ТОРМОЗ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2010 года по МПК F16D55/42 F16D65/44 B66D5/14 E21B19/00 

Область техники

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к тормозам с жидкостным охлаждением, а более конкретно к агрегатированному узлу, который содержит ведомый вал, подшипники и компоненты тормоза.

Уровень техники

Обычные дисковые тормоза с жидкостным охлаждением продают в виде узлов, которые затем устанавливают на ведомых валах. Ведомые валы поддерживаются при помощи подшипников, которые устанавливают снаружи от тормоза. Такая схема расположения является неблагоприятной, так как посадочное место вала и узла тормоза является относительно большим. Более того, отдельный узел создает неэффективность при сборке и при самой работе узла. Обычные тормоза также преимущественно содержат некое средство для регулировки тормоза при его износе. Это затрудняет объединение обычных тормозов с валом и подшипниками.

В связи с изложенным, существует необходимость в создании тормоза, который позволяет свести к минимуму и/или устранить один или несколько указанных выше недостатков.

Сущность изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается тормоз, в котором ведомый вал и подшипники объединены с компонентами регулируемого тормоза.

Тормоз в соответствии с настоящим изобретением содержит ведомый вал, имеющий ось вращения, и первый и второй подшипники, расположенные вокруг ведомого вала. Тормоз дополнительно содержит кожух, расположенный вокруг ведомого вала. Первый фрикционный диск соединен с ведомым валом для вращения вместе с ним и выполнен с возможностью осевого перемещения относительно ведомого вала. Второй фрикционный диск соединен с кожухом и блокирован от вращения относительно кожуха. Второй фрикционный диск образует жидкостную рубашку, выполненную с возможностью протекания жидкости. Тормоз дополнительно содержит первый узел торцовой крышки, соединенный с кожухом и поддерживающий первый подшипник. Первый узел торцовой крышки содержит нажимную пластину, выполненную с возможностью избирательного перемещения в первом осевом направлении к первому и второму фрикционным дискам. Тормоз дополнительно содержит второй узел торцовой крышки, соединенный с кожухом и поддерживающий второй подшипник, и распорку, расположенную между одним из первого и второго узлов торцевой крышки и кожухом. Регулировка распорки обеспечивает осевое перемещение одного из узлов торцовой крышки относительно кожуха и относительно соответствующего одного из первого и второго подшипников.

Тормоз в соответствии с настоящим изобретением обладает существенными преимуществами по сравнению с обычными дисковыми тормозами с жидкостным охлаждением. В частности, в предложенном тормозе ведомый вал и подшипники объединены с компонентами тормоза с жидкостным охлаждением, в результате чего уменьшается посадочное место узла и повышается эффективность работы узла и эффективность его сборки. Более того, предложенный тормоз, который решает эти проблемы, одновременно позволяет производить регулировку для компенсации износа тормоза.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, данного в качестве примера, не имеющего ограничительного характера и приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

Краткое описание чертежа

На чертеже показано поперечное сечение тормоза в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения

На чертеже показан тормоз 10 в соответствии с настоящим изобретением. Тормоз 10 может быть предназначен для работы в тяжелом режиме (например, в оборудовании для бурения нефтяной скважины). Тормоз 10 содержит вал 12, узлы 14, 16 подшипников, кожух 18, два комплекта 20А-С и 22А-В фрикционных дисков, два узла 24, 26 торцевой крышки и распорку 28.

