CHƯƠNG 4: CÁC BỘ PHẬN PHANH HÃM pot

Nó đợc sử dụng chủ yếu ở cơ cấu nâng mà bánh phanh chỉ quay mộtchiều và truyền động thờng bằng cơ bắp, ngoài ra có thể sử dụng kết hợp với phanh đĩa vàphanh tự động kể cả truyền động bằn

Chơng 4

các bộ phận phanh hãm

4.1 Nhiệm vụ của phanh hãm

Phanh hãm là bộ phận quan trọng trong máy nâng Đây là cơ cấu an toàn không thểthiếu Phanh hãm làm cho cơ cấu hoặc máy đang chuyển động dừng hẳn hoặc chuyển độngchậm lại tuỳ theo tính chất và yêu cầu của công việc Theo chức năng sử dụng, thiết bịphanh hãm đợc chia làm hai loại: Thiết bị dừng và phanh

Thiết bị dừng chỉ có tác dụng làm dừng hẳn chuyển động của cơ cấu hoặc máy ởcuối thời kỳ hoạt động Nó đợc sử dụng chủ yếu ở cơ cấu nâng mà bánh phanh chỉ quay mộtchiều và truyền động thờng bằng cơ bắp, ngoài ra có thể sử dụng kết hợp với phanh đĩa vàphanh tự động kể cả truyền động bằng động cơ Trong máy nâng thờng dùng hai loại: Thiết

bị dừng bánh cóc và thiết bị dừng con lăn

Phanh là thiết bị vừa có thể dừng hẳn chuyển động vừa có thể làm chậm dần tốc độchuyển động của cơ cấu và máy Khác với thiết bị dừng, phanh phải phát sinh năng lợng đểkhắc phục động năng của khối lợng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay trong các

bộ phận của máy nâng Quá trình phanh là quá trình tạo ra lực ma sát hoặc mô men ma sátcủa phanh để chống lại lực hoặc mô men trên bộ phận đặt phanh Theo kết cấu, điều kiệnlàm việc, nguyên tắc điều khiển và công dụng mà phanh đợc chia ra:

-Phanh đĩa, phanh đai, phanh hai má, phanh nón, phanh li tâm

-Phanh thờng đóng, phanh thờng mở

-Phanh tự động và phanh đợc điều khiển

-Phanh dừng và phanh hạn chế tốc độ

Việc lựa chọn phanh hãm để bảo đảm sự làm việc bình thờng và sự an toàn trong quátrình hoạt động của máy nâng là vô cùng quan trọng Đây là một chỉ tiêu đã đợc TCVN5863-1995 (yêu cầu về an toàn trong lắp đặt và sử dụng thiết bị nâng) quy định Phanh máthờng đợc dùng trong các loại tời và ở các cơ cấu máy nâng ( cơ cấu nâng, cơ cấu di chuyển

và cơ cấu quay) có truyền động độc lập Phanh đai đợc sử dụng trong các loại tời và cơ cấumáy nâng có bộ phận truyền động chung cho từng nhóm cơ cấu (nh ô tô cẩu, máy xây dựngvạn năng) Phanh đĩa đợc sử dụng trong các palăng điện Các cơ cấu dừng dùng giữ vật ở tthế treo; phanh tự động dùng điều chỉnh tốc độ hạ vật trong một thời gian nhất định màkhông giữ đợc vật nâng v .v

Các yêu cầu cơ bản của thiết bị phanh hãm:

-Phải có mômen phanh đủ lớn để thắng đợc mô men xoắn trên trục đặt phanh và đợctính theo công thức:

