ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНЫЙ ТОРМОЗ С РАЗДВИЖНЫМ ШКИВОМ
BELT-BLOCK BRAKE WITH ADJUSTABLE PULLEY

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах строительной и буровой лебедки.
Известен ленточно-колодочный тормоз буровой лебедки, содержащий тормозной шкив с рабочей поверхностью, которая при торможении охватывается тормозной лентой с фрикционными накладками. При этом величина натяжения набегающей (Sн) и сбегающей (Sc) ветвей характеризуется их соотношением, изменяющимся от 2,0 до 10,0 [1, аналог; Алексеевский Г.В. Буровые установки Уралмашзавода. - М.: Недра, 1981. - С.132, рис.68].
Тормоз имеет тот недостаток, что в нем нельзя регулировать и управлять мощностью торможения из-за постоянных конструктивных параметров тормозного шкива.
Известен двухступенчатый ленточно-колодочный тормоз, содержащий тормозной шкив, тормозную ленту, основные фрикционные накладки и привод, и при этом он снабжен упругой тормозной лентой-кольцом, покоящейся на тарельчатых пружинах на ребордах шкива, а по его периметру выполнено углубление П-образной формы. В П-образном углублении с зазором относительно боковых поверхностей реборд и рабочей поверхности шкива расположены основные фрикционные накладки, которые крепятся к тормозной ленте-кольцу. К внешней поверхности тормозной ленты-кольца прикреплены дополнительные фрикционные накладки, взаимодействующие с тормозной лентой, и при этом удельные нагрузки на внешних и внутренних парах трения фрикционных узлов тормоза одинаковы за счет разных коэффициентов взаимного перекрытия их взаимодействующих поверхностей [2, прототип; патент России 2224926 С2, кл. F16D 49/08, 49/12 за 2004 г.].
Основной недостаток данного тормоза тот, что он имеет сложную конструкцию и большую металлоемкость шкива.
По сравнению с аналогом и прототипом предложенное техническое решение имеет следующие отличительные признаки:
- повышается эффективность действия тормоза за счет уменьшения удельных нагрузок на взаимодействующих поверхностях, и как следствие, увеличение коэффициента трения и в конечном итоге тормозного момента;
- увеличивается коэффициент взаимного перекрытия внешних и внутренних пар трения за счет постоянного осевого поджатия и переменного радиального поджатия фрикционных элементов;
- достигается выравнивание удельных нагрузок по периметру внешних и внутренних пар трения тормоза благодаря поочередному попаданию фрикционных элементов под различные ветви тормозной ленты;
- снижаются термические напряжения тормозного шкива за счет его деления на подвижный и неподвижный полушкив, и кольца, уменьшающего перепад температур между их поверхностями;
- осуществляется быстрая переналадка тормозного шкива на широкие фрикционные элементы путем перемещения его подвижного полушкива и установки дополнительного шкива между полушкивами, что существенно снижает мощность торможения;
- достигается снижение вибраций фрикционных узлов тормоза за счет использования упругой цилиндрической пружины в разъемном устройстве.
- устраняется резкий захват тормозной лентой выпуклых поверхностей фрикционных элементов, и как следствие, исчезают толчки и вибрации пар трения благодаря наличию под наружной колодкой резинотросовой ленты.
Целью настоящего изобретения является повышение эффективности торможения путем поочередного применения внешних и внутренних фрикционных узлов с возможностью регулирования и управления мощностью торможения, изменяя ширину тормозного шкива перед началом торможений.
