Многосекционный ленточно-колодочный тормоз

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в тяжелонагруженных ленточно-колодочных тормозах, например в буровых лебедках. Многосекционный ленточно-колодочный тормоз содержит тормозной шкив с установленными на нем и подпружиненными между собой подвижньми и неподвижными фрикционными накладками. Упомянутые накладки посажены на жесткие металлические элементы, простирающиеся через середины толщин накладок. Каждая неподвижная "накладка матка" через π/4 прикреплена наглухо к упомянутым жестким металлическим элементам, а в каждом секторе подвижные фрикционные накладки между собой связаны пружинами неодинаковой жесткости. Новым является то, что на наружную поверхность подвижных и неподвижных фрикционных накладок с натягом надета обечайка, на наружной поверхности которой неподвижно установлены фрикционные накладки, связанные между собой упругими элементами постоянной жесткости и также заключенные в цилиндрическую обечайку с натягом, что и составляет одну из секций тормоза. Натяг каждой последующей обечайки в направлении от тормозной ленты к тормозному шкиву увеличивается. Техническим результатом является повышение мощности торможения, а также существенное улучшение эксплуатационных параметров тормоза, его надежности и повышение ресурса его фрикционных узлов, их равномерный износ. 3 ил.

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

Известен ленточно-колодочный тормоз, в котором для обеспечения равномерного износа фрикционных накладок последние расположены на шкиве и снабжены упругими элементами, связывающими их между собой и подпружинивающими к рабочей поверхности шкива, причем коэффициент трения между наружной поверхностью фрикционных накладок и тормозной лентой больше, чем между внутренней поверхностью фрикционных накладок и рабочей поверхностью тормозного шкива /1, аналог/. Недостатком является то, что необходимо иметь фрикционные материалы с различными коэффициентами трения для внешней и внутренней поверхностей фрикционных накладок.

По сравнению с аналогом предложенное техническое решение имеет следующие преимущества: - имеет большую тормозную мощность и, как следствие, может работать в любом тормозном режиме при невысоких удельных нагрузках между парами трения; - обладает повышенной эффективностью действия за счет заданного переменного натяга между взаимодействующими рабочими поверхностями пар трения тормоза, находящихся на разных радиусах, в направлении от тормозной ленты до рабочей поверхности тормозного шкива; не возникает необходимости подбора фрикционных материалов с различными коэффициентами трения для наружной и внутренней рабочих поверхностей фрикционных накладок; - тормоз обладает переменным тормозным моментом из-за его многослойности; - не возникает необходимость подбора фрикционных материалов с различными коэффициентами трения для секций тормоза; - за счет разной жесткости упругих элементов между подвижными накладками, ограниченными в секторах неподвижными накладками, заключенными между цилиндрическими обечайками, наблюдается их неодинаковое перемещение вместе со шкивом относительно тормозной ленты, что способствует постоянному перераспределению удельных нагрузок между ее ветвями, и как следствие, к их почти выравниванию; - использование упругих элементов между фрикционными накладками позволяет гасить низкочастотные колебания в парах трения тормоза и обеспечивать мягкую посадку тормозной ленты на внешние поверхности фрикционных накладок.

Задача изобретения - повышение мощности торможений многосекционного тормоза путем непрерывного перераспределения удельных нагрузок как между его слоями, так и между ветвями тормозной ленты с последующим выравниванием за счет самоустановки фрикционных накладок при их взаимодействии с цилиндрическим обечайками и рабочей поверхностью тормозного шкива, а также ресурса равномерно изношенных фрикционных накладок.

Поставленная цель достигается тем, что на наружную поверхность фрикционных накладок с натягом надета цилиндрическая обечайка, на наружной поверхности которой установлены неподвижные фрикционные накладки, связанные между собой упругими элементами постоянной жесткости и также заключенные в цилиндрическую обечайку с натягом (первый слой) и при этом натяг каждой последующей обечайки в направлении от тормозной ленты к тормозному шкиву увеличивается.