Mp = β Mx , (Nmm) ; (4-1) -Đóng mở nhanh, có độ tin cậy cao

- Kết cấu phải đơn giản, chắc chắn, dễ chế tao

- Dễ điều chỉnh, đễ thay thế và kiểm tra

- Nhỏ gọn, hiệu suất cao, giá thành rẻ

85

Trong công thức 4-1 thì β là hệ số an toàn; thờng lấy β > 1 để đề phòng quá tải do vật

nâng vợt quá tải danh nghĩa và xuất hiện tải trọng động khi làm việc Mặt khác không chọn

gian phanh quá ngắn) gây ra tải trọng động tác dụng lên cơ cấu cơ khí và phần kết cấu thép

Bảng 4-1 Hệ số an toàn của phanh β

Trung bình Nặng Rất nặng

1,5 1,75 2,0 2,5

4.2 Thiết bị dừng

4.2.1 Thiết bị dừng bánh cóc

Cấu tạo của thiết bị dừng bánh cóc gồm hai chi tiết chính: bánh cóc 2 và cóc hãm 1

(hình 4-1) Bánh cóc 2 đợc lắp trên trục cần phanh hãm, thông thờng lắp trên trục dẫn

động có mô men xoắn nhỏ Do kết cấu hoặc lí do khác mà ở một số máy nâng ngời ta có

Hình 4-1 Bánh cóc răng ngoài: 1- Cóc, 2- Bánh cóc, 3- Lò xo

thể lắp bánh cóc trên trục trung gian hay trực tiếp trên trục tang Lắp trực tiếp trên trục

tang là an toàn nhất nhng do mô men lớn nên cơ cấu cóc hãm rất cồng kềnh Bánh cóc có

dạng răng đặc biệt và khi cóc hãm ăn khớp với răng bánh cóc thì chỉ cho phép trục lắp bánh

cóc quay theo chiều nâng Để quay ngợc lại theo chiều hạ, nhấc cóc hãm không cho ăn

1

2

3 1

b)

Cóc hãm đợc bố trí phía trên hoặc phía dới bánh cóc Để bảo đảm cho cóc hãm luôn

mặt răng bánh cóc và chịu lực va đập khi vào khớp, gây tiếng ồn và mài mòn Để khắcphục bớt nhợc điểm này ngời ta dùng bánh cóc có mô dun nhỏ hoặc đặt đồng thời nhiều cóchãm lệch bớc nhau

Vị trí của trục quay cóc hãm đặt sao cho đờng tiếp tuyến của lực vòng P của bánh cóc

xúc để lực tác dụng lên răng bánh cóc và cóc hãm là nhỏ nhất Khi làm việc, đỉnh của cóchãm tác dụng lên mặt răng bánh cóc một lực N và lực ma sát trên bề mặt răng là Nf Để

M

2 x = x , N; (4-3)

D - đờng kính ngoài của bánh cóc, mm;

Z, m - số răng và mô duyn của bánh cóc

Sức bền của răng bánh cóc đợc kiểm tra uốn giống nh bánh răng thờng:

2 u

2 2

u

6

baD

Mh26

ba

PhW

t - bớc răng bánh cóc, mm;

Thay các giá trị a, b vào 4-4 ta đợc:

u 3

u

][z

M08,2mmx

M9

σψ

=

⇒ψ

=

Mô duyn cho bánh cóc răng trong:

87

m =1,23

u

][z

1

≤

[p] - lực phân bố cho phép của vật liệu bánh cóc trên một đơn vị chiều dài, N/mm;

Cóc hãm khi làm việc vừa chịu uốn vừa chịu nén do đó cần kiểm tra theo ứng suất tổnghợp (hình 4-1c):

σ = σn + σu≤ [σu], N/mm2; (4-8)trong đó

2

u u

n

'b

Pe6WM

'b

PFP

δ

=

=σ

kẹt nên trục quay bình thờng Khi

dừng quay, do tải trọng của

vật nâng có xu hớng kéo trục quay

ng-ợc lại, lập tức các con lăn bị đẩy vào vị

N

trong đó:

D - đờng kính trong của vỏ cố định, mm;

da2

−

+

, trong đó a, d theo hình 4-3

Con lăn có tiếp xúc đờng với bạc lồng và vỏ cố định nên ứng suất tiếp xúc đợc kiểm trabằng công thức: Giữa con lăn và vỏ cố định:

