УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАВНИВАНИЯ ТЕПЛОНАГРУЖЕННОСТИ БАРАБАННО-КОЛОДОЧНЫХ ТОРМОЗОВ МНОГОСТРУЙНЫМИ ЭЖЕКТОРАМИ ОХЛАЖДЕНИЯ И СПОСОБ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК B60T5/00 F16D65/82 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в барабанно-колодочных тормозах транспортных средств, дорожных и строительных машинах.

Известен барабанно-колодочный тормоз, в котором охлаждающее устройство выполнено в виде многоструйного эжектора с соплами различного диаметра, установленными в радиальных перегородках межреберного обьема тормозной колодки. Диаметр сопел увеличивается от входа в полость основания колодки охлаждающего воздуха к ее выходу. Сквозные отверстия в основании колодки и их фрикционных накладках сообщены с зазорами между соплами. Полости самоприжимной и самоотжимной тормозных колодок связаны между собой трубопроводом, один из которых посредством тройника подключен к дополнительной пневматической системе транспортного средства. Из последней подается сжатый воздух в многоструйный эжектор охлаждения для снижения теплонагруженности пар трения барабанно-колодочных тормозов /1, аналог, а.с. 1707348 А1, кл. F 16 D 65/82, за 1992/.

Данная конструкция охлаждающего устройства имеет следующие недостатки: удалены зазоры между соплами от щелевых отверстий фрикционных накладок, что снижает эффективность охлаждения; наличие трубопроводов между тормозными колодками увеличивает гидравлические сопротивления движению сжатого воздуха; нельзя достигнуть выравнивания теплонагруженности пар трения каждой тормозной колодки в отдельности; не обеспечивается подача сжатого воздуха под разным давлением в многоструйные эжекторы тормозных колодок.

Известен барабанно-колодочный тормоз с воздушным устройством для охлаждения пар трения транспортных средств. В устройстве сжатый воздух из дополнительной пневматической системы через тройник, вмонтированный в тормозном диске, по трубопроводам, подключенным к цилиндрическим соплам, пропущенным через отверстия в основаниях колодок и во фрикционных накладках, попадает на трущиеся поверхности тормоза и их охлаждает /2, прототип, а.с. 407764, кл. В 60 T 5/00, за 1973/.

Данному техническому решению присущи следующие недостатки: охлаждение пар трения тормоза производится порциями сжатого воздуха, т.е. нельзя его использовать многократно; сжатый воздух следует постоянно тщательно очищать; не достигается выравнивание поверхностных температур пар трения каждой тормозной колодки.

Цель изобретения - повышение эксплуатационных параметров тормоза и ресурса его пар трения путем выравнивания поверхностных температур рабочих деталей при их интенсивном охлаждении.

Поставленная цель достигается тем, что воздушное охлаждающее устройство выполнено в виде сопел Лаваля, расположенных с зазорами между собой в основаниях тормозных колодок в два ряда и соединенных между собой в их носочной и пяточной части заукругленными каналами переменного сечения, что и составляет многоструйные эжекторы, зазоры между соплами которых связаны со щелевыми отверстиями во фрикционных накладках, но при этом поперечное сечение отверстий в соплах увеличивается со стороны носочной части тормозной колодки до ее пяточной части. Способ выравнивания теплонагруженности барабанно-колодочных тормозов состоит в том, что сжатый воздух, подаваемый по трубопроводу воздушной системы перед обратным клапаном сопла многоструйного эжектора самоприжимной и самоотжимной колодок, имеет разное давление, определяемое соотношением 1,25-1,4 как отношение средней теплонагруженности самоприжимной к самоотжимной тормозной колодке, и при этом каждое сопло имеет такую длину с учетом кривизны основания тормозной колодки, что границы разрежения струи в каждом сопле приближены к зазору между соплами, что способствует увеличению количества отсасываемого воздуха в виде дополнительного потока из объема между парами трения тормоза.

