4.13.4 Тормоза

Различают рабочее и предохранительное торможение. Рабочим торможением обеспечивается выполнение заданного режима движения подъемных сосудов и остановка их в нужном положении. Предохранительное торможение необходимое для предотвращения аварии; оно вводится в действие или машинистом подъема, или автоматически от аппаратов защиты. При предохранительном торможении одновременно с остановкой машины автоматически отключается от сети подъемный двигатель.

Основными элементами тормоза являются исполнительный орган и привод.

Исполнительный орган тормоза современных машин является общим для рабочего и предохранительного торможения и представляет собой тормозные балки с закрепленными на них пресс-массовыми колодками, которые действуют на стальные тормозные ободы органа навивки. Подъемная машина имеет два тормозных обода и на каждого из них действует индивидуальный исполнительный орган.

Тормозы бывают с угловым и поступательным перемещением колодок. Первая конструкция простая, но при ней неравномерно распределяется давление по окружности тормозного обода. В приводе с поступательным перемещением колодок обеспечивается больший тормозной момент, равномерное распределение давления по тормозному ободу, меньший износ их. В то же время исполнительный орган с поступательным перемещением колодок имеет более сложную конструкцию.

Исполнительный орган тормоза с угловым перемещением колодок (рис.62) маленьких и средних подъемных машин состоит из шарнирных тормозных балок 1 с закрепленными на них пресс-массовыми колодками 2, вертикальных балок 3, углового рычага 4 и горизонтальной тяги 5.

Рис. 62 - Исполнительный орган тормоза с угловым перемещением колодок

Тяга 6 связывает исполнительный орган с тормозным поводом. Пружинные регулированные навивки 7 обеспечивают равномерное распределение зазора между тормозным ободом и колодками. Упоры 8 ограничивают перемещение вертикальных балок.

Рис. 63 - Исполнительный орган тормоза с поступательным перемещением колодок

Исполнительный орган тормоза с поступательным перемещением колодок больших подъемных машин НКМЗ (рис. 63) состоит из поступательно перемещаются тормозных балок 1 с пресс-массовыми колодками 2, стоек 3, разрезной тяги 4 с регулирующей гайкой 5, тянул 6, рычагов 7. С поводом тормоза исполнительный орган связан штангой 8, при движении которой вверх происходит затормаживание машины, так как балки 1 с пресс-массовыми колодками 2 прижимаются к тормозному ободу 9. При растормаживании балки 1 отходят от обода 9 за счет неуравновешенности масс рычажной системы и элементов тормозного привода. Регулирование зазора между колодками 2 и ободом 9 вырабатывается упорами 10 и 11 и стойкой 12.

Исполнительный орган тормоза многоканатных подъемных машин (рис.64) состоит из поступательных тормозных балок, которые перемещаются, 1 с пресс-массовыми колодками 2, вертикальных балок 3, шарнирно связанных между собою тягой 4. Стойка 5 необходимая для равномерного зазора по дуге обхвата колодками тормозного обода. Для равномерного отхода тормозных колодок от тормозного обода имеются регулированные упоры 6. С поводом тормоза исполнительный орган через угловой рычаг 7 соединяется с помощью тяги 8.

Рис. 64 - Исполнительный орган с поступательным перемещением колодок тормоза многоканатных

Привод тормоза бывает: пружинный гидравлический безгрузовой, пневматический грузовой, пружинный пневматический грузовой и пружинный пневматический безгрузовой.

В привод гидравлического тормоза под давлением 0,5 ... 0.8 МПа поступает из бака-аккумулятора, куда оно нагнетается насосом. Насос включается и останавливается автоматически, в зависимости от давления в аккумуляторе.

В привод пневматического тормоза сжатый воздух поступает от компрессорной установки, которая состоит из поршневого компрессора производительностью 1…5 м³/мин и воздухосборники. Емкость воздухосборника обеспечивает запас воздуха не менее чем на шестерых нормальных торможений. Пуск и остановка компрессора вырабатываются автоматически под действием установленного на воздухосборнике реле давления, которое замыкает и разрывает цепь контактора пускателя двигателя компрессора; обычно при давлении 0,4 МПа и ниже компрессор начинает работать, а при давлении 0,6 МПа и высшее останавливается. Сжатый воздух к тормозу может также поступать из общешахтной воздухопроводной сети.

