Тормозное устройство Советский патент 1992 года по МПК B60T13/04 B61H13/00 

Изобретение относится к тормозным устройствам предпочтительно для железнодорожных вагонов.

Цель изобретения - повышение надежности

На фиг. 1 изображено тормозное устройство, вид сбоку с частичным разрезом; на фиг. 2 - то же, вариант выполнения.

Тормозное устройство имеет корпус с крышкой 2 в левой части чертежа и крышкой 3 в правой части. Крышки 2 и 3 навинчиваются на корпус 1. Устройство также имеет передающий усилие элемент А, который может перемещаться в осевом направлении относительно корпуса 1. Корпус 1 и элемент имеют крепежные части 5 для монтажа устройства. Перемещение элемента 4 влево в плоскости чертежа влечет приложение тормозного усилия.

Мощная спиральная аккумулирующая пружина 6 размещена о корпусе 1.

Внешний конец пружины 6 укреплен во вращающемся цилиндре 7,а ее внутренний конец закреплен на вращающемся передаточном полом валу 8, который имеет опоры в корпусе 1.

Электрический роторный двигатель 9 прикреплен к корпусу и соединен с возможностью передачи мощности с зубчатым венцом 10 цилиндра 7.Одностороннее сцепление посредством,например,запорной пружины 11 позволяет цилиндру 7 вращаться только в направлении,обеспечивающем напряжение спиральной пружины 6.

Соосно с передаточным валом 8 установлено вращающееся передаточное кольцо 12 находящееся вшлицевом эацепле- ,нии со шпиндельным кольцом 13,которое закреплено на вращающемся шпинделе 1.

Передача вращающегося усилия между передаточным валом 8 и передаточным кольцом 12 (и, следовательно, шпинделем Ц через шпиндельное кольцо 13) осуществляется посредством

U)

5

Ю

4Ь

ся

механизма, состоящего из трех концентрических элементов: внешней цилиндрической запорной пружины 15, управляющего полого вала 16 и внутренней цилиндрической запорной пружины 17.

Внешний конец управляющего полого вала 16 выполнен с зубчатым венц 13, находящимся в зацеплении с соответствующим зубчатым колесом на вращающемся валу 19 реверсивного электродвигателя 20, закрепленного на крышке 3. Вал 19 электродвигателя 20, которым является двигатель постоянного тока или шаговый двигател оснащен диском 21, взаимодействующим с неподвижным ярмом 22. Диск 21 имеет периферийные управляющие средства, например, отверстия, которые подсчитывает ярмо 22 и тем самым управляет вращением электродвигателя 20.

Передающий усилие полый вал 23 прикреплен к передающему усилие элементу. Шариковая гайка 2, которая совместно с шариковым винтовым шпинделем 1 образует шариковый ходовой винт, прикреплена без возможности вращения к передающему усилие валу 23. Шпиндель lA внутри передающего усилие вала 23 опирается на радиальный шариковый подшипник 25 и в,нутри воспринимающей усилие чашки 25 опирается на шариковый подшипник 27. Этот подшипник также передает направленные по оси усилия от шпинделя И на чашку 26.

Эластичный диск 28 из резины или подобного материала) вложен между чашкой 26 и крышкой 3. Датчик давления 29 размещен в крышке 3, имея контакт с эластичным диском 28. Благодаря этой конструкции, в которой воспринимающая усилие поверхность датчика 29 меньше площади чашки 26, только часть всего усилия от шпинделя И передается на датчик 29, который должен передавать электрический сигнал, зависящий от приложенного к нему усилия.

Ниже описано взаимодействие различных частей, в частности двух запорных пружин 15 и 17 и управляющего полого вала 16.

Внешняя запорная пружина 15 в основном служит для предотвращения вращения передаточного вала 8 относительно корпуса в одном направ

м ь, 10

15

20

25

30

лении. Она ограничена по оси и ее левый конец зацеплен на передаточном валу 8. Большая часть пружины 15 размещена так, что ее внешняя поверхность касается соосных внутрен них цилиндрических поверхностей вала 8 и корпуса 1. Несколько витков пружины 15 имеют меньший диаметр и их внутренняя поверхность касается внешней поверхности цилиндрического управляющего вала 16.

