ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК B60T15/14 F03G7/06 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для плавного экстренного торможения транспортных средств, например автомобилей.

Из практики автовождения известно, что одним из эффективных приемов торможения на скользкой дороге является метод многократно повторяющихся кратковременных нажатий на тормозную педаль. Однако при аварийных ситуациях такой способ труден в исполнении, что ведет к заносу и потере управления.

Широко известны гидроприводные тормозные устройства, используемые в автомобилях марки ВАЗ, ГАЗ, ЗАЗ и др. Гидроприводное тормозное устройство содержит соединенный с колесом автомобиля затормаживаемый орган, например металлический диск или барабан, и соединенный при торможении с его периферийными участками снабженный гидроприводом тормозящий орган, например тормозную колодку с фрикционными свойствами. Гидропривод выполнен в виде двух снабженных соответствующими поршнями и заполненных тормозной жидкостью гидроцилиндров, соединенных гидроприводом. Поршень одного из гидроцилиндров соединен с тормозной педалью автомобиля, а другого - с тормозящим органом. Характер торможения после нажатия на тормозную педаль определяется психологическим состоянием и навыком водителя.

Недостатками гидроприводных тормозных устройств являются ненадежность и громоздкость конструкции. Ненадежность обусловлена тем, что при аварийных ситуациях, особенно при скользкой дороге из-за резкого нажатия на тормозную педаль, происходит занос автомобиля, ведущий к потере управления. Громоздкость конструкции обусловлена большой сложностью и материалоемкостью герметичных гидроприводов, содержащих гидроцилиндры с поршнями и заполненные тормозной жидкостью гидропроводы.

Наиболее близким к изобретению является выбранное в качестве прототипа тормозное устройство, содержащее затормаживаемый орган в виде тормозного диска и соединенный при торможении с его периферийными участками тормозящий орган - тормозные колодки, приводимые в действие электроприводом, имеющим вид двух упругих, концентрично расположенных и сопряженных в биэлемент колец-электродов. Внутреннее кольцо изготовлено из электропроводящего материала, а наружное - из покрытого с внешней стороны токопроводящим слоем пьезоэлектрического материала, например, из пьезокерамики, тормозные колодки закреплены на торцах разрезного кольцевого биэлемента. При подаче напряжения на биэлемент в пьезокольце реализуется обратный пьезоэффект. Концы биэлемента смыкаются и диск затормаживается тормозными колодками.

Недостатками известного устройства являются ненадежность и громоздкость. Ненадежность обусловлена тем, что торможение автомобиля в аварийной ситуации, особенно при скользкой дороге, путем резкого включения электропривода на всю мощность ведет к заносу и потере управления. Громоздкость обусловлена технической сложностью бездефектного соединения пьезокерамического разрезного кольца с металлическим (особенно при увеличении толщины пьезокольца), а также тем, что разрезной биэлемент, площадь поперечного сечения которого постоянна вне зависимости от действующих нагрузок, использует свои упругие и прочностные ресурсы не в полной мере так как центральная часть биэлемента при противодействии диска тормозным колодкам оказывается перегруженной относительно места разреза.

Целью изобретения является повышение надежности и компактизация конструкции.

Это достигается тем, что в известной конструкции тормозного устройства, содержащей снабженный электроприводом тормозящий орган, например тормозную колодку, и периодически соединенный с ним затормаживаемый орган, например металлический диск, рабочий элемент изготовлен из материала, обладающего эффектом памяти формы, например из нитинола, и выполнен, например, в виде тонкой прямолинейной проволоки, один конец которой соединен с источником питания и закреплен на опоре, а другой также соединен с источником питания, но посредством снабженного органа управления нормально замкнутого переключателя и закреплен на имеющем лекальную форму малом плече рычага, периодически соединенного с органом управления нормально замкнутого переключателя. На большом плече рычага закреплены два упругих элемента, посредством которых рычаг соединен соответственно с опорой и тормозной колодкой.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что в предлагаемом тормозном устройстве электропривод выполнен в виде рабочего элемента, обладающего эффектом памяти формы, электрически соединенного с источником питания посредством снабженного органом управления нормально замкнутого переключателя и механически соединенного с тормозной колодкой посредством упругого элемента, и рычага лекальной формы, который периодически соединен с органом управления нормально замкнутого переключателя. Таким образом изобретение соответствует критерию "новизна". Сравнение изобретения не только с прототипом, но с другими техническими решениями в данной области техники не позволяет выявить в них признаки, отличающие изобретение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На чертеже показана схема тормозного устройства.