Dd

dDEl

N59,

N59,

Phanh má có thể là phanh một má và phanh

hai má Phanh một má đợc sử dụng ở máy

nâng đơn giản và quay tay Loại này thờng gây

uốn trục khi phanh Trong máy nâng thờng dùng

phanh hai má Phanh hai má có loại má phanh cố

2

K

N1f K

fba

1Kc

1Kc

1(Kcf

fba

1

− , N; (4-13)

triệt tiêu giá trị b để lực phanh K tạo ra bằng nhau Do vậy trong thực tế ngời ta dời tâm

Lực phanh lúc này sẽ là:

K =

c

Na , N (4-14)

Từ sơ đồ phân tích lực cho thấy rằng lực ép N ở hai má bằng nhau nếu khoảng cách hai

afD

Me

hc

aNe

N

D

R2R

1

0

fN

1

F

2F

2

M

Ff

NN

D

011

2R

F

e

RN

UK

má phanh phải đi qua tâm quay O của bản lề (hình 4-6) Điểm đặt của hợp lực V1, V2

bị lệch lên trên hoặc xuống dới so với đờng tâm của bánh phanh tuỳ theo chiều

Hình 4-6 Lực trong phanh hai má có bản lề

quay của bánh phanh Lựa chọn kích thớc phanh: Khi lựa chọn phanh cần chú ý tới áp suất

bề mặt phanh

360DB

NF

N

απ

=

= ≤ [p] , N/mm2 ; (4-16)

[p] - áp suất cho phép trên bề mặt làm việc của

phanh Đối với chế độ làm việc trung bình thì chọn

vật liệu làm má phanh là: [p] = 1,5 ữ 2 N/mm2;

trị [p] bằng 60% giá trị trên Đối với phanh thả giá trị

Cờng độ mài mòn và nhiệt độ má phanh vừa phụ thuộc áp suất p vừa phụ thuộc vận tốc

khi làm việc thì công do ma sát pf sinh ra trên quãng đờng s [m] sẽ là:

A = pfs , Nm/mm2 (4-18)Khi biết vận tốc vòng v [m/s] thì tính đợc quãng đờng s:

- Phanh dừng (chuyển động chậm dần đều)

, Nm/mm2.s ; đối với phanh dừng (4-19)

Để đơn giản khi tính toán kiểm tra ngời ta dùng trị

91

B

D

N α

f = 0,3⇒pv=2ữ3,3Nm/mm2s

smm/Nm5,22,1pv4,0

f

smm/Nm85,27,1pv35,0

4.3.2 Phân loại phanh hai má:

Phân loại phanh hai má là dựa vào phơng pháp tạo ra lực K trên tay đòn Trong máynâng ngời ta thờng dùng ba loại phanh sau đây:

1 Phanh hai má kiểu thanh kéo.

Dùng đối trọng G để tạo ra mômen phanh (hình 4-8) Cấu tạo của phanh bao gồm:

phanh bằng mối ghép then, các má

4, 5, 6, nam châm điện từ 7 và đối

kéo là loại phanh thờng đóng Khi

làm việc, đối trọng G làm thanh 6

máy nâng cần làm việc, nam châm

7 hút thanh 6 quay ngợc lại và giải

bánh phanh và má phanh Để tính

trọng lợng đối trọng G, tạo ra lực

làm việc K và xác định lực hút của

phanh, ta dựa vào việc cân bằng

mô men theo nguyên lý đòn bẩy

Giả thiết lực nén hai má bằng

MNc

92

Hình 4-8 Phanh hai má kiểu thanh kéo: 1- Bánh

phanh, 2- Má phanh, 3-Tay đòn, 4, 5, 6- Thanh kéo, 7-Nam châm 8- Đối trọng.