На фиг.1 показан общий вид многосекционного ленточно-колодочного тормоза; на фиг.2 - узел А на фиг.1 - положение слоев фрикционных узлов на рабочей поверхности тормозного шкива при разомкнутой и замкнутой тормозной ленте; на фиг.3 - поперечный разрез Б-Б на фиг.1 фрикционных узлов многосекционного ленточно-колодочного тормоза. На фиг. 2 использованы следующие условные обозначения: натяжение набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты.

Многосекционный ленточно-колодочный тормоз содержит тормозной шкив 1 с ребордами 2, закрепленный на валу 3 механизма. На рабочей поверхности шкива 1 равномерно размещены фрикционные накладки 4, имеющие внутреннюю 5 и внешнюю 6 рабочие поверхности. В средней части каждой фрикционной накладки 4 по ее длине выполнены два сквозных отверстия 7, благодаря которым накладки 4 затем нанизываются на цилиндрические стержни 8. Последние выгнуты по кругу. При этом между накладками 4 устанавливаются цилиндрические пружины 9, заканчивающиеся шайбами 10 (предназначены для увеличения поверхности взаимодействия с боковыми сторонами накладок). На концах цилиндрических стержней 8 нарезана резьба, и они соединяются между собой муфтой (на чертеже не показана), с помощью которых обеспечивается посадка с натягом фрикционных накладок 4 на рабочую поверхность шкива 1. При этом каждая "накладка матка" 11 через π/4 прикреплена наглухо к стержням 8 с помощью цилиндрических штифтов 12. В каждом секторе накладки 4 между собой связаны пружинами 9, имеющими неодинаковую жесткость.

На внешнюю рабочую поверхность 6 подвижных 4 и неподвижных 11 накладок посажена с натягом цилиндрическая обечайка 13. К последней на внешней поверхности 14 прикреплены неподвижно фрикционные накладки 15, которые соединены между собой резиновыми ленточными упругими элементами 16 постоянной жесткости. На внешнюю рабочую поверхность 17 накладок 15 установлена с натягом металлическая обечайка 18, с которой взаимодействует, в свою очередь, внутренними рабочими поверхностями 5 подвижные 4 и неподвижные 11 накладки.

На внешнюю рабочую поверхность 6 подвижных 4 и неподвижных 11 накладок посажена с натягом цилиндрическая обечайка 19, к внешней поверхности 20 которой прикреплены неподвижно фрикционные накладки 21. Последние между собой соединены резиновыми ленточными упругими элементами 22 постоянной жесткости. Тормозная лента 23 со стороны ее сбегающей ветви одним концом шарнирно соединена с корпусом опоры 24, а другим, то есть концом набегающей ветви - с приводным рычагом 25.

Коэффициент трения между внешней поверхностью 20 фрикционных насадок 21 и рабочей поверхностью тормозной ленты 23, между поверхностями цилиндрических оболочек 13, 18 и 19 с внутренними 5 и внешними 6 рабочими поверхностями подвижных 4 и неподвижных 11 накладок, а также между рабочей поверхностью тормозного шкива 1 и внутренними 5 рабочими поверхностями подвижных 4 и неподвижных 11 накладок выбран везде одинаково. Что касается натяга между перечисленными выше поверхностями взаимодействия, то он в направлении от тормозной ленты 23 к рабочей поверхности тормозного шкива 1 увеличивается. При этом прочность соединения между перечисленными выше поверхностями обеспечивается за счет сил натяга и определяется потребными удельными нагрузками на взаимодействующих рабочих поверхностях. Упомянутые удельные нагрузки должны быть такими, чтобы силы трения, развивающиеся на посадочных поверхностях соединения, были больше внешних сдвигающих сил, то есть сил трения, возникающих при взаимодействии рабочей поверхности тормозной ленты 23 и внешними поверхностями фрикционных накладок 21.

Удельные нагрузки, развивающиеся на каждой отдельно взятой поверхности взаимодействия тормоза, определяются по следующей зависимости: где Ki - коэффициент запаса сцепления i-ых поверхностей взаимодействия тормоза; Fi - сила прижатия i-ых поверхностей взаимодействия тормоза; fi - коэффициент трения между i-ыми поверхностями взаимодействия тормоза; ai, bi -ширина и длина i-ой фрикционной накладки.

Для обеспечения посадки с натягом цилиндрических оболочек 13, 18 и 19 на внешние и внутренние поверхности накладок 4, 11, 15 и 21 реборда 2 выполнена съемной.

