ЛЕНТОЧНЫЙ ТОРМОЗ ЛЕБЕДКИ

Техническое решение относится к области машиностроения, в частности к тормозным системам лебедок, а именно к простым ленточным тормозам одностороннего действия, предназначенным для оперативного торможения, аварийной остановки и фиксации барабана лебедки в неподвижном положении при выходе из строя основного тормозного устройства.
Известен простой ленточный тормоз одностороннего действия (см. Г.В. Алексеевский Буровые установки Уралмашзавода, 3-е изд., перераб. и доп. М., Недра, 1981, стр. 128, 134-135, рис. 67 «в»). Тормоз лебедки содержит два простых ленточных тормоза, каждый из которых включает закрепленный на барабане тормозной шкив и огибающую тормозной шкив тормозную ленту с накладками. Набегающий конец тормозной ленты содержит концевой элемент, шарнирно соединенный с ушком болта, при этом гайка этого болта своей шаровой заточкой опирается на шаровое гнездо в отверстии балансира. К другому (сбегающему) концу тормозной ленты прикреплен кронштейн, соединенный через промежуточное звено с мотылевой шейкой коленчатого вала, связанного с рукояткой (исполнительным механизмом для замыкания и размыкания тормозной ленты).
Такая конструкция ленточного тормоза с кронштейном на сбегающем конце увеличивает угол обхвата тормозного шкива и, как следствие, развиваемый тормозной момент.
Недостатком такого ленточного тормоза является усложнение его конструкции за счет введения кронштейна на сбегающем конце ленточного тормоза и снижение срока службы тормозной ленты из-за возникновения изгибающих моментов, приводящих к изнашиванию на сбегающем конце в месте установки кронштейна тормозных накладок так же быстро, как и на набегающем конце.
Кроме того, экспериментальным путем было установлено, что введение кронштейна на сбегающем конце приводит к снижению тормозного момента на 30% от предполагаемой расчетной величины.
Наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели является ленточный тормоз лебедки крана ПК-ЦУМ3-15, в котором увеличение угла обхвата тормозного шкива тормозной лентой достигается путем перекрещивания концов тормозной ленты (см. М.П. Александров, А.Г. Лысяков, В.Н. Федосеев, М.В. Новожилов Тормозные устройства, Справочник, - М.; Машиностроение, 1985, стр. 111-113, рис. 3.6).
Ленточный тормоз лебедки крана ПК-ЦУМ3-15 с перекрещенными концами тормозной ленты содержит тормозной шкив, тормозную ленту, включающую огибающую шкив гибкую стальную ленту с накладками и концевые элементы, прикрепленные к концам гибкой стальной ленты при помощи заклепок. При этом один концевой элемент, связанный со сбегающим концом гибкой стальной ленты, выполнен в виде тяги, которая осью соединена с приводным валом (исполнительным механизмом) для замыкания и размыкания тормозной ленты. Другой концевой элемент, связанный с набегающим концом гибкой стальной ленты, выполнен в виде проушины, шарнирно соединенной с закрепленной на раме винтовой стяжкой. В проушине выполнено окно, через которое проходит другой концевой элемент - тяга.
В случае износа накладок, приводящего к увеличению радиального зазора между накладками и тормозным шкивом, работоспособность ленточного тормоза обеспечивается регулировкой зазора при помощи винтовой стяжки, шарнирно соединенной с проушиной, закрепленной на сбегающем конце гибкой стальной ленты.
Недостатком конструкции указанного ленточного тормоза является ограниченная величина развиваемого им тормозного момента из-за перекрещивания жестких концевых элементов тормозной ленты под углом друг к другу, тем самым удаляя место пересечения концов тормозной ленты от тормозного шкива и, как следствие, уменьшая угол обхвата тормозной лентой тормозного шкива.
Кроме того, наличие винтовой стяжки, обеспечивающей крепление набегающего конца тормозной ленты к раме и служащей для регулирования зазора между накладками и тормозным шкивом, усложняет конструкцию ленточного тормоза и приводит к увеличению трудозатрат на обслуживание. Выполнение исполнительного механизма для замыкания размыкания тормозной ленты в виде приводного вала, удаленность точки пересечения тормозной ленты от тормозного шкива, а также наличие винтовой тяги увеличивает габариты ленточного тормоза.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в увеличении тормозного момента ленточного тормоза за счет увеличения угла обхвата гибкой стальной лентой тормозного шкива и в создании компактного ленточного тормоза.
