CC BY
68
УДК 621.874: 621.838.3
УПРАВЛЕНИЕ ТОРМОЗАМИ КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ
Ю. В. Ремизович ФГБОУ ВПО «СибАДИ», Россия, г. Омск
Аннотация. В данной статье рассмотрены тенденции развития устройств управления тормозами крановых механизмов. Отмечены достоинства и недостатки известных устройств. Предложено и обосновано устройство управления тормозом. В качестве привода использован шаговый электродвигатель и шарико-винтовая передача. Устройство обеспечивает плавную и бесшумную работу с дистанционным регулированием тормозного момента с автоматической компенсацией износа накладок.
Ключевые слова: колодочный тормоз,
передача, шаговый электродвигатель.
Введение
Крановые механизмы содержат тормоза различного типа. Преимущественно используют двухколодочный тормоз. Каждый тормоз имеет устройство управления, которое включает устройство замыкания (чаще всего пружина сжатия) и устройство размыкания того или иного
электротехнического типа.
Постановка задач
Выявилась тенденция усложнения устройств управления тормозами. Они становятся все более громоздкими и энергоемкими. Необходим поиск новых технических решений в области принципов управления тормозами с обеспечением дистанционного регулирования тормозного момента.
Решение
Тормоза предназначены для поглощения кинетической энергии движущихся масс крана, его механизмов и груза и используются как для стопорения, так и для регулирования скорости движения [1]. Они различаются по конструкции (колодочные, ленточные, дисковые, конические), назначению (спускные, стопорные), принципу действия (нормально замкнутые, нормально разомкнутые или автоматические). Преимущественное применение находят колодочные нормально замкнутые тормоза. Дисковые тормоза применяют в талях, конические - в механизмах с ручным приводом [1].
устройства управления, шарико-винтовая
В механизмах подъема груза и изменения вылета стрелы с машинным приводом должны быть установлены нормально-замкнутые тормоза, автоматически размыкающиеся при включении привода механизма [2]. В механизмах передвижения и поворота применяют как нормально замкнутые, так и комбинированные тормоза, т.е. такие, которые при штатной эксплуатации работают как нормально разомкнутые, а в аварийной ситуации - как нормально замкнутые.
Двухколодочный тормоз, как и любой другой, содержит фрикционную пару, в данном случае (рис. 1) колодки 3 (с накладкой или без) и шкив 4, устройство замыкания в виде пружин 1 и 2, устройство размыкания в виде однофазного электромагнита клапанного типа в составе якоря 5 и катушки 6. В состав тормоза любого типа входит шарнирно-рычажная система (на рисунке 1 не обозначена).
Применительно к колодочным тормозам справедливы следующие зависимости [1]:тормозной момент Тт, развиваемый тормозом,
£
Тт = РР ' — 'Лш .
£1
Результирующая сила F, которую должно развивать устройство замыкания,
Р = ТЛ/(РЛш£).
Давление р между шкивом и колодкой
Р = Тт/ (РА)<[ р].
Рис. 1. Схема двухколодочного тормоза с электромагнитом клапанного типа
Необходимое усилие FII основной пружины
Fп = F + FR,
п в '
где f - коэффициент трения между колодкой и шкивом; D - диаметр тормозного шкива; - КПД рычажной системы
(« 0,95); £, £1 - длины плеч рычагов;
Fв - усилие вспомогательной пружины (служит для обеспечения гарантированного зазора между шкивом и колодкой при выключении тормоза); А - площадь рабочей поверхности одной тормозной колодки:
А = Б/360, где Б - ширина колодки; Р - угол обхвата шкива одной колодкой (Р =70°); [р] -
допускаемое давление ([р] = от 0,2 до 2,0 МПа в зависимости от фрикционной пары).
При установочном зазоре 8 между колодкой и шкивом ход h пружины в тормозе
Ь = 81/1 1.
Выбор электромагнитов для
двухколодочных тормозов производят на основании зависимости
Ж = 4Тте /(&),
где W - работа, производимая электромагнитом, Дж.
