I. Các loại phanh trong máy nâng
1. Khái niệm
Phanh trong máy nâng là thiết bị dùng để dừng hẳn chuyển động hoặc hạn chế tốc độ của cơ cấu. Khác với thiết bị dừng, phanh phải phát sinh ra năng lượng để khắc phục động năng của máy hoặc giữ vật ở độ cao nào đó.
2. Phân loại
*) Theo kết cấu có các loại: phanh má, phanh đai, phanh đĩa, phanh nón, phanh ly tâm.
*) Theo tác dụng của bề mặt làm việc có phanh thường đóng và phanh thường mở.
*) Theo nguyên tắc điều khiển có: phanh điều khiển tự động và phanh điều khiển bằng tay gạt hay bàn đạp.
*) Theo công dụng có: phanh dừng và phanh hạn chế tốc độ.
3. Đặc điểm sử dụng
Khi thiết kế phanh cho một cơ cấu nào đó của máy, ta phải xác định được giá trị momen hợp lý. Trong trường hợp chung, momen phanh đựoc xác định theotừ momen xoắn quanh trục đặt phanh:
Mp = Mx.β
trong đó, Mx – momen trục xoắn trên trục đặt phanh
β – hệ số an toàn phải chọn cho phù hợp để đảm bảo an toàn và quá trình phanh được êm dịu, không gây tải trọng lớn.
Các yêu cầu chung đối với phanh
- Phanh phải có momen đủ lớn với điều kiện làm việc cho trước của phanh.
- Đóng mở phanh nhạy, độ tin cậy cao.
- Kết cấu đơn giản, dể chế tạo và đảm bảo độ bền các phần của phanh
- Dể kiểm tra, điều khiển và thay thế nhưng chi tiết bị ăn mòn.
- Nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành rẻ, bộ phận làm việc ít mòn.
II. Phanh đai.
1. Định nghĩa.
Phanh đai gồm một đai thép không quay bao quanh bánh phanh với góc α.
Lực phanh tạo ra nhờ ma sát giữa đai và bánh phanh người ta gắn lên đai thép một lớp lót bằng gổ, da hoặc amiang.
Lực đóng phanh là lực lò xo, đối trọng hoặc sức người. Lực mở phanh là lực hút nam châm điện hoặc lực dẩn động bằng thủy lực, khí nén.
Xét quá trình làm việc của đai trên bánh phanh. Theo công thức Ơle ta có lực căng đai S tại điểm có góc ôm β là:
S = Smin .efβ
trong đó: f – hệ số ma sát giữa đai và bánh phanh
Với β = α ta có Smax = Smin . efα
Mômen phanh tao ra tren banh phanh do lực ma sát là :
Mp =(Smax - Smin) .D/2
2. Phân loại :
2.1. Phanh đai tổng hợp :
Dựa trên mômen phanh Mp cho cả hai chiều quay của bánh phanh (hạ và nâng) bằng cách xét tay đồn nằm ngang khi lấy momen các lực ứng với điểm o
Phanh đai tổng hợp có mômen ổn định vì vậy mômen phanh theo hai chiều bằng nhau , hành trình dịch chuyển hai đầu đai khi phanh đóng mở cũng bằng nhau
Loại phanh này thích hợp cho các cơ cấu dịch chuyển và quay , không thích hợp cho cơ cấu nâng
Khi Mphạ > Mpnâng trường hợp nầy tốt nhất là dùng cho mấy nâng vì cơ cấu nâng khi hạ yêu cầu momen lớn hơn khi nâng
2.2 . Phanh đai đơn giản :
Loại phanh đai đơn giản này luôn có Mphạ > Mpnâng và chỉ thích hợp dùng cho cơ cấu nâng
2.3. Phanh đai vi sai :
Phanh đai vi sai có cánh tay đòn a2 ngược về phái đối diện so với phanh đai tổng hợp
Loại phanh này có thể tạo ra momen phanh vô cùng lớn và xảy ra hiện tươngtự hãm . Do đó có thể tạo momen phanh lớn với lực đóng phanh nhỏ mà phanh đai không dùng cho tời dẩn động máy mà thường dùng cho tời tay và đóng mở phanh bằng tay
2.4.Phanh đai tác dụng hai chiều :
Trong phanh đai cố định hai chiều đầu đai cố định , tùy thuộc vào chiều quay của bánh phanh c5huyển từ đầu này sang đầu kia . Như vậy , đầu đai có lực căng Smax luôn là đầu cố định và lực tác dụng để đóng phanh luôn ở đầu đai có lực căng nhỏ Smin
Khi bánh đai quay theo chiều kim đồng hồ , điểm tựa của tay đồn điều khiển nối với đầu đai có lực căng Smax tựa vào rảnh trên của phần cố định tạo thành khớp xoay . Khi thay đổi chiều quay của phanh điểm tựa với lực căng đai chuyển xuống rảnh dưới của phanh cố định . Như vậy, momen phanh không phụ thuộc vào chiều quay của bánh phanh mà lực tác dụng để tạo momen phanh không đổi . Do đó lực cần thiết để đóng phanh giảm so với phanh đai tổng hợp
3.Phạm vi sử dụng
Phanh đai sử dụng rộng rãi do kết cấu đơn giản , gọn nhẹ , có thể tạo momen phanh lớn bằng cách tăng góc ôm α.
