БАРАБАННО-КОЛОДОЧНЫЙ ТОРМОЗ С ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 1998 года по МПК F16D65/78 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в тяжело нагруженных барабанно-колодочных тормозах подъемно-транспортных, дорожных и строительных машин, а также транспортных средств.

Известен термоэлемент, т.е. устройство, содержащее спай двух различных полупроводниковых стержней, на свободных (неспаянных) концах которых возникает электродвижущая сила постоянного тока, зависящая от разности температур спая и свободных концов. В термоэлементе возможно как прямое преобразование тепловой энергии в электрическую, так и обратное - электрической в тепловую [1]. В конструктивном плане этот термоэлемент нельзя использовать для охлаждения поверхностей трения барабанно-колодочного тормоза.

Известна охлаждаемая тормозная колодка, в которой одна из фрикционных накладок выполнена полой из теплопроводного материала, а корпус снабжен полыми ребрами, расположенными с его внутренней стороны, при этом полости накладок и ребер соединены между собой каналами и заполнены теплоносителем [2] . Данная конструкция охлаждаемой тормозной колодки имеет тот недостаток, что она может работать только при высокой теплонагруженности пар трения барабанно-колодочного тормоза.

Цель изобретения - повышение ресурса пар трения тормоза путем их интенсивного охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что охлаждающая система выполнена в виде прямоугольных тепловых трубок, установленных между ребрами тормозных колодок по их ширине и полупроводниковых стержней с проводимостями p-типа и n-типа, фрикционные накладки, распложенные в средней части колодок, выполнены полимерными, а расположенные по их краям - металлическими, причем одни концы полупроводниковых стержней установлены в полимерных фрикционных накладках тормозных колодок заподлицо с ними с возможностью образования горячего спая с рабочей поверхностью тормозного барабана, а другие концы полупроводниковых стержней расположены в контакте с тепловыми трубками.

По сравнению с аналогом и прототипом предложенное техническое решение имеет следующие отличительные существенные признаки:
с увеличением теплонагруженности пар трения барабанно-колодочного тормоза наблюдается повышение эффективности охлаждения за счет резкого роста удельной электрической проводимости полуэлементов, за счет эффекта "тепловой трубки"", вызванного ростом разности температур по ширине тормозной колодки;
простота и надежность системы охлаждающих устройств при любой теплонагруженности пар трения барабанно-колодочного тормоза;
возможность работы системы охлаждающих устройств в любых климатических условиях и загрязнении тормозных колодок;
повышается ресурс пар трения тормоза.

На фиг. 1 показан схематично продольный разрез барабанно-колодочного тормоза с охлаждением; на фиг. 2 - вид на тормозную колодку сверху; на фиг. 3 - поперечный разрез по А-А фиг. 2; на фиг. 4 - вынесенные тепловые трубки.

Барабанно-колодочный тормоз с охлаждением содержит тормозной барабан 1, тормозную колодку 2 с полимерными фрикционными накладками 3, прикрепленными к основанию 4 посредством металлических вставок 5, которые расположены на его краях. Последние выполнены из теплопроводного материала и в своей нижней части имеют соединение "ласточкин хвост", т.е. выступы 6, а в основании 4 - пазы 7. В своей верхней части вставки 6 имеют коническую форму 8. Теплопроводные вставки 5 расположены по ширине тормозной колодки 2 в виде "елочки" заподлицо фрикционных накладок 3. В межреберном пространстве тормозной колодки 3, т.е. в нижней части ребер 9, выполнены пазы 10, в которые установлены прямоугольные тепловые трубки 11 и 12, заполненные металлической теплопроводной стружкой и теплоносителем, вакуумированные и имеющие холодную (а) и горячую (б) зоны. Трубки 11 и пазы 10 установлены с помощью теплоизолированных вставок 13. Между ребрами 9 колодки 3 по ее ширине и периметру установлены термоэлементы, состоящие из полупроводниковых стержней 14 и 15 с проводимостями p-типа и n-типа, которые подключены параллельно-последовательно. Сверху стержни 14 и 15 находятся заподлицо полимерных фрикционных накладок 3 и образуют с тормозным барабаном 1 при торможении горячий спай. От основания 4 колодки 2 и фрикционных накладок 3 стержни 14 и 15 электроизолированы втулками 16. Снизу стержни 14 и 15 покрыты электроизоляционным слоем 17 и покоятся на верхних полках тепловых трубок 11.

