет особенности, которые выражаются в работе фрикционных узлов на трех стадиях торможения; в переходе от сил трения покоя к силам трения скольжения во фрикционных узлах; в поведении фрикционных накладок на тормозном шкиве, охваченных и неохваченных тормозной лентой, и др.

Общая методика расчета основных эксплуатационных параметров ленточно-колодочных тормозов с подвижными фрикционными накладками включает в себя проектные и проверочные расчеты.

Проектные расчеты

1. Определение конструктивных параметров деталей фрикционных узлов.

1.1. Ширина тормозной ленты и фрикционной накладки

Ь < 200 мм (1); Ьн = Ь - 50 мм. (2)

1.2. Радиус и ширина тормозного шкива

? = \22гб + 0233 (3); Ьщ =(035 + 045)/?,

(4)

где гб - радиус барабана лебедки.

2. Определение эксплуатационных параметров тормоза.

2.1. Усилия натяжения набегающей ветви тормозной ленты на стадиях торможения:

начальной £Н = к"8С , (5)

а I а .

где К = Т2 + — - Г^; а - угол обхвата одной накладкой

шкива,

промежуточной 5и = а'ХС, (6)

где a = f2 - ^ ---2Ґ1 —- ----^ 5п - сила натяжения

2

соединительнои пружины,

заключите льной а Э

2

= Ь

С,

(7)

гДе Ь = f1 + -Ъ

2

2

м =

[ке ]

[Гб + Зі (2 - 1)],

(8)

где ^тр, ^ - допустимая разрывная нагрузка и запас прочности талевого каната; а1 - расстояние между центрами сечений канатов в смежных слоях навивки; г - количество слоев навивки каната на ба -рабан (г = 2 ^3).

2.3. Общая деформация элементов тормозной системы рассчитана при условии равномерного распределения усилий между тормозными шкивами, были определены углы поворота левого Р1 и правого Р2 кривошипов коленчатого вала, при которых происходит компенсация деформаций ветвей тормозных лент ДЛ, тяг ДТ и тормозного вала при кручении от действия МКр:

Рі =-^

А о + А т

64М I „ А +АТ 64МкрI

--С- (9); Р2 = --------1 -7^. (10)

ЭкС Г ЭкС

где Мкр = Мтз - тормозной момент в конце заключительной стадии торможения; I - расстояние между кривошипами; г - радиус кривошипа; d - диаметр тормозного вала; О - модуль упругости второго рода.

Более детально определение Рі и р2 раскрыто в работе [1].

2.4. Для определения положения накладок в момент завершения торможения данным тормозом была использована расчетная схема сил, действующих на і-ю накладку, охваченную и неохваченную тормозной лентой. Для определения сил трения записали аналитические выражения условий перехода п-й накладки из состояния покоя к состоянию движения относительно рабочей поверхности тормозного шкива, а также перехода накладки в состояние покоя относительно тормозной ленты при линейном режиме торможения. После определения всех сил, действующих на накладки, а также величины прироста силы натяжения соединительной пружины, после подстановки полученных выражений в уравнение кинетостатического равновесия и соответствующих преобразований получены выражения для определения углового шага между і-й и (і + 1)-й накладками в конце третьей стадии торможения:

охваченными тормозной лентой

Ри +1 =а + р +

При математическом описании сил, действующих во внешних и внутренних фрикционных узлах, сформулированы условия применительно к жесткости соединительных пружин и упругости кольцевых стержней, что позволило пренебречь центробежными силами инерции. В конечном счете, были получены аналитические выражения (5)-(7).