4. Nhược điểm
- Phanh đai gây uốn trục phanh
- Phanh đai có momen phanh khong ổn định . Một sư thay đổi nhỏ của hệ số ma sát dẩn đến sự thay đổi lớn của momen phanh
- Đai phanh đứt sẽ dẩn tới tai nạn .vì vậy độ tin cậy của phanh đai kém
5.Tính toán phanh đai:
Do có thể tạo nên momen phanh lớn mà phanh đai thường đặt trên trục có tốc độ thấp . Trong trương hợp này có thể bỏ qua phép tính kiểm tra phát nhiệt của phanh mà chỉ tiến hành kiểm tra áp lực riêng của đai lên bánh phanh :
Pmax = ≤ [p]
Giá trị [p] phụ thuộc vào vật liệu lót đai phanh
Đường kính phanh D và chiều rộng đai B được tính từ điều kiện trên
Trọng lượng G cần thiết để tạo ra momen phanh MP được xác định bằng cách xét cân bằng tay đòn nằm ngang với các lực căng đai Smax , Smin tùy theo chiều quay của bánh phanh .Ta xác G cho cả hai trường hợp nâng và hạ . trọng lượng tính toán của đối trọng có giá trị lớn của một trong hai giá trị tìm được
Để tính lực hút của nam cham điện khi mở phanh ta cũng xét câng bằng cách tay đồn nằm ngang trong trạng thái phanh mở (đai phanh không có lực căng) với đối trọng có giá trị tính toán đã xác định . ực hút tính toán để chọn nam châm điện có giá trị bằng lực hút tìm được nhân với hệ số vượt tải
hp =
với hệ số lợi dụng hành trình m = 0,8÷0,85
Chiều dày đai phanh δ được tính theo sức bền kéo
δ ≥
trong đó : n - số đinh tán trên mặt cắt tính toán
d - đường kính đinh tán
[σ]k - ứng suất cho phép khi kéo , đối với đai thép lót amimăng
III. Tay quay an toàn
1. Khái niệm
Tay quay an toàn nhằm đảm bảo cho tang và tay quay không tự động quay theo chiều hạ dưới tác dụng của trọng lượng vật nâng.
2. Phân loại
Tay quay an toàn loại 1: là tay quay có đặt một trong hai loại phanh tự động
Tay quay loại an toàn 2: được dùng trong trường hợp khi tốc đọ hạ vật lớn hơn tốc độ nâng.
3. Cấu tạo
Gồm tay quay 3 liên kết bằng khớp xoay với bánh cóc 1. Bánh cóc lắp lồng không trên bánh phanh 2 lắp với trục dẩn động của cơ cấu bằng then hoặc đầu trục vuông.
Đai phanh 7 vòng quanh bánh phanh có một đầu gắn bằng chốt 5 trên tay bánh cóc, đàu kia của đai nối với chốt 5 trên tay quay 3. Lò xo 4 nén tay đòn của tay quay 3 làm phanh đai luôn nối đong liền banh phanh 2 và bánh cóc 1 thành một khối.
4. Nguyên lý hoạt động của tay quay an toàn loại 2
Vật nâng được treo trên trên móc treo nhờ con cóc 6 giữ bánh cóc và qua phanh đai luôn đóng giữ bánh phanh cùng trục của cơ cấu. Khi tay quay quay theo chiều nâng (cùng chiều kim đồng hồ), con cóc 6 trượt tự do trên bánh cóc, bánh phanh cùng trục quay theo chiều nâng vật. Khi cần hạ vật, ta đẩy tay quay theo chiều hạ, lực đẩy thắng lực nén của lò xo 4 làm phanh đai mở ra và bánh phanh cùng trục quay theo chiều hạ dưới tác dụng của trọng lượng vật nâng. Nếu dừng đẩy quay theo chiều hạ, lò xo sẽ đóng phanh và vật nâng được hãm lại. Để điều chỉnh tốc độ hạ, ta điều chỉnh lực đảy tay quay theo chiều hạ.
5. Ưu,nhược điểm
Khi móc treo không có vật nâng, nếu trọng lượng móc neo không đủ lớn để thắng được lực ma sát và lực quán tính trong cơ cấu, ta phải treo thêm một vật nào đó để nó có thể hạ được
6. Phạm vi ứng dụng
Thường được dùng cho tời với bộ truyền bánh răng trụ có tổn thất do ma sát bé.
IV. Phanh tự động
Phanh tự động là phanh dùng nội lực của cơ cấu để tạo lực phanh. Lực phanh do cơ cấu nên thường là lực dọc trục nên trong phanh tự động thường sử dụng kết cấu của phanh đĩa hoặc phanh nón
1. Phanh tự động với mặt ma sát không tách rời :
1.1. Cấu tạo :
Phanh tự động với mặt ma sát không tách rời gồm các đĩa 2 và 4 lắp trên trục vít 1 bằng then dẫn hường , giữa chúng có bánh cóc 3 lắp lồng không trên moayơ của đĩa 2 và có hai mặt ma sát với đĩa 2 và 4 .Đĩa 4 có ngõng tựa lên vỏ cố định 5 của truyền động trục vít- bánh vít bằng ổ đỡ-chặn. Bánh cóc 3 chỉ cho phép quay theo chiều nâng vật
1.2. Nguyên lý hoạt động :
Vật nặng Q gây momen tải trên bánh vít của bộ truyền , momen này tạo ra lực chiều trục Po luôn hướng từ phải sang trái ép các mặt ma sát không tách rời
Khi nâng vật , quay tay cùng trục vít theo chiều nâng vật , bánh cóc quay cùng với các đĩa và trục vít , con cóc trược tự do trên các răng của bánh cóc . Khi giữ vật ở trạng thái treo , trọng lượng vật nặng gây momen tải trên bánh vít và momen này tạo lực chiều trục Po ép chặt các đĩa 2 và4 vào bánh cóc 3 . Nhờ lực ma sát giữa bánh cóc và các đĩa mà con cóc giữ bánh cóc cùng trục vít không cho quay theo chiều hạ. Để hạ vật , ta quay tay quay theo chiều hạ , bề mặt ma sát giữa các đĩa và bánh cóc làm vật hạ xuống
1.3. Tính toán :
Momen tải trên bánh vỉt do vật nặng gây ra :
Mbv =
Trong đó : Q - tải trọng nâng
