一些应用广泛的制动器,已标准化、系列化。选用制动器应根据使用要求与工作条件,优先在标准制动器中选择。
1.制动器类型的选择原则
1)考虑工作机械的工作性质和条件、制动器的应用场合、配套主机的性能和条件。通常要求制动器尺寸紧凑、制动力矩大、散热性能好,则应选用点盘式制动器;只要求尺寸紧凑、制动力矩大,不考虑散热或散热要求不高时,就可以选用多盘制动器、块式制动器或带式制动器;起重机的起升和变幅机构、矿山机械的提升机、卷扬机都必须选用常闭式制动器,以保证安全可靠;起重机的行走和回转机构以及车辆等,则多采用常式制动器。
2)充分重视制动器的重要性,制动力矩必须有足够的储备,即保证足够的安全系数。对于安全性有较高要求的机构需装设双重制动器,例如运送熔化金属的起升机构,规定必须装设两个制动器,其中每一个都能安全地支持吊物,不致坠落;对于起重制动器,则应考虑散热问题,在选用设计计算时,必须进行热平衡验算,以免过热损坏或失效。
3)考虑安装条件。如制动器安装有足够的空间,可选用块式制动器或臂式盘形制动器;安装空间有限制,则应选用内蹄式、带式制动器。
4)制动器通常安装在传动系统的高速轴上,此时需要的制动力矩小,制动器的体积小、质量轻,但安全可靠性相对较差。如安装在低速轴上,则比较安全可靠,但转动惯量大,所需的制动力矩大,制动器的体积和质量相对也大。安全制动器通常安装在低速轴上。
5)配套主机的使用环境、工作和保养条件。例如,主机上有液压站,则选用带液压的制动器;固定不移动和要求不渗漏液体的设备、附近又有气源时,则选用气动制动器;主机要求清洁并有直流电源,则选用直流短程电磁铁制动器;要求制动平稳、无噪声,则选用液压制动器或磁粉制动器。
2.制动器选型计算
选用标准制动器,应该以计算制动转矩T为依据,参照标准制动器的制动转矩Te,选出标准型号后,进行必要的验算。
(1)制动转矩的计算 制动器选好后,应该按照配套的工作机的要求对制动力矩、制动时间、发热情况进行校核。额定制动力矩是表征制动器工作能力的主要参数,制动力矩是选择制动器型号的主要依据,所需制动力矩根据不同机械设备的具体情况确定。选择制动器时,为了使制动安全可靠,根据机器的运转情况计算制动轴上的负载力矩Tzc,并将所需制动力矩适当加大,既考虑一定的安全系数,求出计算制动力矩T,参照标准制动器的额定制动力矩Tc,使T≤Tc。
根据制动对象的运动情况不同,计算制动力矩可按水平移动制动和垂直移动制动两种基本类型计算。
1)平移制动。被制动件只有惯性质量,如车辆的制动,计算制动力矩为
T=Tt–Tf
式中 Tt——负载力矩,此处为换算到制动轴上的传动系统惯性力矩(N·m);
Tf——换算到制动轴上的总摩擦阻力矩(N·m)。
2)垂直制动。提升设备的制动应保证重物能可靠提升,被制动的有惯性质量和垂直负载,垂直负载是主要的,由于有较大的安全系数,所以惯性载荷忽略不计。
制动力矩为
T=STt
式中 S——保证重物可靠悬吊的制动安全系数,见表7-50;
Tt----换算到制动轴上的负载力矩,Tt=(T1η)/i
T1——垂直负载对其轴的力矩(N·m);
i——制动轴到负载轴的传动比;
η——从制动轴到负载轴的机械效率。(www.daowen.com)
表7-50 垂直制动安全系数
校核计算为
T=STt≤Tc
式中 Tc----制动器的额定制动力矩,见制动器产品样本或查机械设计手册。
机械制动使重物匀速下降、车辆匀速下坡等情况,通常仍按以上基本类型考虑,但需进行较精确的发热计算。
(2)影响制动器温度升高的因素及其散热能力的计算
1)影响制动器温度升高因素:
①负载(压力)。
②摩擦速度(鼓轮速度)。
③连续使用时间(连续使用次数越频繁,温度越高)。
④安装调整及制动力的平衡。
⑤散热面积和衔接部位的大小。
2)制动器散热能力计算。对于下降的制动或在较高的温度环境下频繁工作的制动器,需要进行发热验算,主要是计算摩擦面在制动过程中的温度是否超过许用值。摩擦面温度过高时,摩擦系数会降低,不能保持稳定的制动力矩,并加速摩擦元件的磨损。因此制动作用所产生的热能必须经过制动零件吸收并散发到空气中。为了避免制动零件因温度过高而失效,所以制动器的能力设计必以其散热能力为依据。
对于高温下频繁工作的制动器的热平衡计算:
Q≤Q1+Q2+Q3
式中 Q——制动器工作1h所产生的热量(kJ/h);
Ql——每小时辐射散热量(kJ/h);
Q2——每小时自然对流散热量(J/h);
Q3——每小时强迫对流散热量(kJ/h)。
Ql、Q2、Q3具体计算可以参见制动器设计手册或机械设计手册。
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