Ленточный тормоз. Виды и схемы ленточных тормозов.

В ленточных тормозах тормозной момент создается в результате трения фрикционного материала, прикрепленного к гибкой стальной ленте, по поверхности цилиндрического тормозного шкива.

Виды ленточных тормозов

В зависимости от принципиальной схемы различают ленточные тормоза:

  • простой;
  • дифференциальный;
  • суммирующий.

В простом ленточном тормозе (рис. 1, а) сила наибольшего натяжения ленты воспринимается какой-либо неподвижной точкой, обычно осью вращения рычага. Простой ленточный тормоз является тормозом одностороннего действия, так как при изменении направления вращения шкива при той же замыкающей силе, создаваемой весом замыкающего груза, максимальное натяжение создается на том конце ленты, который прикрепляется к рычагу. По значению эта сила в eƒα раз меньше, чем при вращении шкива в прямом направлении, а следовательно, и тормозной момент также в eƒα раз меньше. Поэтому простые тормоза применяют в таких механизмах, как, например, механизм подъема, где не требуется одинаковый тормозной момент при вращении шкива в обе стороны; при этом тормоз устанавливают так, что тормозной момент больше при опускании груза. Для торможения поднимающегося груза достаточен меньший тормозной момент.

Вес груза, необходимый для создания тормозного момента:

простой ленточный тормоз - вес груза
где а, б, с, d — размеры по рисунку 1, а (обычно принимают d/a = 10 ÷ 15); Gp — вес тормозного рычага; Gяк — вес якоря электромагнита; η = 0,9 ÷ 0,95 — КПД рычажной системы тормоза.

Тормозной момент, развиваемый простым ленточным тормозом при направлении вращения указанном на рисунке 1, позиции а:

простой ленточный тормоз - тормозной момент

При размыкании тормоза лента отходит от шкива на размер радиального зазора ε, тогда ход точки крепления ленты к рычагу:

простой ленточный тормоз - ход точки крепления ленты к рычагу
где α — угол обхвата.

Схемы ленточных тормозов

схемы ленточных тормозов
Рис. 1: а – простого, б – дифференциального, в — суммирующего

В дифференциальном ленточном тормозе (рис. 2, б) оба конца ленты закреплены на тормозном рычаге по обе стороны оси его вращения, причем плечи а1 и а2 действия сил Т и t относительно оси вращения тормозного рычага не равны между собой. Вес груза, создающего необходимый тормозной момент:

дифференциальный ленточный тормоз - вес груза

Ход конца ленты (точки ее крепления к рычагу) при отходе ленты от шкива на размер ε равен:

дифференциальный ленточный тормоз - ход точки крепления ленты к рычагу

Тормозной момент, развиваемый дифференциальным ленточным тормозом, при направлении вращения шкива, показанного на рисунке 1, позиции б, определяется по формуле:

дифференциальный ленточный тормоз - тормозной момент

Из анализа формулы видно, что при соотношении плеч рычага при очень малом значении замыкающей силы можно получить тормозной момент Мт → ∞, то есть может происходить самозатягивание тормозной ленты, так как нажатие ленты на шкив осуществляется не только под действием внешней силы, приложенной к ленте, но и под действием силы трения, возникающей между шкивом и лентой.

Малая замыкающая сила является преимуществом дифференциального тормоза. Однако самозатягивающиеся тормоза применяются крайне редко, так как они имеют много недостатков: резкое захватывание шкива, сопровождающееся толчками; слабое торможение при изменении направления вращения шкива; повышенный износ тормозной накладки и шкива. Значительное изменение тормозного момента при изменении коэффициента трения и склонность тормоза к самозатягиванию не позволяют широко использовать дифференциальный тормоз в лебедках с машинным приводом, он обычно имеет ручное управление. Для нормальной работы дифференциального тормоза без самозатягивания должно быть осуществлено неравенство a1 > a2eƒα. Обычно принимают a1 = (2,5÷3)a2, а длину плеча a2 из конструктивных соображений принимают равной 30 – 50 мм. При перемене направления вращения шкива, показанного на рисунке 2, позиции б, на противоположное тормозной момент уменьшается в (a1eƒα — a2)/(a1 — a2eƒα) раз.

В суммирующем ленточном тормозе (рис. 1, в) оба конца ленты прикреплены к тормозному рычагу с одной стороны от оси его вращения. Плечи a1 и a2 действия сил Т и t относительно оси вращения рычага могут быть различными или равными по величине. При одинаковых плечах тормозной момент не зависит от направления вращения шкива.

Суммирующий ленточный тормоз применяют преимущественно в тех механизмах, где требуется постоянный тормозной момент при прямом и обратном направлениях вращения вала, например в механизмах передвижения поворота.

Вес груза, необходимый для создания необходимого тормозного момента в суммирующем тормозе, определяется суммой натяжений концов ленты:

суммирующий ленточный тормоз - вес груза

Перемещение точки крепления ленты для образования радиального зазора ε при размыкании тормоза равно:

суммирующий ленточный тормоз - ход точки крепления ленты к рычагу

При a1 = a2 получаем Δ1 = Δ2 = εα/2. Следовательно, ход штока электромагнита при одном и том же радиальном зазоре в этом тормозе в два раза меньше, чем в простом тормозе.

Из анализа приведенных уравнений также видно, что при a1 = a2 создать определенный тормозной момент в суммирующем тормозе можно замыкающей силой в eƒα + 1 раз большей, чем в простом ленточном тормозе. Тормозной момент, развиваемый суммирующим ленточным тормозом, определяется по формуле:

суммирующий ленточный тормоз - тормозной момент

При направлении вращения шкива противоположно указанному на рисунке 1 (позиции в) тормозной момент при a2 < a1 уменьшается в (a2 + a1eƒα) / (a1 + a2eƒα) раз.

Подбор электромагнитов для ленточных тормозов производят по формуле. Так, для простого тормоза:

простой электромагнитный тормоз

где D = 2R.

Максимально возможное плечо действия тяговой силы электромагнита, определяемое из условий обеспечения нормального отхода ленты, равно:

простой ленточный тормоз

Для суммирующего тормоза при a2 < a1:

суммирующий ленточный тормоз

Преимущества ленточных тормозов:

  • простота конструкции;
  • компактность;
  • способность развивать большие тормозные моменты, увеличивающиеся с ростом угла обхвата.

В конструкциях кранов применяются главным образом простые ленточные тормоза. В то же время ленточные тормоза имеют следующие недостатки, из-за которых они вытесняются более рациональными колодочными тормозами.

Недостатки ленточных тормозов:

  • ленточный тормоз создает значительную силу, изгибающую тормозной вал; она равна геометрической сумме натяжений Т и t;
  • распределение давления и износа по дуге обхвата неравномерно и примерно пропорционально величине eƒα;
  • тормозной момент ленточного тормоза зависит от направления вращения тормозного шкива;
  • обрыв стальной ленты тормоза влечет за собой аварию, поэтому эксплуатационная надежность ленточных тормозов ниже надежности колодочных тормозов.