Указанный технический результат достигается тем, что в ленточном тормозе лебедки, содержащем тормозной шкив, тормозную ленту с перекрещенными концами, включающую огибающую тормозной шкив гибкую стальную ленту с накладками и концевые элементы, прикрепленные к концам гибкой стальной ленты при помощи заклепок, при этом на набегающем конце тормозной ленты выполнено окно, через которое проходит сбегающий конец тормозной ленты, связанный с исполнительным механизмом для замыкания и размыкания тормоза, согласно полезной модели окно выполнено в виде продольного отверстия, симметрично расположенного относительно ширины гибкой стальной ленты выше места крепления концевого элемента, часть продольного отверстия расположена на обхватывающем тормозной шкив участке набегающего конца гибкой стальной ленты, ширина продольного отверстия равна или меньше суммы диаметров наибольшего числа отверстий под заклепки, выполненных в одном ряду по ширине гибкой стальной ленты, причем сбегающий конец гибкой стальной ленты выполнен зауженным с шириной, обеспечивающей возможность прохождения сбегающего конца в продольное отверстие, при этом концевые элементы, один из которых предназначен для соединения с неподвижной частью лебедки, другой - с исполнительным механизмом, вместе с закрепленными на них концами гибкой стальной ленты ориентированы таким образом, что концы гибкой стальной ленты выше линии их перекрещивания образуют дугообразный участок, приближенный к форме тормозного шкива.
В частном случае выполнения исполнительный механизм для замыкания и размыкания тормоза выполнен в виде пружинного механизма, содержащего корпус, в который установлен поршень со штоком и силовая пружина, внутри которой проходит шток поршня, шарнирно соединенный с концевым элементом сбегающего конца гибкой стальной ленты.
Ввиду того, что в соответствии с формулой Эйлера тормозной момент находится в степенной зависимости от угла обхвата тормозного шкива тормозной лентой, выполнение в ленточном тормозе с перекрещенными концами окна в виде продольного отверстия, расположенного в набегающем конце гибкой стальной ленты выше места крепления концевого элемента, и расположение части продольного отверстия на обхватывающем тормозной шкив участке гибкой стальной ленты, позволило максимально приблизить место пересечения концов тормозной ленты к тормозному шкиву, тем самым обеспечить угол обхвата приближенный к 360°, выполнить конструкцию ленточного тормоза более компактной.
Расположение продольного отверстия симметрично относительно ширины гибкой стальной ленты позволило обеспечить одинаковое натяжение по краям гибкой стальной ленты на этом участке.
Выполнение ширины продольного отверстия равной сумме диаметров наибольшего числа отверстий под заклепки, выполненных в одном ряду по ширине гибкой стальной ленты, или меньше этой суммы позволило избежать ослабления гибкой стальной ленты на набегающем конце в месте выполнения продольного отверстия.
Особенностью ленточных тормозов является разное натяжение набегающего и сбегающего концов в 10 и более раз. Это позволило выполнить сбегающий конец гибкой стальной ленты зауженным с шириной, обеспечивающей возможность прохождения сбегающего конца в продольное отверстие.
За счет ориентирования (направления) концевых элементов, один из которых предназначен для соединения с неподвижной частью лебедки, другой - с исполнительным механизмом, вместе с закрепленными на них концами гибкой стальной ленты таким образом, что концы гибкой стальной ленты выше линии их перекрещивания образуют дугообразный участок, приближенный к форме тормозного шкива, возникла возможность максимально близко приблизить место пересечения концов тормозной ленты к тормозному шкиву, тем самым обеспечить увеличение угла обхвата тормозного шкива гибкой стальной лентой вплоть до 360°, что привело к значительному увеличению тормозного момента, развиваемого ленточным тормозом, а также уменьшению габаритов ленточного тормоза.