Пружинные гидравлические безгрузовые поводы применяют на маленьких подъемных машинах.

Пневматические грузовые тормозы применяют на больших подъемных машинах НКМЗ, причем установка имеет два повода, любой с который действует на свой исполнительный орган.

Рис. 65 - Пневматический грузовой привод тормоза

Привод тормоза НКМЗ (рис. 65) имеет рабочий цилиндр 2 с поршнем 1 и предохранительный цилиндр 12 с поршнем 7, к штоку 11 которого подвешен тормозной груз 14. На цилиндре 12 имеются буферная пружина 13. С помощью главного рычага 6 через шарниры 4 и 6 осуществляется связь с поршнями 1 и 7, а через шарнир 3 — с штангой исполнительного органа тормоза. Распорной стойкой 5 фиксируется рычаг 6 в приостановленном состоянии на время ремонта привода тормоза. Выключатель 9 необходимый для автоматического предохранительного торможения при недопустимом снижении давления воздух в цилиндре 12. Тормоз снабжен защитой, которая не допускает его работу при большом зазоре между колодками и ободом, что имеет место в связи с износом колодок. Все элементы привода тормоза смонтированы на раме 10, установленной на фундаменте.

При рабочем торможении в цилиндр 2 через регулятор давления подается сжатый воздух и поршень 1 поднимается. При этом рычаг 6 возвращается относительно шарнира 8, находящегося в верхнем положении в связи с тем, что цилиндр 12 заполнен сжатым воздухом. Чем выше поднимается поршень 1 в цилиндре 2, тем более будет тормозное усилие на тормозной обод. Оттормаживание достигается выпуском сжатого воздуха из цилиндра 2 в атмосферу.

При предохранительном торможении, которое вырабатывается или машинистом, или автоматически под действием одного из аппаратов защиты подъемной установки (см. 64), сжатый воздух подается в цилиндр 2, поршень 1 поднимается и при избыточном давлении 0,2 ... 0,25 МПа происходят первая степень торможения.

Одновременно с помощью электропневматического клапана сжатый воздух выпускается из цилиндра 12 в атмосферу и груз 14 опускается. В связи с этим рычаг 6 возвращается относительно шарнира 4 и осаждает поршень 1 на амортизационную воздушную подушку в цилиндре 2. При этом под действием груза 14 наступает друга степень торможения. Оттормаживание достигается впуском сжатого воздуха в цилиндр 2, отчий груз 14 поднимается вверх.

Рис. 66 - Диаграмма двухступенчатого предохранительного торможения:

t_x – непродолжительный холостой ход после включения тормоза; F_1T, F_2T – тормозные усилия соответственно на первой и второй ступенях торможения

Диаграмма двухступенчатого предохранительного торможения, необходимого для соблюдения требования ПБ относительно значения тормозного момента и допустимого замедления (см. ниже), показанная на рис. 66.

Тормоз НКМЗ благодаря маленькому ходу поршня 1 (см. рис. 65) в цилиндре 2 есть быстродействующей. В связи с отсутствием твердой шарнирной связи у рычага 6 тормозные усилия от рабочего и предохранительного торможения не складываются, что привело бы к недопустимо большому замедлению подъемной системы при предохранительном торможении.

Тормоз с пружинным пневматическим грузовым поводом, который имеет сравнительно маленькие размеры в плане (рис. 67), применяется на многоканатных и новых одноканатных средних подъемных машинах. Пружинный блок 1 с помощью тяги 2 действует на угловой рычаг исполнительного органа. Цилиндр 3 рабочие торможения являются одновременно поршнем цилиндра 4 предохранительные торможения. К нему подвешенные грузы 5. В расторможенном состоянии оба цилиндра заполненные воздухом, благодаря чему пружины в блоке 1 содержатся в исходном сжатом состоянии. При рабочем торможении из цилиндра 3 воздух выпускается и торможение осуществляется действием разжимающихся пружин на исполнительный орган. При предохранительном торможении воздуха одновременно выпускается из цилиндров 3 и 4. При этом первоначальное усилие на исполнительный орган создается пружинным блоком, а потом под действием грузов 5 опускается поршень 3. Пружины при этом еще большее разгораются, отчее усилие, которое развивается поводом, увеличивается к максимальной величине. Так обеспечивается двухступенчатое предохранительное торможение.

