УСТРОЙСТВА ДЛЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ПАР ТРЕНИЯ БАРАБАННО-КОЛОДОЧНЫХ ТОРМОЗОВ И СПОСОБ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК F16D65/82 

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

Известны барабанно-колодочные тормоза, в которых охлаждающие системы выполнены в виде многоструйных эжекторов с соплами различного диаметра, установленными в радиальных перегородках межреберного объема тормозной колодки /1, аналог, а.с. 1707348 А1, кл. F 16 D 15/82 за 1992 г./, а в другой конструкции непосредственно в основании тормозной колодки /2, аналог, заявка 9810157 с приоритетом от 02.02.1998 г./. В первой конструкции диаметр сопел увеличивается от входа в полость основания колодки охлаждающего воздуха к ее выходу, а во второй - от носочной части колодки до ее пяточной. Сквозные щелевые отверстия в основании колодки и их фрикционных накладках сообщены с зазорами между ними соплами. Системы многоструйных эжекторов охлаждения запитаны сжатым воздухом от дополнительной пневматической системы транспортного средства. Данные конструкции охлаждающих систем имеют существенные недостатки: удалены зазоры между соплами от щелевых отверстий накладок, что снижает эффективность охлаждения; наличие трубопроводов между тормозными колодками увеличивает гидравлические сопротивления движению сжатого воздуха (в первой конструкции); нельзя достигнуть выравнивания теплонагруженности пар трения каждой фрикционной науладки в отдельности; не обеспечивается подача сжатого воздуха под разным давлением в многоструйные эжекторы колодок (в первой конструкции).

Известен способ выравнивания теплонагруженности барабанно-колодочных тормозов многоструйными эжекторами, состоящий в том, что давление сжатого воздуха, подаваемого в систему охлаждения самоприжимной колодки, в 1,25-1,4 раза больше, чем подаваемое в систему самоотжимной колодки /2, аналог, заявка 9810157 с приоритетом от 02.02.1998 г./. Однако такой способ выравнивания теплонагруженности имеет тормоза отдельно по накладкам и их частям.

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 тормозной диск, по трубопроводам, подключенным к цилиндрическим соплам, пропущенным через отверстия в основаниях колодок и во фрикционных накладках, попадает на трущиеся поверхности тормоза и их охлаждает /3, прототип, а.с. 407764, кл. В 60 T 5/00 за 1973 г./.

Известен барабанно-колодочный тормоз, в котором тормозной барабан имеет радиальные канавки, расположенные соосно каналам накладок, а устройство для отвода сжатого воздуха выполнено в виде концентричного барабану экрана, образующего с ним кольцевую полость, сообщающуюся с атмосферой /4, прототип, а. с. 491801, кл. F 16 В 65/82 за 1975 г./. Данным техническим решениям 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 тормоза отдельно по накладкам, в частности по набегающим и сбегающим их поверхностях.

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

Поставленная цель достигается тем, что внутренние охлаждающие устройства размещены по ширине и длине в каждой фрикционной накладке на величине допустимого ее износа и выполнены в виде сопел, имеющим форму пирамид с неравнобочными трапециями в основаниях, поперечные сечения которых увеличиваются со стороны защемления обода барабана с фланцем до его свободного края, но при этом каждые два ряда сопел соединены между собой каналами, а зазоры между соплами, в свою очередь, с поперечными отверстиями в накладках, образуя таким образом замкнутый циркуляционный контур для сжатого воздуха, т.е. многоструйный эжектор.

Внешнее охлаждающее устройство содержит сопла, размещенные равномерно на наружной поверхности обода тормозного барабана со стороны свободного края на 1/3 его ширины и при этом они выполнены в виде наклонных усеченных пирамид с прямоугольными основаниями, а в теле обода выполнены продольные щелевые отверстия, находящиеся на выходе из сопла, т.е. после его минимального поперечного сечения.