Dt¬ - đường kính danh nghĩa của tang
a - bội suất của palăng nâng vật
ηp, η¬t - hiệu suất của palăng và tang
Như vậy lực chiều trục do vật nặng gây trên trục vít được tính theo công thức :
Po =
Trong đó Dbv – đường kính vòng tròn chia của bánh vít
Momen tải trên trục vít :
Trong đó : i – tỷ số truyền của bộ truyền trục vít-bánh vít
ηv – hiệu suất của bộ truyền trục vít-bánh vít
Vậy momen phanh cần thiết phải tạo ra trên trục vít là:
Mp=β. Mtv =
Với hệ số an toàn β = 1,2÷1,25
Lực dọc cần thiết để tạo momen phanh yêu cầu
P =
Trong đó :Z- số đôi mặt ma sát của phanh đĩa
R- bán kính trung bình của mặt ma sát
Muốn dùng lực chiều trục Po để tạo momen phanh yêu cầu thì phải bảo đảm điều kiện : Po ≥ P từ các công thức trên ta có
≥
Nếu điều kiện này không đảm bảo thì phải điều chỉnh các thông số của phanh đĩa cụ thẻ la tăng R,f và Z
Muốn hạ vật ta phải tác dụng vào tay quay đặt trên trục vít một momen theo chiều hạ
Mh = Mp – Mtv = (β - 1)Mtv
1.4 Nhược điểm
- Muốn hạ vật ta phải tiêu hao năng lượng
- Để giảm Mh có thể dùng giá trị β nhỏ song nếu hệ số an toàn quá nhỏ phanh sẽ không ổn định và kém an toàn
2. Phanh tự động với mặt ma sát tách rời
2.1. Cấu tạo:
Phanh gồm trục có ren truyền động một được dẫn động từ động cơ qua một cặp bánh răng và truyền mômen xoắn qua bánh răng 5 đến tang cuốn cáp . Đĩa 2 lắp trên trục bằng then , đĩa 4 làm cùng trục với chi tiết với bánh răng 5 trong có tiện ren ăn khớp với ren trục 1. Giữa các đĩa 2 và 4 có bánh cóc 3 lắp lồng khung trên trục 1. Vít với ren hình thang hoặc chữ nhật có chiều ren sao cho khi nâng vật , bánh răng 5 dịch chuyển sang trái ép đĩa 4 vào bánh cóc. Bánh cóc chỉ cho phép quay theo chiều nâng vật
Khi trục 1 quay theo chiều nâng vật, các đĩa 2 và 4 ép chặt vào bánh cóc tạo thành một khối quay cùng với trục 1 để nâng vật. Khi giữ vật ở trạng thái treo, dưới tác dụng của trọng lượng vật nâng , đĩa 2 và 4 vẫn ép chặt vào bánh cóc 3 và con cóc giữ cho bánh cóc cùng trục1 không cho quay theo chiều hạ .
Khi vật 1 quay theo chiều hạ vật với vận tốc không đổi ω1 , bánh răng 5 dịch chuyển sang phải tách đĩa 4 khỏi bánh cóc 3 và vật nâng hạ xuống do trọng lượng cuả nó . Vật nâng tiếp tục rơi do trọng lực cho đến khi vận tốc cuả bánh răng 5 (cùng chiều với ω1 ) tăng dần và bằng ω1 thì bánh răng ngừng dịch chuyển sang phải ( vận tốc tương đối giữa trục 1 và bánh răng 5 bằng không).Vận tốc góc của bánh răng 5 tiếp tục tăng và khi lớn hơn ω1 nó lại dịch chuyển sang trái ép dần đĩa 4 vào bánh cóc 3 làm vận tốc góc của bánh răng 5 tiếp tục tăng và khi lớn hơn ω¬1 nó lại dịch chuyển sang trái ép dần đĩa 4 vào bánh cóc 3 làm vận tốc góc của bánh răng 5 giảm , cho đến khi nhỏ hơn ω1 nó lại tách đĩa 4 khỏi bánh cóc 3 và lặp lại quá trình trên . Như vậy vật nâng được hạ theo chu kì lặp đi lặp lại . Để tốc độ hạ được đều người ta rút ngắn chu kì dịch chuyển của bánh răng 5 bằng vòng điều chỉnh 6 sao cho khe hở giữa bánh răng 5 nhỏ nhất có thể .
Để phanh làm việc êm, mặt ma sát thường được tra dầu .Với cơ cấu dẫn động máy , phanh được đặt trong bể dầu . Trong phanh tự động với mặt ma sát tách rời, quãng đường phanh phu thuộc vào tỷ lệ giữa lực quán tính của các phần quay trong cơ cấu và trọng lượn vật nâng quy về trục đặt phanh . Trọng luợng vật nâng càng nhỏ thì quãng đường phanh càng lớn và ngược lại. Để giảm quãng đường phanh , trong các cơ cấu nâng dẫn động máy , người ta thường đặt thêm phanh thường đóng trên trục động cơ để dập tắt động năng của các phần quay trông cơ cấu từ trục động cơ đến trục phanh.
Mômen xoắn do vật nâng gây ra trên trục đặt phanh :
Mx = . η1
Trong đó : Q- tải trọng nâng;
Dt – đường kính danh nghĩa của tang ( tính đến tâm cáp );
bội số của palăng nâng vật ;
i và η1 – tỉ số truyền và hiệu suất truyền động tính từ trục đặt phanh đến trục tang .
Mx – chính là mômen luôn có xu hướng ép đĩa 4vào bánh cóc 3 và cân bằng với mômen do ma sát tại đĩa 4 với bánh cóc 3 và ma sát tại ren vít .
Mx =P. f . R1+ P.r.tg(α+ρ),
Trong đó :
f – hệ số ma sát giữa các đĩa và bánh cóc :
r – bán kính trung bình của ren vít ;
ρ – góc ma sát của ren vít (ρ= 2÷30, làm việc trong bình dầu ) ;
α – góc nâng của ren vít ;
R1 – bán kính trung bình của bề mặt ma sát giữa đĩa 4 và bánh cóc 3 ;
P – lực dọc trục để tạo mômen phanh do trọng lượng vật nâng gây nên , P= =
Với lực chiều trục P , phanh đĩa có thể tạo ra mômen phanh là :
M0 ¬=P. f . R1+P.f. R2,
Trong đ ó: R2- bán kính trung bình của bề mặt ma sát giữa đĩa 2 và bánh cóc 3 .
Vậy để phanh làm việc được , phải thỏa mãn điều kiện sau :
M0 ≥β.Mx,
Hay f. ( R1+R2) ≥β[f. R1+r . tg(α+ρ)],
Với β là hệ số an toàn phanh.
