ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНЫЙ ТОРМОЗ С РАДИАЛЬНО ПОДВИЖНЫМИ НАКЛАДКАМИ В ШКИВЕ Российский патент 2007 года по МПК F16D49/08 

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

Известен ленточно-колодочный тормоз буровой лебедки, содержащий тормозной шкив с рабочей поверхностью, которая при торможении охватывается тормозной лентой с фрикционными накладками. При этом величина натяжения набегающей (S_H) и сбегающей (S_C) ветвей характеризуется их соотношением, изменяющимся от 2,0 до 10,0 (аналог; Алексеевский Г.В. Буровые установки Уралмашзавода. - М.: Недра, 1981. - С.132, рис.68).

Тормоз имеет тот недостаток, что в его фрикционные узлы преднамеренно заложена неравномерность нагруженности, т.к. вносимый каждой накладкой набегающей и сбегающей ветви ленты долевой тормозной момент в суммарный тормозной момент является различным из-за большой величины соотношения S_H/S_C.

Известна цилиндрическая радиальная обжимная шинно-пневматическая муфта, содержащая цилиндрический шкив, к фланцу которого прикреплена полумуфта, а над шкивом установлен обод, выполненный в виде швеллера. К полке последнего со стороны свободного края шкива прикреплена ступица с полумуфтой. Обод связан со шкивом при помощи ограничительных дисков. Между внутренней поверхностью обода и наружной поверхностью шкива установлена резиновая пневмокамера, к внутренней поверхности которой крепятся по периметру фрикционные накладки, взаимодействующие при включении муфты с наружной поверхностью шкива. Наружная поверхность пневмокамеры при помощи штуцера воздухопровода, по которому подается сжатый воздух в ее объем, крепится к цилиндрическому ободу (прототип; Ильский А.Л., Миронов Ю.В., Чернобыльский А.Г. Расчет и конструирование бурового оборудования. - М.: Недра, 1985. - С.180; рис.VI.18).

Недостатком данной конструкции муфты является то, что она является высокоскоростной, предназначена только для соединения валов в трансмиссиях буровых установок для передачи вращательного момента силами трения, создаваемых ее фрикционными поверхностями, и не может работать в режиме тормоза.

По сравнению с аналогом и прототипом предложенное техническое решение имеет следующие отличительные существенные признаки:

- возможность работы в тормозных режимах обратных и прямых пар трения тормоза при различных комбинациях натяжений ветвей тормозных лент и давления сжатого воздуха в торовых резиновых пневмокамерах;

- возможность использования в тормозном процессе жестких, обратных пар трения и мягких, прямых пар трения;

- улучшается износофрикционные свойства обратных пар трения тормоза из-за отсутствия интенсивной пластической деформации их поверхностей, ведущей к увеличению номинальной и фактической площадей контакта, и, как следствие, способствующей ухудшению условий трения; кроме того, при равных условиях сила трения и темп износа у обратной пары меньше, чем у прямой;

- устраняется резкий захват тормозной лентой выпуклых поверхностей фрикционных элементов, и, как следствие, исчезают толчки и вибрации пар трения, благодаря наличию под выпуклой поверхностью металлической пластины торовой резиновой пневмокамеры, заполненной сжатым воздухом;

- обеспечивается существенное снижение напряженно-деформированного состояния обода тормозного шкива из-за отсутствия действия на него теплового фактора;

- устраняется неравномерный износ внешних выпуклых поверхностей фрикционных элементов благодаря непрерывной смене их положения относительно набегающей и сбегающей ветвей тормозной ленты при торможении.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности торможения тормоза путем одновременного применения внешних и внутренних фрикционных узлов с возможностью регулирования и управления тормозным моментом в процессе торможения.

