Грузоподъемные машины Александров (1004169), страница 44
Текст из файла (страница 44)
з!4 7.5. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТОРМОЗА В процессе торможения кинетическая энергия движущегося груза и вращающихся масс механизма переходит в тепловую энергию и вызывает нагревание тормоза. Одной нз задач правильного конструирования тормоза является ограничение нагрева поверхности трения, который не должен превышать температуру, допускаемую для данного типа фрикционного материала, поэтому каждое тормозное устройство необходимо проверять по нагреву.
Недооценка тепловых явлений в тормозах грузоподъемных машин может привести к ненормальной работе тормоза н даже аварии. Проверну тормозов по нагреву иногда рекомендуют производить по величине рп илн )ри (здесь р — давление между трущнмнся поверхностями; и — скорость скольжения). Этот метод проверки основан на ограничении удельной работы трения в тормозе некоторой эмпирически установленной величиной. Если удельная рабога трения оказывается меньше илн равна этой эмпирической величине, то предполагается, что использование тормоза с учетом нагрева н износа будет удовлетворительным. В действительности произведение рп или грп не отражает фактического режима работы н загрузки механизма, не учитывает в должной мере свойств фрикцнонных материалов н не может служить характеристикой нагревания тормоза. Более правильным является проведение теплового расчета с учетом действительных условий использования механнзма грузоподъемной машины.
Попытки аналитического решения задачи нагрева н охлаждения тормоза, работающего в повторно-кратковременном режиме, натолкнулись на трудности, непреодолимые средствами современной математики вследствие того, что тормоз не является однородным телом — отдельные элементы его обладают различными теплофнзнческимн параметрами и весьма сложной конфигурацией. Кроме того, условия работы механизмов (частота торможений, использование по грузоподъемности, потери на трение внутри машины и т.
п.) весьма различны для различных грузоподъемных машин. Математическое описание процесса нагревания и охлаждения тормоза состоит из сложной системы дифференциальных уравнений, определяющих распространение теплоты в элементах тормоза н окружающей среде. Решение этих уравнений возможно только прн введении большого числа допущений, снижающих точность расчета. Одним нз возможных путей решения поставленной задачи является применение аппарата теории подобия, дающей возможность на основании синтеза методов теоретической и экспериментальной физики получить обобщенные крнтернальные уравнения, устанавливающие связь между факторами, влияющими на процесс нагревания и охлаждения тормозного устройства )2).
Метод расчета по крятернальным уравнениям позволяет методически правильно провести работу по созданию новых конструкций тормозов с учетом нх теплового нагруження. Анализ кршернальных уравнений ясно показывает те факторы, изменение которых прн 215 проектировании тормоза может привести к необходимому снижению температуры трения, что в значительной мере расширяет возможности конструктора.
Критериальные уравнения могут использоваться при необходимости проведения точных тепловых расчетов тормозов. Для упрощенных расчетов можно использовать метод теплового расчета, основанный на уравнении теплового баланса тормоза при его работе в установившемся тепловом режиме. Этот метод базируется на введении большого количества допущений и упрощений, однако дает результаты, позволяющие оценить степень тепловой нагруженности тормоза для большинства случаев практических расчетов. Для проведения расчета рассматривается установившееся тепловое состояние тормоза, достигаемое в процессе длительной работы в повторно-кратковременном режиме.
При достижении тормозом установившегося теплового состояния количество теплоты, образующееся на поверхности трения, должно быть равно количеству теплоты, отводимому от тормозного шкива конвекцией и лучеиспусканием. Тепловой поток (Вт) (количество теплоты (Дж), возникающее при торможении в течение часа работы ) определяется кинетической энергией поступательно движущихся и вращающихся масс, а в механизмах подъема также и изменением потенциальной энергии груза весом 6 „за одно торможение.
Тепловой поток для механизма подъема для механизма передвижения где Н вЂ” путь торможения; т) — КПд механизма, учитывающий, что некоторая часть знергин будет испольаоваиа на преодоление потерь в механизме (на блоках, в опорах, в передачах); 6 — число торможений в час, принимаемое при проверочных расчетах в зависимости от группы режима работы механизмов (для 1М, 2М, ЗМ групп режима и = 60; для 4М л = 120; для 5М л = 180, для ОМ л = 800); глг — масса посгупательно движущихся злементов крана к груза; сг — скорость движения поступательно движущихся масс, при которой начинаегся торможение; ыг — угловая скорость тормозного шкива, при которой начинается торможение; )р'т. — усилие сопротивления передвижению (см.
