РОЗДІЛ 2
ДИНАМІЧНА НАВАНТАЖЕНІСТЬ СТРІЧКОВО-КОЛОДКОВОГО
ГАЛЬМА З РУХОМИМИ ФРИКЦІЙНИМИ НАКЛАДКАМИ
2.1. Стрічково-колодкові гальма з рухомими фрикційними накладками: конструкція та взаємодія пар тертя
В традиційних стрічково-колодкових гальмах необхідність нерухомого з'єднання фрикційних накладок з гальмівною стрічкою призводить до збільшення їхньої взаємної жорсткості. Накладки, вигинаючись, втрачають початковий радіус кривини, в результаті чого збільшується нерівномірність їхнього прилягання до поверхні шківа. Як наслідок, підвищується питомий тиск між шківом і накладкою, нерівномірність спрацювання їхніх поверхонь, а також інтенсивність нагрівання пар тертя. По мірі спрацювання накладок металеві елементи, що з'єднують їх зі стрічкою, дотикаються до поверхні шківа, утворюючи на ній задири та інші макропошкодження.
При ремонті, пов'язаному із заміною спрацьованих накладок, гальмівна стрічка деформується, в наслідок чого суттєво погіршуються умови прилягання накладок до поверхні шківа. В процесі гальмування бере участь тільки внутрішня сторона накладки, в результаті чого відбувається інтенсивне її спрацювання і нагрівання.
В запропонованій конструкції гальма накладки не з'єднані зі стрічкою і є рухомими як по відношенню до шківа, так і до стрічки, що дає можливість використати в процесі гальмування не тільки внутрішні, а й зовнішні їхні поверхні. Завдяки цьому підвищується ефективність та надійність гальма.
Розглянемо нетрадиційну конструкцію гальма [73], що має рухомі накладки по відношенню до гальмівної стрічки. При цьому вони з'єднані між собою пружними елементами і у вигляді кільця одягаються на бігову доріжку шківа. Замикання гальма здійснюється гальмівною стрічкою (рис.2.1).
Стрічково-колодкове гальмо з рухомими фрикційними накладками працює наступним чином: в незамкнутому стані шків 1 вільно обертається разом з підпружиненими до нього накладками 3. На початку гальмування до певного часу накладки вільно обертаються разом зі шківом 1. При цьому робочою поверхнею є поверхня 5. Зі збільшенням сили натягу стрічки рух накладок припиняється і робочою стає поверхня 4. Натяг пружного елемента можна відрегулювати так, щоб в процесі гальмування робочими ставали почергово відповідні контактуючі поверхні стрічки і накладки та накладки і шківа.
Розглянемо умови, за яких можливе таке чергування. Процес гальмування починається із замиканням гальмівної стрічки. Нижче дано теоретичне обгрунтування процесу гальмування нетрадиційним гальмом.
На рис.2.2 показана схема сил, що діють на і-ту фрикційну накладку.
Знайдемо залежністьміж та .
,
де - коефіцієнт тертя ковзання між взаємодіючими поверхнями стрічки і накладки.
На схемі використані такі позначення:
i - нормальні сили, що діють на накладку з боку шківа і гальмівної стрічки;
та - сили тертя між накладкою і, відповідно, шківом та гальмівною стрічкою;
- сила розтягу пружини.
Рис.2.1 Схема стрічково-колодкового гальма з рухомими накладками:
1, 2 - гальмівний шків та його робоча поверхня; 3, 4, 5 - фрикційна накладка з внутрішньою та зовнішньою поверхнями; 6 - циліндрична пружина; 7 ? стрижень; 8, 9 - гальмівна стрічка з робочою поверхнею
Рис.2.2 Схема сил, що діють на і-ту фрикційну накладку
З умови рівноваги
,
де - центральний кут накладки.
Тоді
, (2.1)
де - коефіцієнт тертя ковзання між взаємодіючими поверхнями шківа та накладки.
Враховуючи, що сумарні сили тертя для всіх накладок на зовнішній та внутрішній їхніх поверхнях; , на підставі рівняння (2.1) запишемо:
, (2.2)
де - загальна кількість накладок, що розташовані на шківі.
В залежності від режиму гальмування закономірність зміни сил тертя з часом може бути різною. Запишемо її в загальному вигляді
, (2.3)
де і - величини, що залежать від режиму гальмування.
Тоді, позначивши , одержимо із (2.2)
. (2.4)
Моменти сил тертя відносно центру шківа
;
, (2.5)
де - радіус барабана;
- товщина накладки.
Враховуючи, що ?? , можна записати
. (2.6)
Тоді, якщо в процесі гальмування опиниться, що >, або з урахуванням (2.5) і (2.6) ? >, то накладки будуть нерухомими відносно шківа і разом з ним обертатимуться, тобто рухатимуться відносно стрічки. Робочими парами в цьому випадку є контактуючі поверхні стрічки та накладки.
Кількість накладок, не охоплених гальмівною стрічкою, може змінюватися від однієї накладки для досліджуваного гальма до m і більше для існуючих типів стрічкового-колодкових гальмівних механізмів бурових лебідок.
Якщо >, тобто ? , то накладки стають нерухомими відносно стрічки, і шків провертається відносно них. Робочими парами в цьому разі стають контактуючі поверхні шківа і накладки.
При = (при цьому = ) здійснюється перехід від однієї робочої пари до іншої.
На рис. 2.3 зображено графічні залежності сил тертя (2.3) і (2.4). Величини і змінюються в залежності від режимів гальмування, але при цьому , > .
Рис.2.3 Графічні залежності сил тертя для фрикційних пар:
1 ? "робоча поверхня шківа ? внутрішні поверхні накладок"
2 ? "робоча поверхня стрічки ? зовнішні поверхні накладок"
Перетин кривих 1 і 2 можливий за умови, коли ? . В цьому разі ?