Поставленная цель достигается тем, что в ленточно-колодочном тормозе с радиально подвижными фрикционными накладками в шкиве по периметру выполнены равномерно расположенные сквозные окна, в которые установлены фрикционные элементы, имеющие в продольном сечении форму равнобедренной трапеции с большим выпуклым и меньшим вогнутым основаниями, радиусы кривизны которых соответствуют кривизне сопрягаемых с ними поверхностей, при этом большее основание выступает над поверхностью шкива, а к меньшему по его нижней поверхности присоединена толстостенная выпуклая металлическая пластина, которая своим выступом препятствует выпаданию фрикционного элемента из окна шкива, а снизу она своей вогнутой поверхностью контактирует с нанесенным фрикционным покрытием на наружную поверхность торовой резиновой пневмокамеры, внутренняя поверхность которой расположена на неподвижном цилиндрическом кольцевом выступе специального фланца, опирающегося на установочную лапу, и прикреплена к нему штуцерами воздушных трубопроводов.

На фиг.1 представлен общий вид двухступенчатого ленточно-колодочного тормоза с радиально подвижными накладками в шкиве; на фиг.2 - поперечный разрез по А-А двухступенчатого ленточно-колодочного тормоза; на фиг.3 показан вид Б на фрикционный узел тормоза; на фиг.4 представлена наружная поверхность торовой резиновой пневмокамеры с металлическим фрикционным элементом.

Двухступенчатый ленточно-колодочный тормоз содержит тормозной шкив 1, имеющий окна 2, расположенные с постоянным шагом по периметру его рабочей поверхности 3. Шкив 1 имеет выступ 4, которым он с помощью болтового соединения 5 крепится к фланцу 6 барабана 7. Ступица 8 барабана 7 с фланцем 6 посредством призматической шпонки 9 закреплена на подъемном валу 10 лебедки.

В окна 2 шкива 1 установлены фрикционные элементы (накладки) 11, имеющие в продольном сечении форму равнобокой трапеции, большее основание 12 которой выпуклое. При замыкании тормоза оно взаимодействует с внутренней поверхностью 13 тормозной ленты 14, являясь рабочей поверхностью фрикционного элемента 11, при этом радиусы кривизны сопряженных поверхностей накладки и ленты равны. Пара трения "выпуклое большое основание 12 фрикционного элемента 11 (индекс 1) - внутренняя поверхность 13 тормозной ленты 14" является обратной парой трения (индекс 2). Для данной пары трения соблюдены следующие условия расположения материалов пар трения: H₂>H₁ (твердость) и A_H1>A_H2 (площади поверхностей касания). К меньшему вогнутому основанию 15 сечения фрикционного элемента 11 прикреплена с помощью соединения шпилькой 16, пропущенной через отверстия различных диаметров 17, 18 и 19, выполненных во фрикционном элементе 11 и в толстостенной выпуклой металлической пластине 20, изготовленной из легких сплавов. Пластина 20 с левой стороны имеет боковой выступ 21, который препятствует выпаданию фрикционного элемента 11 из окна 2 шкива 1 при действии на него гравитационных и центробежных сил в зоне, не охваченной тормозной лентой 14. Своей нижней вогнутой поверхностью 22 пластина 20 контактирует с нанесенным фрикционным покрытием 23 на наружную поверхность 24 торовой резиновой пневмокамеры 25. При этом радиусы сопряженных поверхностей пластины и фрикционного покрытия на наружной поверхности торовой резиновой пневмокамеры равны.

Пара трения "нижняя вогнутая поверхность 22 пластины 20 (индекс 3) - фрикционное покрытие 23 наружной поверхности 24 торовой резиновой пневмокамеры 25 (индекс 4)" является прямой парой трения. Для данной пары трения соблюдены следующие условия расположения материалов пар трения: Н₃>Н₄ (твердость) и А_H4>A_H3 (площади поверхностей трения).