V. Phanh cóc
1. Cấu tạo
Thiết bị phanh cóc gồm bánh cóc 1 lắp trên trục 2 của cơ cấu bằng then và con cóc 3 có trục 4 lắp tren phần cố định của cơ cấu .Con cóc 3 ăn khớp với các răng của bánh cóc một và chỉ cho phép trục 2 của cơ cấu quay theo chiều nâng .Để hạ vật cần nhấc con cóc ra khỏi răng bánh cóc .Để đảm bảo con cóc ăn khớp với răng của bánh cóc có thể dùng lò xo hoặc đối trọng để tạo lực nén con cóc vào răng của bánh cóc . Vậy để phanh làm việc được , phải thỏa mãn điều kiện sau .Vị trí tâm trục con cóc phải đặt sao cho góc tạo bởi các đường thẳng kẻ từ tâm trục củ con cóc và tâm bánh cóc tới điểm tiếp xúc giữa con cóc và bánh cóc là vuông góc
Bánh cóc thường được đặt trên trục cả cơ cấu có momen xoắn nhỏ để đảm bảo kính thước nhỏ gọn và chịu lực nhỏ.
2. Ưu , nhược điểm
-Thiết bị gay tiếng ồn lớn . Do đó để giảm tiếng ồn người ta giảm lực va đập nên dùng bánh cóc có modun nhỏ hoặc đặt 2 hoặc 3 con cóc lệch bước
- Phanh này dùng trong phanh tự động , đảm bảo an toàn cao khi có sự cố
VI. Phanh má điện từ kiểu hành trình nhỏ.
1. Cấu tạo
2. Nguyên lý hoạt động
- Đây là loại phanh thường đóng. Lực đóng phanh được tạo nên do các đai ốc 10 và nén lo xo chính 8. Một đầu lo xo 8 tỳ vào ống bao 13, kéo tay đòn phanh3 cùng với má phanh 2 ép vào bánh phanh1. Đầu kia của lo xo 8 đẩy đai ốc 10, kéo thanh đẩy 14 qua 9 phải, qua các đai ốc 12 kéo tay đòn phanh5 cùng má phanh 4 ép vào bánh phanh 1.
- Khi cơ cấu làm việc, nam châm 6 có điện hút tay đòn 7 và đẩy thanh đẩy 14 sang trái, dưới tác dụng của lo xo phụ 9. Tay đòn phanh 3 và má phanh 2 dưới tác dụng của trọng lượng nam châm cũng mở ra cho đến khi hạn chế hành trình 15 chạm đế phanh. Khi vặn đai ốc 11 sang phải, thanh đẩy 14 dịch dần sang trái ép lo xo 8 qua đai ốc 10 và hai má phanh từ từ mở ra (tương đương với trường hợp nam châm 6 làm việc). Tiếp tục vặn đai ốc 11 sang phải đẻ mở má phanh to hơn trong trường hợp cần sửa hoặc thay má phanh. Ở trạng thái làm việc bình thường của phanh, đai ốc 11 phải vặn sang trái về vị trí cũ. Mômen phanh tạo ra do lo xo 8 bị nén, vì vậy có trường hợp điều chỉnh mômen phanh nhờ các đai ốc 10. Hành trình phanh được điều chỉnh bằng đai ốc 12 và cái hạn chế hành trình 15.
Lực P cần thiết đặt vào ở đầu các tay đòn phanh 3 và 5 để tạo mômen phanh Mp là:
,
trong đó: ŋ - hiệu suất của tay đòn, ŋ = 0,95 với khớp xoay có bôi trơn
và ŋ = 0,9 – không bôi trơn.
Lực đẩy của lo xo chính 8 tạo mômen phanh:
trong đó: Pp - lực nén lo xo phụ 9, Pp = 2 ÷ 8 kG;
mn - mômen do trọng lượng phần ứng của nam châm điện gây
ra trên tay đòn 7.
3. Ưu, nhược điểm
Ưu diểm: Phanh má điẹn từ hành trình nhỏ có hiệu suất cao, đóng mở phanh nhậy, nhỏ gọn, trọng lượng và quán tính bé
Nhược điểm: Tỷ số truyền của hệ tay đòn không lớn nên khó tạo được mômen phanh lớn và không điều chỉnh được độ hút của nam châm nên quá trình phanh xảy ra không em dịu.
VII. Phanh má với con đẩy thủy lực
1. Cấu tạo.
Con đẩy thủy lực gồm động cơ điện 1 có công suất nhỏ, vỏ 6 trong đó có đặt bơm ly tâm 2 lắp với thủy lựcục động cơ 1, pittông 3 với tay cần đẩy 5 chuyển động trong xylanh 4.
2. Nguyên lý hoạt động
Phanh má với con đẩy thủy lực là loại phanh thường đóng. Lo xo 6 bị nén, đàu dưới của nó qua các đai ốc 9 kéo đầu tría của tay truyền lực 5 đi xuống làm xuất hiện các lực P ở đầu các tay đòn phanh 3 ép các má phanh 2 vào bánh phanh. Có thể điều chỉnh mômen phanh bằng cách vặn các đai ốc 9 để thay đổi các lực nén lo xo 6.
Khi cơ cấu làm việc, con đẩy thủy lực 7 đẩy đầu tría của tay truyền lực 5 đi lên, lo xo 6 được ép lại. Qua thanh đẩy 4, tay đòn phanh và má phanh bên phải mở ra cho đến khi cái hạnh chế hành trình 8 chạm đế phanh bên trái được mở ra. Các đai ốc trên thanh đẩy 4 và cái hạnh chế hành trình 8 dùng để điều chỉnh khe hở ε và để các má phanh mở ra hai bên.
3. Các thông số
Lực P cần thiết đặt ở đàu các tay đòn phanh để tạo mômen phanh là:
Lực cần thiết để đóng phanh:
Lực đảy của con đẩy thủy lực Pt để thắng lực lo xo trong quá trình mở phanh là:
Hành trình cần thiết của con đẩy thủy lực
với m = 0,8 ÷ 0,85.
4. Ưu, nhược điểm
Khắc phục được nhược điểm của phanh má điện từ. Quá trình phanh xảy ra em dịu và không bị giật. Con đẩy thủy lực có độ tin cậy cao, dể sử dụng song đòi hỏi phải chế tạo chính xác, phớt chắn dầu tốt đảm bảo độ kín khít để không bị chảy dầu . Độ lệch cho phép của cần đẩy so với phương thẳng đứng khi làm việc không quá 150.
