Рис. 1. Кулачковая муфта двустороннего действия:
1 — вал, 2…4 — полумуфты, 5 — кулачки

Если полумуфту отодвинуть вправо, в нейтральное положение, показанное на рисунке, то механизм остановится, хотя вал с полумуфтой могут продолжать вращаться. Чтобы механизм самопроизвольно не включался, включающий рычаг обычно фиксируют, заводя его за специальный упор, так как неожиданное выключение кулачковой муфты во время работы может привести к аварии.

Правую полумуфту и соединенный с ней механизм включают аналогично — перемещением подвижной полумуфты в крайнее правое положение.

Описанная кулачковая муфта называется муфтой двустороннего действия, так как работает в обе стороны, включая левую или правую неподвижные полумуфты. Если нужно включать только одну неподвижную полумуфту, то применяют муфту одностороннего действия.

Необходимо обращать внимание на то, чтобы кулачки полумуфт полностью входили в зацепление. Если рабочие поверхности кулачков касаются не по всей плоскости, то они частично деформируются и на их углах образуются скосы. Это приводит к самовыключениям муфты при работе, даже если рычаг управления муфтой поставлен на упор.

Подвижные шестерни. Для выключения и отключения рабочих механизмов подвижные шестерни перемещают вдоль вала по шпонке или шлицам и вводят в зацепление (или выводят из него) с неподвижной шестерней, расположенной на другом валу и зафиксированной от осевого перемещения. Ведущей может быть любая из этих шестерен.

Для изменения частоты вращения ведомого вала (например, в механизмах поворота и передвижения экскаватора) применяют сдвоенные подвижные шестерни, состоящие из двух скрепленных между собой шестерен различных диаметров.

Во включенном положении механизма зубья подвижной шестерни должны находиться в зацеплении с зубьями неподвижной по всей длине. Частичное включение шестерни может привести к неправильной работе и поломке зубчатой передачи.

Рычаг, управляющий включением подвижной шестерни, фиксируют во включенном положении во избежание самопроизвольного выключения механизма или неполного включения шестерен.

Кулачковые муфты и подвижные шестерни нельзя включать и выключать при вращающихся валах (или вращении одного из них) и под нагрузкой во избежание поломок кулачков или зубьев, что может произойти вследствие удара вращающихся и неподвижных частей муфты (шестерен), а также неполного зацепления. Кроме того, удары, сопровождающие включение вращающейся кулачковой муфты или подвижной шестерни, отрицательно сказываются на других механизмах.

Фрикционные механизмы открытого типа. Для плавного включения на ходу и под нагрузкой механизмов трансмиссии экскаватора, а также для плавной их остановки, как правило, применяют фрикционные механизмы открытого типа. От четкости их работы в большой степени зависит качество работы всего экскаватора, что объясняется необходимостью часто включать или выключать его механизмы. Так, у прямой лопаты в течение одного рабочего цикла лебедка подъема ковша включается и тормозится 2…3 раза, напорный механизм (напор и возврат рукояти) — до 5…6 раз, механизм поворота платформы — 3…4 раза. Экскаватор с прямой лопатой может совершать в зависимости от типоразмера от 2,5 до 4 циклов в минуту. Следовательно, число включений механизмов в 1 мин может быть более 50.

Действие фрикционных механизмов основано на использовании сил трения, возникающих между прижатыми друг к другу вращающимися один относительно другого дисками. При этом на движущийся диск действует сила, стремящаяся остановить его, а на неподвижный — сила, стремящаяся сдвинуть его в том направлении, в котором движется первый диск. Обе эти силы являются результатом тренияа Они равны по значению и противоположны по направлению. Силы трения зависят от двух факторов: усилия; с которыми движущийся и неподвижный диски прижаты один к другому, и коэффициента трения.

Коэффициент трения показывает, какую часть по сравнению с силой нажатия трущихся дисков составляет сила трения между ними. Например, коэффициент трения 0,3 означает, что если движущийся и неподвижный диски прижаты один к другому с силой 1000 Н, то возникающая между ними сила трения равна 300 Н. Таким образом, сила трения между двумя дисками будет тем больше, чем с большей силой они прижимаются друг к другу и чем выше коэффициент трения.

Так как трение всегда сопровождается изнашиванием, а фрикционные механизмы работают при включении, выключении и остановке рабочего механизма с трением, их выполняют из материалов, хорошо сопротивляющихся истиранию.