Внутренняя запорная пружина 17 в основном служит для передачи вращательного движения в одном направлении между передаточным полым валом 8 и передаточным кольцом 12, а также является средством передачи вращательного движения в другом направлении между управляющим полым валом 16 и передаточным кольцом 12. Внутренняя поверхность запорной пружины 17 касается внешних соосных цилиндрических поверхностей передаточного полого вала 8 и передаточного кольца 12. Правый конец пружины 17 сцеплен с передаточным кольцом 12, в то время как ее левый конец имеет направленный вверх участок 30, цепляющийся за осевой выступ 31 на левом конце управляющего полого вала 16.

Принцип действия конструкции, описанной выше, таков. Предположим, что спиральная пружина 6 напряжена или закручена электрическим двигателем 9 и вращение последнего (т.е. двигателя) предотвращается пружиной 11, тогда передаточный полый вал 8 находится под действием большого момента, задающего вращение в одном угловом направлении. Однако полый вал 8 нормально блокирован против поворота его в этом направлении пружиной 15.,

Вращение управляющего полого вала 16 происходит посредством управляющего электродвигателя 20, однако есть возможность открыть внеш- 50 нюю запорную пружину 15, т.е. повернуть ее в направлении, противоположном направлению блокировки посредством пружинных витков, находящихся в сцеплении с управляющим полым валом 16. В результате этого передаточный вал 8 способен вращаться под действием спиральной пружины 6, пока пружина 15 вновь не сцепит вал 8 с корпусом 1. Вращательное

35

40

45

55

движение передаточного вала 8 соответствует движению управляющего вала 16. Во время этого углового движения внутренняя запорная пружина 17, учитывая блокируемое ею направление, передает угловое движение и момент на передаточное кольцо 12.

Момент, переданный на передаточное кольцо 12, преобразуется шариковым винтовым шпинделем 1 в осевое усилие шариковой гайки 2А, передаваемое через вал 23 к элементу . Ход приложения или движение приложения (тормоза) направлено влево в плоскости чертежа.

Передаточный вал 8 способен вращаться (для передачи своего момента передаточному кольцу 12 через внут17627 5

10

15

Сцепление между осевым выступом 31 управляющего полого вала 1б и направленного вверх участка 30 пружины 17 не позволяет последней (т.е.пружине) препятствовать повороту передаточного кольца 12 пол действием усилия, преобразованного из осевого усилия гайки 2k во вращательное усилие шпинделя 1, но только настолько, насколько поворачивается управляющий полый вал 16. Во время этого вращения передаточный вал 8, все время находящийся под действием момента от спиральной пружины 6, освобождается от действия пружины 15, находящейся в сцеплении с корпусом 1 Следует отметить, что вращательное движение передаточного кольца 12

25

реннюю запорную пружину 17) лишь настоль-20 соответствует вращению управляющего ко,насколько управляющий вал 16 поворачивается управляющим двигателем 20 в неблокируемом направлении для пружины 15. Кроме того, управляющий вал 16 сам по себе не испытывает момента передаточного вала 8 и только незначительный момент необходим для преодоления сопротивления запорной пружины 15 от управляющего вала 16.

Освобождающий ход или движение передающего усилие элемента k и вала 23 вправо на плоскости чертежа можно разбить на два шага: первый шаг, во время которого элемент k и вал 23 подвергаются действию возвращающей силы вправо от тормозного диска (или другого непоказанного тормозящего элемента) и весь тормозной узел (в котором размещено тормозное устройство) выходит из состояния, когда тормозные колодки едва отходят от тормозного диска, сводя к нулю возвратную силу, и второй шаг, когда тормозные колодки отходят от тормозного диска на заданное расстояние, которое в данной области техники называют зазором.

полого вала 16 и что практически не требуется момента для вращения последнего от управляющего двигателя 20, требуется всего лишь момент для преодоления противодействия внутренней запорной пружины 17.