Вал 12 создает вращающий момент для вращаемого устройства (не показано) и приводится во вращение двигателем (не показан) или другим создающим вращающий момент устройством. Вал 12 может быть изготовлен из обычных металлов и металлических сплавов. Вал 12 имеет ось 30 вращения. Вал 12 может быть выполнен в виде одной детали или, как в показанном варианте, вал 12 может иметь множество элементов, таких как трубоприемник 32, внутренняя ступица 34 и внешняя ступица 36. Трубоприемник 32 приводится во вращение при помощи создающего вращающий момент устройства и может быть соединен на одном конце с приводным валом (не показан). Трубоприемник 32 проходит через расточку 38 во внутренней ступице 34, причем ступица 34 может быть соединена с трубоприемником 32 при помощи соединения шпонка/шпоночная канавка или шлиц, или при помощи другого известного соединения. Внутренняя ступица 34 имеет внешний диаметр, который изменяется вдоль оси ступицы 34 и образует множество заплечиков и ступеней, используемых для поддержки внешней ступицы 36 и компонентов узлов 14, 16 подшипников. Внешняя ступица 36 соединена с внутренней ступицей 34. В частности, корпус 40 внешней ступицы 36 содержит одну или несколько шпонок 42, которые могут входить в соответствующую шпоночную канавку (шпоночные канавки) во внутренней ступице 34. Корпус 40 также имеет множество шлицевых зубцов 44 на радиально внешней поверхности, назначение которых описано далее более подробно.

Узлы 14, 16 подшипников обеспечивают вращение вала 12 относительно компонентов тормоза 10. Узел 14 подшипника расположен между внутренней ступицей 34 вала 12 и узлом 24 торцовой крышки. Узел 16 подшипника расположен между внутренней ступицей 34 вала 12 и узлом 26 торцовой крышки. Каждый узел 14, 16 подшипника содержит держатель 46, 48 подшипника, подшипник 50, 52 и уплотнения 54, 56 и 58, 60 соответственно. Узел 16 подшипника дополнительно может иметь компонент, такой как диск 62 датчика, соединенный с валом 12, и датчик 64.

Держатели 46, 48 подшипников задают положение и поддерживают подшипники 50, 52. Каждый из держателей 46, 48 может иметь внутренние и внешние элементы 66, 68, и 70, 72 соответственно, которые соединяют вместе при сборке при помощи соответствующих средств 74, 76 крепления, таких как болты, винты, шпильки или клеи. Элементы 66, 68 имеют выемку и противоположные заплечики, которые служат для приема подшипника 50. Аналогично, элементы 70, 72 имеют выемку и противоположные заплечики, которые служат для приема подшипника 52. Каждый из внешних элементов 66, 72 может иметь канал для смазки (на чертеже показан только один из каналов, в элементе 66 держателя 46), в который вставлен шприц (zerk) 78 для введения смазки в соответствующие подшипники 50, 52. Элемент 72 также может иметь расточку 80 для установки датчика 64. Каждый узел 24 крышки поддерживает держатель 46 подшипника и подшипник 50. Как это описано далее более подробно, узел 24 торцовой крышки выполнен с возможностью осевого перемещения относительно держателя 46 подшипника и подшипника 50, при скольжении вдоль радиально внешней поверхности держателя 46 подшипника. Узел 26 торцовой крышки поддерживает держатель 48 подшипника и подшипник 52. Элемент 72 держателя 48 подшипника образует заплечик, позволяющий принимать узел 26 торцовой крышки.

Подшипники 50, 52 служат для создания относительного вращения вала 12. Подшипники 50, 52 являются обычными и могут быть сферическими роликовыми подшипниками. Каждый подшипник 50, 52 может иметь соответствующий единичный конус 82, 84, образующий пару внутренних дорожек качения для двух соответствующих комплектов сферических роликов 86, 88 и 90, 92, и пару чашек 94, 96 и 98, 100, образующих внешние дорожки качения для соответствующих роликов 86, 88 и 90, 92. Однако следует иметь в виду, что могут быть использованы и другие конструкции обычных подшипников.

Уплотнения 54, 56 и 58, 60 служат для удержания смазочного материала внутри подшипников 50, 52 и для исключения поступления в них грязи и других загрязняющих веществ. Уплотнения 54, 56 и 58, 60 являются обычными и расположены на каждом конце держателей 46, 48 подшипников, причем уплотнения 54, 60 расположены между внутренней ступицей 34 и элементами 66, 72 держателей 46, 48, а уплотнения 56, 58 расположены между внутренней ступицей 34 и элементами 68, 70 держателей 46, 48.