Для электромагнитов с поступательным движением якоря
W = Fмhм • к,
где Fм - тяговое усилие электромагнита; Ь - ход якоря; к - коэффициент использования хода якоря (к = 0,85).
Для электромагнитов клапанного типа
W = Тм фк,
где Тм - момент электромагнита; ф -угол поворота якоря, рад.
Для данного типа устройства размыкания тормоза выявились недостатки:
ограниченный ресурс (не более 1 млн. срабатываний); шумовое загрязнение окружающей среды (резкие щелчки). Главный недостаток - невозможность дистанционного изменения тормозного момента. Необходимо остановить работу и вручную регулировать усилие (затяжку) пружины.
Чтобы избежать указанного недостатка стали применять тормоза с электрогидравлическим толкателем 1 (рис. 2). Тол кател ь электрогид равл ический (ТЭ Г) комбинированное устройство, состоящее из электродвигателя, насоса и гидроцилиндра работает бесшумно, ресурс до 10 млн. срабатываний.
Рис. 2. Схема колодочного тормоза с электрогидравлическим толкателем
Некоторые зависимости для тормоза с ТЭГ [3]:
усилие F1, приложенное к рычагам
¥х = Тт £1/( тш £); усилие F пружины
Г = ¥Х12/ £ 3;
усилие FD размыкания
£р - длины обозначения
Fp = 1,15 F£ р / £ 3.
С другой стороны, Fp = р^ /4 ,
где р - давление жидкости в ТЭГ; d -
диаметр поршня ТЭГ; £2, £3,
плеч рычагов. Остальные указаны ранее.
У тормоза с ТЭГ также невозможно дистанционно изменять тормозной момент. Кроме того, для механизмов передвижения с большим ходом (кран, тележка) ТЭГ остаётся включенным длительное время (2...3 мин.). Наличие в ТЭГ вращающихся деталей приводит к износу их.
Для уменьшения этого недостатка разработан [4] тормоз (рис. 3) с комбинированным управлением. Размыкание производит ТЭГ 1, после чего отключается. Дальнейшее удержание колодок в разомкнутом состоянии обеспечивает электромагнит 2. Достигнуто плавное и бесшумное размыкание с уменьшением износа деталей ТЭГ. Дистанционное изменение параметра настройки -тормозного момента, в этой конструкции невозможно.
В какой-то мере избавлен от этого недостатка тормоз (рис. 4) ТКПА-200, предлагаемый НПО «Подъемтранссервис» (журнал «Подъемно-транспортное дело», 2010 г., №1, 3-я стр. обложки). Тормоз содержит два среднеходовых магнита постоянного тока. Уверяют, что обеспечено плавное и ступенчатое торможение. В указанном материале рекламного характера принцип (алгоритм) управления не раскрыт.
Рис. 3. Колодочный тормоз с комбинированным устройством размыкания
Рис. 4. Схема двухколодочного тормоза с двумя среднеходовыми магнитами постоянного тока
Из представленного обзора устройств управления тормозами вытекает тенденция усложнения их конструкции, которая позволяет достичь каких-то промежуточных результатов, но не обеспечивает главного -возможности дистанционного изменения тормозного момента.
Исходя из анализа достоинств и недостатков существующих тормозов, предложен вариант системы управления тормозом (рис. 5).
1 /
щ
Рис. 5. Схема колодочного тормоза
со специальным устройством размыкания
Устройство замыкания - пружина в сочетании с рычажно-шарнирной системой по схеме для тормоза с ТЭГ (см. рис. 2).
Устройство размыкания содержит шаговый электродвигатель (ШЭД) 1, шлицевую муфту 2 и шариковинтовую пару (ШВП) 3.
ШЭД - это синхронный бесщеточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые
перемещения (шаги) ротора. При использовании 4-х основных полюсов угол поворота (шаг) ротора 3,60. При большем количестве полюсов можно обеспечить шаг в пределах долей градуса. ШЭД широко распространены и используются в роботах, станках и т.д. Предлагаются ШЭД на любые параметры (мощность до 3 кВт) с комплектами управления [7].
