Рис. 1. Принципиальные схемы тормозов и муфт:
I — ленточные; II — колодочные; III — дисковые; IV — диско-колодочные; V — конусные; VI — пневмокамерные; VII — электромагнитные

В соответствии с режимом работы муфт и тормозов в большинстве случаев в строительных машинах применяются «открытые» их конструкции, т. е. узлы муфт включаются по мере надобности, а нормальное их состояние — выключенное. Только для транспортных и подъемных машин и муфт у двигателей применяются «закрытые» их конструкции.

Тормоза и муфты мало отличаются друг от друга по принципу конструктивной схемы. Наиболее распространены тормоза внешние ленточные, колодочные и дисковые, а муфты — ленточные внешние и внутренние, а также дисковые и конусные. В последнее время начинают применяться пневмокамерные муфты и с большим успехом — электромагнитные муфты скольжения и вихревые тормоза.

Основные достоинства ленточных муфт и тормозов заключаются в простоте конструкции и обслуживания, плавности включения и выключения, хорошем отводе тепла, возможности применения как прокладок, так и колодок хорошего качества при использовании в виде предохранительных муфт. Недостатками их являются значительные габариты, передача тормозами и обычными конструкциями муфт нагрузок, изгибающих вал, большая неравномерность давления на шкив по длине ленты (разница в 4—5 раз) и вследствие этого различная скорость изнашивания прокладок или колодок, а также передача расчетного крутящего момента только при вращении в одном направлении. Попытка устранить первый из двух последних недостатков путем переменного шага колодок (прокладок) приводит к снижению передаваемого момента, т. е. практически к увеличению габаритов, а изменение конструкции для обеспечения хорошего действия узла при вращении в обоих направлениях — к потере одного из основных достоинств — простоты конструкции.

Конусные одинарные муфты довольно просты по конструкции, в отличие от более сложных двойных обладает хорошей расцепляемостью, однако, хотя они имеют и меньшие габариты, чем ленточные муфты, но все же недостаточно компактны, предъявляют высокие требования к соосности соединяемых валов, передают значительные осевые усилия на их опоры.

Многодисковые муфты и тормоза (число дисков 8—12) отличаются очень малыми габаритами; позволяют, изменяя число дисков, применять одни и те же детали для муфт и тормозов, используемых для передачи различных крутящих моментов, т. е. наиболее пригодны для унификации и ограничения номенклатуры стандартных муфт; обеспечивают достаточно плавное включение при небольшом осевом усилии, так как оно не распространяется между дисками, а последовательно передается на все их поверхности. Их недостатком является плохая расцепляемость, возрастающая с увеличением числа дисков, особенно при установке на вертикальных валах.

Пневмо- и гидрокамерные муфты и тормоза получают в последнее время широкое распространение в силу ряда достоинств: возможности в широких пределах надежно и плавно регулировать передаваемый момент и скорость включения, компенсировать осевые и радиальные смещения соединяемых валов в пределах нескольких миллиметров без существенных осевых и радиальных нагрузок; способности самокомпенсации износа прокладок или колодок, смягчения динамических толчков, гашения крутильных колебаний; звукоизоляции; высокой надежности и точности при работе в качестве предохранительных муфт; отсутствии передачи на валы радиальных нагрузок.

К недостаткам их относятся высокая стоимость камеры и быстрое ее старение при высоких температурах, чувствительность к случайному попаданию на камеру масла и других нефтепродуктов, щелочей и кислот.

Электромагнитные муфты скольжения (ЭМС) состоят из индуктора и якоря и являются специальной электрической машиной, позволяющей передавать на ведомый вал крутящий момент, автоматически изменяющийся. Муфта может быть выполнена и с внешним якорем. Общий вид ЭМС в сборе на валу показан на рис. 2.

В отличие от всех других муфт ЭМС обеспечивают автоматическое изменение передаваемого крутящего момента в зависимости от сопротивления на ведомом валу и конструкции муфты.

Рис. 2. Электромагнитная муфта скольжения на валу экскаватора фирмы Харнишфетер (США):
1 — вентилятор; 2 — вал: 3 — контактные кольца; 4 — обмотка возбуждения; 5 — индуктор; 6 — воздушный зазор; 7 — якорь; 8 — вал подъемного механизма

С постепенным возрастанием сопротивления на ведомом валу уменьшается частота вращения, причем, меняя ток возбуждения, можно получить различные кривые момента и при постоянной максимальной скорости ведомой части муфты ограничить наибольший передаваемый момент, получить Желаемую плавность разгона. При этом сглаживаются динамические толчки, а при номинальной скорости обеспечивается высокий к. п. д. В отличие от фрикционных муфт ЭМС не подвергается износу при скольжении. Недостатком ЭМС являются ее сильный нагрев и значительные потери мощности при большом скольжении.