Диск 62 датчика и датчик 64 позволяют получать информацию относительно положения поворота вала 12. Диск 62 и датчик 64 являются обычными. Диск 62 соединен с внутренней ступицей 34 вала 12 и может представлять собой имеющий прорези диск, охватывающий внутреннюю ступицу 34, что само по себе известно. Однако следует иметь в виду, что вместо диска 62 датчика могут быть использованы любые другие индикаторы положения вала. Датчик 64 позволяет получать сигнал о (угловом) положении диска 62. Датчик 64 является обычным и может представлять собой датчик Холла или другой обычный датчик. Датчик 64 может быть расположен внутри расточки 80 элемента 72 держателя подшипника 48 или может быть расположен снаружи от держателя 48. Одним из преимуществ настоящего изобретения является то, что диск 62 и датчик 64 могут быть встроены в собранный узел тормоза.

Кожух 18 обеспечивает конструктивную опору для других компонентов тормоза 10. Кожух 18 может быть изготовлен из обычных металлов, металлических сплавов и/или пластмасс. Кожух 18 охватывает вал 12 и может быть зацентрирован относительно его оси 30 вращения. Кожух 18 может быть главным образом кольцевым по форме и может быть выполнен в виде одной детали, или может содержать множество соединенных вместе деталей. Кожух 18 имеет на каждом конце идущие вдоль оси расточки 102, 104, предназначенные для приема крепежных деталей 106, 108, которые используют для присоединения соответствующих узлов 24, 26 торцевой крышки к кожуху 18. Кожух 18 также имеет множество радиальных отверстий 110 для приема шлангов и соединителей (не показаны). Кожух 18 имеет множество шлицевых зубцов 112 на своей радиально внутренней поверхности, назначение которых будет описано далее более подробно. Один или несколько монтажных кронштейнов 114, 116 или стоек могут идти от кожуха 18, что позволяет устанавливать тормоз 10 на поверхности, идущей главным образом параллельно оси 30.

Фрикционные диски 20А-С служат для передачи тормозного момента на фрикционные диски 22А-В и на вал 12, за счет входа в зацепление дисков 20А-С и 22А-В. Фрикционные диски 20А-С могут иметь множество шлицевых зубцов 118, расположенных на радиально внешних поверхностях дисков 20А-С, которые выполнены с возможностью сопряжения с зубцами 112 кожуха 18, за счет чего блокируется относительное вращение дисков 20А-С относительно кожуха 18, но допускается осевое перемещение дисков 20А-С относительно кожуха 18. Фрикционные диски 20А-С могут быть смещены друг от друга при помощи пружин 120, которые расположены между каждой парой дисков 20А-С и вокруг шпилек 122, пропущенных через диски 20А-С. Несмотря на то, что три фрикционных диска 20А-С предусмотрены в показанном варианте, следует иметь в виду, что для изменения тормозного момента число фрикционных дисков может быть изменено. Каждый из фрикционных дисков 20А-С содержит один или несколько дисков 124 и жидкостную рубашку 126.

Диски 124 являются обычными и могут быть изготовлены из различных обычных металлов и металлических сплавов, в том числе из стали или меди. Диски 124 могут быть соединены с одной или обеих сторон с жидкостной рубашкой 126, с использованием крепежных деталей 128, таких как болты, винты или шпильки.

Жидкостные рубашки 126 позволяют осуществлять внутри тормоза 10 циркуляцию охлаждающей жидкости, такой как вода или другая обычная жидкость, для переноса (отвода) теплоты трения, выделяющейся внутри тормоза 10. Жидкостные рубашки 126 являются обычными и содержат кольцевой корпус, который образует жидкостной коллектор, через который циркулирует жидкость и который имеет поверхность, на которой установлены диски 124. Жидкостные рубашки 126 могут иметь множество концентрических каналов 128 и радиальных каналов 130, которые создают жидкостную связь концентрических каналов 128 с впусками 132 жидкости и выпусками жидкости (не показаны).