Тормоза с пружинными пневматическими безгрузовыми приводами применяют в многоканатной подъемной машине ЦШ 5х8, а также на некоторых средних подъемных машинах с цилиндрическими барабанами. Привод (рис. 68) состоит из пружинного блока 2. цилиндра 5 и поршня 6 с штоком 4. Шток связян с тягой 1, соединенной с угловым рычагом тормоза. При подаче сжатого воздуха в цилиндр поршень поднимается вверх и через шток влияет на опорный диск 3, сжимая пружинный блок. Тяга 1 при этом, перемещая вверх, через угловой рычаг растормаживает машину. При выпуске воздуха из цилиндра сжатые пружины перемещают опорный диск 3 вместе с поршнем 6. Последний передает усилие на тягу 1 и через нее — на исполнительный орган тормоза, вызывая затормаживания машины.

Пружинные гидравлические безгрузовые поводы тормозов маленьких подъемных машин принципиально не отличаются от описанного пружинного пневматического безгрузового привода.

Тормоз должный обеспечивать регулирование тормозного момента при рабочем торможении, причем признаком регулируемости тормоза является стойкое значение промежуточных значений тормозного момента при определенных положениях рукоятки управление рабочим тормозом.

Рис. 68 - Пружинный пневматический безгрузовой привод тормоза

Регуляторы давления необходимые для регулирования величины тормозного момента при рабочем торможении. Регуляторы давления РДУ предназначенные для местного, дистанционного и автоматического управления тормозными системами с пневматическими поводами всех типов и могут иметь вертикальное (РДУ-1) ли горизонтальное (РДУ-2) выполнение. В взрывобезопасном выполнении (РДВП) их применяют для тормозов с грузовыми и пружинными гидроприводами.

В регуляторе давления РДУ (рис. 69) сжатый воздух из воздухосборника через фильтр 1 и отверстие 2 подается в надзолотниковую камеру управления 9. При торможении увеличивается ток в катушке электромагнита 8. Подпружиненный сердечник 7, что есть одновременно якорем электромагнита 8, перекрывает в том или другому степени (в зависимости от величины тока в катушке электромагнита 8) выходное отверстие сопла 4. Давление в надзолотниковой камере 9 растет, золотник 5 перемещается вниз, соединяя воздухосборник с цилиндром рабочего тормоза (прямая перестановка золотника). С ростом давления в цилиндре растет давление в подзолотниковой камере 12, куда воздух попадает через отверстие 10. При выравнивании давлений в надзолотниковой и подзолотниковой камерах золотник под действием пружины 11 возвращается в нейтральное положение (обратная перестановка золотника).

При оттормаживании уменьшается ток в катушке электромагнита 8. Сердечник 7 под действием пружин поднимается. При этом давление в надзолотниковой камере падает, в то время как в подзолотниковой камере оно равняется давлению в цилиндре тормоза.

Рис. 69 - Регулятор давления РДУ

Поэтому золотник поднимается, соединяя цилиндр с атмосферой (прямая перестановка).С уменьшение давления в цилиндре уменьшается давление в подзолотниковой камере. При выравнивании давлений в камерах 9 и 12 золотник под действие своей массы возвращается в нейтральное положение (обратная перестановка).

Электромагнит 5 предназначен для обеспечения первой ступени предохранительного торможения.

При исправной цепи катушки электромагнита 8 катушка 5 обтекается током, и якорь 6 притянут. При обрыве цепи катушки электромагнита 8 или при снятии напряжения сердечник 7 поднимается. При этом золотник должен был бы подняться, соединив цилиндр тормоза с атмосферой, но обесточенная катушка 5 отпускает якорь 6, который под действием пружины, опускаясь, прижимает сердечник 7, перекрывающий отверстие сопла 4.

