Методика подбора тормозной муфты
(этот способ подойдет для пневматических и электромеханических тормозов, работающих с гибкими рулонными материалами (бобинорезки, флексографические станки и т.д.)
Для того что бы корректно определить тормозной момент, необходимо знать натяжение полотна. Натяжение полотна можно определить либо экспериментальным, либо расчетным путем. Наиболее точным является экспериментальный метод. Расчетный метод не позволяет точно определить натяжение, т.к. основывается на среднестатистических данных, которые определены не для всех марок и толщин материалов. Рассмотрим оба метода поподробнее.
Экспериментальные методы определения натяжения полотна
Для определения натяжения нам понадобится безмен или динамометр.
1-й способ:
Рисунок 1 - Определение усилия натяжения пленки по 1-ому способу
Суть способа заключается в следующем:
- проталкиваем материал через какой-либо направляющий ролик, имеющийся на оборудовании;
- собираем края пленки в пучок и заматываем чем-либо (стрейчем, скотчем и др.);
- подсоединяем к пучку безмен или динамометр;
- начинаем тянуть;
- фиксируем то усилие при котором рулон начинает сдвигаться с места;
- повторяем не менее трех раз;
- рассчитываем среднее арифметическое из полученных значений;
- если в качестве измерения использовался безмен, то полученное усилие натяжки будет в кг., если динамометр то - в Ньютонах, для перехода от одного к другому используем округленное соотношение:
1 кг=10 Н
2-й способ:
Второй способ больше применим для более опытных операторов оборудования и может потребовать не менее двух человек для определения усилия натяжения, но в тоже самое время является более точным по-сравнению с первым способом.
Рисунок 2 - Определение усилия натяжения пленки по 2-ому способу
Суть способа заключается в следующем:
- проталкиваем материал через 2 каких-либо направляющих ролика, имеющихся на оборудовании;
- собираем края пленки в пучок и заматываем чем-либо (стрейчем, скотчем и др.);
- подсоединяем к пучку безмен или динамометр, также можно подвесить грузы разного номинала;
- оператор по своему опыту пробует натяжение полотна на ощупь в области указанной на рис. 2 и фиксирует показание безмена (динамометра или массу груза) при котором натяжение на ощупь будет наиболее оптимальным;
- повторяем не менее трех раз;
- рассчитываем среднее арифметическое из полученных значений;
- если в качестве измерения использовался безмен или грузы, то полученное усилие натяжки будет в кг., если динамометр то - в Ньютонах, для перехода от одного к другому используем округленное соотношение:
1 кг=10 Н
Расчетный метод определения натяжения полотна
Т.к. большинство клиентов не имеют возможности экспериментально измерить натяжение, а также понятия не имеют каким оно должно быть, его можно рассчитать исходя из среднестатистических данных в зависимости от материала, толщины и ширины полотна по таблице 1.
Таблица 1 - Расчет усилия натяжения
|
Материал |
Усилие натяжения, кг |
|---|---|
|
Бумага 16 гр/м2 |
0,045*L |
|
Бумага 24 гр/м2 |
0,089*L |
|
Бумага 32 гр/м2 |
0,134*L |
|
Бумага 49 гр/м2 |
0,179*L |
|
Бумага 65 гр/м2 |
0,268*L |
|
Бумага 81 гр/м2 |
0,313*L |
|
Бумага 98 гр/м2 |
0,357*L |
|
Бумага 114 гр/м2 |
0,402*L |
|
Бумага 130 гр/м2 |
0,446*L |
|
Бумага 146 гр/м2 |
0,491*L |
|
Бумага 163 гр/м2 |
0,536*L |
|
Бумага 195 гр/м2 |
0,625*L |
|
Бумага 228 гр/м2 |
0,714*L |
|
Бумага 260 гр/м2 |
0,804*L |
|
Бумага 293 гр/м2 |
0,893*L |
|
Бумага 325 гр/м2 |
0,982*L |
|
Бумага 358 гр/м2 |
1,071*L |
|
Бумага 390 гр/м2 |
1,161*L |
|
Бумага 423 гр/м2 |
1,250*L |
|
Бумага 455 гр/м2 |
1,339*L |
|
Бумага 488 гр/м2 |
1,429*L |
|
Алюминиевая фольга |
0,268*L*(S/0,025) |
|
Целлофан |
0,179*L*(S/0,025) |
|
Ацетатная ткань |
0,089*L*(S/0,025) |
|
Майлар (полиэстр) |
0,179*L*(S/0,025) |
|
Полиэтилен |
0,054*L*(S/0,025) |
|
Полипропилен |
0,054*L*(S/0,025) |
|
Полистирол |
0,179*L*(S/0,025) |
|
Саран |
0,036*L*(S/0,025) |
|
Винил |
0,036*L*(S/0,025) |
|
Газ (хлопок) |
0,089*L*(S/0,025) |
|
Нейлон и литой пропилен (не профилированный) |
0,044*L*(S/0,025) |
|
где L - ширина рулона, см; S - толщина пленки, мм |
|
Примечания:
- если материал не попадает под указанный в таблице, то необходимо выбрать из таблицы наиболее схожий по свойствам с имеющимся;
- если полотно подвергается ламинированию или состоит из более чем одного слоев, то необходимо суммировать натяжения каждого слоя материала (например для бумаги 16 г/м2 ламинированной полиэтиленом с двух сторон натяжение будет:
0,045*L+2*0,054*L*(S/0,025), где первое слагаемое это учет натяжения бумаги, а второе - учет натяжения ламинированных слоев)
Подбор тормоза должен производится в зависимости от его функционального назначения. Из наиболее используемого функционала в сфере размотки/намотки/перемотки рулонных материалов можно выделить 2 основных случая:
- создание натяжения полотна;
- полная остановка вращения рулона.