По сравнению с аналогом и прототипом предложенное техническое решение имеет следующие существенные отличительные признаки:
- достигнуто приближение зазора между соплами Лаваля к щелевым отверстиям фрикционных накладок, что существенно увеличит количество отсасываемого воздуха, составляющего дополнительный поток, в основной поток сжатого воздуха за счет эффекта разрежения;
- длина каждого сопла имеет переменную величину, которая устанавливается с учетом кривизны основания тормозной колодки, на котором смонтирован многоструйный эжектор, что позволяет графическим методом приблизить границу разрежения струи в каждом сопле к зазору между соплами, соединенными со щелевыми отверстиями во фрикционных накладках;
- обеспечивается за счет автономных многоструйных эжекторов, вмонтированных в самоприжимной и самоотжимной тормозных колодках, в которых циркулирует сжатый воздух, независимое охлаждение рабочих поверхностей фрикционных накладок;
- достигается выравнивание теплонагруженности пар трения самоприжимной и самоотжимной тормозных колодок (отношение по средним поверхностным температурах фрикционных накладок составляет 1,25-1,4) за счет:
- установки ряда сопел с меньшим поперечным сечением отверстий под фрикционные накладки (как более теплонагруженных) со стороны защемления обода барабана с фланцем и ряда сопел с большим поперечным сечением отверстий под фрикционные накладки (как менее теплонагруженных) со стороны свободного края обода барабана;
- подачи в их многоструйные эжекторы сжатого воздуха в самоприжимную тормозную колодку в 1,25-1,4 раза больше, чем в самоотжимную;
- возможность работы в любых климатических условиях;
- повышаются эксплуатационные параметры тормоза, а также ресурс его пар трения.

На фиг. 1 показан барабанно-колодочный тормоз с охлаждением; на фиг.2 показана самоприжимная тормозная колодка с ободом барабана; на фиг.3 - поперечный разрез А-А на фиг.2, на фиг.4 - вид Б на фиг.2; на фиг.5 - спектры струи сжатого воздуха, циркулирующего в многоструйном эжекторе охлаждения.

Барабанно-колодочный тормоз с многоструйными эжекторами охлаждения содержит тормозной барабан 1, с которым при торможении взаимодействуют фрикционные накладки 2 набегающими 3 и сбегающими 4 поверхностями самоприжимной 5 и самоотжимной 6 тормозных колодок, имеющих носочную 7 и пяточную 8 части. Тормозные колодки 5 и 6 приводятся в действие с помощью разжимного кулака 9. Фрикционные накладки 2 крепятся к основанию 10 тормозных колодок с помощью заклепок 11. В основании 10 тормозных колодок по их длине установлены в два ряда (а и б) сопла Лаваля 12 с зазором 13 между собой. Ряды сопел в носочной 7 и пяточной 8 части колодок соединены между собой закругленными каналами 14 и 15 переменного сечения, что и составляет многоструйный эжектор 16. При этом в нем поперечное сечение отверстий в соплах 12 увеличивается со стороны носочной части 7 тормозных колодок до их пяточной части 8. Перед входом в сопло 17, имеющее минимальный диаметр, в перегородку 18 вмонтирован обратный клапан 19. Зазоры 13 между соплами 12 соединены со щелевыми отверстиями 20, выполненными во фрикционных накладках 2. Между нерабочими поверхностями накладок 2 и рабочими поверхностями основания 10 колодок установлена резиновая прокладка 21 для герметизации соединения. Трубопровод 22, на входном конце которого установлен обратный клапан 23, с помощью штуцеров 24 подключен к входу в сопло 17 самоприжимной 5 и самоотжимной 6 колодок. Второй конец трубопровода 22, идущий от каждой колодки, подключен раздельно к переходнику 25, расположенному на тормозном диске 26.

Способ выравнивания теплонагруженности пар трения барабанно-колодочных тормозов многоструйными эжекторами охлаждения состоит в следующем. Сжатый воздух, подаваемый от дополнительной системы по трубопроводам 22 независимо в многоструйный эжектор 16 самоприжимной 5 и самоотжимной 6 колодок, имеет разное давление, которое отличается в 1,25-1,4 раза (на величину отношения средней теплонагруженности названных выше колодок). Это обстоятельство вызывает разное количество циркуляций сжатого воздуха в многоструйном эжекторе 16 каждой тормозной колодки, а следовательно, и количество отсасываемого воздуха из объема между парами трения тормоза, что приводит к выравниванию их теплонагруженности.