В тормозной системе с пневматическим грузовым приводом тормоза (рис.70) при рабочем торможении сжатый воздух от воздухосборника 1 через регулятор РДУ по трубкам 2, 3 и 4 поступает в цилиндр 5 рабочего тормоза привода заклиненного барабана. Электромагнит механизма перестановки МП1 при нормальной работе клапанов обесточенное, поэтому сжатый воздух от регулятора РДУ через клапан 6 по трубкам 3, 7 и 8 поступает также и в цилиндр 9 рабочего тормоза привода переставного барабана. При растормаживании воздуха из цилиндров в обратной последовательности проходит через РДУ и глушитель 10 в атмосферу.

Рис.70 - Тормозная система с пневматическим грузовым приводом тормоза и с регулятором РДУ

При нормальной работе машины на электромагниты ТП1 и ТП2 предохранительного тормоза представленное напряжение, поэтому клапаны 11 и 12, соединяя цилиндры предохранительного торможения 13 и 14 трубками 15-16 и 15-17 с воздухосборником, разъединяют их с атмосферой. При предохранительном торможении электромагниты ТП1 и ТП2 обесточенные и сжатый воздух через клапаны 18 и 19 по трубкам 20 и 21 выходит из цилиндров 13 и 14.

Цилиндры 22 механизма перестановки при нормальной работе машины по трубкам 23 и 24 связанные с атмосферой, так как электромагнит МП2 обесточенный и клапан 25 открытый. При необходимости перестановки барабанов подается напряжение на электромагниты МП1 и МП2 и обесточивается электромагнит ТП1. При этом клапаном 6 цилиндр 9 рабочего тормоза привода переставного барабана отключенный от регулятора РДУ и сжатый воздух из воздухосборника поступает последовательно через клапаны 26 и 27 по трубкам 28 и 8 в цилиндр 9 переставного барабана и через клапан 26 по трубке 23 в цилиндры механизма перестановки, а из цилиндра предохранительного торможения 14 через клапан 19 по трубкам 21 и 24 воздух выходит в атмосферу. Таким образом, переставной барабан приостановлен, а цилиндр 5 руководствуется регулятором РДУ, как и при нормальной работе. Кроме описанного на рис. 69 показанные: ВИК1 и ВИК2 — выключатели износа колодок; ВИК3 и ВИК4 – выключатели подачи предохранительного сигнала при максимально допустимом износе колодок; РД - реле давления, включающее компрессор 29 при снижении давления в воздухосборнике низшее допустимого; РД1 и РД2 — реле, которые контролируют давление в цилиндрах рабочего торможения; КВП1 и КВП2 — выключатели, которые контролируют положение механизма перестановки; МРК — электромагнит разгрузочного клапана РК, которое разгружает компрессор 29 при пуске его; 30 — обратный клапан; 31 — фильтр; 32 — масленка для смазывания тормозной системы; 33 — электропневматические вентили управления воздухораспределительными клапанами 34.

Тормоз с пружинным пневматическим грузовым поводом многоканатных машин (рис. 71) осуществляет четыре вида торможения: рабочее регулируемое и нерегулируемое, предохранительное и экстренное предохранительное.

Регулированное рабочее торможение осуществляется с помощью регулятора РДУ. При этом электропневматические клапаны КП1 и КП2 предохранительные торможения включены. Сжатый воздух поступает в внешний цилиндр привода и поднимает грузы. При рабочем регулированном торможении воздуха из внутреннего цилиндра проходит через электропневматические клапаны КР1, КР2 и РДУ в атмосферу.

Рис.71 - Тормозная система многоканатной подъемной машины с пружинным грузовым приводом тормоза

При нерегулируемом рабочем торможении - стопорении на скорости «дотяжки» (подъемный двигатель постоянного тока) регулятор РДУ постоянно включен и не мешает управлению тормозом с помощью клапанов КР1 и КР2, что для большей надежности тормоза дублируют друг друга. При торможении клапаны КР1 и КР2 выключаются, при этом перекрывается доступ воздуха из водосборника в цилиндры рабочего торможения и открывается путь из цилиндров в атмосферу через дроссельные выхлопные устройства клапанов.