Далее рассмотрим каждый случай подробно.
Создание натяжения полотна
Исходные данные:
- материал полотна;
- максимальный диаметр рулона (D), мм;
- диаметр шпули (d), мм;
- ширина рулона (L), мм;
- максимальная линейная скорость полотна (V), м/с или максимальная частота вращения рулона (n), об/мин;
Расчет:
Весь расчет сводится к определению 4-х ключевых параметров:
- усилия натяжения;
- тормозной момент;
- максимальная частота вращения;
- рассеиваемая мощность.
После их расчета в зависимости от результатов производится подбор тормоза из каталога по следующим критериям:
- расчетный тормозной момент должен быть не менее момента, указанного в каталоге;
- расчетная (или исходная) частота вращения не должна превышать максимальной частоты вращения, указанной в каталоге;
- расчетная рассеивающая мощность не должна превышать указанную в каталоге, в противном случае дополнительно потребуются дополнительные меры охлаждения тормоза (вентилятор воздушного охлаждения или водяное охлаждение) .
Для того чтобы определить требуемый тормозной момент, предварительно необходимо знать требуемое натяжение полотна.
Максимальный тормозной момент (Mтmax, Н*м) рассчитывается по формуле:
Mтmax=nз*Fн*D/2000
где:
- nз - коэффициент запаса (принимается не менее 1,5);
- Fн - усилие натяжения, Н;
- D - наружный диаметр рулона, мм
Все тормоза имеют ограничения по максимальной частоте вращения, и рассеиваемой мощности.
Максимальная частота вращения (nmax, об/мин) рассчитывается по формуле:
nmax=1000*V/d/pi
где:
- V - линейная скорость движения полотна, м/мин;
- d - диаметр шпули, мм;
- pi - число "пи" (принимать 3,141).
Рассеиваемая мощность (Nрасс, кВт) рассчитывается по формуле:
Nрасс=Мтmax* V/60000
Полная остановка вращения рулона
Исходные данные:
- максимальный диаметр рулона (D), мм;
- линейная скорость полотна (V), м/мин или средняя частота вращения рулона (n), об/мин;
- максимальная масса рулона (m), кг;
- время остановки, с.
Расчет:
Расчет данного параметра требуется в случаях частой остановки цикла по каким-либо причинам или для остановки в аварийном режиме и определяет тормозной момент муфты который обеспечит необходимое время торможения без выхода из строя тормоза.
Максимальный динамический тормозной момент (Mтmax, Н*м) рассчитывается по формуле:
Mтmax=m*(D^2-d^2)*n/t/76,4
где:
- m - максимальная масса рулона, кг;
- D - максимальный диаметр рулона, м;
- d - диаметр шпули, м;
- n - максимальная частота вращения рулона, об/мин;
- t - время остановки, с.
Пример расчета:
Исходные данные:
- материал полотна - полипропилен;
- толщина материала - 0,02 мм
- максимальный диаметр рулона (D), 350 мм;
- диаметр шпули (d), 76 мм;
- ширина рулона (L), 1000 мм (100 см);
- максимальная масса рулона, 150 кг;
- максимальная линейная скорость движения полотна (n), 150 м/мин;
- время остановки рулона при его полном (экстренном) торможении, 1с
Натяжения полотна:
Т.к. у нас нет экспериментальных данных по натяжению в данном случае, то воспользуемся расчетным способом.
Согласно таблице 1 для полипропилена длиной (L=100 см) и толщиной (s=0,02 мм) имеем:
Fн=0,054*100*(0,02/0,025)=4,32 кг или 43,2Н
Тормозной момент для создания натяжения полотна:
Мтmax=1,5*43,2*350/2000=11,3 Н*м
nmax=1000*150/76/3,14=629 об/мин, (если задана конкретная частота вращения вместо скорости, то используем заданое значение)
Nрасс=11,3*150/60000=0,03кВт (если задана частота вращения, то считаем линейную скорость по формуле V=nmax*pi*d/1000=629*3,14*76/1000=150 м/мин)
Тормозной момент при полной остановки вращения рулона:
Mтmax=150*(0,35^2-0,076^2)*629/76,4/1=144,5 Н*м
Выбираем тормоз исходя из следующих соображений:
- расчетный тормозной момент в каталоге должен быть не менее 11,3Н*м (или 144,5 Н*м при условии применения экстренного торможения);
- частота вращения 629 об/мин не должна превышать максимальной частоты вращения указанной в каталоге;
- рассеивающая мощность 0,03 кВт не должна превышать указанную в каталоге.