Внутренняя поверхность 26 торовой резиновой пневмокамеры 25 расположена на неподвижном цилиндрическом кольцевом выступе 27 специального фланца 28, опирающегося на установочную лапу 29. Крепление внутренней поверхности 26 торовой резиной пневмокамеры 25 к цилиндрическому кольцевому выступу 27 осуществляется при помощи штуцеров 30 воздушных трубопроводов 31. Трубопроводы 31 подсоединены к воздушному тракту 32, проходящему через отверстия, выполненные в специальном фланце 28. Второй шкив тормоза (на фиг.1, 2 и 3 не показан) подключен аналогичным образом к общей пневмосистеме.

Тормозная лента 14 имеет набегающую ветвь (а), связанную с опорой 32, и сбегающую ветвь (б), соединенную с рычагом 34 управления тормозом.

Двухступенчатый ленточно-колодочный тормоз с радиально подвижными накладками в шкиве работает при следующих тормозных режимах.

Первый режим торможения. При нажатии на рычаг управления 33 тормозная лента 14 набегающей (а) и сбегающей (б) ветвями взаимодействует с выступающими над поверхностью шкива 1 выпуклыми рабочими поверхностями 12 фрикционных элементов 11, обуславливая тем самым притормаживание шкива 1, имеющего момент инерции меньший, чем у серийного шкива. Возникающие при неравномерном вращении шкива 1 с установленными в его окнах 2 фрикционными элементами 11 толчки и вибрации гасятся вследствие наличия торовой резиновой пневмокамеры 25, на которую опирается и взаимодействует с ее фрикционным покрытием 23 внутренняя вогнутая поверхность 22 пластины 20. Величина развиваемого тормозом тормозного момента определяется не только усилием его замыкания (усилием на рычаге управления 33), но и минимальным давлением сжатого воздуха в торовой резиновой пневмокамере 25, поскольку именно величина давления сжатого воздуха в ней влияет на силу прижатия прямых и обратных пар трения при их радиальном перемещении в окнах 2 шкива 1, а также на величину радиуса поверхностей трения прямых и обратных фрикционных узлов. В общем случае тормозной момент, развиваемый внешними парами трения ленточно-колодочного тормоза, равен М_T1=(S_H-S_C)R₁, где S_H, S_C - натяжения набегающей (а) и сбегающей (б) ветвей тормозной ленты 14; R₁ - радиус внешней поверхности трения. Тормозной момент, развиваемый внутренними парами трения ленточно-колодочного тормоза, равен М_T2=n·p·A·ƒ·R₂, где n - количество внутренних пар трения тормоза; р - давление сжатого воздуха в полости пневмокамеры 25; А - площадь внутренних пар трения; ƒ - коэффициент трения скольжения в паре во внутренних парах трения тормоза; R₂ - радиус внутренней поверхности трения. Суммарный тормозной момент равен М_C=М_T1+М_T2. Все составляющие, входящие в последнюю аналитическую зависимость для определения суммарного тормозного момента, являются переменными. Целенаправленно изменяя величины S_H; S_C; n; р; A; ƒ; R₁ и R₂, можно добиться существенного уменьшения усилий натяжения ленты при том же значении тормозного момента. Таким образом, в первом тормозном режиме внешние и внутренние пары трения тормоза зажаты максимальной затяжкой тормозной ленты 14 и минимальным давлением сжатого воздуха в торовой резиновой пневмокамере 25.

В этом случае суммарный тормозной момент, развиваемый данным видом тормоза, будет несколько большим, чем максимальный тормозной момент серийного тормоза.

Второй режим торможения. Обратные и прямые пары трения тормоза зажаты минимальной затяжкой тормозной ленты 14 и максимальным давлением сжатого воздуха в торовой резиновой пневмокамере 25. В этом случае произойдет изменение р; А; ƒ; R₁ и R₂. При этом суммарный тормозной момент, развиваемый тормозом, будет минимальным.