Поставленная цель достигается тем, что в ленточно-колодочном тормозе с раздвижным шкивом к фланцу барабана жестко крепится первый полушкив, а второй полушкив в своей средней части фланца соединен с первым полушкивом посредством специальных болтов, обеспечивающих его центрирование и направленное перемещение за счет втулки, сверху которой перпендикулярно поверхности фланца установлена цилиндрическая пружина, поджатая со своего торца стопорной шайбой; при этом специальные болты и втулка посажены на подшипники скольжения и качения, а в Г-образные впадины полушкивов установлены фрикционные элементы. Последние выполнены в виде отдельных секторов с внешними и внутренними фрикционными накладками, которые привулканизированы с различных сторон к резинотросовой ленте, являющейся для фрикционных элементов срединной линией. Для увеличения ширины шкива между его полушкивами устанавливается металлическое кольцо с помощью штырей, расположенных на его боковых поверхностях, а внешний и внутренний радиусы кольца равны рабочей и нерабочей поверхностям обода тормозного шкива.
На фиг.1 показана кинематическая схема ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки, на фиг.2 - вид А с фиг.1 на фрикционный узел тормоза; на фиг.3 - продольный разрез ленточно-колодочного тормоза с устройством для перемещения полушкива; на фиг.4 показано соединение вставного металлического кольца с основаниями полушкивов тормоза. На фиг.1 и 2 использованы следующие условные обозначения:
ш
ш
p
н
c
R - радиус рабочей поверхности тормозного шкива; ω - угловая скорость тормозного шкива; F - усилие рабочего, прикладываемое к рычагу управления тормозом; S, S - натяжение набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты.
Ленточно-колодочный тормоз содержит шкив 1, который состоит из неподвижного 2 и подвижного 3 полушкивов, имеющих в своем основании 4 отверстия 5. Неподвижный полушкив 2 в своей нижней части крепится с помощью болтов 2 к фланцу со ступицей 7, на которой посредством призматической шпонки 8 устанавливают барабан 9. На последний наматывается канат 10. Неподвижный полушкив покоится на подъемном валу 11. Подвижный полушкив 3 крепится также с помощью болтов 4 к фланцу со ступицей 12, выполненной в виде втулки, на которой расположены цилиндрические пружины 13. При этом втулки 12 через промежуточную втулку 14 посажены на подшипники качения 15, которые, в свою очередь, расположены на частично пустотелой соединительной втулке 16. Последняя с помощью шпильки 17 прикреплена к подъемному валу 11. Цилиндрическая пружина 13 со своего торца стопорится специальной шайбой 18, которая крепится к торцу соединительной втулки 16 с помощью винта 19. Соединение фланцев 7 и 12 полушкивов 2 и 3 с помощью болтов 20, посаженных на подшипники скольжения 21, и обеспечивает их центрирование и перемещение полушкива 3 относительно неподвижного полушкива 2. Полушкивы 2 и 3 под своими основаниями 4 соединены между собой сильфоном 22, который раздвигается при перемещении подвижного полушкива 3, а также предохраняет попадание влаги и продуктов износа на взаимно перемещающиеся поверхности и поверхности подшипников скольжения и качения. Такой же цели служит и резиновая крышка 23, в которой находится раздвижное устройство полушкива 3. Полушкивы 2 и 3 легко демонтируются путем отвинчивания крепежных болтов 6 и заменяются в случае необходимости на полушкивы с большой шириной обода. Для увеличения ширины тормозного шкива 1 также используют кольцо 24, которое своими штырями 25 устанавливается в отверстия 5, выполненные в основании 4 полушкивов 2 и 3.
н
На тормозном шкиве 1 расположены фрикционные элементы 26, состоящие из верхней 27 и нижней 28 накладок. Последние привулканизированы к резинотросовой ленте 29. Фрикционные элементы 26 выполнены в виде секторов. Сверху фрикционные элементы 26 взаимодействуют с рабочей поверхностью 30 тормозной ленты 31. Последняя имеет набегающую и сбегающую II ветви с натяжениями S и Sc. Набегающая ветвь I тормозной ленты 31 присоединена к рычагу 32 управления тормозом.
