РАВНОНАГРУЖЕННЫЙ ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНЫЙ ТОРМОЗ Российский патент 2007 года по МПК F16D49/08 F16D65/04 

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

Известен ленточно-колодочный тормоз, в котором между внутренней поверхностью тормозной лентой и каждой нерабочей поверхностью фрикционной накладки установлены продольные пластины, закрепленные в центральной части в накладке посредством армирующей проволоки, причем продольные пластины выполнены с упругостью, увеличивающейся от набегающего участка ленты к сбегающему участку [1, аналог].

Данная конструкция фрикционного узла тормоза имеет тот недостаток, что набегающая и сбегающая ветви тормозной ленты работают при постоянном динамическом коэффициенте взаимного перекрытия пар трения.

Известен барабанно-колодочный тормоз, в котором корпусы колодок имеют углубление в форме П-образного сечения с плоским дном, с расположенными в нем двусторонними клиновыми сухарями, а внутренние стороны центральной и боковой секций, обращенные к дну углубления, выполнены в виде клиновых поверхностей, контактирующих с клиновыми сухарями с возможностью радиального перемещения секций, и при этом упругие элементы выполнены в виде волнообразных пружин, размещенных между поверхностями углубления, сухарями и центральной секцией [2, прототип].

Данная конструкция фрикционного узла неприменима к установке по периметру тормозного шкива ленточно-колодочного тормоза в связи с тем, что ее можно устанавливать только в углубления с плоским дном.

По сравнению с аналогом и прототипом предложенный тормоз имеет следующие отличительные признаки:

- возможность оперативного вмешательства в процесс реализации тормозного момента за счет изменения динамического коэффициента взаимного перекрытия по ветвям тормозной ленты в зависимости от нормального усилия, действующего на каждую рабочую поверхность накладки центральной секции фрикционного элемента, что позволяет выровнять удельные нагрузки по ветвям ленты, так и на каждом фрикционном элементе;

- достигается выигрыш в усилиях нажатия боковых секций за счет самоустановления в процессе торможения, реализуемого посредством применения двухсторонних клиновых сухарей;

- улучшаются 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 способствующих 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 центральной секцией волнообразной пружины, а также волнообразных пружин, подпирающих двусторонние клиновые сухари;

- устраняется неравномерный износ рабочих поверхностей накладок фрикционных элементов не только благодаря непрерывной смене их положения относительно набегающей и сбегающей ветвей тормозной ленты, но и за счет перераспределения нормальных прижимных усилий от центральной до боковых секций.

Целью изобретения является повышение эффективности действия ленточно-колодочного тормоза за счет самоусиления в процессе торможения и прижатия дополнительных фрикционных поверхностей трения и, как следствие, увеличение им суммарного тормозного момента.

Поставленная цель достигается тем, что в тормозном шкиве углубление выполнено в форме «ласточкин хвост с цилиндрической опорной поверхностью», периметр которой разделен перемычками на n-ое количество секторов, в каждом из которых расположены центральная и две боковые секции, подпружиненные волнообразными пружинами различной жесткости, и при этом пружина, находящаяся под центральной секцией, выполнена намагниченной, а во внутренних конусных поверхностях реборд и контактирующих с ними поверхностями боковых секцией выполнены радиальные выемки, в которые установлены стопорящие шарики.

На фиг.1 показан равнонагруженный ленточно-колодочный тормоз; на фиг.2 - вид А на фрикционный узел; на фиг.3 проиллюстрирован продольный разрез по Б-Б фрикционного узла; на фиг.4 изображена волнообразная пружина; на фиг.5 и 6 показана схема сил при взаимодействии центральной и боковой секций фрикционного элемента с сопряженными поверхностями двустороннего клинового сухаря без и под нагрузкой. На фиг.5 и 6 использованы следующие условные обозначения: α₁, α₂ и ρ₁, ρ₂ - углы скосов двустороннего клинового сухаря и углы трения ρ₁,и ρ₂ на которые отклоняются реакции F_r1, F_r2 и F_r1,′ F_r2′ под действием сил трения, возникающих, соответственно, с сопряженными поверхностями центральной и боковых секций; NN - нормаль к поверхностям двустороннего клинового сухаря; F_b1, F_b2, - вес: половины центральной и полный боковой секции; F₁, F₂ и F₁,′ F₂′ - силы сопротивления перемещению половины центральной и полной боковой секций фрикционного элемента; - силы упругости волнообразных пружин, находящихся под центральной и боковой секциями фрикционного элемента; 0,5N₁ - нормальная нагрузка, приходящаяся на половину рабочей поверхности накладки центральной секции фрикционного элемента; F_T - сила трения, возникающая в паре «поверхность двустороннего клинового сухаря - опорная поверхность тормозного шкива»; P - усилие, необходимое для перемещения двухстороннего клинового сухаря.