Все фрикционные механизмы делятся по назначению на фрикционные муфты и тормоза; первые передают движение, а вторые останавливают движущийся механизм.

По конструктивному исполнению фрикционные механизмы на экскаваторах бывают дисковые, ленточные, цилиндрические колодочные, конусные колодочные. Любой из перечисленных типов можно использовать или как фрикционную муфту, или как тормоз.

У дискового фрикционного механизма рабочие поверхности трения расположены на торцах ведущих и ведомых дисков. При одном ведомом ди-ке фрикционная муфта или тормоз называются однодисковыми; при двух — двухдисковыми и более двух — многодисковыми.

В однодисковой фрикционной муфте ведущий диск перемещается на шпонке по валу, приводимому во вращение двигателем, и вращается вместе с этим валом. Если не прилагать усилия к рычагу, то под действием возвратной пружины ведущий доек отодвинется от ведомого диска, свободно сидящего на втулке. При этом диск и цепная звездочка рабочего механизма неподвижны, т. е. рабочий механизм отключен от вращающегося вала.

Рис. 2. Одно- (а) и многодисковый (б) фрикционные механизмы:
1 — вал, 2— шпонка, 3, 7 — диски, 4-»-закладка, 5 — рычаг, 6 — пружина, 8 — втулка, 9 — цепная звездочка

При нажатии на рычаг (как указано стрелкой) преодолевается сопротивление возвратной пружины и диск 3 перемещается по валу к диску 7. При этом фрикционные накладки 4 прижимаются к торцовой поверхности диска 7 и звездочка 9 приводится во вращение. Если отпустить рычаг, возвратная пружина снова отключит механизм.

Фрикционные накладки изготовляют из фрикционных материалов (например, асбестокартона, специальных сортов пластмасс) и крепят к диску 3 заклепками. Головка заклепки должна быть утоплена ниже поверхности трения не менее чем на половину толщины новой накладки. При износе до головок заклепок накладку заменяют, так как во время трения заклепок о рабочую поверхность диска не только уменьшается передаваемое фрикционным механизмом усилие (коэффициент трения заклепок о сталь, или чугун значительно меньше, чем у накладок), но и повреждается рабочая поверхность диска.

Случается, что накладки изнашиваются до заклепок, а машинист не обнаруживает этого своевременно. Поэтому для предохранения рабочей поверхности диска рекомендуется заклепки изготовлять из мягкого металла (красной меди, алюминия).

Описанную фрикционную муфту можно превратить в тормоз, останавливающий вращение звездочки рабочего механизма, для чего достаточно неподвижно закрепить вал. В этом случае звездочка 9 будет заторможена при включении фрикционного механизма.

Передаваемое дисковым фрикционным механизмом усилие увеличивается пропорционально числу рабочих плоскостей трения. Поэтому, когда нужно передавать большое окружное усилие при сравнительно небольшом диаметре дисков, применяют многодисковые фрикционные муфты. Постоянно вращающийся ведущий вал соединяется со звездочкой при сжатии ведущих 3 и ведомых 7 дисков рычагом.

Особенность ленточных фрикционных механизмов — использование стальной ленты с наклепанной на ней фрикционной накладкой в виде сплошной ленты или отдельных секций. Фрикционную накладку крепят так же, как и на дисковых фрикционных механизмах, причем заклепки располагают в шахматном порядке.

Рис. 3. Ленточные фрикционные механизмы наружного (а) и внутреннего (б) типов:
1, 3, 14, 15 — пружины, 2, 17, 22, – болты, 4 — лента тормоза, 5 — шкив тормоза, 6, 8 — проушины, 7 — палец, 9 — ролик, 10 —тяга, 11 — наконечник, 12 — ось, 13, 25 — рычаги, 16 — вал, 18 — крестовина, 19, 24 — серьги, 20 — шкив фрикционной муфты, 21—регулировочные гайки, 23 — лента фрикционной муфты, 27 — скоба

В зависимости от того, где расположена лента — снаружи или внутри фрикционного (тормозного) шкива, ленточные фрикционные муфты (тормоза) бывают двух типов: наружного и внутреннего. Рабочей поверхностью трения является соответственно наружная или внутренняя цилиндрическая поверхность шкива.