Фрикционные диски 22А-В служат для передачи тормозного момента от фрикционных дисков 20А-С на вал 12. Фрикционные диски 22А-В могут быть изготовлены из различных обычных металлов и металлических сплавов, в том числе из стали или меди. Диски 22А-В имеют множество шлицевых зубцов 136 на своих радиально внутренних поверхностях, которые выполнены с возможностью сопряжения с зубцами 44 на ступице 36 вала 12, чтобы соединять фрикционные диски 22А-В с валом 12. Диски 22А-В могут содержать обычный фрикционный материал 138, соединенный с каждой стороной дисков 22А-В при помощи крепежных деталей 140, таких как болты или винты. И в этом случае, несмотря на то, что только два диска 22А-В предусмотрены в показанном варианте, следует иметь в виду, что число дисков 22 можно изменять для изменения тормозного момента.

Узел 24 торцевой крышки закрывает один конец кожуха 18 и создает неподвижную поверхность, к которой избирательно прижимаются фрикционные диски 20А-С, 22А-В для создания тормозного момента вала 12. Узел 24 содержит торцевую пластину 142, которая является кольцевой по форме. Пластина 142 прикреплена к кожуху 18 при помощи крепежных деталей. Пластина 142 также поддерживает подшипник 50. В частности, пластина 142 позволяет принимать держатель 46 узла 14 подшипника. Как уже было указано здесь выше, в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, пластина 142 может иметь осевую регулировку относительно подшипника 50 и держателя 46 подшипника. Уплотнение 144 может быть расположено между пластиной 142 и держателем 46 подшипника, на внешней стороне пластины 142, чтобы исключить поступление грязи и других загрязняющих веществ в тормоз 10.

Узел 26 торцевой крышки закрывает противоположный осевой конец кожуха 18 и служит опорой для исполнительного механизма тормоза. В показанном варианте узел 26 торцовой крышки содержит пластину 146, которая является кольцевой по форме и которая прикреплена к кожуху 18 при помощи одной или нескольких крепежных деталей 108. Пластина 146 имеет кольцевую выемку 148, позволяющую принимать растяжимый эластичный баллон 150, который упирается в нажимную пластину 152. Пластина 146 также имеет осевую расточку 154, через которую флюид (жидкость или газ) поступает в эластичный баллон 150 по шлангу (не показан). Когда флюид поступает в эластичный баллон 150, эластичный баллон 150 расширяется и смещает нажимную пластину 152 в осевом направлении, преодолевая усилие пружины 120 и сжимая ее, и вводит в зацепление фрикционные диски 20А-С, 22А-В. Когда флюид выпускают из эластичного баллона 150 и давление флюида в нем снижается, пружина 120 смещает фрикционные диски 20А-С, 22А-В друг от друга. Несмотря на то, что в показанном варианте используют единственный исполнительный механизм, действующий как натяжной тормоз, следует иметь в виду, что могут быть использованы и другие исполнительные механизмы, причем множество исполнительных механизмов может быть использовано для создания аварийного тормоза.