ШВП также широко распространены и используются в приводах роботов, станков с ЧПУ и др. и позволяют реализовать усилия до 70 кН, ход серийных образцов до 7 метров [8].
Работает предлагаемое устройство размыкания следующим образом. При подаче напряжения на электродвигатель кранового механизма поступает электрический ток на программируемую систему управления ШЭД 1. Она может быть настроена так, что выдает на ШЭД наибольшее количество импульсов, при которых колодки тормоза отходят на величину Ь, обеспечив гарантированное растормаживание. При отключении двигателя механизма система управления обеспечивает обратный ход шЭд с соответствующим замыканием тормоза. Изменяя количество импульсов, подаваемых на ШЭД, можно осуществлять плавное растормаживание или затормаживание механизма крана, т.е. дистанционное изменение тормозного момента, в том числе, компенсацию износа накладок. При повороте вала ШЭД 1 вращение через муфту 2 передается на ШВП 3, гайка которого неподвижна. За счет вертикального перемещения винта ШВП происходит, через шарнирно-рычажную систему, отвод (подвод) колодок тормоза.
Некоторые зависимости для ШВП: скорость V , м/с винта V = zpn/60 ; крутящий
момент Тв, Нм на винте при силе Ес, Н сопротивления
Тв = Fc^ tg(a+ р) ;
передаточное число и = М2/pz,
где р - шаг винта, м; z- количество
-1
заходов; п - частота вращения винта, мин ; d2 - средний диаметр резьбы, м; а - угол подъема винтовой линии,
а = агС^[р/(л^)], град.; р - угол трения, р = агС^ , град., (здесь Г - коэффициент трения между витками гайки и винта). Для ШВП Г = tgр^ 0,005...0,01.
Устройство, содержащее электродвигатель и винтовую (резьбовую) пару предложено использовать для управления муфтами редуктора [6].
Заключение
Разработано и обосновано устройство управления тормозом на основе шагового электродвигателя и шарико-винтовой передачи, обеспечивающее плавное и бесшумное замыкание (размыкание) тормоза с дистанционным регулированием тормозного момента, обладающее конструктивной простотой по сравнению с разработками последних лет.
Библиографический список
1. Кузьмин, А. В. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин / А. В. Кузьмин, Ф. Л. Марон - Минск: Вышэйшая школа, 1983. - 272 с.
2. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. - М.: НПО ОБТ, 2000. - 239 с.
3. Ремизович, Ю. В. Транспортно-технологические машины: учебное пособие / Ю. В. Ремизович, О.В. Курбацкая. - Омск, СибАДИ 2014. - 156 с.
4. Карасев, Д. А. Развитие конструкций колодочных тормозов с комбинированным приводом / Д. А. Карасев // Подъемно-транспортное дело. № 1, 2010. - С. 2 - 3.
5. Иванов А. А. Основы робототехники: учебное пособие / А. А. Иванов. - М.:ФОРУМ, 2012. - 224 с. - (высшее образование).
6. Ремизович, Ю. В. Редуктор с изменяемым передаточным числом для крановых механизмов / Ю. В. Ремизович // Вестник СибАДИ. - 2014. - № 3 (37). - С. 22 - 26.
7. Электронный ресурс: http://electroprivod.ru/stenmotopr.htm (дата обращения 01.10.14 г.)
8. Электронный ресурс: http:// www.thk.com/?q=ru/node/5523 (дата обращения 01.10.14 г.)
BRAKE CONTROL CRANE OF MECHANISMS
Y. V. Remizovich
Abstract. This article describes the trends in the development of control devices brakes crane mechanisms. Reported advantages and disadvantages of the known devices. Proposed and substantiated device for brake control. The drive used stepping motor and ball-screw gear. The device provides smooth and quiet operation with remote regulation of the braking torque with automatic compensation for wear of the linings.
Keywords: block brake, control device, ball-screw gear, stepping motor.
