ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИ С ГИБКОЙ СВЯЗЬЮ

К фрикционным относятся передачи, сообщающие движение исполнительному органу путем трения между ведущим и ведомым звеном механизма. Контакт между этими звеньями может осуществляться либо непосредственно, либо через гибкий тяговый орган. В ленточных транспортерах ведущим звеном привода является приводной барабан, получающий вращение от двигателя, а гибким тяговым органом — специальная транспортерная лента, выполняющая одновременно и роль исполнительного (грузонесущего) органа (рис. 45, в). В лифтовых подъемниках, канатных транспортерах, трелевочных установках ведущим звеном являются шкив или барабан, а гибким тяговым органом — канат (рис. 45, а, б)

Составной частью ленточных и канатоведущих передач являются натяжные устройства, создающие необходимое начальное натяжение между гибким тяговым органом и ведущим звеном привода. Барабан или шкивы, непосредственно связанные с натяжным устройством, называются натяжными; они же обычно выполняют и роль направляющих звеньев.

Рис. 45. Схема транспортирующих устройств с фрикционным приводом:

а — лифтовой подъемник; б — канатно-транспортная установка; в — ленточный транспортер

Фрикционные передачи отличаются не только типом и конструкцией гибкого тягового органа и ведущих звеньев (барабанов, шкивов), но и числом последних, схемой запасовки гибкого тягового органа, расположением оси вращения барабана или канатоведущего звена.

В основе работы фрикционных передач с гибкой связью лежит соотношение, найденное Л. Эйлером,

где S_Hб — натяжение участка гибкого тягового органа, набегающего на ведущее звено передачи; ,S_Cб— натяжение участка гибкого тягового органа, сбегающего с ведущего звена передачи; е = 2,718 — основание натурального логарифма; f - коэффициент трения между ведущим звеном и гибким тяговым органом; а—угол обхвата ведущего звена (барабана, шкива) гибким тяговым органом.

При работе привода на тормозном режиме

Тяговое усилие фрикционных передач с гибкой связью определяется по формуле

Канатоведущие передачи с желобчатыми шкивами. Как следует из формулы (22), тяговое усилие фрикционной передачи тем больше, чем больше натяжение сбегающей ветви гибкого тягового органа и чем больше значение показателя х = fa (назовем величину х показателем тяговой способности передачи). Увеличение тягового усилия передачи за счет увеличения натяжения S_Cб (это натяжение иногда называют монтажным), хотя и просто в техническом отношении, но связано с нежелательным возрастанием нагрузки на опоры натяжного барабана или шкива и с повышенной вытяжкой гибкого тягового органа. Более предпочтительным является второй способ — увеличение показателя fa тяговой способности.

Значение показателя тяговой способности зависит от двух параметров— коэффициента тренияни угла обхвата а. Первый в свою очередь зависит от материала и конструкции взаимодействующих поверхностей барабана или канатоведущего шкива передачи и гибкого тягового органа. Так, для резиновой ленты и чугунного обточенного барабана Для барабана, футерованного резиной Значение коэффициента трения для каната, свитого из стальной проволоки, и чугунного обода шкива в среднем составляет 0,07—0,12; для шкивов, футерованных деревянными брусками, кожаной лентой или алюминием, для шкивов, футерованных специальной пресс-массой

Первый способ повышения коэффициента трения состоит в замене канатов односторонней свивки канатами крестовой свивки.

Применение смазки канатов для канатоведущих передач нежелательно, так как при этом снижается коэффициент трения. Но в связи с тем, что при работе без смазки срок службы канатов резко уменьшается, рекомендуется пропитывать ею сердечник каната, при этом на ободе шкива образуется тонкая антикоррозионная пленка.

Рис. 46. Канавка:

а, б — полукруглая без подреза и с подрезом; в, резом; д — клиновидная

Вторым способом повышения коэффициента трения является футеровка обода канатоведущего шкива фрикционными материалами. Однако она имеет весьма существенный недостаток — быстро изнашивается и требует замены.

Третий способ повышения коэффициента трения, особенно для барабанов и шкивов с чугунным или стальным ободом, состоит в увеличении поверхности контакта трущихся поверхностей путем нарезания на ободе шкива (барабана) специальных канавок (рис. 46), в которые при навивке укладываются витки каната. Увеличение поверхности контакта приводит также к снижению давления каната на обод шкива, что способствует повышению их долговечности. Увеличение трения между контактирующими поверхностями каната и обода шкива можно учесть некоторым коэффициентом у, большим единицы и зависящим от конструкции каната и формы желоба шкива. При этом расчетное (приведенное) значение коэффициента трения , а показатель тяговой способности передачи

Для определения приведенного коэффициента трения желобчатых шкивов можно пользоваться номограммой, предложенной Л. А. Гоберманом (рис. 47).

Другим способом повышения показателя тяговой способности фрикционной передачи является увеличение угла обхвата ос. На рис. 48 изображена развернутая схема трехжелобчатого большей наглядности три желоба представлены как три сблокированных между собой шкива.

 

 

Рис. 47. Номограмма для определения коэффициента трения желобчатых канатоведущих шкивов

Рис. 48. Усилия, девствующие в канате трехжелобчатого канатоведущего шкива

Наибольшее натяжение имеет ветвь каната, набегающая на шкив наименьшее — ветвь, сбегающая со шкива III — S_{3 сб}. На остальных участках канат имеет следующие натяжения:

Как видно, наибольшее окружное усилие развивается на I шкиве (или на первом желобе шкива), а наименьшее — на III шкиве, причем при одинаковых радиусах каждого шкива и одинаковых для них значений показателя х тяговое усилие каждого последующего шкива будет снижаться пропорционально величине е^х.

