Колодочные тормоза. Расчет колодочного тормоза.

В подъемно-транспортных машинах находит применение большое число разнообразных конструкций колодочных тормозов, состоящих из рычагов и двух колодок, диаметрально расположенных относительно тормозного шкива и различающихся в основном схемами рычажной системы. Торможение механизма с помощью колодочных тормозов происходит в результате создания силы трения между тормозным шкивом, связанным с одним из валов механизма, и тормозной колодкой, укрепленной на рычагах тормоза, установленного на металлоконструкции тележки или крана.

Колодочные тормоза

колодочные тормоза

Рис. 1: а — одноколодочный; б — двухколодочный

В простейшем одноколодочном тормозе (рис. 1, а) тормозной рычаг длиной l нажимает колодкой на тормозной шкив силой Р, благлдаря чему на вращающемся шкиве возникает сила трения F = fN, противодействующая вращению механизма где f — коэффициент трения, имеющий для различных пар материалов следующие значения:

Коэффициент трения материалов

коэффициенты трения материалов

Табл. 1

Если момент силы F больше момента движущей силы, действующей на том же валу, то скорость движения замедляется и движение прекращается.

Расчет колодочного тормоза

Тормозной момент, создаваемый одноколодочным тормозом,
тормозной момент одноколодочного тормоза

откуда необходимая сила нажатия колодки на шкив:
необходимая сила нажатия колодки на шкив

Сила Р, замыкающая тормоз, из условия равновесия рычага относительно его оси вращения равна:
сила, замыкающая тормоз

Знаки «+» или «-» в уравнении определяется направлением вращения тормозного шкива. На рисунке 1 зазор между колодкой и шкивом при наличии сил трения между ними показан условно для упрощения выявления на схеме действующих сил. При одноколодочном тормозе сила N нажатия колодки на шкив создает дополнительный изгибающий момент на валу, что приводит к увеличению диаметра вала и подшипников. Поэтому одноколодочные тормоза применяют весьма редко и только в ручных механизмах.

Двухколодочные тормоза

Более широко применяют двухколодочные тормоза с тормозными колодками, шарнирно связанными с тормозным рычагом (рис. 1, б). Тормозной момент, создаваемый двухколодочным тормозом, равен сумме тормозных моментов, развиваемых каждой колодкой. Силы нажатия колодок на шкив определяют, как и для одноколодочного тормоза, из уравнений равновесия тормозных рычагов.

Момент силы трения Nf на плече, равном расстоянию от поверхности трения до оси колодки, стремится повернуть колодку, что приводит к неравномерному распределению давления между накладкой и шкивом по длине дуги обхвата [l]. При конструировании тормозов (см. остановы и тормоза) стремятся разместить ось вращения колодки как можно ближе к поверхности трения, поэтому этот момент обычно невелик и при составлении уравнений равновесия рычагов им можно пренебречь. Тогда при вращении тормозного шкива по часовой стрелке, как показано на рисунке 1 (позиции б), для левого (по рисунку) рычага находим Pl = N1(l1 – fb) и N1 = Pl/(l1 – fb). Для другого рычага Pl = N2(l1 + fb), откуда N2 = Pl/(l1 + fb).

Общий тормозной момент выражается формулой:
общий тормозной момент

Подставив в это уравнение значения N1 и N2 определенные выше, получаем:
общий тормозной момент

Равнодействующие силы N и F соответственно для левого и правого рычага равны:
равнодействующие силы N и F

Так как N1 ≠ N2 , то и Sı ≠ S2. Разность между силами S1 и S2 является силой, изгибающей тормозной вал:
сила, изгибающая тормозной вал

Из последнего выражения видно, что ∆S = 0, если плечо b = 0, то есть при прямых тормозных рычагах. Поэтому в современных конструкциях тормозов для устранения сил, изгибающих тормозной вал стремятся применять тормоза с прямыми рычагами. При этом тормозные моменты, создаваемые каждой колодкой, одинаковы и не зависят от направления вращения тормозного шкива. Общий тормозной момент двухколодочного тормоза при прямых рычагах:
общий тормозной момент при прямых рычагах

где η = 0,9 ÷ 0,95 — КПД рычажной системы тормоза, учитывающий потери на трение в шарнирах рычажной системы (бόльшие значения соответствуют шарнирам, имеющим смазку).

Условное среднее давление между шкивом и колодкой тормоза определяют из соотношения:
условное среднее давление между шкивом и колодкой

где Ак — площадь поверхности трения одной тормозной колодки; D — диаметр шкива; В — ширина колодки, принимаемая обычно для обеспечения полного контакта между колодкой и шкивом на 5–10 мм меньше длины шкива; β = 60-110˚ — угол обхвата шкива одной колодкой; допускаемые давления [p] для различных материалов приведены в таблице 2.

Допускаемые давления [p] для различных материалов, МПа

допускаемые давления для различных материалов
Табл. 2: Примечание. Приведенные значения соответствуют механизмам 4-й группы режимов работы. Для более тяжелых режимов их следует уменьшать на 30%.