1. Khái niệm
Phanh trong máy nâng là thiết bị dùng để dừng hẳn chuyển động hoặc hạn chế tốc độ của cơ cấu. Khác với thiết bị dừng, phanh phải phát sinh ra năng lượng để khắc phục động năng của máy hoặc giữ vật ở độ cao nào đó.
2. Phân loại
*) Theo kết cấu có các loại: phanh má, phanh đai, phanh đĩa, phanh nón, phanh ly tâm.
*) Theo tác dụng của bề mặt làm việc có phanh thường đóng và phanh thường mở.
*) Theo nguyên tắc điều khiển có: phanh điều khiển tự động và phanh điều khiển bằng tay gạt hay bàn đạp.
*) Theo công dụng có: phanh dừng và phanh hạn chế tốc độ.
3. Đặc điểm sử dụng
Khi thiết kế phanh cho một cơ cấu nào đó của máy, ta phải xác định được giá trị momen hợp lý. Trong trường hợp chung, momen phanh đựoc xác định theotừ momen xoắn quanh trục đặt phanh:
Mp = Mx.β
trong đó, Mx – momen trục xoắn trên trục đặt phanh
β – hệ số an toàn phải chọn cho phù hợp để đảm bảo an toàn và quá trình phanh được êm dịu, không gây tải trọng lớn.
Các yêu cầu chung đối với phanh
- Phanh phải có momen đủ lớn với điều kiện làm việc cho trước của phanh.
- Đóng mở phanh nhạy, độ tin cậy cao.
- Kết cấu đơn giản, dể chế tạo và đảm bảo độ bền các phần của phanh
- Dể kiểm tra, điều khiển và thay thế nhưng chi tiết bị ăn mòn.
- Nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, giá thành rẻ, bộ phận làm việc ít mòn.
II. Phanh đai.
1. Định nghĩa.
Phanh đai gồm một đai thép không quay bao quanh bánh phanh với góc α.
Lực phanh tạo ra nhờ ma sát giữa đai và bánh phanh người ta gắn lên đai thép một lớp lót bằng gổ, da hoặc amiang.
Lực đóng phanh là lực lò xo, đối trọng hoặc sức người. Lực mở phanh là lực hút nam châm điện hoặc lực dẩn động bằng thủy lực, khí nén.
Xét quá trình làm việc của đai trên bánh phanh. Theo công thức Ơle ta có lực căng đai S tại điểm có góc ôm β là:
S = Smin .efβ
trong đó: f – hệ số ma sát giữa đai và bánh phanh
Với β = α ta có Smax = Smin . efα
Mômen phanh tao ra tren banh phanh do lực ma sát là :
Mp =(Smax - Smin) .D/2
2. Phân loại :
2.1. Phanh đai tổng hợp :
Dựa trên mômen phanh Mp cho cả hai chiều quay của bánh phanh (hạ và nâng) bằng cách xét tay đồn nằm ngang khi lấy momen các lực ứng với điểm o
Phanh đai tổng hợp có mômen ổn định vì vậy mômen phanh theo hai chiều bằng nhau , hành trình dịch chuyển hai đầu đai khi phanh đóng mở cũng bằng nhau
Loại phanh này thích hợp cho các cơ cấu dịch chuyển và quay , không thích hợp cho cơ cấu nâng
Khi Mphạ > Mpnâng trường hợp nầy tốt nhất là dùng cho mấy nâng vì cơ cấu nâng khi hạ yêu cầu momen lớn hơn khi nâng
2.2 . Phanh đai đơn giản :
Loại phanh đai đơn giản này luôn có Mphạ > Mpnâng và chỉ thích hợp dùng cho cơ cấu nâng
2.3. Phanh đai vi sai :
Phanh đai vi sai có cánh tay đòn a2 ngược về phái đối diện so với phanh đai tổng hợp
Loại phanh này có thể tạo ra momen phanh vô cùng lớn và xảy ra hiện tươngtự hãm . Do đó có thể tạo momen phanh lớn với lực đóng phanh nhỏ mà phanh đai không dùng cho tời dẩn động máy mà thường dùng cho tời tay và đóng mở phanh bằng tay
2.4.Phanh đai tác dụng hai chiều :
Trong phanh đai cố định hai chiều đầu đai cố định , tùy thuộc vào chiều quay của bánh phanh c5huyển từ đầu này sang đầu kia . Như vậy , đầu đai có lực căng Smax luôn là đầu cố định và lực tác dụng để đóng phanh luôn ở đầu đai có lực căng nhỏ Smin
Khi bánh đai quay theo chiều kim đồng hồ , điểm tựa của tay đồn điều khiển nối với đầu đai có lực căng Smax tựa vào rảnh trên của phần cố định tạo thành khớp xoay . Khi thay đổi chiều quay của phanh điểm tựa với lực căng đai chuyển xuống rảnh dưới của phanh cố định . Như vậy, momen phanh không phụ thuộc vào chiều quay của bánh phanh mà lực tác dụng để tạo momen phanh không đổi . Do đó lực cần thiết để đóng phanh giảm so với phanh đai tổng hợp
3.Phạm vi sử dụng
Phanh đai sử dụng rộng rãi do kết cấu đơn giản , gọn nhẹ , có thể tạo momen phanh lớn bằng cách tăng góc ôm α.