Ленточный фрикционный механизм (тормоз) наружного типа. Тормозной шкив жестко соединен с рабочим механизмом и вращается вместе с ним против часовой стрелки. Шкив охватывается снаружи тормозной лентой. Неподвижный (набегающий) конец ленты с приваренной к ней проушиной пальцем шарнирно закреплен на станине или другой неподвижной части машины. Проушина подвижного (сбегающего) конца ленты соединена шарнирно с регулировочной тягой, наконечник которой соединен пальцем с концом рычага, качающегося на подвижной оси. Возвратная пружина, поворачивая рычаг вокруг оси против часовой стрелки, отжимает влево сбегающий конец ленты, вследствие чего она ослабляется и отходит от поверхности шкива. Равномерный зазор между лентой и шкивом создается упорным роликом и оттяжными пружинами, регулируемыми с помощью гаек.

Для включения тормоза нажимают на рычаг в направлении, указанном стрелкой. Рычаг поворачивается по часовой стрелке и через тягу перемещает вправо сбегающий конец ленты, при этом лента прижимается к поверхности шкива и затормаживает его. Эффективность торможения зависит от усилия, действующего на рычаг. Если перестать нажимать на рычаг, пружина освободит ленту.

При крайнем положении рычага, в которое его перемещает пружина, радиальный зазор между рабочими поверхностями тормозной ленты и шкива должен быть минимальным. Зазор регулируют, навинчивая наконечник на тягу. Следует обращать внимание на то, чтобы при выключенном тормозе лента не касалась шкива, так как в противном случае тормоз будет перегреваться от постоянного трения фрикционных накладок о шкив.

Тормозная лента состоит из двух половин, соединенных болтом. Это облегчает ее монтаж и демонтаж. На болт надета пружина, которая разжимает концы половинок ленты при ее ослаблении.

Такой ленточный тормоз может быть превращен во фрикционную муфту. Для этого неподвижные палец и ось, а также ролик закрепляют не на станине, а на постоянно вращающемся (в направлении пунктирной стрелки) зубчатом колесе (диске, крестовине), приводимом в движение от двигателя. Оттяжные пружины заменяют упорными роликами или болтами, закрепленными на той же вращающейся детали.

При включении ленточного фрикционного механизма наружного типа усилие, действующее на сбегающем конце фрикционной ленты, в 4…7 раз (в зависимости от коэффициента трения и угла охвата шкива) меньше, чем на набегающем конце. Разница в усилиях на сбегающем и набегающем концах ленты возникает под влиянием силы трения, действующей со стороны шкива на ленту и стремящейся сдвинуть ее в направлении вращения шкива. Для облегчения управления фрикционной муфтой усилие включения всегда передают на сбегающий конец ленты, а набегающий конец крепят шарнирно.

Ленточный фрикционный механизм внутреннего типа имеет шкив с двумя рабочими поверхностями: для тормоза и для фрикционной ленты. Шкив свободно посажен на валу. На этом же валу на шлицах установлена крестовина, которая вращается против часовой стрелки вместе с валом, приводимым в движение от двигателя. С крестовиной вращается фрикционная лента, связанная с ней сбегающим концом с помощью серьги. Набегающий конец ленты соединен с крестовиной через серьгу, двуплечий рычаг и регулировочный болт.

Фрикционная муфта выключается возвратной пружиной, поворачивающей рычаг по часовой стрелке. Это движение через болт передается серьге, которая перемещает набегающий конец ленты. Расстояние между сбегающим и набегающим концами ленты уменьшается, вследствие чего образуемое лентой незамкнутое кольцо уменьшается в диаметре и между рабочими поверхностями шкива и ленты создается радиальный зазор. Постоянный размер зазора между рабочей поверхностью шкива и концами ленты устанавливают болтами, ограничивающими радиальное перемещение сбегающего и набегающего концов ленты, и упорными болтами с контргайками. Эти болты одновременно используют для фиксации ленты от бокового перемещения. Для этого к ленте приварены направляющие скобы, охватывающие концы болтов.

Для включения фрикционной муфты нажимают на рычаг против часовой стрелки. Преодолевая сопротивление пружины, он поворачивается на оси, сбегающий конец ленты перемещается влево и образуемое лентой кольцо увеличивается в диаметре. Вследствие этого фрикционная накладка прижимается к внутренней цилиндрической поверхности шкива и увлекает его за собой.

У фрикционных муфт и тормозов внутреннего типа усилие на сбегающем конце фрикционной ленты больше в 4…7 раз, чем на набегающем. Причина — в действующей на ленту силе трения, направленной к сбегающему концу ленты. Поэтому усилие, включающее ленточный фрикционный механизм внутреннего типа, всегда передают на набегающий конец фрикционной ленты.

