ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗНОЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в тяжелонагруженных тормозных устройствах подъемно-транспортных, дорожных, строительных машин и транспортных средствах.
Известен тормозной диск для транспортного машиностроения, содержащий монолитный ротор со ступицей, жестко установленной на оси, имеющий поперечные, расположенные с обеих сторон вентиляционные ребра, расположенные по касательной к наружной образующей его ступицы, которые образуют вентиляционные каналы. (RU 2165040, F16D 65/847, 2000).
Также известен дисковый тормозной механизм, содержащий тормозные колодки и диск, в котором равномерно по окружности от ступицы до обода диска выполнены сквозные вентиляционные каналы, образованные поперечными перегородками в виде лопаток, которые одинаково наклонены назад относительно направления вращения диска, причем каждая вторая лопатка короче первой длинной и не достигает ступицы на отрезок, отсекаемый перпендикуляром, опущенным из точки пересечения средней линии лопатки с наружной образующей ступицы первой длинной лопатки на среднюю линию последующей длинной лопатки (RU 2212572C1, F16D 65/847, 2002).
К недостаткам указанных тормозных дисков, реализующих воздушный принцип охлаждения, следует отнести:
- сложное конструктивное исполнение с большим количеством теплоотводящих элементов,
- охлаждение за счет конвективного теплообмена, эффективность которого требует увеличения площади теплоотдающих поверхностей.
Наиболее близким по своей технической сути к предлагаемому решению является дисковая колодка с жидкостным охлаждением,
содержащая корпус с выступами, имеющий поверхность трения, тыльную сторону и рубашку охлаждения, которая выполнена в виде, по меньшей мере, одной металлической трубки, установленной внутри колодки концентрично ее оси с тыльной стороны таким образом, что между металлической трубкой и корпусом колодки отсутствует зазор, при этом металлическая трубка установлена заподлицо с тыльной стороны колодки и имеет овальное сечение, большая ось которого параллельна поверхности трения, а концы трубки выступают над тыльной поверхностью дисковой колодки. (RU 2253058, F16D 65/853, 2003).
Недостатками указанного технического решения являются:
- наличие системы циркуляции жидкости, усложняющей конструкцию и эксплуатацию тормозного узла,
- недостаточная эффективность охлаждения, что обусловлено конвективным теплообменом с жидкостной средой, характеризующегося более высокой теплопоглощающей способностью, чем воздух.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение эффективности охлаждения тормозного механизма и, соответственно, уменьшение износа тормозного диска за счет ускорения теплоотвода из зоны торможения при одновременном упрощении конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что дисковый тормозной механизм содержит тормозную колодку с установленной на ней фрикционной накладкой и тормозной диск, который выполнен в виде закрепленной на несущей основе биметаллической пары, состоящей из наружной контактной пластины и внутренней теплоотводящей вставки, причем последняя выполнена из материала с большей теплопроводностью, чем материал контактной пластины.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен общий вид тормозного механизма, на фиг.2 показан вид сбоку.
Дисковый тормозной механизм содержит тормозную колодку 1 с фрикционной накладкой 2 и тормозной диск, выполненный в виде биметаллической конструкции, включающей несущую основу 3, изготовленную из конструкционной стали, теплоотводящую вставку 4 и износостойкую контактную пластину 5.
Теплоотводящая вставка 4 выполнена из материала с более высокой теплопроводностью, чем материал износостойкой контактной пластины 5.
Сборка тормозного диска осуществляется с помощью механического крепления, например, винтового соединения 6 теплоотводящей вставки и контактной пластины с несущей основой.
При применении в качестве материала теплоотводящей вставки 4 технически чистой меди разница в значениях коэффициентов теплопроводности (Δλ) между теплоотводящей вставкой 4 и износостойкой контактной пластиной 5 будет составлять:
λ стали=0,04 Дж/(мм с°С);
λ меди=0,37 Дж/(мм с°С);
Δλ=0,33 Дж/(мм с °С).
Контактная пластина 5 должна быть изготовлена из стали с повышенной стойкостью к износу при трении металла по фрикционному материалу. В качестве такого материала может использоваться, например, легированная инструментальная сталь X12. При этом несущая основа 3 тормозного диска может быть изготовлена из конструкционной машиностроительной стали 20Х.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
Конструктивное выполнение дискового тормоза с биметаллическим поверхностным слоем обеспечивает теплоотвод из зоны трения преимущественно за счет явления теплопроводности, что более эффективно, чем теплоотвод в результате конвективного теплообмена. Наличие разницы в теплопроводящих свойствах контактной пластины 5 и теплоотводящей вставки 4 создает разницу в скоростях передачи теплоты по этим двум элементам тормозного диска. Теплоотводящая вставка 4 обеспечивает более быструю передачу теплоты через свое сечение, чем контактная пластина 5. В результате на границе «пластина - вставка» возникает перепад температур. Менее нагретая поверхность теплоотводящей вставки 4 выполняет роль холодильника для ответной поверхности контактной пластины 5, ускоряя отток теплоты из ее объема и, соответственно, из зоны трения. Снижение температуры в зоне трения в биметаллическом тормозном диске достигает 30-40% по сравнению с аналогичным стальным диском.
Снижение температуры разогрева поверхности трения позволяет сохранять в течение более длительного времени исходные значения коэффициента трения, а, следовательно, и эффективность торможения. Вместе с тем, снижение температуры нагрева способствует сохранению и механических свойств контактного поверхностного слоя, повышая тем самым его стойкость к изнашиванию.
Соотношение между толщинами износостойкой контактной пластины 5 и теплоотводящей вставки 4 определяется в каждом конкретном случае в зависимости от условий нагружения, скорости относительного перемещения и длительности непрерывного тормозного пути.
Наличие теплоотводящей вставки 4 обеспечивает усиление теплоотвода из зоны контакта поверхности диска с фрикционной накладкой 2 на тормозной колодке 1. Ускорение оттока теплоты из зоны торможения приводит к снижению температуры разогрева контактной пластины тормозного диска в 1,5-2,0 раза в зависимости от размеров и материала теплоотводящей вставки. В результате повышается эффективность торможения и снижается износ контактной поверхности.