4. Nhược điểm
- Phanh đai gây uốn trục phanh
- Phanh đai có momen phanh khong ổn định . Một sư thay đổi nhỏ của hệ số ma sát dẩn đến sự thay đổi lớn của momen phanh
- Đai phanh đứt sẽ dẩn tới tai nạn .vì vậy độ tin cậy của phanh đai kém
5.Tính toán phanh đai:
Do có thể tạo nên momen phanh lớn mà phanh đai thường đặt trên trục có tốc độ thấp . Trong trương hợp này có thể bỏ qua phép tính kiểm tra phát nhiệt của phanh mà chỉ tiến hành kiểm tra áp lực riêng của đai lên bánh phanh :
Pmax = ≤ [p]
Giá trị [p] phụ thuộc vào vật liệu lót đai phanh
Đường kính phanh D và chiều rộng đai B được tính từ điều kiện trên
Trọng lượng G cần thiết để tạo ra momen phanh MP được xác định bằng cách xét cân bằng tay đòn nằm ngang với các lực căng đai Smax , Smin tùy theo chiều quay của bánh phanh .Ta xác G cho cả hai trường hợp nâng và hạ . trọng lượng tính toán của đối trọng có giá trị lớn của một trong hai giá trị tìm được
Để tính lực hút của nam cham điện khi mở phanh ta cũng xét câng bằng cách tay đồn nằm ngang trong trạng thái phanh mở (đai phanh không có lực căng) với đối trọng có giá trị tính toán đã xác định . ực hút tính toán để chọn nam châm điện có giá trị bằng lực hút tìm được nhân với hệ số vượt tải
hp =
với hệ số lợi dụng hành trình m = 0,8÷0,85
Chiều dày đai phanh δ được tính theo sức bền kéo
δ ≥
trong đó : n - số đinh tán trên mặt cắt tính toán
d - đường kính đinh tán
[σ]k - ứng suất cho phép khi kéo , đối với đai thép lót amimăng
III. Tay quay an toàn
1. Khái niệm
Tay quay an toàn nhằm đảm bảo cho tang và tay quay không tự động quay theo chiều hạ dưới tác dụng của trọng lượng vật nâng.
2. Phân loại
Tay quay an toàn loại 1: là tay quay có đặt một trong hai loại phanh tự động
Tay quay loại an toàn 2: được dùng trong trường hợp khi tốc đọ hạ vật lớn hơn tốc độ nâng.
3. Cấu tạo
Gồm tay quay 3 liên kết bằng khớp xoay với bánh cóc 1. Bánh cóc lắp lồng không trên bánh phanh 2 lắp với trục dẩn động của cơ cấu bằng then hoặc đầu trục vuông.
Đai phanh 7 vòng quanh bánh phanh có một đầu gắn bằng chốt 5 trên tay bánh cóc, đàu kia của đai nối với chốt 5 trên tay quay 3. Lò xo 4 nén tay đòn của tay quay 3 làm phanh đai luôn nối đong liền banh phanh 2 và bánh cóc 1 thành một khối.
4. Nguyên lý hoạt động của tay quay an toàn loại 2
Vật nâng được treo trên trên móc treo nhờ con cóc 6 giữ bánh cóc và qua phanh đai luôn đóng giữ bánh phanh cùng trục của cơ cấu. Khi tay quay quay theo chiều nâng (cùng chiều kim đồng hồ), con cóc 6 trượt tự do trên bánh cóc, bánh phanh cùng trục quay theo chiều nâng vật. Khi cần hạ vật, ta đẩy tay quay theo chiều hạ, lực đẩy thắng lực nén của lò xo 4 làm phanh đai mở ra và bánh phanh cùng trục quay theo chiều hạ dưới tác dụng của trọng lượng vật nâng. Nếu dừng đẩy quay theo chiều hạ, lò xo sẽ đóng phanh và vật nâng được hãm lại. Để điều chỉnh tốc độ hạ, ta điều chỉnh lực đảy tay quay theo chiều hạ.
5. Ưu,nhược điểm
Khi móc treo không có vật nâng, nếu trọng lượng móc neo không đủ lớn để thắng được lực ma sát và lực quán tính trong cơ cấu, ta phải treo thêm một vật nào đó để nó có thể hạ được
6. Phạm vi ứng dụng
Thường được dùng cho tời với bộ truyền bánh răng trụ có tổn thất do ma sát bé.
IV. Phanh tự động
Phanh tự động là phanh dùng nội lực của cơ cấu để tạo lực phanh. Lực phanh do cơ cấu nên thường là lực dọc trục nên trong phanh tự động thường sử dụng kết cấu của phanh đĩa hoặc phanh nón
1. Phanh tự động với mặt ma sát không tách rời :
1.1. Cấu tạo :
Phanh tự động với mặt ma sát không tách rời gồm các đĩa 2 và 4 lắp trên trục vít 1 bằng then dẫn hường , giữa chúng có bánh cóc 3 lắp lồng không trên moayơ của đĩa 2 và có hai mặt ma sát với đĩa 2 và 4 .Đĩa 4 có ngõng tựa lên vỏ cố định 5 của truyền động trục vít- bánh vít bằng ổ đỡ-chặn. Bánh cóc 3 chỉ cho phép quay theo chiều nâng vật
1.2. Nguyên lý hoạt động :
Vật nặng Q gây momen tải trên bánh vít của bộ truyền , momen này tạo ra lực chiều trục Po luôn hướng từ phải sang trái ép các mặt ma sát không tách rời
Khi nâng vật , quay tay cùng trục vít theo chiều nâng vật , bánh cóc quay cùng với các đĩa và trục vít , con cóc trược tự do trên các răng của bánh cóc . Khi giữ vật ở trạng thái treo , trọng lượng vật nặng gây momen tải trên bánh vít và momen này tạo lực chiều trục Po ép chặt các đĩa 2 và4 vào bánh cóc 3 . Nhờ lực ma sát giữa bánh cóc và các đĩa mà con cóc giữ bánh cóc cùng trục vít không cho quay theo chiều hạ. Để hạ vật , ta quay tay quay theo chiều hạ , bề mặt ma sát giữa các đĩa và bánh cóc làm vật hạ xuống
1.3. Tính toán :
Momen tải trên bánh vỉt do vật nặng gây ra :
Mbv =
Trong đó : Q - tải trọng nâng