Предохранительное торможение происходит при отключении всех клапанов, кроме клапана экстренного торможения КЭ. При переподъеме отключаются все клапаны, причем благодаря выходу воздуха через клапан КЭ путь торможения будет наименьшим.

ПТЭ предъявляют следующие требования к тормозам подъемных установок.

1 Тормозной момент должный быть не менее трехкратного статического момента нагрузки при подъеме или спуске расчетного для машины груза:

(172)

Значение M_ст.max определяют по погрузочным диаграммам, причем при органах навивки постоянного радиуса максимальное статическое усилие F_{ст max} (имея в виде, что M_{ст max} = F_{ст max} ) можно определить по формулам (84) и (101) с учетом особенностей, указанных в формуле (98) для перекидных сосудов. Динамическая составляющая m_пa в расчете не участвует. Значение пройденного пути принимается h_x = 0 при q = 0 и (q — p) 0; h_x = H при (q — p) > 0. При бицилиндроконических барабанах M_ст.max определяется по формуле (128) для момента окончания навивки поднимающегося каната на конус, когда R_п = R_о = R_бц; h_хп = h_м.ц + h_кс ; h_хо = h'_б.ц и для окончания свивки опускающегося каната, с конуса, когда:

R_п = R_бц; h_хп = h_мц + h_кс + h_бц; R_о = R_мц ; h_хо = h_бц +h_кс;. Здесь h_бц — длина каната, свитого из большого цилиндра к рассмотренному моменту; h"_б.ц — то же, навитого.

2 При перестановке барабанов тормозное устройство должный развивать на одном ободе тормозной момент (Н·м), равный не менее 1,2 статического момента одной области каната, создаваемого весом подъемного сосуда и каната:

при подъеме с цилиндрическими барабанами

(173)

при подъеме с бицилиндроконическими барабанами

(174)

где h_м.ц и h_кс— длина навитого каната соответственно на малом цилиндре и конусе; D_б.ц — диаметр большого цилиндра.

3 При включении предохранительного торможения должно быть обеспеченное замедление системы 1,5 м/с² при спуске расчетного груза и 5 м/с² при подъеме расчетного груза:

при постоянном радиусе навивки замедление (м/с2)

(175)

при переменном радиусе навивки угловое замедление (рад/с²) барабанов

(176)

где m_п и j — соответственно приведенная масса к окружности навивки каната и приведенный к оси обращения органов навивки момент инерции частей подъемной установки, которые двигаются.

Перед вторым слагаемым числителя в выражениях (175) и (176) знак плюс принимается при подъеме груза и знак при спуска.

4 В установках с шкивами трения замедление, создаваемое рабочим или предохранительным торможением, не должно превосходить величины, обусловленной возможностью проскальзывания каната на шкиве.

Наиболее возможное скольжение каната в режиме торможения при спуске груза Q_п,: замедление при этом определяется на основании формулы (111).

Величину замедления, вычисленную по формуле (175), для установок сo шкивами трения необходимо проверить на спуске груза по формуле (111), причем

Тормозной момент (Н·м), создаваемый с помощью двух паров тормозных колодок,

М_т = 2·n·g·Q_т.г·i·f·η·R_т (177)

где n — количество тормозных приводов; Q_т.г — масса тормозного груза; i — передаточное отношение рычагов тормоза; f — коэффициент трения между колодками и ободом; f = 0,35 для деревянных и f = 0,3 для пресс-массовых колодок; η = 0,90 — к. п. д. рычажной системы тормоза; R_т — радиус тормозного обода.

При исполнительном органе с поступательным перемещением колодок (см. рис. 65) и двух приводах,

(178)

Подставляя в формулу (177) максимальное значение тормозного момента по ПТЭ и решая полученные уравнения относительно Q_T.Г, находят необходимую массу тормозного груза, который удовлетворяет требованиям ПТЭ в отношении предохранительного торможения.

Тормозной момент, создаваемый поршнем цилиндра рабочего торможения тормоза НКМЭ (см. рис. 65),

(179)

где D_т.ц — диаметр поршня цилиндра рабочего торможения; р_B — давление в цилиндре рабочего торможения.