Тормозное устройство содержит затормаживаемый орган, например шарнирно установленный на опоре тормозной диск 1, и периодически соединенный с ним тормозящий орган, например тормозную колодку 2, которая закреплена посредством упругого элемента 3 на большом плече шарнирно установленного на опоре рычага 4, соединенного с опорой упругим элементом 5. Малое плечо рычага 4 изготовлено из токопроводящего материала, например, из металла, имеет лекальную форму и посредством электропривода в виде рабочего элемента 6 через электроизолятор 7, например керамический, соединено с опорой. Рабочий элемент 6 выполнен, например, в виде проволоки, изготовленной из материала, обладающего эффектом памяти формы, например из нитинола. Эффект памяти формы рабочего элемента 6 выражается в уменьшении длины при нагреве пропусканием тока и удлинении при охлаждении окружающей средой. Рабочий элемент 6 соединен с расположенным на опоре источником питания 8 посредством электроприводного лекального рычага 4, соответствующих проводов установленного на опоре нормально разомкнутого переключателя 9, который снабжен органом 10 управления и установленного на опоре нормально замкнутого переключателя 11, снабженного периодически соединенными с рычагом 4 органом 12 управления.

Тормозное устройство работает следующим образом.

Для включения тормозного устройства необходимо посредством воздействия на орган 10 управления замкнуть нормально разомкнутый переключатель 9. При этом на рабочий элемент 6 при замкнутом нормально разомкнутом переключателе 11 подается напряжение. Рабочий элемент 6 нагревается и, реализуя эффект памяти формы, переходит из мартенситного состояния в аустенитное, укорачиваясь в длине. Полученная при этом механическая работа расходуется на поворот рычага 4, что на начальной стадии вызывает деформацию упругого элемента 5, а затем после соприкосновения колодки 2 с диском 1 деформацию упругого элемента 3. Из-за полезного противодействия между диском 1 и тормозящей его колодкой 2 при повороте рычага 4 из-за лекального его строения, обеспечивающего соответствующее изменение плеча, действия силы нагрузки на рабочий элемент 6 по мере его укорачивания определенным образом убывает, что соответствует реализации условий протекания аустенитного превращения в режиме, близком к изотермическому, энергетически наиболее выгодному для тепломеханического преобразования. Данный процесс продолжается до тех пор, пока рычаг 4 не повернется настолько, чтобы путем взаимодействия с органом 12 управления не разомкнуть нормально замкнутый переключатель 11, прекратив таким образом электронагрев и вызвав охлаждение рабочего элемента 6 путем теплообмена с окружающей средой. Это ведет к реализации эффекта памяти формы, а именно начальной стадии мартенситного превращения, выражающейся в начале удлинения рабочего элемента 6 под действием упругих элементов 3 и 5. Однако это мартенситное превращение остается незавершенным, так как при продолжающемся тормозящем взаимодействии колодки 2 с диском 1 в определенный момент вследствие поворота рычаг 4 перестает воздействовать на орган 12 управления, и нормально замкнутый переключатель 11 замыкается. На рабочий элемент 6 подается напряжение, происходят его электронагрев и укорачивание из-за аустенитного превращения, которое вновь прерывается вследствие размыкающего воздействия рычага 4 на орган 12 управления коротко замкнутого переключателя 11. Рабочий элемент 6 охлаждается и начинает удлиняться под действием упругих элементов 3, 5, но в определенный момент рычаг 4 снова перестает воздействовать на орган 11 управления нормально замкнутого переключателя 11. При повторении такого нагрева и охлаждения рабочего элемента 6 диск 1 импульсивно останавливается колодкой 2, циклически изменяющей свой тормозящий нажим при замкнутом состоянии нормально разомкнутого переключателя 9. На практике это обеспечивает главное торможение в аварийной ситуации. Для отключения тормозного устройства прекращается внешнее воздействие на орган 10 управления нормально разомкнутого переключателя 9, что ведет к прекращению электронагрева рабочего элемента 6, охлаждению его окружающей средой и реализации эффекта памяти формы в виде мартенситного превращения. Это выражается в удлинении рабочего элемента 6 сначала при контакте колодки 2 с диском 1 под действием двух упругих элементов 3, 5, а затем при прекращении взаимодействия колодки 2 с диском 1 только под действием упругого элемента 5. Причем лекальное строение рычага 4 обеспечивает протекание мартенситного превращения в условиях, близких к энергетически наиболее выгодным, т. е. изотермическим, при которых нагрузка на рабочий элемент 6 по мере его удлинения определенным образом увеличивается. Далее тормозное устройство вновь готово к включению.

