ленточно-колодочный тормоз с радиально подвижными накладками в шкиве

Формула изобретения

Ленточно-колодочный тормоз с радиально подвижными фрикционными элементами, содержащий тормозной шкив, установленный на барабане, 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 меньшее опирается на выпуклую пластину с отбортовкой, препятствующей выпаданию фрикционного элемента, при этом пластина заформована в наружную поверхность торовой резиновой пневмокамеры, внутренняя поверхность которой расположена на цилиндрическом кольцевом выступе фланца барабана и прикреплена к нему штуцерами воздушных трубопроводов.

Описание изобретения к патенту

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 эффективность тормоза характеризуется величиной соотношения усилий натяжения набегающей (S_H) и сбегающей (S _C) ветвей ленты, изменяющейся от 2,0 до 10,0 (1, аналог; Алексеевский Г.В. Буровые установки Уралмаш-завода. - М.: Недра, 1981. - С.132, рис.68).

Тормоз имеет тот недостаток, что в конструкцию его фрикционных узлов еще на стадии проектирования заложена неравномерность нагруженности, т.к. создаваемые каждой отдельной накладкой набегающей и сбегающей ветви ленты долевые тормозные моменты, из суммы которых складывается общий тормозной момент тормоза, сильно отличаются вследствие 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 (2, прототип; Ильский А.Л., Миронов Ю.В., Чернобыльский А.Г. Расчет и конструирование бурового оборудования. - М.: Недра, 1985. - C.180; рис.VI.18).

Недостатком данной конструкции муфты является то, что она не способна передавать большие моменты вращения.

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

- возможность оператичного вмешательства в процесс реализации тормозного момента за счет изменения величины разности усилий натяжения набегающей и сбегающей ветвей тормозной ленты, радиуса рабочей поверхности фрикционных узлов и давления сжатого воздуха в полости торовой резиновой пневмокамеры;

- достигается целенаправленное изменение сил трения в зоне взаимодействия фрикционных узлов за счет изменения усилий натяжения ветвей тормозной ленты и давления сжатого воздуха, т.е процесс трения становится управляемым в зависимости от реальных условий эксплуатации;

- обеспечивается равномерное распределение удельных нагрузок на поверхностях трения фрикционных элементов, что способствует увеличению суммарного тормозного момента при взаимодействии выпуклых рабочих поверхностей фрикционных накладок с податливыми и упругими ветвями тормозной ленты при их перемещении в радиальном направлении вследвстие подачи сжатого воздуха в полость торовой резиновой пневмокамеры;

- обеспечивается плавность включения тормоза, при этом устраняется резкий захват тормозной лентой рабочих поверхностей фрикционных элементов, исчезают толчки и вибрации пар трения благодаря наличию под фрикционными элементами торовой резиновой пневмокамеры, заполненной сжатым воздухом;

- достигается существенное снижение напряженно деформированного состояния обода тормозного шкива вследствие отсутствия теплового фактора в его теле;

- устраняется неравномерность износа рабочих поверхностей фрикционных элементов благодаря непрерывной смене их положения относительно ветвей тормозной ленты в процессе торможения.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности тормоза путем выравнивания нагруженности его фрикционных узлов с возможностью управления величиной суммарного тормозного момента в процессе торможения.

Поставленная цель достигается тем, что в ленточно-колодочном тормозе с радиально подвижными фрикционными накладками в шкиве по периметру его цилиндрической поверхности выполены 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 меньшее опирается на выпуклую пластину с отбортовкой, препятствующей выпаданию фрикционного элемента, пластина заформована в наружную поверхность торовой резиновой пневмокамеры, внутрення поверхность которой расположена на цилиндрическом кольцевом выступе фланца барабана и прикреплена к нему штуцерами воздушных трубопроводов.

На фиг.1 представлен общий вид ленточно-колодочного тормоза с радиально подвижными накладками в шкиве; на фиг.2 - поперечный разрез А-А; на фиг.3 - выносной элемент Б (увеличенное изображение накладки в продольном разрезе); на фиг.4 - общий вид выпуклой пластины с отбортовкой для крепления фрикционного элемента.

Ленточно-колодочный тормоз содержит тормозной шкив 1, имеющий окна 2, выполненные с потоянным шагом по переметру его цилиндрической поверхности 3. Шкив 1 имеет выступ 4, которым он с помощью болтового соединения 5 крепится к фланцу 6 барабана 7. На фланце 6 имеется кольцевой цилиндрический выступ 8. Ступица 9 барабана 7 с фланцем 6 посредством призматической шпонки 10 закреплена на подъемном валу 11 лебедки.

В окна 2 шкива 1 установлены фрикционные элементы (накладки) 12, имеющие в продольном сечении форму равнобокой трапеции, большее основание 13 которой выпуклое. При замыкании тормоза оно взаимодействует с внутренней поверхностью 14 тормозной ленты 15, являясь рабочей поверхностью фрикционного элемента 12, при этом радиусы кривизны сопряженных поверхностей накладки и ленты равны. Меньшее вогнутое основание 16 сечения фрикционного элемента 12 опирается на наружную поверхность выпуклой пластины 17, имеющей отбортовку 18. Фрикционный элемент 12 крепится к отбортовке 18 гайкой 19, что предохраняет его от выпадания из окна 2 шкива 1 при действии на него гравитационных и центробежных сил в зоне, не охваченной тормозной лентой 15. Внутренней вогнутой поверхностью пластина 17 заформована в наружную поверхность 20 торовой резиновой пневмокамеры 21, внутренняя поверхность 22 которой расположена на цилиндрическом кольцевом выступе 8 фланца 6 барабана 7. Крепление внутренней поверхности 22 торовой резиной пневмокамеры 21 к цилиндрическому кольцевому выступу 8 осуществляется при помощи штуцеров 23 воздушных трубопроводов 24. Трубопроводы 24 подсоединены к воздушному тракту 25, проходящему через систему отверстий, выполненных в подъемном вале 11. Второй шкив тормоза (на фиг.1, 2, 3 не показан) подключен к общей пневмосистеме трубопроводом 26, проложенным через отверстие 27 в ступице 9 барабана 7.