Распорка 28 служит средством для регулировки осевого положения узла 24 торцовой крышки относительно кожуха 18, а также относительно подшипника 50. Несмотря на то, что распорка 28, показанная на чертеже, служит для регулировки осевого положения узла 24 торцовой крышки относительно кожуха 18 и подшипника 50, следует иметь в виду, что распорка 28 может быть использована также и на противоположной стороне тормоза 10, для регулировки осевого положения узла 26 торцовой крышки относительно кожуха 18 и подшипника 52. Распорка 28 может иметь одну или несколько прокладок, расположенных между узлом 24 торцовой крышки и кожухом 18. Прокладки могут быть расположены вокруг окружности или участка окружности крепежных деталей 106. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, используют множество распорок, каждая из которых содержит множество прокладок, которые (распорки) смещены по окружности друг от друга и установлены между узлом 26 торцовой крышки и кожухом 18, причем каждая распорка или комплект прокладок расположены вокруг двух смежных по окружности крепежных деталей. Каждая распорка, или прокладка в соответствующем комплекте прокладок, имеет замкнутое круговое отверстие, через которое проходит крепежная деталь 106, и U-образное открытое отверстие или отверстие другой формы, через которое проходит смежная по окружности крепежная деталь. По мере износа тормоза, одна или несколько прокладок могут быть удалены для ослабления крепежной детали, проходящей через замкнутое круговое отверстие в каждой прокладке (при этом крепежная деталь, проходящая через открытое отверстие в прокладке, может оставаться на месте), за счет чего торцевая пластина 142 может быть сдвинута ближе к кожуху 18, чтобы компенсировать износ. Так как некоторые крепежные детали не удаляют, узел 26 торцовой крышки и другие компоненты не нужно удалять при регулировке. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения узел 24 торцовой крышки продолжает служить опорой для подшипника 50 при осевой регулировке. Торцевую пластину 142 перемещают в осевом направлении внутрь относительно держателя 46 узла 14 подшипника.

Тормоз в соответствии с настоящим изобретением позволяет добиться существенных преимуществ по сравнению с обычными тормозами. Предложенный тормоз 10 объединяет в себе вал 12 и подшипники 50, 52 с компонентами тормоза с жидкостным охлаждением, за счет чего уменьшается посадочное место узла и повышается эффективность узла и эффективность его сборки. Более того, предложенный тормоз 10 позволяет решить эти задачи при сохранении возможности регулировки тормоза для компенсации износа.

Несмотря на то, что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки приведенной далее формулы изобретения.

Изобретения относятся к области транспортного машиностроения, в частности к регулируемым тормозам с жидкостным охлаждением. Тормоз содержит ведомый вал, первый и второй подшипники, кожух, первый фрикционный диск, второй фрикционный диск, первый узел торцовой крышки и второй узел торцовой крышки. Первый фрикционный диск связан с ведомым валом для вращения вместе с ним и выполнен с возможностью осевого перемещения относительно него. Второй фрикционный диск связан с кожухом и блокирован от вращения относительно него. Второй фрикционный диск образует жидкостную рубашку, выполненную с возможностью протекания жидкости. Первый узел торцовой крышки связан с кожухом и поддерживает первый подшипник. Первый узел торцовой крышки содержит нажимную пластину, выполненную с возможностью избирательного перемещения в первом осевом направлении к первому и второму фрикционным дискам. Второй узел торцовой крышки связан с кожухом и поддерживает второй подшипник. В первом варианте тормоз содержит распорку, расположенную между кожухом и одним из узлов торцовой крышки. Регулировка распорки обеспечивает осевое перемещение одного из узлов торцовой крышки относительно кожуха и соответствующего одного из подшипников. Во втором варианте второй узел тормоза торцовой крышки связан с кожухом и поддерживает второй подшипник и средство для регулировки осевого положения одного из первого и второго узлов торцовой крышки относительно кожуха и соответствующего одного из первого и второго подшипников. Достигается улучшение технических характеристик тормоза и повышение эффективности работы узлов тормоза. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Тормоз, который содержит ведомый вал, первый и второй подшипники, расположенные вокруг ведомого вала, кожух, расположенный вокруг ведомого вала, первый фрикционный диск, который связан с ведомым валом для вращения вместе с ним и выполнен с возможностью осевого перемещения относительно него, второй фрикционный диск, который связан с кожухом и блокирован от вращения относительно него, причем второй фрикционный диск образует жидкостную рубашку, выполненную с возможностью протекания жидкости, первый узел торцовой крышки, который связан с кожухом и поддерживает первый подшипник, причем первый узел торцовой крышки содержит нажимную пластину, выполненную с возможностью избирательного перемещения в первом осевом направлении к первому и второму фрикционным дискам, второй узел торцовой крышки, который связан с кожухом и поддерживает второй подшипник, и распорку, расположенную между кожухом и одним из узлов торцовой крышки, причем регулировка распорки обеспечивает осевое перемещение одного из узлов торцовой крышки относительно кожуха и соответствующего одного из подшипников.