Третий режим торможения. Обратные и прямые пары трения тормоза зажаты максимальной затяжкой тормозной ленты 14 и максимальным давлением сжатого воздуха в торовой резиновой пневмокамере 25. В этом случае произойдет изменение S_H; S_C; р; A; ƒ. При этом суммарный тормозной момент, развиваемый тормозом, будет максимальным.

Интенсивность износа рабочей поверхности 12 фрикционного элемента 11 и фрикционного покрытия 23 наружной поверхности 24 торовой пневмокамеры 25 будет различной. Большая внешнего фрикционного элемента 11 и меньшая фрикционного покрытия 23. После износа рабочей поверхности 12 фрикционного элемента 11 до допустимой величины, т.е. до поверхности реборд тормозного шкива 1, прикрепляют к фрикционному элементу 11 новую часть фрикционной накладки. Изношенное фрикционное покрытие 23 наружной поверхности 24 торовой резиновой пневмокамеры 25 наносят на указанную поверхность после ее снятия с цилиндрического кольцевого выступа 27.

В данном виде тормоза вторую обратную пару трения можно получить следующим образом. Отсоединить от фрикционного элемента 11 выпуклую металлическую пластину 20, а вместо фрикционного покрытия 23 на наружной поверхности 24 торовой резиновой пневмокамеры 25 расположить заформированные в ее тело металлические фрикционные элементы 35.

Предложенное техническое решение позволяет существенно улучшить не только динамику процесса торможения, но и износофрикционные характеристики путем применения обратных пар трения в тормозе, а также регулированием и управлением тормозным моментом.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. Двухступенчатый ленточно-колодочный тормоз содержит тормозной шкив, тормозную ленту, фрикционные элементы, механический и пневматический приводы. В тормозном шкиве по периметру его цилиндрической поверхности выполнены равномерно расположенные сквозные окна, в которые установлены фрикционные элементы, имеющие в продольном сечении форму равнобокой трапеции с большим выпуклым и меньшим вогнутым основаниями. Радиусы кривизны фрикционных элементов соответствуют кривизне сопрягаемых с ними поверхностей. Большее основание выступает над поверхностью шкива, а к меньшему по его нижней поверхности присоединена толстостенная выпуклая металлическая пластина, которая своим выступом препятствует выпаданию фрикционного элемента из окна шкива, а снизу она своей вогнутой поверхностью контактирует с нанесенным фрикционным покрытием на наружную поверхность торовой резиновой пневмокамеры. Внутренняя поверхность пневмокамеры расположена на неподвижном цилиндрическом кольцевом выступе фланца, опирающегося на установочную лапу, и прикреплена к нему штуцерами воздушных трубопроводов. Техническим результатом является повышение эффективности торможения тормоза путем одновременного применения внешних и внутренних фрикционных узлов с возможностью регулирования и управления тормозным моментом в процессе торможения. 4 ил.

Двухступенчатый ленточно-колодочный тормоз с радиально подвижными фрикционными элементами, содержащий тормозной шкив, тормозную ленту, фрикционные элементы, механический и пневматический приводы, отличающийся тем, что в тормозном шкиве по периметру его цилиндрической поверхности выполнены равномерно расположенные сквозные окна, в которые установлены фрикционные элементы, имеющие в продольном сечении форму равнобокой трапеции с большим выпуклым и меньшим вогнутым основаниями, радиусы кривизны которых соответствуют кривизне сопрягаемых с ними поверхностей, при этом большее основание выступает над поверхностью шкива, а к меньшему по его нижней поверхности присоединена толстостенная выпуклая металлическая пластина, которая своим выступом препятствует выпаданию фрикционного элемента из окна шкива, а снизу она своей вогнутой поверхностью контактирует с нанесенным фрикционным покрытием на наружную поверхность торовой резиновой пневмокамеры, внутренняя поверхность которой расположена на неподвижном цилиндрическом кольцевом выступе фланца, опирающегося на установочную лапу, и прикреплена к нему штуцерами воздушных трубопроводов.