Равнонагруженный ленточно-колодочный тормоз содержит тормозной шкив 1, который имеет цилиндрическую рабочую поверхность 2. По торцам шкива 1 расположены реборды 3 и 4. Левая реборда 3 выполнена съемной, а правая составляет одно целое со шкивом 1. Левая реборда 3 крепится к телу тормозного шкива 1 с помощью крепежных винтов 5. Тормозной шкив 1 насажен на подъемный вал 6. В тормозном шкиве 1 выполнено углубление, которое с внутренними поверхностями реборд 3 и 4, с цилиндрической рабочей поверхностью шкива 1 и частью поверхностей боковых секций 8 и 9, а также частью поверхностей волнообразных пружин 15 и 16 образует соединения типа «ласточкин хвост с цилиндрической рабочей поверхностью». В данное углубление помещены три рабочие секции фрикционного элемента: центральная 7 и две боковые 8 и 9. Со стороны тормозной ленты 19 секции 7, 8 и 9 имеют цилиндрическую поверхность, к которой прикреплены фрикционные накладки 10. Центральная секция 7 опирается на намагниченную волнообразную пружину 17, помещенную в П-образное углубление секции, и соприкасается боковыми коническими поверхностями с клиновыми сухарями 13 и 14. Последние также коническими поверхностями соприкасаются с соответствующими коническими поверхностями боковых секций 8 и 9. Эффект самоторможения двухсторонних клиновых сухарей 13 и 14 заключается в том, что они удерживаются от продольного перемещения исключительно трением, возбужденным на их опорных поверхностях при взаимодействии с сопряженными поверхностями центральной 7 и боковыми 8, 9 секциями фрикционного элемента. При этом должно выдерживаться условие

α₁+α₂<ρ₁+ρ₂,

т.е. суммарный угол скосов сухарей 13 и 14 не должен быть больше суммарного их угла трения.

Кинематическая связь двухсторонних клиновых сухарей 13 и 14 с центральной 7 и боковыми 8 и 9 секциями осуществляется волнообразными пружинами 15 и 16. При этом волнообразные пружины 15, 16 и 17 выполнены с различной жесткостью.

Для предотвращения выпадания боковых секций 8 и 9 из углубления шкива 1 под действием на них гравитационных и центробежных сил в зоне, не охваченной тормозной лентой 18, на смежных конических поверхностях реборд 3, 4 и боковых секций 8 и 9 выполнены выемки 11, в которые установлены стопорящие шарики 12. Центральную секцию 7 удерживает от выпадания из углубления шкива 1 сила магнитного взаимодействия, возникающая с одной стороны между наружной поверхностью волнообразной пружины 17 и ее основанием, а с другой стороны - между ее внутренней поверхностью и рабочей поверхностью тормозного шкива 1.

Рабочие секции фрикционного элемента установлены по периметру тормозного шкива 1 в n-ое количество секторов, которые ограничены перемычками 24. Внешние поверхности фрикционных накладок 10 обхватывает тормозная лента 18, сбегающая ветвь 20 которой крепится с помощью винтовых стержней 21 к опоре 22. При этом набегающая ветвь 19 тормозной ленты 18 прикреплена к рычагу управления 23. Пары трения «выпуклая поверхность фрикционных накладок 10 центральной 7 и боковых 8 и 9 секций (индекс 1) - внутренняя поверхность тормозной ленты 18 (индекс 2)» являются обратными парами трения. Для данной пары трения соблюдены следующие условия расположения материалов пар трения: H₂>H₁ (твердость) и А_H1>А_H2 (площади поверхностей касания).

Равнонагруженный ленточно-колодочный тормоз работает следующим образом.

При нажатии на рычаг управления 23 тормозная лента 18 своими набегающей 19 и сбегающей 20 ветвями начинает взаимодействовать с внешними поверхностями фрикционных накладок 10 центральной секции 7 фрикционного элемента. При этом возникающая сила трения под набегающей 19 и сбегающей 20 ветвями тормозной ленты 18 будет разная, поскольку справедливо условие, что S_H≥S_C (где S_H и S_C - натяжение набегающей и сбегающей ветвей тормозной ленты). При этом динамический коэффициент взаимного перекрытия пар трения будет одинаковым как под набегающей 19, так и под сбегающей 20 ветвями тормозной ленты 18, но зато будут различные радиальные перемещения центральных секций 7 фрикционных элементов под действием неодинаковых нормальных сил. Перемещение центральных секций 7 фрикционных элементов под действием нормальных сил не способно оказать кинематическое воздействие через двухсторонние клиновые сухари 13 и 14 на боковые секции 8 и 9 фрикционных элементов. Такой режим с определенной интенсивностью торможения вызовет притормаживание тормозного шкива 1. При этом снижается угловая скорость его вращения.

При этом первая стадия торможения считается законченной. Дальнейшая затяжка тормозной ленты 18 приводит к тому, что в парах трения увеличивается нормальное усилие, действующее на центральную секцию 7 фрикционных элементов. Это обстоятельство вызывает максимальную деформацию волнообразной пружины 17 и радиальное перемещение центральных секций 7. В результате чего центральные секции 7 через двухсторонние клиновые сухари 13 и 14, преодолевая незначительное усилие волнообразных пружин 15 и 16, вводят во взаимодействие с внутренней поверхностью набегающей ветви 19 тормозной ленты 18 боковые секции 8 и 9 с накладками 10 с выигрышем усилия нажатия.

