ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНЫЙ ТОРМОЗ С ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 1998 года по МПК F16D65/813 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок.

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 ленточно-колодочного тормоза.

Известен охлаждаемый ленточно-колодочный тормоз, в котором в средней части внутренней стенки полостей шкива по его периметру выполнены симметричные сквозные отверстия, в которые установлены тепловые трубки, имеющие разъемный термоизоляционный канал, в перегородках которого расположены клапаны, а полость трубы заполнена теплоносителем [2].

Данная конструкция тормоза имеет тот недостаток, что ее тяжело вывести на режим охлаждения и она хорошо работает при высокой тепловой нагруженности пар трения ленточно-колодочного тормоза.

Цель изобретения - повышение долговечности пар трения ленточно-колодочного тормоза путем интенсивного их охлаждения.

Поставленная цель достигается тем, что в тормозе система охлаждения выполнена в виде полупроводниковых стержней с проводимостями n-типа и p-типа и радиаторов, причем полупроводниковые стержни радиально пропущены одними концами через тело шкива, расположены в два ряда по ширине шкива заподлицо с его рабочей поверхностью и теплоизолированы от него, вторые концы полупроводниковых стержней размещены со стороны нерабочей поверхности шкива и расположены в сепараторах, а радиаторы установлены со стороны вторых концов полупроводниковых стержней, при этом полупроводниковые стержни соединены между собой с возможностью обеспечения параллельно-последовательного соединения в результате образования горячего спая концами полупроводниковых стержней с металлическими фрикционными накладками тормозной ленты при торможении.

По сравнению с аналогами предложенное техническое решение имеет следующие существенные отличительные признаки:
с увеличением теплонагруженности пар трения ленточно-колодочного тормоза наблюдается повышение эффективности охлаждения за счет резкого роста удельной электрической проводимости полуэлементов;
простота и надежность охлаждения при любой теплонагруженности пар трения ленточно-колодочного тормоза;
возможность работы системы охлаждения в любых климатических условиях и загрязнении внутренней поверхности тормозного шкива;
повышается ресурс пар трения тормоза.

На фиг. 1 показан ленточно-колодочный тормоз с термоэлектрическим охлаждением, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1 (в увеличенном масштабе).

Ленточно-колодочный тормоз с термоэлектрическим охлаждением состоит из подъемного вала 1, барабана 2 и его диска 3, к которому посредством болтов 4 и гаек 5 крепится шкив 6. Рабочую поверхность 7 последнего охватывает тормозная лента 8, на которой распложены фрикционные накладки 9, выполненные из металлического порошка. Со стороны нерабочей поверхности 10 шкива 6 по периметру и в два ряда по его ширине установлены термоэлементы, состоящие из полупроводниковых стержней 11 и 12 с проводимостями n-типа и p-типа, которые подключены параллельно-последовательно. Сверху стерни 11 и 12 пропущены через тело шкива 6 заподлицо и теплоизолированы от него теплоизоляцией 13. Между собой стержни 11 и 12 в рядах по периметру шкива 6 связаны сепараторами 14. Внизу стержни 11 и 12, т.е. своими вторыми концами, контактируют по периметру шкива 6 с плоскими пластинами 15 (радиаторами), которые покоятся на электроизоляционном слое 16. За последним находятся плоские радиаторы 17 с поперечными ребрами 18.

Количество термоэлементов с их геометрическими параметрами, установленных в полость шкива 6, зависит от теплонагруженности пар трения ленточно-колодочного тормоза.

Ленточно-колодочный тормоз с термоэлектрическим охлаждением работает следующим образом. При торможении рабочая поверхность 7 шкива 6 взаимодействует с металлическими фрикционными накладками 9, благодаря перемещению тормозной ленты 8 кинетическая энергия, выделяемая в виде теплоты, аккумулируется в парах трения шкив-накладки. При этом рабочая поверхность 7 шкива 6 и торцы стержней 11 и 12 образуют горячий спай, который имеет температуру T₁. Поток теплоты, прошедшей через полуэлементы 11 и 12, рассеивается излучением от плоских радиаторов 17 с поперечными ребрами 18. Кроме того, свободные концы полуэлементов 11 и 12 имеют температуру T₀. Перепад температур T₁ и T₀ ведет к тому, что на свободных концах полуэлементов 11 и 12 возникает термо-э. д. с., которая при наличии замкнутой электрической цепи создает термоэлектрический ток.

После завершения процесса торможения происходит разрыв горячего спая термоэлементов 11 и 12, но зато идет интенсивный отвод теплоты от дугообразных радиаторов 17 с поперечными ребрами 18. Это продолжается до тех пор, пока перепад температур T₁ и T₀ не станет равным нулю.

В дальнейшем при очередном торможении циклы охлаждения повторяются. При этом эффективность охлаждения пар трения ленточно-колодочного тормоза увеличивается с ростом температуры горячего спая полуэлементов 11 и 12, так как резко возрастает их удельная электрическая проводимость.

Снижение теплонагруженности пар трения ленточно-колодочных тормозов способствует повышению их эксплуатационных параметров и ресурсов.

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

2.SU, авторское свидетельство, 545794, кл. F 16 D 65/813, 1977 (прототип).

Использование: изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. Сущность изобретения: тормоз содержит шкив, рабочая поверхность которого взаимодействует с металлическими фрикционными накладками тормозной ленты, систему охлаждения, выполненную в виде полупроводниковых стержней с проводимостями n- и p- типа и радиаторов. Одни концы полупроводниковых стержней расположены в теле шкива заподлицо с его рабочей поверхностью и образуют с ней горячий спай, а вторые концы покоятся на электроизоляционном слое, а за ними находятся плоские радиаторы с поперечными ребрами. 2 ил.

Ленточно-колодочный тормоз с термоэлектрическим охлаждением, содержащий тормозную ленту с металлическими фрикционными накладками, шкив и систему охлаждения, выполненную в виде полупроводниковых стержней с проводимостями n-типа и р-типа и радиаторов, причем полупроводниковые стержни радиально пропущены одними концами через тело шкива, расположены в два ряда по ширине шкива заподлицо с его рабочей поверхностью и теплоизолированы от него, вторые концы полупроводниковых стержней размещены со стороны нерабочей поверхности шкива и расположены в сепараторах, а радиаторы установлены со стороны вторых концов полупроводниковых стержней, при этом полупроводниковые стержни соединены между собой с возможностью обеспечения параллельно-последовательного соединения в результате образования горячего спая концами полупроводниковых стержней с металлическими фрикционными накладками тормозной ленты при торможении.