Тормозная лента 15 имеет набегающую ветвь а, связанную с опорой 28, и сбегающую ветвь б, соединенную с рычагом 29 управления тормозом.

Для обеспечения высокой надежности крепления фрикционного элемента 12 к выпуклой пластине 17 в его нижнюю часть посередине заформована поперечная пластина 30, через которую проходит криволинейный продольный стержень 31. На концах стержня 31 нарезана метрическая резьба, на которую навинчивают гайки 19 с пружинными шайбами 32. Отбортовка 18 выпуклой пластины 17 имеет Г-образные прорези 33, ширина которых равна диаметру криволинейного стержня 31, причем указанные прорези выполнены в противоположных направлениях. При монтаже фрикционных элементов 12 концы стержня 31 поочередно заводят сначала в одну прорезь 33 отбортовки 18, затем в другую.

Ленточно-колодочный тормоз с радиально подвижными накладками в шкиве работает следующим образом.

При нажатии на рычаг управления 29 тормозная лента 15 набегающей а и сбегающей б ветвями взаимодействует с выступающими над поверхностью шкива 1 выпуклыми рабочими поверхностями 13 фрикционных элементов 12, обусловливая 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 12 толчки и вибрации гасятся вследствие наличия торовой резиновой пневмокамеры 21, на которую опираются накладки 12. Величина развивиаемого тормозом тормозного момента определяется не только усилием замыкания тормоза (усилием на рычаге управления 29), но и давлением сжатого воздуха в торовой резиновой пневмокамере 21, поскольку именно величина давления сжатого воздуха в ней влияет на силу прижатия накладок 12 к тормозной ленте 15 при их радиальном перемещении в окнах 2 шкива 1, а также на значение радиуса поверхности трения. В общем случае тормозной момент, развиваемый ленточно-колодочным тормозом, равен М _T=(S_H-S_C)R, где S_H, S_C - натяжение набегающей а и сбегающей б ветвей тормозной ленты 15; R - радиус поверхности трения. Таким образом, управлять величиной тормозного момента можно, изменяя разность натяжения ветвей ленты, а также радиус поверхности трения, т.е. величину отдаленности наружной поверхности 13 накладки 12 от оси вращения шкива. В свою очередь, эта величина зависит от степени наполненности полости торовой резиновой пнемокамеры 21, т.е. от давления сжатого воздуха в ней. При этом возможны следующие режимы торможения.

Первый режим торможения. Торовые резиновые пневмокамеры 21 заполняются сжатым воздухом, в результате чего фрикционные элементы 12 перемещаются радиально в окнах 2 шкива 1 к тормозной ленте 15, к ветвям которой уже приложено предварительное усилие (S_H -S_C). При этом тормозной момент, развиваемый данным типом тормоза, равен [n·p·A·f+(S _H-S_C)]R=M_T, где n - количество фрикционных элементов 12, находящихся под тормозной лентой 15; р - давление сжатого воздуха в полости пневмокамеры 21; А - площадь рабочей поверхности 13 фрикционного элемента 12; f - коэффициент трения скольжения в паре "внутренняя поверхность ленты - рабочая поверхность фрикционного элемента". В этом случае все составляющие, входящие в аналитическую зависимость для определения тормозного момента, являются переменными. Целенаправленно изменяя величины n; р; А; f, можно добиться существенного уменьшения усилий натяжения ленты при том же значении тормозного момента.

Второй режим торможения. Торовые резиновые пневмокамеры 21 заполняются сжатым воздухом, способствуя некоторому перемещению фрикционных элементов 12. После чего подача сжатого воздуха прекращается, при этом рабочие поверхности 13 фрикционных элементов 12 занимают фиксированное положение относительно внутренней поверхности 14 тормозной ленты 15. При торможении к ветвям последней прикладывают замыкающие усилия. Тормозной момент для такого режима нагружения тормоза равен M_Т=(S_H -S_C)R, при этом величина разности (S _H-S_C) будет максимальной.

По завершении процесса торможения независимо от режима торможения размыкание тормоза возможно тремя способами: снятием усилия на рычаге управления 29, отводом сжатого воздуха из полости торовой резиновой пневмокамеры 21 через правое осевое отверстие в теле подъемного вала 11 (не показано) и комбинацией первых двух способов.

Необходимо заметить, что наличие торовой резиновой пневмокамеры 21, на которую через пластину 17 опираются фрикционные элементы 12, способствует быстрому и мягкому перераспределению удельных нагрузок, возникающих при замыкании тормоза. Вследствие возникновения на рабочих поверхностях 13 фрикционных элементов 12, находящихся под набегающей ветвью а ленты 15, максимальных для данного режима торможения удельных нагрузок, накладки 12 в окнах 2 шкива 1 перемещаются к оси подъемного вала 11. Полость торовой резиновой пневмокамеры 21 при этом под указанными накладками 12 прогибается, способствуя расширению ее участков под другими, менее нагруженными накладками, что способствует более сильному их прижатию к внутренней поверхности 14 тормозной ленты 15.

Предложенное техническое решение позволяет существенно улучшить не только динамику процесса торможения, но и повысить эффективность тормоза в связи с возможностью управления величиной тормозного момента.