Барабанно-колодочный тормоз с охлаждением работает следующим образом. При торможении фрикционные накладки 3 за счет перемещения тормозных колодок 2 взаимодействуют с тормозным барабаном 1. На рабочих поверхностях пар трения тормоза генерируется некоторое количество теплоты. Большая часть теплоты идет на нагревание тормозного барабана 1. Меньшая часть теплоты через теплопроводные вставки 5 передается основанию 4 колодки 2, ребрам 9 и от них непосредственно тепловым трубкам 12. Теплоту принимает теплоноситель в горячей зоне (б) тепловой трубки 12, в которой он испаряется и по капиллярной структуре (не показано) попадает в холодную зону (а), где конденсируется. В дальнейшем циклы тепловой трубки 12 повторяются. К тепловым трубкам 11 в горячей зоне (б) примыкают торцы стержней 14 и 15 и образуют свободные концы, имеющие температуру T₀. Поток теплоты, прошедший через полуэлементы 14 и 15, рассеивается излучением от поверхностей тепловых трубок 11 в окружающую среду, а также способствует работе самой трубки 11 по тем же циклам, что и тепловой трубки 12. Горячий спай (торцы полуэлементов 14 и 15 и рабочая поверхность тормозного барабана 1) имеет температуру T₁. Перепад температур T₁ и T₀ ведет к тому, что на свободных концах полуэлементов 14 и 15 возникает термо-э.д.с., которая при наличии замкнутой электрической цепи создает термоэлектрический ток.

Разрыв горячего спая термоэлементов 14 и 15 после завершения процесса торможения ведет к тому, что тепловая трубка 12 продолжает работать. При этом также идет рассеивание теплоты в окружающую среду дугообразными ребрами 18, до тех пор пока перепад температур между телом тормозной колодки 2 и тепловыми трубками 12 с одной стороны и тепловыми трубками 11 и свободными концами термоэлементов 14 и 15 - с другой не станет равным нулю при разомкнутом тормозе.

В дальнейшем при очередном торможении циклы охлаждения повторяются. При этом эффективность охлаждения пар трения барабанно-колодочного тормоза увеличивается с ростом температуры горячего спая полуэлементов 14 и 15, так как резко возрастает их удельная электрическая проводимость.

Снижение теплонагруженности пар трения барабанно-колодочных тормозов способствует повышению их эксплуатационных параметров и ресурса.

Источники информации
1. Прохоров А.М. и др. Советский энциклопедический словарь. -М.: Советская энциклопедия, 1985, с. 1313 (аналог).

2. SU, авторское свидетельство, кл. R 16 D 65/70, 1975.

Использование: изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в тяжело нагруженных барабанно-колодочных тормозах подъемно-транспортных, дорожных и строительных машинах, а также транспортных средствах. Сущность изобретения: тормоз содержит барабан, тормозные колодки с ребрами и фрикционными накладками. Между ребрами тормозных колодок расположена система охлаждения, включающая тепловые трубки и полупроводниковые стержни с проводимостями р- и n-типа, одни концы которых установлены во фрикционных накладках тормозных колодок заподлицо с ними с возможностью образования горячего спая с поверхностью тормозного барабана, а другие концы полупроводниковых стержней расположены в контакте с тепловыми трубками. 4 ил.

Барабанно-колодочный тормоз с охлаждением, содержащий тормозной барабан, тормозные колодки с ребрами и фрикционными накладками, охлаждающую систему, отличающийся тем, что охлаждающая система выполнена в виде прямоугольных тепловых трубок, установленных между ребрами тормозных колодок по их ширине и полупроводниковых стержней с проводимостями р-типа и n-типа, фрикционные накладки, расположенные в средней части колодок, выполнены полимерными, а расположенные по их краям - металлическими, причем одни концы полупроводниковых стержней установлены в полимерных фрикционных накладках тормозных колодок заподлицо с ними с возможностью образования горячего спая с рабочей поверхностью тормозного барабана, а другие концы полупроводниковых стержней расположены в контакте с тепловыми трубками.