Tài liệu Tính toán cần cẩu Derrick tải trọng nâng 3T dùng cho tàu thủy - chương 7: thiết kế phanh docx

1
Chương 7: thiết kế Phanh
Thiết bò phanh trong cơ cấu nâng để dừng hoặc giữ vật trên
một độ cao nào đó. Trong ngành máy trục thường sử dụng
phanh điện từ (hình 2-7) hoặc phanh đối trọng (ít dùng phanh
thủy lực hay phanh hơi). Vì kết cấu chúng nhỏ gọn mà vẫn đảm
bảo trong quá trình làm việc.
Hình 2.7: Sơ đồ truyền động của phanh điện tử
1. Bánh phanh
2. Má phanh phải
3. Tay đòn phanh phải
4. Má phanh trái
5. Tay đòn phanh trái
6. Nam châm
7. Phần ứng bộ điện tử
8. Lò xo chính
9. Lò xo phụ
10. Đai ốc
2
11. Đai ốc điều chỉnh má
phanh
12. Đai ốc điều chỉnh hành
trình
13. Ống bao
14. Thanh đẩy
15. Cái hạn chế hành trình
phanh
3
Khi tính toán phanh phải đảm bảo mômen phanh cần thiết
kế để cơ cấu làm việc an toàn. Nếu mômen phanh nhỏ quá
phanh sẽ làm việc không an toàn, còn nếu mômen phanh lớn

quá sẽ không tốt. Vì khi mômen phanh lớn thời gian phanh sẽ
nhỏ làm dừng cơ cấu đột ngột, gây ra tải trọng tác dụng lên cơ
cấu lớn. Để phanh được nhỏ gọn, ta sẽ đặt phanh ở trục thứ nhất
và trục động cơ. Mômen phanh xác đònh theo công thức:
M
p
= k
p
. M
t.p
Với: k
p
- hệ số dự trữ của phanh, ở chế độ làm việc trung bình, k
p
= 1,75
M
tp
– mômen tónh trên trục động cơ khi phanh
0 0
.
3600.0, 275.0,83
14,68 146,8
2 2.28
t p
c
Q D
M kgm Nm
i

   

i
c
- tỷ số truyền chung của cơ cấu
i
c
= i
gt
. i
pl
= 14.2 = 28
 M
p
= 1,75. 146,8 = 256,9 (Nm)
Từ kết quả trên ta chọn phanh hai má bước gắn có bộ điện
từ kiểu TKT, chọn loại TKT 300/200 cơ mômen phanh lớn nhất
trong khoảng 180
 240Nm.
Thời gian phanh của cơ cấu nâng:
tpp
p
p
MM
j
t



.
4
Trong đó: Jp – mômen quán tính của các khối lượng quay lắp

trên trục động cơ khi phanh
2
2
2
0 0
2 2
.
3600.0,135
. . 1, 2.0,0885 0,83 0,176
28
p i c
c
Q R
j j kgms
t
 
    
Với: - hệ số tính đến các khối lượng quay nằm xa trục động cơ
lấy từ
 = 1,05  1,25
J
i
= J
R
+ J
KN
= 0,0383 + 0,0472 = 0,0855Nms
2
J
R

- Mômen quán tính rôto động cơ điện = 0,0383kg.ms
2
J
KN
- mômen quán tính khớp nối răng dùng làm phanh đóa
J
KN
= 0,0472kgms
2
Q
0
- khối lượng vật nâng và bộ phận mang.kg
R
0
– bán kính tang đến tâm cáp
Dấu + ứng với quá trình vật, dấu- ứng với quá trình hạt vật. Thời
gian phanh khi nâng vật:
.
.
0,176.102,6
0,63
18, 2 10,4
p
p n
p tp
J
t s
M m

  

 
Với:
1
6,102
30
980.14,3
30
.

 s
n


Thời gian phanh khi hạ vật:
.
.
0,176.102,6
2,31
18, 2 10,4
p
p h
p tp
J
t s
M m

  
 
