ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ И ЖИДКОСТНАЯ РУБАШКА ДЛЯ НЕГО
DISK BRAKE AND HYDRAULIC JACKET FOR IT

Область техники
Настоящее изобретение в общем имеет отношение к тормозам с жидкостным охлаждением, а более конкретно - к жидкостной рубашке, предназначенной для использования в тормозах с жидкостным охлаждением.
Уровень техники
В обычном дисковом тормозе используют два комплекта фрикционных дисков, которые чередуются друг с другом и служат для передачи тормозного усилия. Фрикционные диски могут быть изготовлены из меди, чтобы усилить перенос теплоты трения внутри тормоза. Типично, что один комплект дисков блокирован от вращения относительно стационарного корпуса, такого как кожух тормоза, но имеет возможность осевого перемещения относительно стационарного корпуса. Другой комплект дисков вращается вместе с вращающимся компонентом, таким как ведомый вал, но также имеет возможность осевого перемещения относительно вращающегося компонента. Используют исполнительный механизм для ввода дисков в зацепление, за счет чего тормозят вращающийся компонент.
Торможение вращающегося компонента приводит к преобразованию механической энергии в тепловую энергию. Во многих случаях желательно обеспечить эффективный отвод (удаление) теплоты, генерируемой в конструкции тормоза. Одним из путей удаления теплоты из дискового тормоза является использование жидкости для охлаждения конструкции тормоза и отвода теплоты из конструкции тормоза наружу. В одном из обычных дисковых тормозов с жидкостным охлаждением один комплект фрикционных дисков образует жидкостные рубашки для циркуляции через них охлаждающей жидкости, чтобы уменьшить теплоту, выделяемую в тормозе за счет фрикционного зацепления фрикционных дисков.
Одна обычная жидкостная рубашка имеет множество концентрических каналов и один радиальный канал, который имеет жидкостную связь с каждым из концентрических каналов. Впуск жидкости и выпуск жидкости имеют связь с радиальным каналом. Теоретически жидкость одновременно поступает в каждый из концентрических каналов после входа в радиальный канал из впуска жидкости. Однако на практике было обнаружено, что течение жидкости является неравномерным внутри концентрических каналов и между ними. В частности, течение жидкости в радиально внутренних концентрических каналах является относительно высоким, в то время как течение жидкости в радиально внешних концентрических каналах является относительно низким. Эффективное течение жидкости в радиально внешних концентрических каналах является особенно важным, так как больше всего теплоты выделяется на радиально внешнем участке фрикционного диска, который вращается с большей скоростью, чем радиально внутренний участок диска.
Таким образом, имеется необходимость в создании жидкостной рубашки для дискового тормоза, которая позволяет свести к минимуму и/или исключить один или несколько указанных выше недостатков.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением предлагается жидкостная рубашка для дискового тормоза, которая позволяет получить улучшенное течение жидкости.
Жидкостная рубашка в соответствии с настоящим изобретением содержит кольцевой корпус, выполненный с возможностью входа в зацепление с фрикционной поверхностью. Кольцевой корпус имеет множество концентрических каналов. Кольцевой корпус дополнительно содержит первый осевой канал, имеющий жидкостную связь с первым каналом из множества концентрических каналов. Кольцевой корпус дополнительно содержит второй осевой канал, имеющий жидкостную связь со вторым каналом из множества концентрических каналов. Второй канал отделен от первого канала при помощи третьего канала из множества концентрических каналов. Кольцевой корпус дополнительно содержит радиальный канал, идущий между первым и вторым осевыми каналами, и впуск жидкости, который имеет связь с радиальным каналом.
Жидкостная рубашка в соответствии с настоящим изобретением имеет существенные преимущества по сравнению с обычными жидкостными рубашками, которые используют для дисковых тормозов. В частности, предложенная жидкостная рубашка существенно улучшает течение жидкости по имеющимся в ней концентрическим каналам, что способствует более сбалансированному распределению жидкости между каналами. В результате, жидкостная рубашка позволяет более эффективно рассеивать (отбирать) теплоту от тормоза.
Указанные ранее и другие преимущества 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 чертежей
На фиг.1 показано поперечное сечение тормоза, который содержит жидкостную рубашку в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.2 показано с увеличением поперечное сечение жидкостной рубашки в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг.3 показан вид сверху жидкостной рубашки в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание вариантов изобретения
Обратимся теперь к рассмотрению чертежей, на которых аналогичные детали имеют одинаковые позиционные обозначения.
На фиг.1 показан тормоз 10 в соответствии с настоящим изобретением. Тормоз 10 предназначен для работы в тяжелом режиме (например, в оборудовании для бурения нефтяной скважины). Тормоз 10 содержит кожух 12, два комплекта фрикционных дисков 14А-В, 16 и узел 18 торцевой крышки.