LL

L1

02 2 1

R

1

0

3 2

G

NC

e3

2

V

Nf

N

VN

54

KK

1

F

7

Lực F1 cần thiết phải tạo ra trên tay đòn 5:

e

hc

aD.f

Me

hK

L

Le

hc

afD

MG

nc

L

Le

hl

afD

MkP

η

Phanh hai má kiểu thanh kéo có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, không gây uốn trụcphanh, có thể tạo đợc mô men phanh lớn Nhợc điểm của loại phanh này là hệ thống tay đònphức tạp, nhiều khâu, nhiều khớp nên hiệu suất thấp, đồng thời dễ gây biến dạng tay đònlớn, quán tính lớn Do những nhợc điểm đó mà ngày nay loại phanh này ít đợc sử dụngtrong máy nâng.

2 Phanh hai má điện từ

Phanh hai má kiểu lò xo có nam châm điện thờng gọi là phanh điện từ Một loạiphanh điện từ ký hiệu TKT do Liên Xô cũ chế tạo đợc sử dụng rộng rãi trong máy nâng Sovới phanh hai má kiểu thanh kéo, loại

phanh này có nhiều u điểm hơn nh kết

cấu đơn giản, chắc chắn, có hiệu suất và

độ tin cậy cao Đây là loại phanh thờng

định phanh và tạo lực mở nhanh má

đầu là vật liệu nhiễm từ của nam châm

Nhợc điểm của phanh hai má điện từ là tỷ số truyền của các cánh tay đòn nhỏ nên khó

vậy khi phanh liên tục không đợc êm

Lực cần thiết K đặt ở đầu tay đòn có tính đến hiệu suất đợc xác định theo công thức:

93

Hình 4-9 Phanh điện từ: 1- Bánh phanh,

2-Má phanh, 3- Tay đòn, 4- Lò xo, 5- Thanh đẩy, 6- ống lồng, 7- Đai ốc, 8- Lò xo phụ, 9- Cần, 10- Nam châm điện

32

K

N

02

fNR2

PNC

10

9P

K c

Df

MNc

η

=

Từ đó lực hút cần thiết của nam châm là:

Pnc = Pmaxb = (K +2ξ C

a

c)c

b (4-28)Hành trình phanh đợc xác định theo công thức:

hp= 2ξ

a

cm

1 (4-29)

3 Phanh hai má điện - thuỷ lực

4 Một đầu của thanh truyền 5 đợc nối với cần đẩy của bình điện thuỷ lực 6 và lò xo 7 Lực

phanh khi máy hoạt động Khi có

Đây là loại phanh thờng đóng

và có nhiều u điểm hơn phanh điện

từ Nó khắc phục đợc sự va đập,

khi mở phanh êm dịu, không bị đột

94

Hình 4-10 Phanh hai má điện - thuỷ lực: 1- Bánh

phanh, 2- Má phanh, 3- Tay đòn, 4, 5- Thanh kéo, 6- Cần, 7- Lò xo, 8- Bơm, 9-Động cơ điện, 10- Bình điện

thuỷ lực.

L1

0201

R1

21

N

R2

fN

76

ngột Từ những u điểm trên mà ngày nay trong máy nâng sử dụng phanh điện thuỷ lực làchủ yếu Loại phanh này chế tạo khó hơn phanh điện từ do kết cấu của bình điện thuỷ lực

có động cơ điện, bơm li tâm và pitông thuỷ lực đòi hỏi độ chính xác cao

Lực K cần thiết để phanh đợc tính theo công thức:

K

c

aDf

MNc

aDf

ML

btgc

η

=α

nhờ ma sát giữa đai khi ép chặt vào bánh phanh Để chống mài mòn đai thép và tăng ma sátngời ta lắp vào mặt đai phía bánh phanh một lớp bằng gỗ, amiăng hoặc da