Общее тяговое усилие такой передачи определяется как сумма окружных усилий, реализуемых на каждом канатоведущем шкиве или по дуге обхвата каждого желоба шкива.

Канатоведущие передачи с зажимными шкивами. Увеличение угла обхвата канатоведущих шкивов, связанное обычно с увеличением их ширины, массы или числа, приводит к усложнению конструкции привода и увеличению его размеров. Этого недостатка можно избежать, заменив обычные канатоведущие шкивы специальными, на ободе которых крепятся автоматически действующие зажимы (рис. 49, а).

Рис 49. Канатоведущий шкив с автоматически действующими зажимами:

а -конструкция зажима; б -силы, действующие на участке обхвата каната зажимом

Принцип действия зажимов основан на том, что натяжения S_{i нб} и S_{i cб} набегающего и сбегающего с i-гo зажима участков каната создают радиальное усилие Ri, которое смещает ось зажима вниз, к центру шкива (рис. 49,6); при этом нижние плечи рычага зажима, опирающиеся на обод шкива, расходятся и зажим, действуя как ножницы, зажимает канат. При выходе каната из зажима усилие Ri исчезает и рычаги зажима с помощью стягивающей их пружины (или другого устройства) освобождают канат.

Основной характеристикой зажимов является их передаточное отношение i₃, равное отношению усилия Qi сжимающего канат, к силе Ri:

Важным условием нормальной работы канатоведущих шкивов с зажимами является отсутствие проскальзывания каната в зажимах. Установим, когда оно выполняется.

Сила трения между канатом и рабочими поверхностями зажима

где приведенный коэффициент трения.

Из-за разности натяжений каната в зажиме возникает касательное усилие

стремящееся сместить канат в направлении своего действия, и радиальное усилие

где а_z—центральный угол между соседними зажимами шкива.

Очевидно, что проскальзывание каната в зажиме будет отсутствовать, если или

Преобразуем это выражение, разделив обе его части на

Получим

Обозначим через к₀ правую часть неравенства (23):

Тогда выражение (23) получит вид

Таким образом, условие отсутствия проскальзывания каната в i –м зажиме канатоведущего шкива выполняется, если отношение натяжений участков каната, набегающего и сбегающего с данного зажима, не превосходит величины к₀, определяемой по формуле (24).

Последним выражением, по существу, определяется то же условие, что и уравнением Эйлера (21), но для случая, когда угол a_z не равен нулю, а число граней z в воображаемой многоугольной призме равно некоторому конечному значению, а не стремится к бесконечности, как это принималось в задаче Эйлера.

Очевидно, что с условием отсутствия проскальзывания каната в зажимах канатоведущего шкива должно быть связано и определение необходимого числа рабочих зажимов z_р.

Рис. 50. Номограмма для определения параметров канатоведущих шкивов

При этом можно воспользоваться номограммой, представленной на рис. 50. Кроме z_p по номограмме можно найти общий угол обхвата а.

Расчет натяжения гибкого тягового органа. От натяжения гибкого тягового органа во многом зависит нормальная работа фрикционной передачи. Слишком малое натяжение является причиной проскальзывания тягового органа на барабанах или канатоведущих шкивах и, как следствие этого, повышенного их износа и потери мощности привода. Излишне большое натяжение приводит к усиленной вытяжке гибкого тягового органа, увеличению нагрузок на опоры барабанов и шкивов и соответственному увеличению сопротивления их вращению.

При выборе монтажного (начального) натяжения гибкого тягового органа привода Sсб следует исходить из условия достаточного его сцепления с барабаном или канатоведущим шкивом и возможности преодоления сопротивлений движению благодаря тяговому усилию привода

В общем случае суммарное сопротивление движению гибкого тягового органа складывается из сопротивлений, обусловленных трением скольжения или качения гибкого тягового органа по направляющей плоскости, образованной настилом или роликами (в ленточных транспортерах), Wп огибанием барабанов или шкивов привода W0, а также сопротивлением на разгрузочном устройстве Wp, значение которого зависит от типа последнего.

Для ленточного транспортера

где q — погонная масса, равная для груженого участка транспортера сумме погонных масс перемещаемого груза и ленты, а для порожнего участка— погонной массе ленты; g — ускорение свободного падения; L—длина прямолинейного (груженого или порожнего) участка транспортера; Ψ— коэффициент сопротивления трения между, лентой, и опорной плоскостью транспортера (при наличии роликовых опор Ψ— приведенный суммарный : коэффициент трения качения ленты по роликам и трения в опорах роликов; для прорезиненных лент и роликов на подшипниках скольжения Ψ , для роликов на подшипниках угол наклона прямолинейного участка транспортера к горизонту; — натяжение ленты в точке ее набегания на натяжной или направляющие барабаны; коэффициент, учитывающий сопротивления, вызванные огибанием лентой натяжного или направляющих барабанов,

Для ленточных, а также канатных транспортеров натяжение определяют методом последовательного обхода замкнутого контура гибкого тягового органа; при этом принимают, что натяжение гибкого тягового органа в каждой последующей по его ходу точке равно натяжению предыдущей точке плюс сопротивление на участке между этими точками.

Поясним этот метод на примере (см. рис. 45, в).