Dt¬ - đường kính danh nghĩa của tang
a - bội suất của palăng nâng vật
ηp, η¬t - hiệu suất của palăng và tang
Như vậy lực chiều trục do vật nặng gây trên trục vít được tính theo công thức :
Po =
Trong đó Dbv – đường kính vòng tròn chia của bánh vít
Momen tải trên trục vít :
Trong đó : i – tỷ số truyền của bộ truyền trục vít-bánh vít
ηv – hiệu suất của bộ truyền trục vít-bánh vít
Vậy momen phanh cần thiết phải tạo ra trên trục vít là:
Mp=β. Mtv =
Với hệ số an toàn β = 1,2÷1,25
Lực dọc cần thiết để tạo momen phanh yêu cầu
P =
Trong đó :Z- số đôi mặt ma sát của phanh đĩa
R- bán kính trung bình của mặt ma sát
Muốn dùng lực chiều trục Po để tạo momen phanh yêu cầu thì phải bảo đảm điều kiện : Po ≥ P từ các công thức trên ta có
≥
Nếu điều kiện này không đảm bảo thì phải điều chỉnh các thông số của phanh đĩa cụ thẻ la tăng R,f và Z
Muốn hạ vật ta phải tác dụng vào tay quay đặt trên trục vít một momen theo chiều hạ
Mh = Mp – Mtv = (β - 1)Mtv
1.4 Nhược điểm
- Muốn hạ vật ta phải tiêu hao năng lượng
- Để giảm Mh có thể dùng giá trị β nhỏ song nếu hệ số an toàn quá nhỏ phanh sẽ không ổn định và kém an toàn
2. Phanh tự động với mặt ma sát tách rời
2.1. Cấu tạo:
Phanh gồm trục có ren truyền động một được dẫn động từ động cơ qua một cặp bánh răng và truyền mômen xoắn qua bánh răng 5 đến tang cuốn cáp . Đĩa 2 lắp trên trục bằng then , đĩa 4 làm cùng trục với chi tiết với bánh răng 5 trong có tiện ren ăn khớp với ren trục 1. Giữa các đĩa 2 và 4 có bánh cóc 3 lắp lồng khung trên trục 1. Vít với ren hình thang hoặc chữ nhật có chiều ren sao cho khi nâng vật , bánh răng 5 dịch chuyển sang trái ép đĩa 4 vào bánh cóc. Bánh cóc chỉ cho phép quay theo chiều nâng vật
Khi trục 1 quay theo chiều nâng vật, các đĩa 2 và 4 ép chặt vào bánh cóc tạo thành một khối quay cùng với trục 1 để nâng vật. Khi giữ vật ở trạng thái treo, dưới tác dụng của trọng lượng vật nâng , đĩa 2 và 4 vẫn ép chặt vào bánh cóc 3 và con cóc giữ cho bánh cóc cùng trục1 không cho quay theo chiều hạ .
Khi vật 1 quay theo chiều hạ vật với vận tốc không đổi ω1 , bánh răng 5 dịch chuyển sang phải tách đĩa 4 khỏi bánh cóc 3 và vật nâng hạ xuống do trọng lượng cuả nó . Vật nâng tiếp tục rơi do trọng lực cho đến khi vận tốc cuả bánh răng 5 (cùng chiều với ω1 ) tăng dần và bằng ω1 thì bánh răng ngừng dịch chuyển sang phải ( vận tốc tương đối giữa trục 1 và bánh răng 5 bằng không).Vận tốc góc của bánh răng 5 tiếp tục tăng và khi lớn hơn ω1 nó lại dịch chuyển sang trái ép dần đĩa 4 vào bánh cóc 3 làm vận tốc góc của bánh răng 5 tiếp tục tăng và khi lớn hơn ω¬1 nó lại dịch chuyển sang trái ép dần đĩa 4 vào bánh cóc 3 làm vận tốc góc của bánh răng 5 giảm , cho đến khi nhỏ hơn ω1 nó lại tách đĩa 4 khỏi bánh cóc 3 và lặp lại quá trình trên . Như vậy vật nâng được hạ theo chu kì lặp đi lặp lại . Để tốc độ hạ được đều người ta rút ngắn chu kì dịch chuyển của bánh răng 5 bằng vòng điều chỉnh 6 sao cho khe hở giữa bánh răng 5 nhỏ nhất có thể .
Để phanh làm việc êm, mặt ma sát thường được tra dầu .Với cơ cấu dẫn động máy , phanh được đặt trong bể dầu . Trong phanh tự động với mặt ma sát tách rời, quãng đường phanh phu thuộc vào tỷ lệ giữa lực quán tính của các phần quay trong cơ cấu và trọng lượn vật nâng quy về trục đặt phanh . Trọng luợng vật nâng càng nhỏ thì quãng đường phanh càng lớn và ngược lại. Để giảm quãng đường phanh , trong các cơ cấu nâng dẫn động máy , người ta thường đặt thêm phanh thường đóng trên trục động cơ để dập tắt động năng của các phần quay trông cơ cấu từ trục động cơ đến trục phanh.
Mômen xoắn do vật nâng gây ra trên trục đặt phanh :
Mx = . η1
Trong đó : Q- tải trọng nâng;
Dt – đường kính danh nghĩa của tang ( tính đến tâm cáp );
bội số của palăng nâng vật ;
i và η1 – tỉ số truyền và hiệu suất truyền động tính từ trục đặt phanh đến trục tang .
Mx – chính là mômen luôn có xu hướng ép đĩa 4vào bánh cóc 3 và cân bằng với mômen do ma sát tại đĩa 4 với bánh cóc 3 và ma sát tại ren vít .
Mx =P. f . R1+ P.r.tg(α+ρ),
Trong đó :
f – hệ số ma sát giữa các đĩa và bánh cóc :
r – bán kính trung bình của ren vít ;
ρ – góc ma sát của ren vít (ρ= 2÷30, làm việc trong bình dầu ) ;
α – góc nâng của ren vít ;
R1 – bán kính trung bình của bề mặt ma sát giữa đĩa 4 và bánh cóc 3 ;
P – lực dọc trục để tạo mômen phanh do trọng lượng vật nâng gây nên , P= =
Với lực chiều trục P , phanh đĩa có thể tạo ra mômen phanh là :
M0 ¬=P. f . R1+P.f. R2,
Trong đ ó: R2- bán kính trung bình của bề mặt ma sát giữa đĩa 2 và bánh cóc 3 .
Vậy để phanh làm việc được , phải thỏa mãn điều kiện sau :
M0 ≥β.Mx,
Hay f. ( R1+R2) ≥β[f. R1+r . tg(α+ρ)],
Với β là hệ số an toàn phanh.