Quá trình làm việc của đai trên bánh phanh thể hiện trên hình 4-11 Theo công thức Ơle

eD

M2

f

f ph

1D

M2

ở phanh đai, áp suất trên mặt phanh phân bố không đều áp suất giảm dần từ pmax tại Smax

đến pmin tại Smin

dsin)dSS(2

dsin

S

02

dcos)dSS(2

dcos

2

d2

.02

dS2

dSdN

1

2 f

SddF

trong đó B - chiều rộng của đai

Vậy áp suất lớn nhất của đai lên bánh phanh đợc xác định :

pmax=

DB

S

2 max , N/mm2; (4-38) áp suất nhỏ nhất :

pmin=

DB

S

2 main ,N/mm2; (4-39)Công của lực ma sát trung bình cũng đợc tính nh đối với phanh má:

96

min

S

d ϕ 2

0

d ϕ

2 dϕ ϕ

? 1

A = ptbf

2

A=ptbfv , Nm/mm2.s đối với phanh thả ; (4 -41)

4.4.2 Phân loại phanh đai

Việc phân loại phanh đai chủ

yếu dựa vào cấu tạo và phơng pháp

định vị hai đầu đai và đợc chia thành

ba loại chính:

1 Phanh đai đơn giản

Phanh đai đơn giản đợc thể

hiện trên hình 4-13, một đầu của đai

đầu thứ hai đợc lắp bản lề với tay

thứ hai của tay đòn là điểm đặt lực G

và tấm cực âm

thanh 3 là Gt Xét trờng hợp đang

D (4-43)

97

Hình 4-13 Lực phanh đơn giản: 1- Bánh đai,

2-Đai, 3- Tay đòn

eb

M2

.

f ph

−

Smin

1e

1D

M2

eDb

M2b

eGcGa

f

f ph n

b

eGcG(a1e

1Db

M2b

eGcGa

f ph n

chiều Loại này chỉ sử dụng cho loại cơ cấu

nâng các chiều quay nh trên hình 4-14

Hành trình đầu đai khi phanh:

đai và bánh phanh, mm

2 Phanh đai vi sai

, N (4-49a)Khi hạ:

G2 =

b

dGeG)cea(

min

2

oc

Sa max

h

1

Hình 4-14 Phanh đai vi sai: 1- Bánh

phanh, 2- Đai, 3- Tay đòn.

Trong công thức này cho thấy a - cef αcó thể là dơng hoặc âm tuỳ thuộc vào trị số a, c

t-ơng ứng Khi G có giá trị âm, có nghĩa là phanh tự hãm do tác dụng của nội lực mà khôngcần tới lực tác động từ bên ngoài Muốn phanh vi sai điều khiển đợc cần phải thoả mãn

cũng không dùng đợc cho trờng hợp cần phanh hai chiều

Do có thể tạo đợc mômen phanh lớn với lực đóng phanh nhỏ mà phanh vi sai khôngdùng cho tời dẫn động máy mà chỉ dùng cho tời tay và đóng mở phanh bằng tay

Hành trình của các đầu đai phanh khi đóng mở phanh đợc xác định từ hệ phơng trình:

a

hc

hh

ah

;ca

c

−ξα

=

−ξα

3 Phanh đai hai chiều

Để có thể dùng cho cơ cấu cần có mô men

phanh đổi chiều, ngời ta sử dụng phanh đai hai

chiều Phanh đai hai chiều có kết cấu nh hình

4-15 Đặc điểm của loại phanh này là mômen do

Khi bánh phanh quay theo chiều nâng:

G n G e

Hình 4-15 Phanh đai hai chiều:

1- Bánh đai, 2- Đai, 3- Tay đòn

G =

b

dGeG)1e(Db

)1e(aM2b

dGeG)1e(a

ef

f ph n

Phanh đai hai chiều đợc dùng phổ biến hơn so với hai loại phanh đai trớc Trong cùng