Необходимым условием, при котором один из двухсторонних клиновых сухарей сможет вытолкнуть боковую секцию с приклеенной к ней фрикционной накладкой до уровня рабочей поверхности накладки центральной секции, является его перемещение по опорной цилиндрической поверхности шкива под действием усилия Ρ

Таким образом, правый и левый скосы сухарей 13 и 14 являются площадками для опускания центральной секции 7 под действием прижимного усилия N₁, действующего со стороны тормозной ленты 18. Верхние скосы сухарей 13 и 14 обеспечивают подъем и дополнительное (выигрышное) поджатие рабочих поверхностей накладок 10 боковых секций 8 и 9 к внутренней поверхности тормозной ленты 18. Таким образом, двухсторонние клиновые сухари 13 и 14 обеспечивают подъем и дополнительное (выигрышное) поджатие рабочих поверхностей накладок 10 боковых секций 8 и 9 к внутренней поверхности тормозной ленты 18. Таким образом, двухсторонние клиновые сухари 13 и 14 являются своего рода передаточным устройством по определению нормального усилия N₁ от центральной 7 до боковых секций 8 и 9. Под сбегающей ветвью 20 тормозной ленты 18 центральные секции 7 с накладками 10 ведут себя аналогичным образом, как и при притормаживании тормозного шкива 1.

На второй стадии торможения под набегающей ветвью 19 тормозной ленты 18 динамический коэффициент взаимного перекрытия будет бóльшим, чем под ее сбегающей ветвью 20, что и приведет к квазивыравниванию удельных нагрузок в обратных парах трения тормоза. В конечном итоге и происходит остановка тормозного шкива 1.

После завершения процесса торможения тормозная лента 18 размыкается, что приводит к срабатыванию волнообразных пружин 15, 16 и 17 за счет сил упругости и приподнятия центральных секций 7 над боковыми секциями 8 и 9 фрикционных элементов, т.е. они занимают то положение, которое занимали перед первой стадией торможения.

Демонтаж и монтаж фрикционных элементов на цилиндрическую поверхность тормозного шкива 1 производят следующим образом.

После износа прикрепленных фрикционных накладок 10 на центральной 7 и боковых 8 и 9 секциях до допустимой величины откручивают винты 5 и снимают реборду 3. После чего убирают центральные 7 и боковые 8 и 9 секции и снимают оставшийся на них материал фрикционных накладок 10, а на их место приклеивают новые накладки 10. После чего осуществляют монтаж фрикционных элементов на опорную поверхность тормозного шкива 1, поставив при этом на место реборду 3.

В дальнейшем первая и вторая стадия торможения повторяются.

Источники информации

1. Авт. св. №1346877 (СССР), F 16 D 65/04, 1987. БИ №10 (аналог).

2. Авт. св. №1346877 (СССР), F 16 D 65/00, 1988. БИ №35 (прототип).

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. Равнонагруженный ленточно-колодочный тормоз содержит тормозную ленту и механический привод, тормозной шкив, одна из реборд которого является съемной, и имеет углубление с установленными в нем центральной и двумя боковыми секциями с фрикционными накладками. Центральная секция опирается на волнообразную пружину. Боковые и центральная секции контактируют с двухсторонними клиновыми сухарями с возможностью радиального перемещения секций за счет взаимодействия их боковых поверхностей с волнообразными пружинами. В тормозном шкиве углубление выполнено в форме «ласточкин хвост с цилиндрической опорной поверхностью», периметр которой разделен перемычками на n-ое количество секторов. В каждом из секторов расположены центральная секция и две боковые секции, подпружиненные волнообразными пружинами различной жесткости, и при этом пружина, находящаяся под центральной секцией, выполнена намагниченной. Во внутренних конусных поверхностях реборд и контактирующих с ними поверхностях боковых секций выполнены радиальные выемки, в которые установлены стопорящие шарики. Техническим результатом является повышение эффективности действия тормоза за счет самоусиления в процессе торможения и прижатия дополнительных фрикционных поверхностей трения, а также увеличение им суммарного тормозного момента. 6 ил.

Равнонагруженный ленточно-колодочный тормоз, содержащий тормозной шкив, одна из реборд которого является съемной, и имеет углубление с установленными в нем центральной и двумя боковыми секциями с фрикционными накладками, и при этом центральная секция опирается на волнообразную пружину, а боковые и центральная секции контактируют с двухсторонними клиновыми сухарями с возможностью радиального перемещения секций за счет взаимодействия их боковых поверхностей с волнообразными пружинами, тормозную ленту и механический привод, отличающийся тем, что в тормозном шкиве углубление выполнено в форме «ласточкин хвост с цилиндрической опорной поверхностью», периметр которой разделен перемычками на n-е количество секторов, в каждом из которых расположены центральная секция и две боковые секции, подпружиненные волнообразными пружинами различной жесткости, и при этом пружина, находящаяся под центральной секцией, выполнена намагниченной, а во внутренних конусных поверхностях реборд и контактирующих с ними поверхностях боковых секций выполнены радиальные выемки, в которые установлены стопорящие шарики.