V. Phanh cóc
1. Cấu tạo
Thiết bị phanh cóc gồm bánh cóc 1 lắp trên trục 2 của cơ cấu bằng then và con cóc 3 có trục 4 lắp tren phần cố định của cơ cấu .Con cóc 3 ăn khớp với các răng của bánh cóc một và chỉ cho phép trục 2 của cơ cấu quay theo chiều nâng .Để hạ vật cần nhấc con cóc ra khỏi răng bánh cóc .Để đảm bảo con cóc ăn khớp với răng của bánh cóc có thể dùng lò xo hoặc đối trọng để tạo lực nén con cóc vào răng của bánh cóc . Vậy để phanh làm việc được , phải thỏa mãn điều kiện sau .Vị trí tâm trục con cóc phải đặt sao cho góc tạo bởi các đường thẳng kẻ từ tâm trục củ con cóc và tâm bánh cóc tới điểm tiếp xúc giữa con cóc và bánh cóc là vuông góc
Bánh cóc thường được đặt trên trục cả cơ cấu có momen xoắn nhỏ để đảm bảo kính thước nhỏ gọn và chịu lực nhỏ.
2. Ưu , nhược điểm
-Thiết bị gay tiếng ồn lớn . Do đó để giảm tiếng ồn người ta giảm lực va đập nên dùng bánh cóc có modun nhỏ hoặc đặt 2 hoặc 3 con cóc lệch bước
- Phanh này dùng trong phanh tự động , đảm bảo an toàn cao khi có sự cố
VI. Phanh má điện từ kiểu hành trình nhỏ.
1. Cấu tạo
2. Nguyên lý hoạt động
- Đây là loại phanh thường đóng. Lực đóng phanh được tạo nên do các đai ốc 10 và nén lo xo chính 8. Một đầu lo xo 8 tỳ vào ống bao 13, kéo tay đòn phanh3 cùng với má phanh 2 ép vào bánh phanh1. Đầu kia của lo xo 8 đẩy đai ốc 10, kéo thanh đẩy 14 qua 9 phải, qua các đai ốc 12 kéo tay đòn phanh5 cùng má phanh 4 ép vào bánh phanh 1.
- Khi cơ cấu làm việc, nam châm 6 có điện hút tay đòn 7 và đẩy thanh đẩy 14 sang trái, dưới tác dụng của lo xo phụ 9. Tay đòn phanh 3 và má phanh 2 dưới tác dụng của trọng lượng nam châm cũng mở ra cho đến khi hạn chế hành trình 15 chạm đế phanh. Khi vặn đai ốc 11 sang phải, thanh đẩy 14 dịch dần sang trái ép lo xo 8 qua đai ốc 10 và hai má phanh từ từ mở ra (tương đương với trường hợp nam châm 6 làm việc). Tiếp tục vặn đai ốc 11 sang phải đẻ mở má phanh to hơn trong trường hợp cần sửa hoặc thay má phanh. Ở trạng thái làm việc bình thường của phanh, đai ốc 11 phải vặn sang trái về vị trí cũ. Mômen phanh tạo ra do lo xo 8 bị nén, vì vậy có trường hợp điều chỉnh mômen phanh nhờ các đai ốc 10. Hành trình phanh được điều chỉnh bằng đai ốc 12 và cái hạn chế hành trình 15.
Lực P cần thiết đặt vào ở đầu các tay đòn phanh 3 và 5 để tạo mômen phanh Mp là:
,
trong đó: ŋ - hiệu suất của tay đòn, ŋ = 0,95 với khớp xoay có bôi trơn
và ŋ = 0,9 – không bôi trơn.
Lực đẩy của lo xo chính 8 tạo mômen phanh:
trong đó: Pp - lực nén lo xo phụ 9, Pp = 2 ÷ 8 kG;
mn - mômen do trọng lượng phần ứng của nam châm điện gây
ra trên tay đòn 7.
3. Ưu, nhược điểm
Ưu diểm: Phanh má điẹn từ hành trình nhỏ có hiệu suất cao, đóng mở phanh nhậy, nhỏ gọn, trọng lượng và quán tính bé
Nhược điểm: Tỷ số truyền của hệ tay đòn không lớn nên khó tạo được mômen phanh lớn và không điều chỉnh được độ hút của nam châm nên quá trình phanh xảy ra không em dịu.
VII. Phanh má với con đẩy thủy lực
1. Cấu tạo.
Con đẩy thủy lực gồm động cơ điện 1 có công suất nhỏ, vỏ 6 trong đó có đặt bơm ly tâm 2 lắp với thủy lựcục động cơ 1, pittông 3 với tay cần đẩy 5 chuyển động trong xylanh 4.
2. Nguyên lý hoạt động
Phanh má với con đẩy thủy lực là loại phanh thường đóng. Lo xo 6 bị nén, đàu dưới của nó qua các đai ốc 9 kéo đầu tría của tay truyền lực 5 đi xuống làm xuất hiện các lực P ở đầu các tay đòn phanh 3 ép các má phanh 2 vào bánh phanh. Có thể điều chỉnh mômen phanh bằng cách vặn các đai ốc 9 để thay đổi các lực nén lo xo 6.
Khi cơ cấu làm việc, con đẩy thủy lực 7 đẩy đầu tría của tay truyền lực 5 đi lên, lo xo 6 được ép lại. Qua thanh đẩy 4, tay đòn phanh và má phanh bên phải mở ra cho đến khi cái hạnh chế hành trình 8 chạm đế phanh bên trái được mở ra. Các đai ốc trên thanh đẩy 4 và cái hạnh chế hành trình 8 dùng để điều chỉnh khe hở ε và để các má phanh mở ra hai bên.
3. Các thông số
Lực P cần thiết đặt ở đàu các tay đòn phanh để tạo mômen phanh là:
Lực cần thiết để đóng phanh:
Lực đảy của con đẩy thủy lực Pt để thắng lực lo xo trong quá trình mở phanh là:
Hành trình cần thiết của con đẩy thủy lực
với m = 0,8 ÷ 0,85.
4. Ưu, nhược điểm
Khắc phục được nhược điểm của phanh má điện từ. Quá trình phanh xảy ra em dịu và không bị giật. Con đẩy thủy lực có độ tin cậy cao, dể sử dụng song đòi hỏi phải chế tạo chính xác, phớt chắn dầu tốt đảm bảo độ kín khít để không bị chảy dầu . Độ lệch cho phép của cần đẩy so với phương thẳng đứng khi làm việc không quá 150.