Способ термостабилизации барабанно-колодочного тормоза многоструйными эжекторами охлаждения состоит в том, что для сжатого воздуха, циркулирующего в контурах многоструйных эжекторов фрикционных накладок самоприжимной и самоотжимной тормозных колодок, расположенных со стороны защемления обода с фланцем, соблюдается соотношение давлений 1,225:1, а со стороны свободного края обода 1:0,8, обеспечивая при этом отбор из объема между парами трения неодинакового количества воздуха через равномерно размещенные поперечные щелевые отверстия накладок, а также дополнительным подводом воздуха, омывающего наружную поверхность обода тормозного барабана, в объем между парами трения, способствуя тем самым термостабилизации рабочих поверхностей тормоза.

По сравнению с аналогами и прототипами предложенное техническое решение имеет следующие существенные отличительные признаки:
- достигнуто приближения зазора между соплами к поперечным щелевым отверстиям накладок за счет их размещения и выполнения в теле накладок, что существенно увеличивает количество отсасываемого воздуха в основной поток сжатого воздуха за счет эффекта разрежения;
- достигнута целенаправленная подача воздуха, омывающего наружную поверхность обода тормозного барабана через сопла и продольные щелевые отверстия в нем для интенсификации воздухообмена в зазоре между парами трения тормоза, а следовательно, и повышения эффективности охлаждения;
- обеспечивается неравномерное охлаждение пар трения за счет циркуляции основного потока сжатого воздуха и подсоса воздуха из зазора между парами трения в контурах многоструйных эжекторов фрикционных накладок;
- достигнуто выравнивание теплонагруженности пар трения самоприжимной и самоотжимной тормозных колодок за счет подачи сжатого воздуха под разным давлением в каждый циркуляционный контур многоструйного эжектора фрикционной накладки;
- возможна работа в любых климатических условиях;
- повышаются эксплуатационные параметры тормоза, а также ресурс его пар трения.

На фиг.1 показан барабанно-колодочный тормоз с многоструйными эжекторами охлаждения; на фиг. 2 показана самоприжимная тормозная колодка с ободом тормозного барабана; на фиг.3 - поперечный разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - циркуляционный контур многоструйных эжекторов охлаждения фрикционной накладки; на фиг.5 - вид на самоприжимную колодку сверху; на фиг.6 - вид камеры сопла фрикционной накладки; на фиг.7 - вид камеры сопла, расположенного на ободе тормозного барабана.

Барабанно-колодочный тормоз с устройствами охлаждения содержит тормозной барабан 1, на наружной поверхности 2 которого установлены сопла 3, размещенные на ней равномерно со стороны свободного края обода на 1/3 его ширины. Сопла 3 выполнены в виде наклонных усеченных пирамид с прямоугольными основаниями. При этом в ободе барабана выполнены продольные щелевые отверстия 4, расположенные на выходе из сопла 3, т.е. после его минимального поперечного сечения. С тормозным барабаном 1 при торможении взаимодействуют фрикционные накладки 5 набегающими 6 и сбегающими 7 поверхностями самоприжимной 8 и самоотжимной 9 тормозных колодок, имеющих носочную 10 и пяточную 11 части. Тормозные колодки 8 и 9 приводятся в действие с помощью разжимного кулака 12. Фрикционные накладки 5 крепятся к основанию 13 с помощью заклепок 14. При этом между рабочей поверхностью основания 13 и нерабочих поверхностей накладок 5 установлена резиновая прокладка 15 для обеспечения герметизации соединения. Во фрикционных накладках 5 со стороны нерабочей поверхности на глубине их допустимого износа по длине в четыре ряда выполнены сопла 16 в виде усеченных пирамид с неравнобочными трапециями в основаниях с зазорами 17 между собой. Ряды сопел в набегающей 6 и сбегающей 7 поверхности накладок 5 соединены между собой закругленными каналами 18 и 19 переменного сечения, что и составляет многоструйный эжектор 20. При этом в нем поперечные сечения отверстий в первом ряду (I) сопел 16, размещенных со стороны защемления обода барабана 1 с фланцем, уменьшается со стороны носочной части 10 колодок до сбегающей поверхности 7 первой накладки и от набегающей поверхности 6 второй накладки до пяточной части 10 колодок. Во втором ряду (II) сопел 16 наблюдается противоположная картина. Сопла 16 в рядах I и II не смещены одно относительно другого, а смещены только в эжекторах. Перед входом в сопло 21 установлена подвижная заслонка 22 одностороннего действия. Зазоры 17 между соплами 16 соединены с поперечными щелевыми отверстиями 23, выполненными во фрикционных накладках 5. Трубопровод 24, на входном конце которого установлен обратный клапан 25, с помощью штуцеров 26 подключен к входу в сопла 21 носочной части 10 колодок (первая накладка) и пяточной части 11 колодок (вторая накладка). Второй конец трубопровода 24, идущий от каждой фрикционной накладки, подключен раздельно к переходнику 26, расположенному на тормозном диске 27.