Выполнение исполнительного механизма для замыкания и размыкания тормоза в виде пружинного механизма, содержащего корпус, в который установлен поршень со штоком и силовая пружина, внутри которой проходит шток поршня, шарнирно соединенный с концевым элементом сбегающего конца гибкой стальной ленты, позволило напрямую без дополнительных элементов соединить сбегающий конец тормозной ленты с исполнительным механизмом для замыкания и размыкания тормоза, что привело к упрощению конструкции и компактности ленточного тормоза.
Кроме того, в случае увеличения радиального зазора между тормозным шкивом и гибкой стальной лентой при износе накладок соединение штока поршня с концевым элементом, связанным со сбегающим концом гибкой стальной ленты, позволяет обеспечить работоспособность ленточного тормоза за счет хода силовой пружины исполнительного механизма, снизить трудозатраты на обслуживание.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фигуре 1 изображен ленточный тормоз лебедки;
- на фигуре 2 изображена гибкая стальная лента в развернутом виде.
Ленточный тормоз относится к простым ленточным тормозам одностороннего действия и содержит установленный на барабане 1 лебедки тормозной шкив 2, обхватываемый тормозной лентой 3. Тормозная лента 3 включает гибкую стальную ленту 4 с накладками (на черт, не показаны), прикрепленными с внутренней стороны, и установленные при помощи заклепок 5 концевые элементы 6 и 7.
На набегающем конце гибкой стальной ленты 4 выше места крепления заклепками 5 концевого элемента 6 симметрично относительно продольной оси гибкой стальной ленты 4 выполнено окно в виде продольного отверстия 8. При этом расчетная ширина продольного отверстия 8 равна сумме диаметров отверстий под заклепки 5, выполненных в одном ряду по ширине гибкой стальной ленты 4 (фиг. 2): B=d×n, где
В - расчетная ширина продольного отверстия;
d - диаметр отверстия под заклепку;
n - количество отверстий под заклепки, выполненных в одном ряду по ширине гибкой стальной ленты.
При наличии в рядах разного количества отверстий под заклепки 5, выполненных по ширине гибкой стальной ленты 4, для расчета берут наибольшее количество отверстий в ряду.
Возможно выполнение продольного отверстия 8 шириной меньше, чем сумма диаметров наибольшего числа отверстий под заклепки 5, выполненных в одном ряду по ширине гибкой стальной ленты 4. Условие по ограничению расчетной величины B≤d×n позволяет не допустить ослабления набегающего конца гибкой стальной ленты 4.
Продольное отверстие 8 расположено на гибкой стальной ленте 4 таким образом, чтобы при огибании тормозного шкива 2 гибкой стальной лентой 4 часть продольного отверстия 8 была расположена на обхватывающем тормозной шкив 2 участке набегающего конца гибкой стальной ленты 4.
В продольное отверстие 8 проходит сбегающий конец 9 гибкой стальной ленты 4. Сбегающий конец 9 гибкой стальной ленты 4 выполнен суженным по ширине для обеспечения его прохождения в продольное отверстие 8 и перемещения в нем.
Концевой элемент 6 на набегающем конце гибкой стальной ленты 4 осью 10 связан с кронштейном 11 лебедки. Концевой элемент 7, закрепленный на сбегающем конце гибкой стальной ленты 4 осью 12 связан со штоком 13 исполнительного механизма 14 для замыкания и размыкания тормоза. При этом концевые элементы 6 и 7 ориентированы по касательной к окружности, описываемой гибкой стальной лентой 4, место пересечения концов гибкой стальной ленты 4 максимально приближено к тормозному шкиву 2, а угол обхвата тормозного шкива 2 гибкой стальной лентой 4 приближен к 360°.
В частном случае исполнительный механизм 14 для замыкания и размыкания тормоза, выполнен в виде пружинного механизма, содержащего корпус 15, в который установлен поршень 16 со штоком 13, и силовую пружину 17, внутри которой проходит шток 13 поршня 16. Корпус 15 жестко закреплен на кронштейне 18. Исполнительный механизм 14 работает от энергоносителя, в качестве которого может быть использован подаваемый под давлением воздух.