Ta chọn đường kính phanh hai má bước ngắn TKT:
5

Đường kính đóa
phanh,mm
100 200 300 400 500 600
Mômen phanh, kg,m 2 7-
18
25-
35
110 200 400
Trong trường hợp này ta chọn đường kính đóa phanh
D=200mm
Đóa phanh chế tạo bằng thép đúc 45Đ. Má phanh có tán
băng chòu ma sát bằng vật liệu abestô hoặc pherrado, có hệ số
ma sát và áp lực riêng cho phép theo bảng (2-7)
Bảng 2-7: hệ số ma sát và áp lực riêng cho phép
Hệ số ma sát f
p lực riêng
cho phép,
[p]N/mm
2
Vật liệu lót bề mặt má
phanh
Không
dính
dầu
Trong
dầu
Phanh
dừng
Phanh
khởi

động
Băng phanh bằng
abesto tác dụng vào
kim loại:
Kiểu A
0,35-
0,40
0,10-
0,12
0,6
0,6
0,3
0,3
6
Kiểu B
Băng phanh có cao su
0,30-
0,35
0,42-
0,48
0,09-
0,12
0,12-
0,16
0,6 0,3
Đường kính nhỏ nhất của đóa phanh xác đònh theo công thức:
m
fp
M
D

p
.
].[
5,1
3

Để tính toán đường kính đóa phanh theo công thức trên, cần
hạ thấp áp lực riêng cho phép của vật liệu ma sát xuống 30

50%.
Lực ma sát giữa má phanh và đóa phanh:
2569
128, 45( ) 1284,5
20
p
ms
M
F kg N
D
   
Lực nén của má phanh lên đóa:
128, 45
389,24 3892,4
0,33
ms
F
N kg N
f
   
Khe hở hướng kính trước khi đóng phanh giữa má phanh và đóa

phanh,

Đường kính đóa
phanh,mm
100 200 300 400-
500
600-
800
Khe hở giữa má và
phanh,mm
0,6 0,8 1,0 1,25 1,50
7
Công phát dinh khi đóng phanh:
2. . 2.389,24.0,08
64,9 . 6,49 .
0,95
N
A kg cm N m


   
Ở đây:  = 0,95- hiệu suất của các cánh tay đòn phanh.
Ta chọn bộ điện từ MO-200
Б có mômen phanh của bộ
điện tử (BĐT), M
BĐT
= 70Nm, công của bộ điện từ A = 6,5Nm
khi cường độ làm việc CĐ = 40%. Cánh tay đòn cần hút BĐT 1
3
= 46mm; độ thay đổi của cần h

c
= 4,7mm mômen trọng lượng
phần ứng BĐT M
ư
= 92kg, góc quay  = 5,3
0
.
Lực hút mở phanh của bộ điện từ:
3
70
10,8 108
1 6,5
BDT
mp
M
P kg N
   
Tỉ số truyền của hệ thống phanh
389, 24
3,60
108
p
mp
N
i
P
  
Theo kết cấu chúng ta có cánh tay đòn ngắn của phanh: 1
1
= 200m chiều dài lớn nhất của cánh tay đòn phanh: 1

2
= 1
1
. i
p
=
200.1,22 = 244mm theo kết cấu 1
2
= 300mm.
Bước phanh mở lớn nhất (khe hở phanh)
56,1
5,1.2
7,4
.2
1

i
h
c

với: 5,1
200
300
1
2
1

l
l
i

Chiều cao phanh:
H
ma
= (0,5  0,8) D = (0,5  0,8) 300 = 150  240mm
8
Chọn H
ma
= 200mm tương ứng với góc ôm  = 83
0
36’
Bề rộng má đủ để đạt áp lực riêng cho phép:
389,24
6,5 65
. 3.20
ma
ma
N
B cm mm
p H
   
Ta chọn B
max
= 100mm
Tính toán lực nén của lò xo chính:
P
1xe
= P
mp
+ P
1xp

+ P
0
Với: P
1xp
– lực căng tính toán của lò xo phụ, P
1xp
= 2  6 kg
P
0
- lực căng lò xo để khắc phục mômen trọng lượng phần
ứng
Nkg
l
M
P
u
20020
6,4
92
3
0