Способ термостабилизации пар трения барабанно-колодочного тормоза охлаждающими устройствами заключается в следующем. Сжатый воздух, подаваемый независимо от дополнительной системы по трубопроводам 24 в многоструйные эжектора накладок 5, имеет разное давление, которое отличается следующими соотношениями: на самоприжимной 8 и самоотжимной 9 колодках со стороны защемления обода с фланцем справедливо соотношение 1,225:1, а со стороны свободного края обода для указанных выше колодок оно составляет 1:0,8. Такое соотношение давлений сжатого воздуха получено в результате экспериментальных исследований теплонагруженности пар трения барабанно-колодочных тормозов транспортных средств. Приведенное соотношение отличий давлений сжатого воздуха, циркулирующего в многоструйных эжекторах фрикционных накладок 5 самоприжимной 8 и самоотжимной 9 колодок, вызывает разное количество циркуляций сжатого воздуха в них, а следовательно, и количество отсасываемого воздуха из объема между парами трения тормоза, что приводит к выравниванию их теплонагруженности. При этом происходит падение давления потока сжатого воздуха в циркуляционных контурах многоструйных эжекторов фрикционных накладок 5 за счет попадания в него дополнительного воздушного потока, интенсифицируемого, в свою очередь, воздухом, омывающим наружную поверхность обода тормозного барабана 1 за счет сопел 3 и продольных щелевых отверстий 4 в его теле, а также приближением границы разрежения струи в каждом сопле 16 в многоструйном эжекторе к зазору 17 между ними, что вызывает в конечном итоге увеличение количества отсасываемого воздуха из объема между парами трения тормоза через поперечные щелевые отверстия 23 во фрикционных накладках 5 в основной поток сжатого воздуха, циркулирующего в многоструйных эжекторах. Это способствует повышению эффективности охлаждения пар трения барабанно-колодочного тормоза и к выравниванию их поверхностных температур.

Барабанно-колодочный тормоз с охлаждающими устройствами работает следующим образом. При торможениях разжимной кулак 12 с помощью привода (не показан) разводит тормозные колодки 8 и 9 и при этом фрикционные накладки 5 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 накладок 5. Поэтому необходимо пары трения не только принудительно охлаждать, но и обеспечивать термостабилизацию их поверхностных температур.

Специфика эксплуатации транспортного средства и использования барабанно-колодочных тормозов в городских и горных условиях выделяет три режима работы охлаждающих устройств их пар трения.

Первый режим охлаждения является наиболее характерным для движущегося транспортного средства или совершающего притормаживания, т.е. для случаев, когда тормозной барабан 1 вращается. При вращении тормозного барабана 1 с соплами 3 омывающий воздух захватывается их расширенной частью и по мере уменьшения поперечного сечения сопел 3 его скорость увеличивается. При этом давление омывающего воздуха падает. В дальнейшем скорость воздуха еще больше увеличивается при его прохождении через продольные щелевые отверстия 4 в ободе барабана 1. После чего омывающий воздух попадает в зазор между парами трения тормоза и вытесняет воздух из объема между ними, увеличивая тем самым воздухообмен, и как следствие, эффективность естественного охлаждения пар трения барабанно-колодочного тормоза. В то же время при некоторой скорости вращения тормозного барабана 1 возможно попадание омывающего воздуха в поперечные щелевые отверстия 23 фрикционных накладок 5.