Что касается спектра струи сжатого воздуха, циркулирующего в многоструйном эжекторе 16 каждой тормозной колодки, то о нем можно сказать следующее. По мере падения давления сжатого воздуха после процессов "сжатия - расширения" система скачков струи на выходе из каждого сопла постепенно перестраивается. На оси струи в первом сопле 17 (фиг.5) сохраняется прямой скачок ВВ₁, скорость за которым дозвуковая. В то же время в следующем сопле в самой струе образуется как бы меньшее сопло Лаваля по длине (по сравнению с первым соплом 17), границами которого служат линии раздела АВ и А₁В₁. При этом кольцевая периферийная часть струи несколько отличается от классической в связи с тем, что выходной диаметр первого сопла 17, равен входному диаметру последующего сопла. Это обстоятельство существенно увеличивает радиус кривизны кольцевой периферийной части струи. В последней наблюдается "висячий скачок", не примыкающий к срезу первого сопла 17 и криволинейный скачок СВВ₁С₁, отражающийся от границы разрежения. Чем ближе граница разрежения струи к зазору 13 (dx) между соплами, сообщающихся со щелевыми отверстиями 20 во фрикционных накладках 2, тем больше воздуха (дополнительный воздушный поток) будет засасываться из объема между парами трения в струю циркулирующего сжатого воздуха (основной поток) в многоструйный эжектор 16. В дальнейшем струя вновь разбухает, и от ее границы отходят волны сжатия, пересекающиеся в ядре струи. В результате чего образуется конический скачок EFF₁, который замыкает волну разрежения, и не выходящий за границу струи в точках F и F₁.

Таким образом, падение давления потока сжатого воздуха в многоструйном эжекторе 16 происходит за счет попадания в него дополнительного воздушного потока, а также приближения границы разрежения струи в каждом сопле к зазору 13 (dx) между ними, что способствует в конечном итоге увеличению количества отсасываемого воздуха из объема между парами трения тормоза через щелевые отверстия 20 во фрикционных накладках 2 в основной поток сжатого воздуха. Это привело к повышению эффективности охлаждения пар трения барабанно-колодочного тормоза и к выравниванию их поверхностных температур.

Барабанно-колодочный тормоз с устройством и способом для выравнивания теплонагруженности его пар трения многоструйными эжекторами работает следующим образом. При торможениях разжимной кулак 9 с помощью привода (не показан) разводит тормозные колодки, и при этом их фрикционные накладки 2 взаимодействуют с ободом тормозного барабана 1. В результате чего на трущихся поверхностях тормоза генерируется значительное количество теплоты, имеющего неравномерную закономерность изменения как по ширине, так и по длине фрикционных накладок 2. Поэтому необходимо пары трения не только охлаждать принудительно, но и выравнивать их поверхностные температуры. Для этого сжатый воздух порциями по трубопроводу 22 под разным давлением подается в сопло 17. После чего срабатывает обратный клапан 23 и отключает дополнительную систему подачи воздуха от многоструйного эжектора 16. Сопло 17 имеет наименьший диаметр, и согласно закону Бернулли воздух, находящийся в объеме между парами трения, через щелевые отверстия 20 во фрикционных накладках 2 засасывается через зазор 13 между соплами в последующее сопло. Ускоренная воздушная струя проходит далее сквозь втрое сопло, третье и так далее, повторяя тем самым процессы отсасывания воздуха из объема между парами трения, способствуя тем самым их охлаждению, и при этом из зоны трения происходит удаление продуктов износа. После первой циркуляции сжатого воздуха он подходит к перегородке 18 сопла 17 и открывает обратный клапан 19, что позволяет воздуху совершать следующую циркуляцию по каналам многоструйного эжектора 16. Обратный клапан 19 отрегулирован на давление сжатого воздуха 0,12 МПа. После завершения циркуляции сжатого воздуха в многоструйном эжекторе 16, т.е. падении его давления, он через зазоры 18 между соплами и щелевые отверстия 20 во фрикционных накладках 2 попадает в объем между парами трения и их охлаждает. После чего в многоструйный эжектор 16 подается новая порция сжатого воздуха, и процессы охлаждения пар трения тормоза повторяются.

При торможении, когда взаимодействуют рабочие поверхности барабана 1 и накладок 2, охлаждающие устройства тормозных колодок создают большее по величине разрежение между ними, чем при разомкнутом тормозе, что предотвращает возникновению окисных пленок на их поверхностях и способствует улучшению износофрикционных свойств пар трения.