Во время второго шага освобождающего хода на передаточное кольцо не передается момент от тормозного узла

30 через шпиндель 1. Чтобы установить требуемый зазор между тормозным диском и тормозными колодками в тормозном узле необходимо другое вращающее усилие к передаточному кольцу

,. 12 для отвода тормозных колодок от тормозного диска. Это вращающее усилие (сравнительно незначительное) исходит от управляющего двигателя 20 При его дальнейшем вращении в направ

4Q лении освобождения его угловое движение передается на передаточное кольцо 12 и через пружину 17. Однако no-прежнему передаточный вал 8 удерживается от вращения внешней запорно

45 пружиной И.

Электронная система (не показана) имеет основной Функцией.питание элек тродвигателя 9 и управляющего двигателя 20 электрической энергией ,и уп

Для совершения движения в направлении освобождения вала 8 во врег.я первого шага, управляющий полый вал 16 вращается в направлении, противоположном направлению движения во время шага стопорения вала 8. Это вращение не блокируется витками внешне запорной пружины 15, сцепленной с управляющим валом 16, так как он вращается в направлении ослабления нажима на него запорной пружины 15.

10

15

Сцепление между осевым выступом 31 управляющего полого вала 1б и направленного вверх участка 30 пружины 17 не позволяет последней (т.е.пружине) препятствовать повороту передаточного кольца 12 пол действием усилия, преобразованного из осевого усилия гайки 2k во вращательное усилие шпинделя 1, но только настолько, насколько поворачивается управляющий полый вал 16. Во время этого вращения передаточный вал 8, все время находящийся под действием момента от спиральной пружины 6, освобождается от действия пружины 15, находящейся в сцеплении с корпусом 1. Следует отметить, что вращательное движение передаточного кольца 12

соответствует вращению управляющего

полого вала 16 и что практически не требуется момента для вращения последнего от управляющего двигателя 20, требуется всего лишь момент для преодоления противодействия внутренней запорной пружины 17.

Во время второго шага освобождающего хода на передаточное кольцо не передается момент от тормозного узла

через шпиндель 1. Чтобы установить требуемый зазор между тормозным диском и тормозными колодками в тормозном узле необходимо другое вращающее усилие к передаточному кольцу

12 для отвода тормозных колодок от тормозного диска. Это вращающее усилие (сравнительно незначительное) исходит от управляющего двигателя 20. При его дальнейшем вращении в направлении освобождения его угловое движение передается на передаточное кольцо 12 и через пружину 17. Однако no-прежнему передаточный вал 8 удерживается от вращения внешней запорной

пружиной И.

Электронная система (не показана) имеет основной Функцией.питание электродвигателя 9 и управляющего двигателя 20 электрической энергией ,и управление их работой следующим образом. Единственной функцией электродвигателя 9 является питание накопителя в форме спиральной пружины 6 энергией, поддержание пружины 6 в напряженном состоянии. Этот двигатель работает прерывисто.

Система спроектирована таким образом, что двигатель 9 включается: когда по какой-либо причине система

обесточена и после запуска управляющего двигателя 20.

С другой стороны, двигатель 9 отключается, когда ток двигателя достигает предопределенного значения, означающего нагруженность спиральной пружины 6.

Управляющий двигатель 20 и управляющий вал 16, связанный с ним, ра- ботают как сервомеханизм для шпинделя 1.

Как описано выше, ход приложения осуществляется вращением управляю- . щего вала 16 управляющим двигателем 20 в определенном направлении - направлении приложения.

Когда датчик давления 29 показывает, что достигнуто заданное тормозное усилие (противодействие шпинде- ля , переданное на датчик 29 через шпиндельное кольцо 13, шариковый подшипник 27, чашку 26 и эластичный диск 28, управляющий двига- тель 20 отключается. Это означает, что больше не передается угловое движение передаточному кольцу 12 от передаточного полого вала 8 через внутреннюю запорную пружину 17.

После двух оборотов управляющего двигателя 20 в направлении приложения, которые подсчитывают диск 21 и ярмо 22, запускается электрический двигатель 9, предварительно отключенный.

Освобождающий ход с другой стороны осуществляется вращением управляющего двигателя 20 в противоположном направлении - направлении освобождения.

Это вращение управляющего двигателя 20 происходит до тех пор, пока датчик не покажет очень слабое противодействие (2 кН) шпинделя 14. После достижения этого показания управляющий двигатель 20 получает возможность сделать еще несколько оборотов, которые подсчитывают диск 21 и ярмо 22, чтобы создать заданный зазор между тормозными колодками и тормозным диском в тормозном узле.