Второй режим охлаждения характеризуется работой многоструйных эжекторов охлаждения фрикционных накладок 5 тормоза. Для этого сжатый воздух порциями по трубопроводу 24 под разным давлением подается в сопло 21. После чего срабатывают обратные клапаны 25 и отключают дополнительную систему подачи воздуха от многоструйных эжекторов 20 накладок 5. В этом случае сжатый воздух начинает циркулировать по камерам 16 эжекторов 20. При этом согласно закону Бернулли воздух, находящийся в объеме между парами трения, а также при помощи омывающего воздуха наружную поверхность обода барабана 1 (см. первый режим охлаждения) через поперечные щелевые отверстия 23 в накладках 5 засасывается через зазоры 17 между соплами 16 в последующее сопло. Ускоренная воздушная струя проходит далее сквозь второе сопло, третье и так далее, повторяя тем самым процессы омывания воздухом 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 подвижной заслонке 22 и ее приподнимает, что позволяет ему совершать следующую циркуляцию по каналам многоструйных эжекторов 20. После завершения циркуляций сжатого воздуха в многоструйных эжекторах 20, т.е. падения его давления, он через зазоры 17 между соплами 16 и поперечные щелевые отверстия 23 во фрикционных накладках 5 попадает в объем между парами трения и их охлаждает. После чего в многоструйные эжекторы 20 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 накладок 5 создают большее по величине разрежение между ними, чем при разомкнутом тормозе, что предотвращает возникновение окисных пленок на их поверхностях и способствует улучшению износофрикционных свойств пар трения.

Второй режим охлаждения пар трения тормоза является наиболее эффективным, поскольку на него работает и первый режим охлаждения.

Третий режим охлаждения может быть реализован при кратковременных остановках транспортных средств, когда теплонагруженность пар трения тормозов является достаточно высокой путем подачи сжатого воздуха в контуры многоструйных эжекторов 20 фрикционных накладок 5.

Термостабилизация поверхностных температур пар трения барабанно-колодочных тормозов транспортных средств достигается за счет:
- неодинакового эффекта охлаждения многоструйными эжекторами 20 набегающих 6 и сбегающих 7 поверхностей накладок 5, а также их сторон самоприжимной 8 и самоотжимной 9 колодок, находящихся под рядом сопел 16 эжектора 20 со стороны защемления обода барабана 1 с фланцем и под рядом сопел 16 эжектора со стороны его свободного края; при этом поперечное сечение отверстий сопел 16 в многоструйных эжекторах накладок 5 уменьшается от свободного края обода барабана 1 до его защемления с фланцем; варьирование поперечными сечениями отверстий сопел 16 в многоструйных эжекторах накладок 5 позволяет соответственно увеличивать и уменьшать скорости движения воздушных потоков при термодинамических процессах "сжатия - расширения" и "расширения - сжатия" сжатого воздуха;
- подачей в многоструйные эжекторы 20 накладок 5 самоприжимной 8 и самоотжимной 9 колодок со стороны защемления обода с фланцем сжатого воздуха под давлением при соотношения 1,225:1, а со стороны свободного края обода 1:0,8, что при их неодинаковой теплонагруженности обеспечивает термостабилизацию поверхностей пар трения.

Кроме того, применение внешнего и внутреннего 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 внешних устройств охлаждения, смонтированных на ободе тормозного барабана в виде сопел, и внутренних устройств охлаждения в виде многоструйных эжекторов, вмонтированных во фрикционные накладки самоприжимной и самоотжимной тормозных колодок барабанно-колодочного тормоза транспортного средства при нахождении его в любом состоянии позволяет выравнивать теплонагруженность пар трения за счет их эффективного охлаждения и улучшить эксплуатационные параметры тормоза в целом.