Возможно иное конструктивное выполнение исполнительного механизма 14 для замыкания и размыкания тормоза, например в виде гидравлического цилиндра или электрического привода.
Ленточный тормоз работает следующим образом.
В процессе торможения кинетическая энергия вращающихся масс ленточным тормозом преобразовывается в тепловую энергию, которая рассеивается в окружающую среду. В ленточном тормозе торможение осуществляется за счет трения накладок гибкой стальной ленты 4 о наружную поверхность тормозного шкива 2.
При нормальной работе барабан 1 вращается, при этом ленточный тормоз расторможен. Расторможение ленточного тормоза осуществляется оператором, обеспечивающим подачу под давлением энергоносителя в поршневую полость корпуса 15 исполнительного механизма 14. Поршень 16 вместе со штоком 13 перемешается вправо (в сторону крепления сбегающего конца 9) и сжимает силовую пружину 17 до прикосновения ее витков. Шток 13, связанный с концевым элементом 7 тормозной ленты 3, перемещает сбегающий конец 9 гибкой стальной ленты 4, проходящий через продольное отверстие 8. За счет сил упругости гибкой стальной ленты 4 и крепления набегающего конца на кронштейне 11 восстанавливается радиальный зазор между тормозным шкивом 2 и гибкой стальной лентой 4. Тормоз расторможен.
Оперативное торможение ленточного тормоза происходит при отсутствии энергоносителя. Например, при сбрасывании давления воздуха с помощью клапанов разрядников (на черт, не показаны) в поршневой камере исполнительного механизма 14 поршень 16 вместе со штоком 13 под действием силовой пружины 17 перемещается в корпусе 15. Шток 13 натягивает сбегающий конец 9 с расчетным усилием силовой пружины 17, при этом гибкая стальная лента 4 обхватывает тормозной шкив 2 с углом охвата приближенным к 360°. В результате трения между неподвижными накладками и тормозным шкивом 2 возникает тормозной момент, противодействующий вращению барабана 1 и удерживающий его в неподвижном состоянии. Ленточный тормоз заторможен, шкив 2 и барабан 1 неподвижны.
Ленточный тормоз может применяться как для основного торможения, так и при аварийной остановке лебедки и фиксации барабана лебедки в неподвижном положении при выходе из строя основного тормозного устройства.
Плавное регулирование ленточным тормозом спуска груза буровой лебедкой осуществляется следующим образом. При заторможенном ленточном тормозе оператор подает в поршневую камеру энергоноситель, при этом шток 13 поршня 16 сжимает силовую пружину 17 и тормоз растормаживается. Под действием веса груза барабан 1 начинает вращаться. После достижения требуемой скорости спуска, оператор снижает давление энергоносителя и силовая пружина 17 через шток 13 натягивает сбегающий конец 9 гибкой стальной ленты 4, которая, обхватывая тормозной шкив 2 с заданным усилием, притормаживает вращение барабана 1, таким образом обеспечивая регулируемый спуск груза. В конце спуска энергоноситель из корпуса 15 исполнительного механизма 14 удаляется полностью и силовая пружина 17 своим усилием перемещает шток 13 и связанный с ним сбегающий конец 9 гибкой стальной ленты 4 в сторону исполнительного механизма 14, обеспечивая торможение барабана 1 тормозной лентой 3 до полной остановки барабана 1.
При увеличивающемся радиальном зазоре между накладками гибкой стальной ленты и тормозным шкивом по мере износа накладок работоспособность тормоза обеспечивается запасом хода силовой пружины.
Таким образом, выполнение в ленточном тормозе с перекрещенными концами окна в виде продольного отверстия, выполненного на набегающем конце гибкой стальной ленты с возможностью прохождения в нем сбегающего конца, а также ориентирование конечных элементов с концами гибкой стальной ленты таким образом, что концы гибкой стальной ленты выше линии их перекрещивания образуют дугообразный участок, приближенный к форме тормозного шкива, позволило максимально приблизить место пересечения концов гибкой стальной ленты к тормозному шкиву, тем самым увеличить угол обхвата и, как следствие, значительно увеличить тормозной момент.