Возможны многочисленные модифцка- ции варианта осуществления (см.фиг.1 и описанного со ссылками на него.

Электрический двигатель 9 может занимать другое положение, если, например, требуется уменьшить длину устройства и его даже можно заменить на другое средство для подачи энергии на спиральную пружину 6, например, на пневматический двигатель или гидравлический цилиндр, возложив на него функцию постоянного поддержания спиральной пружины 6 под значительным напряжением. Также спиральную пружину 6 заменить на пружину другого вида или на другое средство накопления энергии.

Левый конец внутренней запорной пружины 17 может иметь такую же конструкцию, как правый конец рчешней запорной пружины 15.

Второй вариант осуществления изобретения (см.фиг.2) имеет много сход ных черт с первым (см.фиг.1), в то же время основное различие находится в управляющей системе тормозного устройства.

Конструкция включает корпус 32, крышку 33, передающий усилие элемент 34, крепежные детали 35, спиральную пружину 36, цилиндр 37 с зуб.чатым венцом 38, передаточный полый вал 39, электрический двигатель 40, запорную пружину 41, передаточное кольцо 42, шпиндельное кольцо 43, шпиндель 44, передающий усилие полый вал 45, шариковую гайку

46,радиальный шариковый подшипник

47,чашку 48, шариковый подшипник 49, эластичный диск 50 и датчик 51 давления.

В этом случае шпиндель 44 удлинен и оснащен диском 52, взаимодействующим с неподвижным ярмом 53.

Как и в первом варианте имеются внешняя 54 и внутренняя 55 запорные пружины.

Внешняя запорная пружина 54 в напряженном состоянии размещена так, что ее внешняя поверхность касается внутренних соосных цилиндрических поверхностей передаточного вала 39 и корпуса 32. Внутренняя запорная пружина 55 в напряженном состоянии касается внутренней поверхности внешних соосных цилиндрических поверхностей передаточного полого вала 39 и передаточного кольца 42.

Первое сцепное кольцо 56 не вращается, но способно перемещаться по оси, будучи сцепленным с правым концом внешней запорной пружины 54. Колцо 56 может сцепляться с неподвижным выступом 57 корпу а 32, образуя с ним зубчатую муфту.

91

Подобным образом второе сцепное кольцо 58 не вращается, но способно перемещаться по оси, будучи сцепленным с правым концом внутренней за- порной пружины 55. Кольцо 58 может сцепляться с выступом 59 передаточного кольца , образуя с ним зубчатую , муфту.

Два сцепных кольца 56 и 58 упруго разводятся до сцепления с соответственными выступами 57 и 59 винтовой пружиной сжатия 60, размещенной межд упорными кольцами 61 и 62. Втулка 63 подвижна по оси и имеет радиальную часть в виде диска 6, размещенную в противоположнь полях двух электромагнитов 65, укрепленных в,корпусе 32. Около двух упорных колец 61 и 62 втулка 63 имеет цилиндрическую ка навку, ширина которой несколько больше расстояния между упорными кольцами 61, 62. Каждая кромка этой канавки приспособлена для взаимодействия с соответствующим упорным кольцом. В показанном нейтральном положении (когда ни один из двух электромагнитов 65 не возбужден) обе муфты удерживаются сцепленными пружиной 60 через упорные кольца 61, 62.

Предположим, что спиральная пружина 36 напряжена и что необходимо приложение тормоза. Чтобы это осуществить, надо преодолеть блокирующее действие внешней запорной пружинь. S на передаточный полый вал 39. При возбуждении левого электромагнита 65 втулка 63 перемещается влево на фиг.2 позволяя муфте расцепиться и запорной пружине 51 стать ненапряженной, в результате чего она расцепляется с корпусом 32. Момент передается от передаточного полого вала 39 через внутреннюю запорную пружину 55 на передаточное кольцо 2 и на последую щие части (см.фиг.1).