Кожух 12 обеспечивает конструктивную опору для других компонентов тормоза 10. Кожух 12 может быть изготовлен из обычных металлов, металлических сплавов и/или из различных пластмасс. Кожух 12 охватывает ведомый вал 20 и может быть зацентрован относительно оси 22 вращения вала 20. Кожух 12 может иметь, главным образом, кольцевую форму и может быть выполнен в виде одной детали. Кожух 12 имеет идущие по оси расточки 24, 26, предназначенные для ввода крепежных деталей 28, 30, предназначенных соответственно для соединения фрикционного диска 14 и узла 18 торцевой крышки с корпусом 12. Корпус 12 также имеет множество радиальных отверстий 32, предназначенных для приема шлангов и соединительных элементов (не показаны).
Фрикционные диски 14А, 14В служат для передачи тормозного момента на фрикционный диск 16 и вал 20 при входе в зацепление дисков 14А, 14В, 16. Фрикционный диск 14А прикреплен к кожуху 12 при помощи крепежных деталей 28, проходящих насквозь через фрикционный диск 14А. Фрикционный диск 14В соединен с кожухом 12 с использованием шлицов 34, 36 на радиально внутренней поверхности кожуха 12 и на радиально внешней поверхности диска 14В, соответственно. Указанным образом диск 14В блокирован от вращения относительно кожуха 12, но имеет возможность осевого перемещения относительно кожуха 12. Несмотря на то, что в показанном варианте предусмотрен только один подвижный диск 14В, следует иметь в виду, что для повышения тормозного момента могут быть использованы дополнительные диски 14В (и фрикционные диски 16). Каждый из фрикционных дисков 14А, 14В имеет один или несколько дисков 38 и жидкостную рубашку 40 в соответствии с настоящим изобретением (описанную далее более подробно). Диски 38 являются обычными и могут быть изготовлены из различных обычных металлов и металлических сплавов, в том числе из стали или меди. Диски 38 могут быть соединены на одной или обеих сторонах с жидкостной рубашкой 40 при помощи крепежных деталей 42, таких как болты, винты или шпильки.
Фрикционный диск 16 служит для передачи тормозного момента от фрикционных дисков 14А, В на вал 20. Фрикционный диск 16 может быть изготовлен из обычных металлов и металлических сплавов, в том числе из стали или меди. Диск 16 связан со ступицей 44, закрепленной на валу 20 (или непосредственно с валом 20) за счет использования шлицов 46, 48 на радиально внутренней поверхности диска 16 и на радиально внешней поверхности ступицы 44 (или вала 20), соответственно. Диск 16 может иметь обычный фрикционный материал 50, закрепленный на каждой стороне диска 16 при помощи крепежных деталей 52, таких как болты или винты. И в этом случае, несмотря на то, что только один диск 16 использован в показанном варианте, следует иметь в виду, что могут быть использованы дополнительные диски 16, чередующиеся с дополнительными дисками 14 В, чтобы увеличить тормозной момент.
Узел 18 торцевой крышки закрывает один конец кожуха 12 (противоположный фрикционному диску 14А) и служит опорой для исполнительных механизмов тормоза. В показанном варианте узел 18 торцевой крышки содержит кольцевую пластину 54, которая прикреплена к кожуху 12 с использованием одной или нескольких крепежных деталей 30. Пластина 54 образует кольцевую выемку 56 для приема расширяемого эластичного баллона 58, который прижимается к нажимной пластине 60. Пластина 54 также имеет осевую проточку 62, через которую флюид (жидкость или газ) поступает в эластичный баллон 58 по шлангу (не показан), и проточку 64 со ступенчатым диаметром, через которую пропущена крепежная деталь 66. Крепежная деталь 66 охвачена пружиной 68, расположенной в участке большего диаметра проточки 64, и походит через диск 54 во фрикционный диск 14В. Когда флюид поступает в эластичный баллон 58, эластичный баллон 58 расширяется и смещает нажимную пластину 60 в осевом направлении, преодолевая усилие пружины 68 и сжимая ее, и вводит в зацепление фрикционные диски 14А-В. Когда флюид выпускают и давление флюида в эластичном баллоне 58 снижается, пружина 68 смещает фрикционный диск 14В во втором осевом направлении относительно его исходного положения. Несмотря на то, что в показанном варианте используют единственный исполнительный механизм, действующий как натяжной тормоз, следует иметь в виду, что предложенная здесь жидкостная рубашка 40 может быть использована в самых разных тормозах.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.2-3, со ссылкой на которые будет описана жидкостная рубашка 40 в соответствии с настоящим изобретением. Рубашка 40 служит для циркуляции внутри тормоза 10 охлаждающей жидкости, такой как вода или другая обычная жидкость, для обеспечения переноса теплоты трения, выделяемой внутри тормоза 10. Рубашка 40 содержит кольцевой корпус 70, образующий жидкостной коллектор, внутри которого циркулирует жидкость, и имеющий поверхность, на которой установлены диски 38 (см. фиг.1). Корпус 70 может иметь множество концентрических каналов 72, 74, 76, 78, 80, 25 82, 84, множество осевых каналов 86, 88, 90, 92, множество радиальных каналов 94, 96, впуск 98 жидкости и выпуск 100 жидкости.