Вихревые тормоза выполняются на базе ЭМС закреплением одной из частей муфты (обычно индуктора). Однако их большим недостатком является уменьшение тормозного момента при малых скоростях, поэтому такие тормоза вряд ли найдут широкое применение в противоположность ЭМС, применение которых позволит значительно повысить в ряде случаев эксплуатационные качества строительных машин.

Рис. 3. Схема гидромуфты:
1 — насосное колесо; 2 — турбинное колесо; 3 — кожух; 4 и 5 — валы турбинного и насосного колес

Гидромуфта состоит из насосного колеса и турбины, помещенных в общий кожух, заполненный жидкостью (обычно маслом). Колесо насоса закреплено на ведущем валу и приводится в движение двигателем, колесо турбины закреплено на ведомом валу. Валы насоса и турбины не соединены, и между ними имеется зазор. При вращении насоса жидкость подается на лопатки турбины и приводит ее во вращение.

Так как обычно одна и та же ведомая деталь муфты должна и включаться и тормозиться, то довольно распространена конструкция, в которой при внутренней ленточной муфте на наружной стороне шкива устанавливается ленточный внешний тормоз. Достоинство такой конструкции в компактности, недостаток — в ухудшении отвода тепла, которое лучше всего может быть отведено при внутренней ленточной и колодочной или конусной муфтах с наружными ребрами.

Для устранения указанного недостатка шкивы муфты и тормоза разъединяются поперечными ребрами, установленными под углом к оси муфты. Чтобы устранить нагрузку на вал муфты, применяют уравновешенные конструкции ленточных и колодочных муфт и колодочных тормозов. Однако при установке вместо одной ленты двух уменьшается передаваемый крутящий момент. То же происходит при установке двух, а тем более трех, четырех и шести колодок. В то же время при установке одной ленты тормоза или муфты становится неравномерным износ, увеличиваясь к сбегающему концу ленты вследствие повышения давления на шкив (в 4—5 раз). Разница в износе снижается при замене одной ленты или двух колодок большим их числом.

Рис. 4. Внутренняя ленточная муфта с ленточным тормозом, установленным на внешнем ободе шкива (на рисунке тормоз не показан)

Рис. 5. Ленточная муфта и тормоза, восстановленные на двойном шкиве

Рис. 6. Уравновешенная ленточная муфта с пневматическими сервомоторами

Расчет ленточных тормозов и муфт производится по общепринятой методике с использованием формулы Эйлера.

Разработана конструкция ленточных тормозов и муфт с переменным шагом фрикционных колодок или накладок, обеспечивающих равномерное давление накладок на шкив. В этом случае колодки одинаковой длины располагаются от сбегающего к набегающему концу ленты с постепенно возрастающим шагом.

Рис. 7. Схема к расчету конусной муфты:

Фрикционые муфты могут быть использованы как предохранительные, но точность их срабатывания, изменяющаяся в зависимости от коэффициента трения, нагрева и условий работы, невелика. Однако эти муфты изготовляются с устройством, позволяющим регулировать передаваемый ими крутящий момент.

Тип подобной муфты приведен на рис. 8. Ведущая часть муфты насажена на валу и своим рычагом ведет обод муфты. На концах ленты установлены упоры, а между ними болт с конической головкой. Для безотказной работы муфты необходимо между шайбой распора и гайкой установить тарельчатые пружины. Затягивая гайки, можно регулировать момент, передаваемый муфтой.

Обычный тип предохранительной муфты для привода вала «овшовой цени многоковшовых траншеекопателей показан на рис. 9. Звездочка цепи установлена на втулке, а ведущая часть муфты с двумя равноплечими рычагами заклинена на валу. На пальцах муфты, установлены балансиры, снабженные пружинами и роликами. Последние опираются на конические вкладыши обода звездочки. Момент на обод передается роликами, прижимаемыми пружинами. При увеличении момента ролики поднимаются по плоскости вкладыша, сжимая пружины. При максимальном допустимом моменте ролики достигают точки а, при превышении этого момента звездочка остановится, а ролики будут проскакивать через вкладыши с характерным треском от ударов их об обод.

Рис. 8. Предохранительная муфта ленточного типа для напорного механизма ооноковшового экскаватора