гл. 9); уг — момент инерции вращающихся элементов крана, приведенный к тормозному валу, кг.ма. Для спускного тормоза тепловой поток а=с иь~. Теплота отводится от тормоза путем лучеиспускания и конвективного теплообмена с окружающей средой при неподвижном и вращающемся шкиве. Тепловой поток (В,), отводимый в окружающую среду луче- испусканием в течение часа, )()гт =(стАх+сяАя) [( + ') — ( + ' ) 1, (7.7) 216 где с, = 1,5 Вт/(мз Кз) — козффициент излучения полированной поверхности; сз= 5 Вт/(мз.Кз) — коэффициент излучения матовой поверхности; Аг — площадь полированной поверхности трения тормозного шкива, не закрытая тормозными колодками, мз; Аз — площадь двух боковых (торцовых) матовых поверхностей тормозного шкпва, мз; /г — максимально допускаемая температура нагрева для выбранного типа фрикционного материала, 'С; /з — температура окружающей среды, арииимаемаи в среднем равной 35 'С. Вследствие того, что условия отвода теплоты лучеиспусканием от внутренней поверхности шкива значительно хуже, чем от внешней, то в предлагаемой методике расчета площадь внутренней цилиндрической поверхности шкива не учитывают.
Тепловой поток (Вт), отводимый конвент/пей при неподвижном 1икиее, И" = аА (/х — 1 ) (! — ПВ), (7.В) где а = 5,8 ... 6,7 Вт/(мз К) — коэффициент теплоотдачи конвекцией в воздушную среду при неподвижной теплоотдающей поверхности; ббльшие значения принимают при благоприятных зтсловиях циркуляции воздуха; Аз — суммарная площадь поверхности шкива, м, не перекрытая колодками: Аз = Аз+ Ах,' (1 — ПВ) — часть общего времени рабопа тормоза, в течение которого шкив находится в неподвижном состоянии.
При вращении шкива значение коэффициента теплоотдачи возрастает вследствие возникновения относительной скорости между поверхностью теплоотдачи и окружающим воздухом. По Нуссельту, козффнциент теплоотдачи Вт/(м'.К) в условиях вынужденной конвенции при относительной скорости, поверхности трения тормозного шкива аг = 7,гбсо' . о.гз По боковым поверхностям шкива скорость изменяется пропорцвонально радиусу. Пр и атом боковую поверхность А можно рассматривать как ряд кольцевых поверхностей с площадью /„ /з, ..., )г, виеющих соответственно средние скорости о„о, ..., о,, изменяющиеся пропорционально радиусам этих поверхностей.
Тогда тепловой поток, отводимый конвенцией с поверхностно ераи)аюи1егося ипитео, Муз=ПВ(/1 — /з)7Аб(Ам4~+21го11 + ... +2~гц' ), (7З) где Аз — площадь внутренней и наружной поверхностей обода шкива без пло- щадей, перекрытых колодками. Суммарный тепловой поток (Вт), отводимый от шкива путем излучения и конвекции в течение часа, мгк = ~" х + )н з+ йуз должен быть больше теплового потока Б'„образующегося за зто же время на поверхности трения, или равен ему. Сравнивая тепловые патоки, образующиеся на поверхности трения, с тепловым потоком, отводимым за то же время от шкива, можно установить, правильно лн выбраны размеры тормозного шкива или необходимо принять меры 217 для увеличения теплоотвода применением шкива с охлаждающими ребрами или искусственной вентиляциейтормоза.
При искусственном обдуве коэффициент теплоотдачи а может быть увеличен до 23— ЗО Вт/(м~. К). Большинство грузоподъемных машин работает в сложном цикле нагружения при наличии значительных перерывов в рабате. Поэтому возможны случаи, когда механизм прекращает работу раньше, чем будет достигнута установившаяся температура нагревания. В таких случаях тормоз может быть использован при значительно более интенсивном нагружении и задача теплового расчета сводится к установлению допустимого времени Т непрерывной работы механизма до достижения предельной допускаемой температуры /ь За время Т в тормозе образуется количество теплоты У/Т, идущее на нагрев тормозного шкива и элементов тормоза и отводимое в окружающую среду.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