Предлагаемое тормозное устройство после воздействия на орган 10 управления нормально разомкнутого переключателя 9 обеспечивает плавную остановку транспортного средства независимо от состояния и натренированности управляющего им водителя. На практике, например, при остановке автомобиля в аварийной ситуации, это способствует предотвращению его заноса с потерей управления даже при резком включении тормозного устройства без использования сложных антиблокировочных приспособлений. Применение локального рычага 4 позволяет наивыгоднейшим образом эксплуатировать рабочий элемент 6, обладающий эффектом памяти формы, обеспечивая протекание сдвигового фазового превращения в условиях, близких к изотермическим, характеризуемым сложноорганизованным убыванием нагрузки на рабочий элемент 6 по мере аустенитного превращения и сложноорганизованным нарастанием нагрузки в процессе мартенситного превращения. Это ведет к повышению КПД тепломеханического преобразования и, как следствие, к экономии материала-носителя эффекта памяти формы и снижению его массы. Использование такого малоинерционного рабочего элемента 6, изготовленного, например, из имеющей высокую удельную поверхность тонкой нитиноловой проволоки, обладающей эффектом памяти формы, обеспечивает сокращение продолжительности мартенситного превращения путем ускорения теплообмена с окружающей средой. В результате повышается быстродействие тормозного устройства, что позволяет осуществлять с его помощью не только полную остановку, но и притормаживание, например, перед поворотом путем кратковременных нажатий водителем на орган 10 управления нормально разомкнутого переключателя 9. Исполнение переключателем 11 функций концевого выключателя отвечает условию самозащиты рабочего элемента 6 от перегрева, даже при использовании специально не приспособленного источника 8 питания.

Использование: в машиностроении, а именно для плавного экстренного торможения транспортных средств, например автомобилей. Сущность изобретения: тормозное устройство содержит соединенный с электроприводом 6 и снабженный органом управления 12 нормально замкнутый переключатель 11 и установленный между электроприводом 6 и тормозящим органом 2 упругий элемент 3, причем электропривод 6 выполнен в виде обладающего эффектом памяти формы рабочего элемента, периодически соединенного с органом управления 12 нормально замкнутого переключателя 11. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее снабженный электроприводом тормозящий орган и периодически соединяемый с ним затормаживаемый орган, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит соединенный с электроприводом, снабженный органом управления нормально замкнутый переключатель и установленный между электроприводом и тормозящим органом упругий элемент, при этом электропривод представляет собой обладающий эффектом памяти рабочий элемент, периодически соединяемый с органом управления нормально замкнутого переключателя. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упругий элемент соединен с рабочим элементом посредством рычага, имеющего лекальную форму.