У цилиндрического колодочного фрикционного механизма рабочей поверхностью трения является, так же как и у ленточного, цилиндрическая поверхность фрикционного шкива. Фрикционные накладки крепят к колодкам, рабочая поверхность которых представляет собой часть цилиндра, как правило, таким же способом, как у ленточных фрикционных механизмов. Цилиндрический колодочный фрикционный механизм также может быть наружного или внутреннего типа в зависимости от расположения колодок: снаружи или внутри фрикционных (тормозных) шкивов.

Колодочный цилиндрический тормоз внутреннего типа используют для торможения колес экскаваторов. Крестовина жестко закреплена на неподвижной оси. Фрикционные колодки осями шарнирно соединены с крестовиной. Одна колодка закреплена набегающим концом, другая сбегающим. Тормозной шкив 4 свободно вращается на оси.

Тормоз выключается возвратной пружиной, стягивающей колодки, причем зазор между рабочими поверхностями колодок и шкива ограничен профилированным нажимным кулачком. Пружина при этом поворачивает по часовой стрелке рычаг с кулачком в крайнее положение. При нажиме на рычаг кулачок поворачивается против часовой стрелки и разжимает верхние концы колодок, они прижимаются к внутренней цилиндрической поверхности шкива, затормаживая его. Если отпустить рычаг, то пружины приведут всю систему в первоначальное положение.

Так же как и у ленточных фрикционных механизмов внутреннего типа, в колодочных фрикционных механизмах сбегающий конец колодки всегда стремятся шарнирно соединять с крестовиной, чтобы уменьшать усилие включения.

У конусного колодочного фрикционного механизма рабочие поверхности трения на шкиве и фрикционных колодках конические. По числу рабочих поверхностей фрикционные

Рис. 4. Двухколодочный цилиндрический тормоз внутреннего типа (а) н двухконусная фрикционная муфта (б):
1, 5 — оси, 2 — крестовина, 3 — колодки, 4 — шкив, 6 — кулачок, 7 — рычаг, 8,9 — пружины, 10 — шток, 11 — чека, 12 — гайка-вкладыш, 13 — шайбы, 14 — болты, 15 — шестерня, 16 — вал, 17 — подшипники, 18 — диск, 19 — шпонка

механизмы могут быть одно- или двух-конусными. Колодки спрессованы из фрикционных материалов. Запрессованные в них стальные гайки-вкладыши служат для крепления колодок к диску с помощью болтов.

Одноконусные муфты не описаны, так как их применяют на экскаваторах большой мощности, не рассматриваемых в данном учебнике.

Двухконусная фрикционная муфта работает следующим образом. Если на шток не действует усилие, то возвратная пружина отжимает шкив в крайнее левое положение, создавая зазор между коническими рабочими поверхностями шкива и фрикционных колодок. Шкив, скользящий по шпонке, вращается вместе с валом, а диск с колодками остается неподвижным благодаря подшипникам.

Фрикционную муфту включают, нажимая на шток, который передает усилие через чеку, выступающую из продольных прорезей вала. Концы чеки нажимают на торец ступицы фрикционного шкива, шкив перемещается вправо и, преодолевая сопротивление возвратной пружины, прижимается к рабочим поверхностям колодок, увлекая их за собой вместе с диском и жестко закрепленной на диске шестерней рабочего механизма.

Если перестать нажимать на шток, то возвратная пружина снова отодвинет шкив влево, выключив таким образом механизм.

Регулирование двухконусной фрикционной муфты заключается в поддержании определенного зазора между поверхностями трения фрикционного шкива и колодок в выключенном положении.

Пневмокамерные фрикционные муфты применяют для включения рабочих механизмов.

В отличие от ленточных и конусных пневмокамерные муфты устроены более просто. Шкив связан с соответствующим рабочим механизмом экскаватора (например, с шестерней механизма реверса) и свободно вращается на валу. На этом же валу жестко укреплена ступица, с которой болтами соединена обойма, образующая желоб. Внутри желоба размещена специальная пневмокамера, выполненная из резины и упрочняющих тканевых прокладок. Камера связана с пневмоклапаном на пульте управления через штуцер, рукав и вращающееся соединение, расположенное на валу.

При пуске сжатого воздуха камера расширяется и через нажимные планки прижимает колодки с укрепленными на них фрикционными накладками к внутренней поверхности шкива — фрикционная муфта включается. Колодки могут перемещаться только в радиальном направлении, причем пазы колодок скользят по направляющим обоймы и окружное усилие при включении муфты передается от направляющих обоймы на пазы колодок. Камера служит только для прижатия колодок к поверхности шкива и не нагружена другими усилиями.