References
1. Kuzmin A. V., Maron F. L. Spravochnik po raschetam mehanizmov podemno-transportnyh mashin [Reference book on calculations of mechanisms of hoisting-and-transport cars]. Minsk: Higher school, 1983. 272 p.
2. Rules for design and safe operation of load-lifting cranes. Moscow, NPO OBT, 2000. 239 p.
3. Remizovich Y. V., Kurbatskaya O. V. Transportno-tehnologicheskie mashiny: uchebnoe posobie [Transport and technological machines: Textbook]. Omsk, SibADI, 2014, 156 p.
4. Karasyov D. A. Razvitie konstrukcij kolodochnyh tormozov s kombinirovannym privodom [Development of designs the block of brakes with the combined drive]. Podemno-transportnoe delo. № 1, 2010. Pp. 2 - 3.
5. Ivanov A. A. Osnovy robototehniki: uchebnoe posobie [Robotics bases: manual]. Moscow, FORUM, 2012. 224 p.
6. Remizovich Y. V. Reduktor s izmenjaemym peredatochnym chislom dlja kranovyh mehanizmov [Reducer with changeable transfer number for crane mechanisms]. Vestnik SIBADI, 2014, № 3 (37). pp. 22 - 26.
7. http://electroprivod.ru/stenmotopr.htm (accessed 01.10.14).
8. http: // www.thk.com/?q=ru/node/5523 (accessed 01.10.14).
Ремизович Юрий Владимирович (Россия, г. Омск) - кандидат технических наук, доцент кафедры Подъемно-транспортные машины и гидропривод ФГБОУ ВПО «СибАДИ». (644080, г. Омск, ул. Мира, 5, e-mail: remizovich_uv@sibadi.org)
Remizovich Y. V. (Russian Federation, Omsk) -Candidate of Technical Sciences, the associate professor Hoisting-and-transport cars and a hydraulic actuator of the Siberian State Automobile and Highway academy (SibADI). (644080 Russia, Omsk, Mira Ave. 5, e-mail: remizovich_uv@sibadi.org)
УДК 621.813
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ И РАВНОМЕРНОСТИ ЗАТЯЖКИ ГРУППОВЫХ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СБОРКЕ
РЕМОНТИРУЕМЫХ УЗЛОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ
В. Л. Соловьев ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П. А. Столыпина, Россия, г. Омск
Аннотация. В статье объясняется несовершенство контроля силы затяжки резьбовых соединений по моменту. Обозначены последствия неточной и неравномерной затяжки групповых резьбовых соединений. Приведены полученные функциональные зависимости момента от силы затяжки, не учитывающие величины силы затяжки и коэффициентов трения в явном виде. Представлены результаты экспериментальных исследований. Предложены пути повышения точности и равномерности затяжки групповых резьбовых соединений при сборке ремонтируемых узлов машин.
Ключевые слова: резьбовое соединение, момент затяжки, сила затяжки, коэффициент трения, динамометрический ключ.
Постановка проблемы
В работе рассмотрена проблема низкой точности контроля силы затяжки по моменту при сборке групповых резьбовых соединений (ГРС) ремонтируемых узлов машин. Решение данной проблемы является актуальной задачей, поскольку неточная и, как следствие, неравномерная затяжка ГРС приводит к весьма дорогостоящему и длительному ремонту техники.
При сборке ремонтируемого узла рекомендованный (техническими условиями на сборку) момент затяжки не гарантирует обеспечение требуемой (расчетной) величины силы затяжки с достаточной
точностью. Причиной того является несоответствие фактических значений коэффициентов трения сопряженных в процессе затяжки резьбовых поверхностей расчетным, что объясняется изменением (нестабильностью) состояния резьбовых соединений в процессе эксплуатации. Отклонение созданной величины силы затяжки от требуемой по разным оценкам может достигать +25-38% [1,2,3,4,7,8]. Такая низкая точность контроля недопустима при сборке ответственных и особо ответственных ГРС. Максимально допустимое отклонение от требуемой величины силы затяжки при сборке особо ответственных ГРС (болты