Многосекционный ленточно-колодочный тормоз работает следующим образом. В расторможенном положении шкив 1 свободно вращается вместе с неподвижными накладками 4, 11, 15 и 21, связанных между собой упругими элементами 9, 16 и 22, которые надеты в цилиндрические обечайки 13, 18 и 19. При данной конструкции тормоза режим торможения включает в себя три стадии.

Первая (начальная) стадия, когда при нажатии на приводной рычаг 25 рабочая поверхность тормозной ленты 23 взаимодействует с рабочими поверхностями неподвижных фрикционных накладок 21. Это возможно до тех пор, пока F₂+F_n1>F₁, (силы трения между внутренней поверхностью цилиндрической обечайки 19 плюс силы прижатия внешних рабочих поверхностей 6 накладок 4 и 11 больше силы трения между рабочей поверхностью тормозной ленты 23 и рабочими поверхностями неподвижных накладок 21). В этом случае многосекционный тормоз работает как серийный, но только с "обращенной" парой трения типа "металлический функциональный элемент - фрикционные накладки".

Вторая (переходная) стадия. При торможении сила F₁ растет быстрее за (F₂+F_n) и в какой-то момент времени будет достигнуто равенство F₁=(F₂+F_n1) и произойдет срыв контакта внешних рабочих поверхностей 6 фрикционных накладок 4 и 11 с внутренней поверхностью цилиндрической обечайки 19. Этот режим является характерным при переходе от одних фрикционных узлов до других в многосекционном тормозе.

Третья (заключительная), когда (F₂+F_n1)+(F₃+F_n1)+(F₃+F_n2)>F₁, где F₃ - сила трения между внутренними рабочими поверхностями 6 фрикционных накладок 4 и 11 и внешней поверхностью цилиндрической обечайки 18; F_n - силы прижатия внутренних рабочих поверхностей 6 накладок 4 и 11 и внешней поверхностью цилиндрической обечайки 18. В этом случае фрикционные накладки 21 становятся почти неподвижными относительно рабочей поверхности тормозной ленты 23, а подвижные 4 и неподвижные 11 накладки относительно цилиндрических стержней 8 взаимодействуют с рабочими поверхностями обечаек 19 и 18 и перемещаются при этом между ними. Аналогичным образом стадии торможения реализуются и другими парами трения многосекционного тормоза.

При нажатии на приводной рычаг 25 происходит замыкание многосекционного тормоза. При этом натяжение набегающей ветви тормозной ленты 23 больше за натяжение ее сбегающей ветви В первой стадии торможения рабочая поверхность ленты 23 взаимодействует с рабочими поверхностями неподвижных накладок 21 и происходит притормаживание шкива 1. При этом резиновые ленточные упругие элементы 22, соединяющие между собой накладки 21, являются гасителями низкочастотных колебаний всей многосекционной системы и способствуют мягкой посадке ленты 23 на накладки 21.