Концентрические каналы 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84 обеспечивают циркуляцию охлаждающей жидкости вокруг дисков 38 и вдоль всей радиальной и круговой протяженности дисков 38. В показанном варианте каналы 72, 74, 76,78, 80, 82, 84 расположены только на одной осевой стороне корпуса 70 рубашки 40. Однако из рассмотрения фиг.1 можно понять, что аналогичные каналы могут быть образованы и на противоположной стороне корпуса 70 рубашки 40, в зависимости от местоположения фрикционных дисков 14А, 14В, имеющих рубашку 40 (например, если фрикционные диски 16 расположены на любой стороне фрикционного диска 14В). Также следует иметь в виду, что, несмотря на то, что в показанном варианте изобретения предусмотрены семь (7) концентрических каналов 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, число таких каналов может быть и другим. В показанном варианте канал 72 представляет собой радиально самый внутренний концентрический канал, в то время как канал 84 представляет собой радиально самый крайний концентрический канал. Каналы 74, 76, 78, 80, 82 расположены между каналами 72, 84. Обратимся теперь к рассмотрению фиг.3, где показаны каналы 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, образованные при помощи концентрических кольцевых стенок, таких как стенка 102, которые могут иметь жидкостную связь друг с другом у перегородок 104, предусмотренных в стенках 102 у диаметрально противоположных положений внутри жидкостной рубашки 40. Радиальная ширина каналов может быть одинаковой, как в показанном варианте.
Осевые каналы 86, 88, 90, 92 обеспечивают жидкостную связь между концентрическими каналами 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84 и радиальными каналами 94, 96, соответственно. Каждый из осевых каналов 86, 88, 90, 92 имеет прямую жидкостную связь по меньшей мере с одним из концентрических каналов 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84. В показанном варианте осевые каналы 86, 90 имеют жидкостную связь с радиально самым крайним концентрическим каналом 84, а также имеют жидкостную связь с каналом 82, расположенным радиально внутри от канала 84. Диаметр каждого из осевых каналов 86, 90 идет поперек полной радиальный длины концентрического канала 84 и поперек только участка (меньше половины длины в показанном варианте) радиальной длины концентрического канала 82. Осевые каналы 88, 92 имеют жидкостную связь со смежными концентрическими каналами 74, 76. Диаметр каждого из осевых каналов 88, 92 идет поперек только участка (меньше половины длины в показанном варианте) радиальной длины каждого из концентрических каналов 74, 76. Диаметры осевых каналов 88, 92 меньше, чем диаметры осевых каналов 86, 90. В показанном варианте ни один участок радиально самого внутреннего концентрического канала 72 или каналов 78, 80 не имеет прямой жидкостной связи с любым из осевых каналов 86, 88, 90, 92. Соответственно, концентрические каналы 74, 76, и 82, 84, с которыми осевые каналы 88, 92 и 86, 90, соответственно, имеют прямую жидкостную связь, разделены при помощи концентрических каналов 78, 80.
Радиальные каналы 94, 96 создают жидкостную связь между осевыми каналами 86, 88, 90, 92, впуском 98 жидкости и выпуском 100 жидкости. Радиальные каналы 94, 96 идут между осевыми каналами 86,90 и 88, 92, соответственно. Диаметры радиальных каналов 94, 96 могут быть постоянными между осевыми каналами 86, 90 и 88, 92, соответственно. Радиальный канал 94, 96 может быть расположен у диаметрально противоположных местоположений внутри рубашки 40 и может быть совмещен по оси с перегородками 104 в кольцевых стенках 102, образующих концентрические каналы 72, 74, 76, 78, 80, 82, 84.
Впуск 98 жидкости и выпуск 100 жидкости служат для впуска жидкости в жидкостную рубашку 40 и выпуска жидкости из нее. Впуск 98 и выпуск 100 могут быть расположены у радиально внешних точек рубашки 40. Впуск 98 и выпуск 100 могут иметь диаметр больше, чем диаметр радиальных каналов 94, 96, и могут иметь размер и резьбу, позволяющие подключать жидкостной соединитель (не показан).
Жидкостная рубашка в соответствии с настоящим изобретением позволяет добиться существенных преимуществ по сравнению с обычными жидкостными рубашками. В частности, предложенная жидкостная рубашка значительно улучшает и оптимизирует течение жидкости по ее концентрическим каналам, способствуя более сбалансированному распределению потока жидкости между каналами. В результате, такая жидкостная рубашка позволяет более эффективно отводить (рассеивать) теплоту от тормоза.
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 за рамки формулы изобретения.