Phanh đai có kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, dễ chế tạo, giá thành rẻ, lắp đợc trong khônggian hẹp Phanh đai có nhợc điểm là gây uốn trục, chóng mòn; áp lực của đai lên bánh

của phanh đai kém hơn phanh hai má Cấu tạo đai phanh và cố định các đầu đai nh hình 16

4-4.5 phanh nón

Phanh nón là loại phanh điển hình của phanh áp trục Trong các loại phanh này,lực tác dụng để tạo mômen phanh là lực dọc trục do lò xo, đối trọng hoặc sức ngờigây nên qua hệ thống của tay đòn, hệ truyền động thuỷ lực hay khí nén

Sơ đồ tính toán phanh nón đợc thể hiện

theo yêu cầu về kết cấu Quan hệ giữa bán

kính ngoài và bán kính trong có thể lấy

tb p

η (4-55)

Hiệu suất của tay đòn lấy η = 0,9 ữ 0,95

Chiều rộng mặt nón đợc xác định theo áp lực cho phép của mặt ma sát [p]:

100

Hình 4-17 Phanh nón: 1-Trục, 2- Đĩa nón

ngoài, 3- Đĩa nón trong, 4- Tay đòn, 5- Lò xo

β 2

B =

2sin]p[R2

Phanh đĩa có nguyên lý hoàn toàn giống phanh nón và đợc thể hiện trên hình 4-18.

Ta có thể coi phanh đĩa là phanh nón có góc

2

ma sát đòi hỏi lực phanh lớn nên ít đợc sử dụng

Trong máy nâng ngời ta chỉ dùng phanh đĩa với nhiều mặt ma sát (hình 4-18) Phanh

bằng then hoa với trục phanh Phanh đóng nhờ

sát có thể làm việc không có bôi trơn hoặc bôi

trơn bằng mỡ hoặc ngâm trong dầu

Bán kính trong của bề mặt ma sát đợc

chọn nhỏ nhất có thể theo yêu cầu kết cấu

Để đảm bảo bôi trơn tốt, các đĩa làm việc

Lực dọc trục cần thiết để tạo mômen

phanh đạt yêu cầu:

fZR

áp suất trên bề mặt ma sát phải kiểm tra theo công thức:

)RR(

P

tr

2 ng

≤

−π

3

∆- khe hở trung bình giữa các đĩa; với đĩa có lót vật liệu ma sát lấy∆≥0,75mm, đối

i - số đĩa ma sát

Bảng 4-2 áp suất cho phép [p] đối với phanh áp trục, N/mm 2

Vật liệu ma sát Không bôi trơn Bôi trơn mỡ Trong bể dầu Kim loại trên kim loại

Vật liệu dệt hay đan trên kim loại

Vật liệu cán trên kim loại

0,2 0,3 0,6

0,4 0,6 1,0

0,8 0,8 1,2

4.7 phanh tự động

Phanh tự động là phanh dùng nội lực của cơ cấu để tạo thành phanh Lực phanh do cơcấu tạo nên thờng là lực dọc trục nên trong phanh tự động thờng sử dụng kết cấu của phanh

đĩa hoặc phanh nón

4.7.1 Phanh tự động với mặt ma sát không tách rời

Phanh tự động với mặt ma sát không tách rời thờng dùng trong các cơ cấu quay tay có

truyền động trục vít-bánh vít, đặc biệt là trong các palăng xích kéo tay dùng trục vít Lực

đóng phanh P là lực chiều trục của trục vít do vật nâng gây ra và có khả năng tự độngphanh.

tự động với mặt ma sát không tách

rời.

Khi nâng vật, ta quay tay quay

cùng trục vít theo chiều nâng vật,

bánh cóc quay cùng

với các đĩa và trục vít, cóc hãm trợt

tự do trên các răng các bánh cóc Khi

ngừng quay, vật đợc giữ ở trạng thái

treo, trọng lợng vật nâng gây mômen

tải trên bánh vít và mômen này tạo

lực P theo chiều từ phải qua trái ép