Во второй стадии торможения происходит увеличение силы нажатия на приводной рычаг 25, что ведет к дальнейшему увеличению натяжений ветвей ленты 23, а следовательно, и к срыву контакта взаимодействия внутренних рабочих поверхностей 6 накладок 4 и 11 с внутренней поверхностью цилиндрической обечайки 19. Это вызывает дальнейшее притормаживание шкива 1. При дальнейшем увеличении нажатия на приводной рычаг 25 в третьей части торможения происходит рост натяжения ветвей ленты 23, который приводит к срыву пятна контакта взаимодействия внутренних рабочих поверхностей 5 накладок 4 и 11 с внешней поверхностью цилиндрической обечайки 18. В результате чего подвижные 4 и неподвижные 11 фрикционные накладки относительно цилиндрических стержней 8 (относительно рабочей поверхности шкива 1 они все являются подвижными) взаимодействуют с рабочими поверхностями обечаек 19 и 18 и перемещаются при этом между ними. Неодинаковая жесткость пружин 9 при соединении между собой накладок 4 и 11 в секторах обеспечивает разный их натяг. Это позволяет при большой силе прижатия накладок 4 и 11 к рабочим поверхностям цилиндрических обечаек 19 и 18 производить срыв их контакта взаимодействия под набегающей ветвью ленты 23, а при меньшей силе их прижатия - под ее сбегающей ветвью Кроме того, в зависимости от того, какие сектора попадают под тормозную ленту 23, вести неодновременную подстройку фрикционных накладок 4 и 11 между рабочими поверхностями цилиндрических обечаек 19 и 18 для перераспределения удельных нагрузок между ними в зонах их взаимодействия. Особенность подстройки подвижных накладок 4 относительно стержней 8 заключается в следующем. Перемещение накладок 4 будет происходить в направлении от набегающей ветви к сбегающей в зоне каждого сектора на разные пути из-за неодинаковой жесткости пружин 9. Ограничителями для перемещающихся накладок 4 являются фрикционные накладки 11, выполняющие функции "накладок маток". Следовательно, тормозная эффективность каждого сектора накладок 4 и 11, заключенных между рабочими поверхностями цилиндрических обечаек 19 и 18, будет разной, так как из-за различного шага между накладками 4 будет происходить перераспределение удельных нагрузок между набегающей и сбегающей ветвями тормозной ленты 23. В дальнейшем, при выходе накладок 4 и 11 из угла обхвата тормозной лентой 23 пружины 9 разжимаются и занимают первоначальное положение, что также оказывает дополнительное сопротивление вращающемуся тормозному шкиву 1.

Реализация третьей стадии торможения многосекционным тормозом может привести к полной остановке тормозного шкива 1. Однако в мощных ленточно-колодочных тормозах процесс торможения может продолжаться. При значительном увеличении силы нажатия на приводной рычаг 25 происходит рост натяжения ветвей тормозной ленты 23 и при этом имеет место срыв пятна контакта взаимодействия между внешней 6 и внутренней 5 рабочими поверхностями накладок 4 и 11 и соответственно внутренней поверхностью цилиндрической обечайки 13 и рабочей поверхностью тормозного шкива 1. В то же время тормозная лента 23 своей рабочей поверхностью как бы прилипает к наружной поверхности неподвижных накладок 21 и блокирует между цилиндрическими обечайками 19 и 18, а также только с внутренней стороны обечайки 13 накладки 4 и 11, и способствует взаимодействию только с внутренней рабочей их поверхности 5 с рабочей поверхностью тормозного шкива 1. Это будет продолжаться до тех пор, пока тормозной шкив 1 не будет полностью остановлен. В этом случае многосекционный ленточно-колодочный тормоз будет работать как обычный серийный.

Таким образом, применение многосекционного ленточно-колодочного тормоза с управляемой эффективностью действия не только за счет сил трения скольжения, но и благодаря переменному эффекту натяга между взаимодействующими поверхностями тормоза дает возможность перераспределять его эффективность между секциями путем самоустановки подвижных фрикционных накладок, способствующих перераспределению и почти выравниванию удельных нагрузок на набегающей и сбегающей ветвях тормозной ленты и, как следствие, равномерному износу рабочих поверхностей фрикционных узлов.

Источники информации 1. Авт. св. 576455 (СССР), F 16 D 49/08, 1977, БИ 38 /1, аналог/.

Формула изобретения

Многосекционный ленточно-колодочный тормоз, содержащий тормозной шкив с установленными на нем и подпружиненными между собой подвижными (4) и неподвижными (11) фрикционными накладками, при этом упомянутые накладки (4, 11) посажены на жесткие металлические элементы, простирающиеся через середины толщин накладок (4, 11), и каждая неподвижная (11) “накладка матка” через π/4 прикреплена наглухо к упомянутым жестким металлическим элементам, а в каждом секторе подвижные фрикционные накладки (4) между собой связаны пружинами неодинаковой жесткости, отличающийся тем, что на наружную поверхность подвижных (4) и неподвижных (11) фрикционных накладок с натягом одета обечайка, на наружной поверхности которой неподвижно установлены фрикционные накладки (15), связанные между собой упругими элементами постоянной жесткости и также заключенные в цилиндрическую обечайку с натягом, что и составляет одну из секций тормоза, и при этом натяг каждой последующей обечайки в направлении от тормозной ленты к тормозному шкиву увеличивается.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3