Выравнивание поверхностных температур пар трения барабанно-колодочных тормозов достигается за счет:
- неодинакового эффекта охлаждения многоструйным эжектором 16 набегающих 3 и сбегающих 4 поверхностей фрикционных накладок 2, а также сторон накладок 2, находящихся под рядом сопел (а) со стороны защемления обода барабана 1 с фланцем и рядом сопел (б) со стороны его свободного края; при этом поперечное сечение отверстий сопел в ряде (а) от носочной части 7 тормозной колодки в сторону пяточной ее части 8 увеличивается, а в ряде (б) наблюдается противоположная картина; варьирование поперечными сечениями отверстий сопел в рядах (а и б) позволяет, соответственно, уменьшать и увеличивать скорости движения воздушных потоков при термодинамических процессах "сжатия - расширения" и "расширения - сжатия" сжатого воздуха;
- подачей в многоструйные эжекторы 16 самоприжимной 5 и самоотжимной 6 тормозных колодок сжатого воздуха под разным давлением, что при их неодинаковой теплонагруженности дает разный эффект охлаждения.

Кроме того, применение охлаждающих устройств позволяет влиять на продольную циркуляцию воздуха в объеме между парами трения, т.е. изменять направление и скорость движения потока воздуха, что интенсифицирует воздухообмен и, как следствие, снижает теплонагруженность пар трения.

Таким образом, применение автономных многоструйных эжекторов в самоприжимной и самоотжимной тормозных колодках позволяет выравнивать теплонагруженность пар трения за счет их эффективного охлаждения и улучшить эксплуатационные параметры тормоза в целом.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в барабанно-колодочных тормозах транспортных средств, дорожных и строительных машинах. Устройство выполнено в виде сопел Лаваля, расположенных с зазорами между собой в основаниях тормозных колодок в два ряда и соединенных между собой в их носочной и пяточной части закругленными каналами переменного сечения, что и составляет многоструйный эжектор, зазоры между соплами которых сообщены со щелевыми отверстиями во фрикционных накладках, но при этом поперечное сечение отверстий в соплах увеличивается со стороны носочной части тормозной колодки до ее пяточной части. Способ выравнивания теплонагруженности барабанно-колодочных тормозов состоит в том, что сжатый воздух, подаваемый по трубопроводу воздушной системы перед обратным клапаном сопла многоструйного эжектора самоприжимной и самоотжимной колодки, имеет разное давление, определяемое соотношением 1,25-1,4 как отношение средней теплонагруженности самоприжимной к самоотжимной тормозной колодке, и при этом каждое сопло имеет такую длину с учетом кривизны основания тормозной колодки, что границы разрежения струи в каждом сопле приближены к зазору между соплами, что способствует увеличению количества отсасываемого воздуха в виде дополнительного потока из объема между парами трения тормоза. Применение предложенного технического решения позволит повысить эксплуатационные параметры тормоза, уменьшить термические напряжения в ободе тормозного барабана и увеличить ресурс его пар трения. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для выравнивания теплонагруженности барабанно-колодочных тормозов многоструйными эжекторами охлаждения содержит тормозной барабан, самоприжимную и самоотжимную тормозные колодки с носочной и пяточной частями, на которых расположены фрикционные накладки с набегающими и сбегающими поверхностями, и воздушную систему охлаждения, сопла которой находятся в основаниях тормозных колодок, включающих в себя трубопровод с обратным клапаном и перегородку в сопле с обратным клапаном, вмонтированного в минимальное поперечное сечение отверстия сопла, отличающееся тем, что сопла Лаваля расположены с зазорами между собой в основаниях тормозных колодок в два ряда и соединены в их носочной и пяточной части закругленными каналами переменного сечения, что и составляет многоструйный эжектор, зазоры которого, в свою очередь, сообщены со щелевыми отверстиями во фрикционных накладках, но при этом поперечное сечение отверстий в соплах увеличивается со стороны носочной части тормозной колодки до ее пяточной части. 2. Способ выравнивания теплонагруженности барабанно-колодочных тормозов многоструйными эжекторами охлаждения состоит в том, что сжатый воздух, подаваемый по трубопроводу воздушной системы перед обратным клапаном сопла многоструйного эжектора самоприжимной и самоотжимной колодок, имеет разное давление, определяемое соотношением 1,25-1,4, как отношение средней теплонагруженности самоприжимной к самоотжимной тормозной колодке, и при этом каждое сопло имеет такую длину с учетом кривизны основания тормозной колодки, что границы разрежения струи в каждом сопле приближены к зазору между соплами, что способствует увеличению количества отсасываемого воздуха из объема между парами трения тормоза.