2. Тормоз по п.1, в котором второй фрикционный диск выполнен с возможностью осевого перемещения относительно кожуха.

3. Тормоз по п.1, который дополнительно содержит третий фрикционный диск, который связан с указанным ведомым валом для вращения вместе с ним и выполнен с возможностью осевого перемещения относительно него.

4. Тормоз по п.1, который дополнительно содержит третий фрикционный диск, который связан с кожухом и блокирован от вращения относительно него, причем третий фрикционный диск образует жидкостную рубашку, выполненную с возможностью протекания жидкости.

5. Тормоз по п.4, в котором третий фрикционный диск выполнен с возможностью осевого перемещения относительно кожуха.

6. Тормоз по п.1, в котором первый узел торцовой крышки дополнительно содержит расширяемый эластичный баллон, расположенный вокруг указанной нажимной пластины.

7. Тормоз по п.1, в котором распорка содержит множество прокладок.

8. Тормоз по п.1, в котором распорка расположена вокруг крепежного средства, соединяющего первый узел торцовой крышки с кожухом.

9. Тормоз по п.1, который дополнительно содержит
корпус, связанный с ведомым валом, и
датчик, вырабатывающий сигнал относительно положения корпуса.

10. Тормоз по п.1, в котором первый узел торцовой крышки включает в себя второй узел торцовой крышки.

11. Тормоз, который содержит ведомый вал, первый и второй подшипники, расположенные вокруг ведомого вала, кожух, расположенный вокруг ведомого вала, первый фрикционный диск, который связан с ведомым валом для вращения вместе с ним и выполнен с возможностью осевого перемещения относительно него, второй фрикционный диск, который связан с кожухом и блокирован от вращения относительно него, причем второй фрикционный диск образует жидкостную рубашку, выполненную с возможностью протекания жидкости, первый узел торцовой крышки, который связан с кожухом и поддерживает первый подшипник, причем первый узел торцовой крышки содержит нажимную пластину, выполненную с возможностью избирательного перемещения в первом осевом направлении к первому и второму фрикционным дискам, второй узел торцовой крышки, который связан с кожухом и поддерживает указанный второй подшипник, и средство для регулировки осевого положения одного из первого и второго узлов торцовой крышки относительно кожуха и соответствующего одного из первого и второго подшипников.

12. Тормоз по п.11, в котором второй фрикционный диск выполнен с возможностью осевого перемещения относительно кожуха.

13. Тормоз по п.11, который дополнительно содержит третий фрикционный диск, который связан с ведомым валом для вращения вместе с ним и выполнен с возможностью осевого перемещения относительно него.

14. Тормоз по п.11, который дополнительно содержит третий фрикционный диск, который связан с кожухом и блокирован от вращения относительно него, причем третий фрикционный диск образует жидкостную рубашку, выполненную с возможностью протекания жидкости.

15. Тормоз по п.14, в котором третий фрикционный диск выполнен с возможностью осевого перемещения относительно кожуха.

16. Тормоз по п.11, в котором первый узел торцовой крышки дополнительно содержит растяжимый эластичный баллон, расположенный вокруг нажимной пластины.

17. Тормоз по п.11, в котором средство для регулировки содержит множество прокладок.

18. Тормоз по п.17, в котором прокладки расположены вокруг крепежного средства, соединяющего первый узел торцовой крышки с кожухом.

19. Тормоз по п.11, который дополнительно содержит
корпус, связанный с ведомым валом, и датчик, вырабатывающий сигнал относительно положения корпуса.

20. Тормоз по п.11, в котором первый узел торцовой крышки включает узел торцовой крышки.