Источники информации
1. А.с. 1707348 А1, кл. F 16 D 65/82, 1992, БИ 3 (аналог).

2. Заявка на изобретение 9810157, приоритет 02.02.1998 (аналог).

3. А.с. 407764, кл. В 60 T 5/00, 1973, БИ 47 (прототип).

4. А.с. 491801, кл. F 16 D 65/82, 1975, БИ 42 (прототип).

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в высоконагруженных барабанно-колодочных тормозах. Устройство содержит тормозной барабан, тормозные колодки и принудительные воздушные устройства охлаждения, сопла различных типов которых находятся во фрикционных накладках и снаружи обода тормозного барабана. Новым является то, что в теле каждой фрикционной накладки по ширине и длине на величине допустимого ее износа выполнены воздушные устройства охлаждения в виде сопел, имеющих форму усеченных пирамид с неравнобочными трапециями в основаниях, поперечные сечения которых увеличиваются со стороны защемления обода барабана с фланцем до его свободного края. Каждые два ряда сопел соединены между собой продольными каналами, а зазоры между соплами - с поперечными щелевыми отверстиями в накладках, образуя таким образом замкнутый циркуляционный контур для сжатого воздуха. Новым в способе термостабилизации барабанно-колодочного тормоза является то, что для сжатого воздуха, циркулирующего в контурах многоструйных эжекторов фрикционных накладок тормозных колодок, расположенных со стороны защемления обода с фланцем, соблюдается соотношение давлений 1,225:1, а со стороны свободного края обода 1:0,8, обеспечивая при этом отбор неодинакового количества воздуха из объема между парами трения через равномерно размещенные поперечные щелевые отверстия фрикционных накладок, а также принудительной подаче воздуха, омывающего наружную поверхность обода барабана, в объем между парами трения. Техническим результатом является существенное улучшение эксплуатационных параметров тормоза, его надежности и повышение ресурса его фрикционных узлов. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для термостабилизации барабанно-колодочных тормозов многоструйными эжекторами охлаждения, причем барабанно-колодочный тормоз включает тормозной барабан, самоприжимную и самоотжимную тормозные колодки с носочной и пяточной частями, на которых расположены фрикционные накладки с набегающими и сбегающими поверхностями, содержащее принудительные воздушные устройства охлаждения, сопла которых находятся во фрикционных накладках и снаружи обода тормозного барабана, и расположены с зазорами между собой, отличающееся тем, что воздушные устройства охлаждения выполнены в теле каждой фрикционной накладки по ширине и длине на величине допустимого ее износа, при этом сопла воздушных устройств охлаждения имеют форму усеченных пирамид с неравнобочными трапециями в основаниях, поперечные сечения которых увеличиваются со стороны защемления обода барабана с фланцем до его свободного края, но при этом каждые два ряда сопел соединены между собой продольными каналами, а зазоры между соплами, в свою очередь, с поперечными щелевыми отверстиями в накладках, образуя таким образом замкнутый циркуляционный контур для сжатого воздуха - многоструйный эжектор.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сопла размещены равномерно на наружной поверхности обода тормозного барабана со стороны свободного края на 1/3 его ширины и при этом они выполнены в виде наклонных усеченных пирамид с прямоугольными основаниями, а в теле обода выполнены продольные щелевые отверстия, находящиеся на выходе из сопла.3. Способ термостабилизации барабанно-колодочного тормоза многоструйными эжекторами охлаждения состоит в том, что для сжатого воздуха, циркулирующего в контурах многоструйных эжекторов фрикционных накладок самоприжимной и самоотжимной тормозных колодок, расположенных со стороны защемления обода с фланцем, соблюдается соотношение давлений 1,225:1, а со стороны свободного края обода 1:0,8, обеспечивая при этом отбор неодинакового количества воздуха из объема между парами трения через равномерно размещенные поперечные щелевые отверстия фрикционных накладок, а также принудительную подачу воздуха, омывающего наружную поверхность обода барабана, в объем между парами трения, способствуя тем самым термостабилизации рабочих поверхностей тормоза.