Ленточно-колодочный тормоз с раздвижным шкивом относится к двухступенчатым тормозам. Первую ступень составляют внешние пары трения ("рабочая поверхность 30 тормозной ленты 31-наружные поверхности фрикционных элементов 26") тормоза. Вторую ступень составляют внутренние пары трения ("внутренние поверхности фрикционных элементов 26-рабочая поверхность тормозного шкива I") тормоза.
T
Перед работой ленточно-колодочного тормоза с раздвижным шкивом производится оценка его фрикционных узлов по мощности торможения, которая зависит от изменения скорости скольжения (V), силы трения (F) и динамического коэффициента трения (f)
T
T
P=f·F·V
Удельная мощность торможения оценивается выражением
,
0
где А - общая площадь взаимодействующих поверхностей трения.
0
вн
1
вн
1
При работе внешних пар трения А=А+2A, где А - поверхность взаимодействия тормозной ленты с наружной поверхностью внешней фрикционной накладки; 2A - поверхности взаимодействия боковых поверхностей фрикционного элемента с внутренними поверхностями реборд шкива.
0
ш1
к
ш2
ш1
ш2
При работе внутренних пар трения A=А+А+А, где A, А - поверхности взаимодействия рабочих поверхностей первого и второго полушкивов, а также рабочей поверхности цилиндрического кольца с рабочей поверхностью фрикционного элемента.
Таким образом, из потребной удельной мощности торможения ленточно-колодочного тормоза и подбирается ширина обода тормозного шкива исходя из условия, что ширина полушкивов является величиной постоянной, а ширина металлического кольца является величиной переменной.
Ленточно-колодочный тормоз с раздвижным шкивом характеризуется двумя режимами торможения.
В первом режиме торможения при прикладывании усилия рабочим к рычагу управления 32 тормозом происходит взаимодействие рабочей поверхности 30 тормозной ленты с наружными поверхностями верхних накладок 27 фрикционных элементов 26. При увеличении натяжения набегающей ветви I тормозной ленты 31 такое взаимодействие будет продолжатся до тех пор, пока не будет преодолено сопротивление взаимодействия боковых поверхностей впадин полушкивов 2 и 3 с боковыми поверхностями фрикционных элементов 26 (находятся под действием осевой силы цилиндрической пружины 13, приложенной к фланцу 12 подвижного полушкива 3) и внутренних поверхностей фрикционных элементов 26 с рабочими поверхностями полушкивов 2 и 3, а также металлического кольца 24, установленного между ними (находятся под действием нормального усилия, создаваемого тормозной лентой 31). Иными словами, смещение каждого секторного фрикционного элемента 26 произойдет в том случае, если динамический коэффициент трения внешних фрикционных узлов станет больше приведенного статического коэффициента трения выше перечисленных поверхностей взаимодействия. На этом первый режим торможения заканчивается.
На втором режиме торможения увеличивается натяжение набегающей ветви I тормозной ленты 31 и ее рабочая поверхность 30 как бы прилипает к наружным поверхностям тех фрикционных элементов 26, которые находятся под ней. В это время все остальные фрикционные элементы 26, перемещаясь по рабочей поверхности полушкивов 2 и 3, а также металлического кольца 24, пытаются попасть под сбегающую ветвь II тормозной ленты 31, оказывая тем самым сопротивления вращению шкива 1. В конце второго режима торможения лента 31 зажимает попавшие под нее фрикционные элементы 26 и происходит остановка шкива 1 вместе с барабаном 9 и оставшимся на нем намотанным канатом 10.
Техническим результатом является повышение эффективности торможения за счет взаимодействия поверхностей фрикционных элементов с сопряженными металлическими поверхностями раздвижного шкива путем изменения его ширины с учетом при этом реализуемой мощности торможения.
Источники информации
1. Алексеевский Г.В. Буровые установки Уралмашзавода. - М.: Недра, 1981. - С.132, рис.68 [аналог].
2. Патент России 2224926 С2, кл. F16D 49/08, 49/12, БИ №6 за 2004 г. [прототип].