Приложение тормоза продолжается столько времени, сколько левый электромагнит 65 находится в возбужденном состоянии и управляется таким же способом, как вращение двигателя 20 управляющего полого вала 16 в варианте, представленном на фиг.1. Когда этот магнит обесточивается, муфта сцепляется, и запорная пружина 5 вновь расправляется до зацепления с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса 32, предотвра5

10

щая дальнейшее вращение передаточного полого вала 39.

Освобождающий ход осуществляется путем возбуждения, например, правого электромагнита 65, в результате чего втулка 63 перемещается вправь (см.фиг.2) и другая муфта расцепляется. Таким образом внутренняя запорная пружина становится ненапряженной и выходит из блокирующего зацепления- с передаточным кольцом 2, которое получает свободу вращения в освобождающем направлении таким же образом, какой описан выше со ссылками на фиг.1.

Формула изобретения

1.Тормозное устройство, содержащее корпус, в котором установлен с возможностью вращения цилиндр с зубчатым венцом, запорную пружину, установленную между наружной поверхностью цилиндра и стенкой корпуса и обеспечивающую возможность вращения цилиндра только в одном направлении, спиральную аккумулирующую пружину, соединенную одним концом со стенкой цилиндра, а другим - с передаточным полым валом, пропущенным через полость цилиндра и кинематически связанным с соосным с ним шпинделем, сопряженным с зафиксированной от вращения гайкой, жестко связанной- с передающим усилие элементом, при этом зубчатый венец посредством зубчатого зацепления связан с валом роторного электродвигателя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, онъ снабжено двумя фрикционными муфтами для фиксирования полого вала относительно корпуса и для передачи вращения полого вала шпинделю и узлом управления указанными муфтами, при этом первая из указанных муфт включает в себя цилиндрическую запорную пружину, предотвращающую вращение полого вала относительно корпуса в направлении приложения тормозного усилия, а вторая муфта - даточное кольцо, кинематически связанное со шпинделем, и цилиндрическую запорную пружину, охватывающую своими витками полый вал и передаточное кольцо.

2..Устройство по п,. 1 , о т л и - чающееся тем,что узел управления

11 .

муфтами включаете себя управляющий j лый вал, кинематически связанный с приводом и установленный концентри но пружинам муфт, при этом один кнец пружины первой муфты закреплен на полом валу, витки на противоположном ее конце выполнены с меньшим диаметром, чем в средней части обеспечивающим их установку с натягом на наружной поверхности управляющего полого вала, а витки средней части указанной пружины пр фиксировании передаточного полого вала расположены в контакте с внутренними цилиндрическими поверхностями передаточного полого вала и корпуса, а пружина второй муфты размещена между внутренней поверхностью управляющего полого вала и наружными цилиндрическими поверхностями передаточного полого вала и передаточного кольца, один конец указанной пружины закреплен в передаточном кольце, а другой отогну для замыкания витков указанной пружины с упомянутыми цилиндрическими поверхностями передаточного полого

5

12

вала и передаточного кольца при взаимодействии с выступом на управляющем Нолом валу в случае его поворота для размыкания первой муфты.

o

5

0

5

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что привод управляющего полого вала выполнен в виде реверсивного электродвигателя.

. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком осевого давления на шпиндель для отключения реверсивного электродвигателя по достижении заданной величины осевого давления в случае приложения тормозного усилия.

5. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что узел управления муфтами включает в себя установленную в корпусе с возможностью ограниченного осевого перемещения втулку с диском, расположенным между двумя электромагнитами и элементами для запирания концов пружин муфт.

Изобретение относится к железнодорожным тормозным устройствам. Цель изобретения - повышение надежности. Электромеханическое тормозное устройство включает передаточный полый вал 8, который испытывает крутящий момент, например, от спиральной пружины 6 и шпиндель 1, преобразующий момент в осевое усилие для приложения тормоза. Между валом 8 и шпинделем 1А имеется управляющий механизм, содержащий внешнюю запорную пружину 15, управляющий полый вал 16 и внутреннюю запорную пружину 17. Управляющий двигатель 20 соединен с валом 16 для вращения его в любом направлении. Вал 16 соединен с пружинами 15, 17 для управления их открыванием и запиранием. з.п.ф-лы, 2 ил.

/ 3 36 37 38

Фие г