Колодки возвращаются в исходное положение при выключении муфты кольцевыми возвратными пружинами, охватывающими все нажимные планки. У некоторых пневмокамерных муфт колодки возвращаются в выключенное положение пластинчатыми пружинами рессорного типа, опирающимися своими концами на прорези в обойме.

Фрикционные накладки изнашиваются по длине неравномерно. Поэтому при увеличении зазора между одним из концов фрикционной накладки и поверхностью шкива до 4 мм колодки поворачивают на 180°, меняя таким образом местами набегающий и сбегающий концы фрикционной накладки.

Пневмокамерные муфты не требуют постоянного регулирования. По мере увеличения зазора между шкивом фрикциона и фрикционными накладками в камеру автоматически подается большее количество воздуха из системы пневмоуп-равления, благодаря чему муфта хорошо включается в любой период эксплуатации.

Поверхность шкива ребристая, поэтому она лучше отводит теплоту от поверхности трения. С этой же целью в обойме делают вырезы или снабжают ее лопатками, которые при вращении дисков захватывают холодный воздух, охлаждающий камеру.

Основные преимущества пневмокамер-ных фрикционных муфт: плавность включения, отсутствие радиальных и осевых нагрузок на вал и подшипники, надежное ограничение передаваемого окружного усилия.

Выше были описаны различные конструкции применяемых на экскаваторах фрикционных механизмов, имеющих один общий признак: все они открытого типа. Это означает, что если на рычаг управления не воздействует внешнее усилие, то механизм выключается под действием сравнительно слабой возвратной пружины. Фрикционные механизмы такого типа применяют для включения и выключения большинства рабочих механизмов.

Фрикционные механизмы замкнутого типа. Для некоторых механизмов экскаваторов, например механизма подъема стрелы и механизма передвижения, используют фрикционные механизмы (муфты и тормоза) замкнутого типа. В них установлена мощная рабочая пружина (а не слабая возвратная), постоянно удерживающая фрикционный механизм во включенном положении. Для включения тормоза или муфты замкнутого типа необходимо приложить усилие, чтобы преодолеть действие рабочей пружины.

Рис. 5. Пневмокамерная муфта вала механизма реверса экскаваторов ЭО-3311Г и Э-304Г (а) и роликовая противообгонная муфта (б):
1 — накладка, 2 — планка, 3 — колодка, 4 — пружина, 5 — ступица, 6 — обойма, 7 — камера, 8 — штуцер, 9 — рукав, 10 — шкив, 11 — вал, 12 — звездочка, 13 — диск, 14 — ролик

Фрикционный механизм любой конструкции может быть выполнен открытым или замкнутым в зависимости от его назначения.

Противообгонные устройства. Чаще всего их используют в механизме подъема и опускания стрелы экскаватора — для ограничения скорости опускания стрелы. Такие механизмы обеспечивают сравнительно медленное опускание (а не падение) стрелы в случае, если удерживающий стрелу тормоз неожиданно выйдет из строя.

На экскаваторах обычно применяют роликовые противообгонные устройства — муфты. На валу, вращающемся по часовой стрелке, укреплен на шпонке фигурный шестигранный диск. В выступы диска упираются одним торцом пружины, отжимающие другим концом ролики. Для уменьшения трения между концами пружин и роликами заложены специальные сухари. Таким образом, каждый ролик зажат между пружиной, боковой полостью диска и внутренней цилиндрической поверхностью звездочки. При вращении навстречу валу или в ту же сторону, но с частотой, меньшей, чем частота вращения вала, звездочка перемещается относительно диска, вращающегося вместе с валом. Это равносильно тому, что диск неподвижен, а звездочка вращается против часовой стрелки. При этом ролики, увлекаемые звездочкой, стремятся катиться в сторону пружины и, свободно проворачиваясь, не препятствуют вращению звездочки относительно вала.

Если звездочка, вращаясь по часовой стрелке, начинает обгонять вал с диском, т. е. сдвигается по часовой стрелке относительно диска, то ролики, увлекаемые звездочкой, стремятся повернуться по часовой стрелке и закатиться в более узкую часть зазора между внутренней цилиндрической поверхностью звездочки и боковыми плоскостями диска. Ролики заклиниваются между звездочкой и диском, препятствуя дальнейшему вращению звездочки по отношению к диску и валу.