=> P
1xe
= P
mp
+ P
1xp
+ P
0

= 108 + 6 + 20 = 126kg = 1260N
Lò xo chế tạo từ thép silic 60Si2A,

b
= 1600 N/mm
2
. Giới
hạn chảy khi xoắn

T
= 1000N/mm
2
, tính toán lò xo ở điều kiện
bò nén tối đa.
P
1x
= P
1xe
. k
3
= 126 . 1,5 = 189kg = 1890N
Với: k
3
= 1,3  1,6 – hệ số dữ trữ, tính đến việc thay đổi
lực khi điều chỉnh.
Đường kính dây lò xo từ điều kiện xoắn:
1
. .
1,14.189.6
1,6 1,6 0,68 6,8

[ ] 7000
xe
k P
d cm mm


   
9
Trong đó: k- hệ số độ cong theo bảng (2-8) với  = 6 ta có
k = 1,14;
d
D
tb


tỉ số giữa đường kính trung bình của lò xo và
đường kính dây thép lò xo, chúng ta sử dụng
 = 6.
Bảng 2-8. hệ số k và  khi tính toán lò xo
Đường kính
dây lò xo
0,2-0,4 0,45-1,0 1,1-2,5 2,8-6 7-14
d
D
tb


16-8 12-6 10-5 10-4 8-4
4
4

14





k
1,05-1,1 1,07-1,15 1,085-
1,19
1,085-
1,25
1,11-1,25
Ứng suất cho phép trong giới hạn chòu lực của lò xo:
[
] = (0,7  0,9) 
T
= 0,7 . 1000 = 7000 kg/cm
2
= 700N/mm
2
Theo bảng ta chọn lò xo có d = 10mm
Đường kính trung bình của lò xo: D
tb
= d. = 10.6 = 60mm
Trong phanh hai má bước ngắn chiều dài làm việc của lò xo sẽ
là:
L
1v
= (0,3  0,6) D = (0,3  0,6) 200 = 60  120mm
Chọn L

1v
= 120mm
Khe hở lớn nhất giữa các vòng lò xo và vò trí làm việc:
  (0,1  0,25)d = (0,3  0,6) 10 = 2mm
Bước làm việc của lò xo: t = d +
 = 10 + 2 = 12mm
10
Số vòng làm việc của lò xo: 10
12
120

t
L
z
lv
lv
Chiều dài lò xo khi nén hết: L
lv
= z
v
.d = 10.10 = 100mm
Ở hình bên ta có thể viết (hình 2-8)
L
LLL
P
P
lxlv
lx
lv






)(
Từ đó:
120 100
60
178
1
1
189
lv lx
lv
lx
L L
L mm
P
P


   


Chiều dài lò xo ở trạng thái tự do:
L
td
= L
lx
+ L = 100 + 60 =

160mm
Bước lò xo khi không chòu tải:
16
10
160
,

lv
td
olx
Z
L
t
Mỗi bên lò xo có 0,75 vòng phụ thuộc được mài phẳng do vậy,
chiều dài tự do đầy đủ của lò xo là:
L
TD
= L
td
+ 1,5d = 160 + 1,5.10 = 175mm
Chiều dài lò xo khi nhả phanh:
L
nh.p
= L
1v
– h
c
= 120 – 4,7 = 115,3mm
Lực trong lò xo khi L
nh.p

= 115,3mm
11
Nkg
LL
LL
PL
lvta
pnhtd
lvpnh
19899,198
120160
3,115160
178
.
.







Ứng suất lớn nhất trong vật liệu lò xo là:
22
33
.
max
/5,301/3105
0,1
14,1.6.178.55,2

55,2
mmNcmkg
d
kDP
tbpnh


Khi P
lv
= 1780 N thì ứng suất nhỏ nhất là:  = 250N/mm
2