2.2. Наибольший тормозной момент, развиваемый тормозом с подвижными накладками:

тД0

1-

' і '2 1--і-ік

V к 0

1-

+ е

12а (і-1)

•1800

(11)

аа

СОБ — - Б1П —

2

2

неохваченными тормозной лентой

РМ-1 =а + р +

а

2АБП біп- Л +

п 2 1

1-

1 -

\ к

• 1800

(12)

-1 |СОБ2 -

а ■ а , V,-,

- - БП-f1 кк,

где ті - масса і-й накладки; Я0 - радиус центра масс накладки; АSп -прирост силы натяжения пружины в процессе торможения; 00 и е -угловая скорость и ускорение шкива; ґь ґк- время от начала торможе -ния до данного момента и полного цикла торможения; Э Сл - натяжение сбегающей ветви ленты в конце полного цикла торможения; і -порядковый номер рассматриваемой фрикционной накладки; с+1 -жесткость (і+1)-й соединительной пружины; р - центральный угол между торцами двух соседних накладок, расположенных на рабочей поверхности тормозного шкива.

Проверочные расчеты

3.1. Определение усилия, прикладываемого к рычагу управления тормозом, _Рр:

Ртр к[гб + а1 (2 -1)]

ЭС =-г1-і (13); = ЭС—-4------^^------------(14);

С 2[ке ] р С (е^Па/яо -1)(1 + и)кір^

^ £[<=п].

где к - соотношение коэффициентов трения, к = f2f1; и = (к - 1) с, с -

соотношение периодов первой стадии торможения ҐН ко всему периоду торможения ґ к; п - количество накладок на тормозном шкиве; іпр - передаточное отношение механического привода тормоза; ^ -КПД привода.

3.2. Определение коэффициента запаса прочности для поперечного сечения тормозной ленты п:

АЕЛ

. +_! (15); П =-

а

(16); п >[п] ,

2Я о (Яо +А) ЬЛ ’ о ак d

єР

где Д - зазор между лентой и накладками при разомкнутом тормозе; Е - модуль упругости при изгибе; К§ - радиус нейтрального слоя ленты при изгибе; 5 - толщина ленты; С-1 - предел выносливости ма -териала ленты при симметричном цикле нагружения; Са,Ст - ампли-

С

С

С

І

к

+

+

о

туда и среднее нормальное напряжение цикла; ка - эффективный ко -эффициент концентрации напряжений; у - коэффициент, зависящий от материала ленты; е и Р - коэффициенты, учитывающие размеры поперечного сечения ленты и класс чистоты ее рабочей по -верхности.

3.3. Определение удельных нагрузок, действующих в парах трения, рт:

= 2ЭС = 2Эн

РтіП = ЯЬ ’ Ртах = ЯЬ ’

рт

Р тіп + рт 2”"

= Л (1 + е'' 51 о ); (17); Рт £[Рт ] .

3.4. Определение энергоемкости тормоза

Ртпя2 Ьа^г і • 1о3

Рт =-

(18); Ргт £[Ргт ]

При проверочных расчетах принимают следующие значения допустимых величин: \Рр] = 350 +- 400 Н; '] = 2; [рт ] = 1,2 МПа и [ргт] = 8 МВт/м2.

Таким образом, при проектировании новых типов фрикционных узлов ленточно-колодочных тормозов, в том числе буровых лебедок, с подвижными накладками, имеющими внешние и внутренние пары трения, достигается поддержание не только допустимых удельных нагрузок на их поверхностях взаимодействия, но и развиваются эффективные тормозные моменты при тепловом режиме ниже допустимой поверхностной температуры для наружного и внутреннего шара фрикционного материала накладки.

ЛИТЕРАТУРА

где А2 = пЬЯа - теоретическая площадь взаимодействия поверхно -стей накладок и шкива; - средняя за цикл торможения скорость

спуска нагруженного элеватора, которая зависит от длины свечи и выбирается по справочной литературе; Гншах - максимальный радиус навивки каната на барабан лебедки.

1. Петрик А.А., Вольченко Н.А., Пургал П.Ю., Вольчен -ко Д.А. Фрикционные узлы (научное издание). Т. 1. - Краснодар, 2003. - 220 с.

Кафедра технической механики

Поступила 22.11.04 г.