ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА С НАГНЕТАНИЕМ ВОЗДУХА В КАНАВКУ НАКЛАДКИ
BRAKING SYSTEM WITH AIR INJECTION INTO THE GROOVE

Изобретение относится к экологически чистым тормозным системам, предназначенным для применения в машинах, содержащих вращающийся элемент, вращение которого необходимо притормаживать, например, таких как автомобильные, или железнодорожные транспортные средства, или ветроэнергетические установки.
В таких тормозных системах при фрикционном торможении выделяются частицы и пыль, являющиеся результатом истирания тормозных колодок на вращающемся элементе. Этим вращающимся элементом является, например, колесо транспортного средства или диск, вращаемый колесом транспортного средства. Известно, что эти частицы, рассеиваемые в окружающей среде, являются вредными для здоровья людей. Кроме того, внедрение электрических двигателей для автотранспортных средств усилило потребность в обработке частиц и пыли, выделяющихся в результате истирания фрикционных тормозных систем.
Таким образом, существует потребность в улавливании этих частиц и пыли до того, как они высвободятся в окружающую среду.
Известен документ FR 3057040, в котором описана тормозная система, содержащая тормозную колодку 10, при этом колодка содержит опорную плиту 1 с первой стороной 13 и второй стороной 14 и накладку 2 из фрикционного материала, закрепленную на первой стороне 13, при этом накладка 2 ограничена фрикционной стороной 26, крепежной стороной 20, внутренним краем 23, наружным краем 24, задним краем 21 и передним краем 22. Накладка 2 имеет по меньшей мере одну собирающую канавку 3, открытую к фрикционной стороне 26 и выходящую своим первым концом 31 со стороны внутреннего края 23 и своим вторым концом 32 со стороны наружного края 24. Опорная плита 1 содержит отверстие 17, сообщающееся по текучей среде с собирающей канавкой 3. Отверстие 17 соединено с всасывающей системой через всасывающую трубку 40, выполненную с возможностью всасывания воздуха, и частиц, и пыли, попадающих в канавку 3.
Такая тормозная система показана на фиг. 10 и 11 и представляет собой предшествующий уровень техники.
Однако эта тормозная система имеет недостатки.
Действительно, во время фаз торможения частицы и пыль продолжают выделяться в нежелательном количестве.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является устранение этих недостатков.
Изобретение призвано предложить тормозную систему с оптимизированным улавливанием частиц, выделяемых накладкой и вращающимся элементом, и с максимально простой конструкцией.
Эта задача решается за счет того, что тормозная система дополнительно содержит всасывающую систему, которая имеет всасывающую трубку, через которую может всасываться воздух, и нагнетательную трубку, через которую может нагнетаться воздух, при этом входное воздушное отверстие всасывающей трубки находится напротив конца указанной по меньшей мере одной канавки, выбранного среди первого конца и второго конца, и выходное воздушное отверстие нагнетательной трубки находится напротив другого конца канавки, выбранного среди первого конца и второго конца.
Благодаря этим признакам, сбор частиц и пыли всасывающей системой является более эффективным, так как одновременное нагнетание и всасывание воздуха позволяет направлять частицы и пыль во всасывающую трубку. Выброс этих частиц и пыли в атмосферу сводится к минимуму.
Предпочтительно ни всасывающая трубка, ни нагнетательная трубка не контактируют с накладкой или опорной плитой.
Таким образом, после фазы торможения не создается более или менее значительного остаточного крутящего момента, когда накладки и колодки отходят от вращающегося элемента.
Например, входное отверстие для воздуха всасывающей трубки находится напротив второго конца, а выходное отверстие для воздуха нагнетательной трубки находится напротив первого конца.
Таким образом, воздух проходит в канавке от внутреннего края к наружному краю накладки. Это направление является естественным (без всасывания/нагнетания) направлением циркуляции воздуха в канавке под действием центробежной силы, при этом улавливание частиц и пыли во всасывающей трубке является более эффективным.
Предпочтительно первый конец выходит к внутреннему краю.
Таким образом, воздух выходит из канавки (в сторону всасывающей трубки) в ее продолжении, что делает всасывание более эффективным. Кроме того, поскольку всасывающая трубка находится в главной плоскости накладки, нет необходимости изменять суппорт, чтобы встроить эту трубку в конструкцию тормозной системы.
Предпочтительно входное отверстие всасывающей трубки находится напротив первого конца, и выходное отверстие нагнетательной трубки находится напротив второго конца.
Таким образом, воздух проходит в канавке от наружного края к внутреннему краю накладки.
Предпочтительно второй конец выходит к наружному краю.
Таким образом, воздух выходит из канавки (в сторону всасывающей трубки) в ее продолжении, что делает всасывание более эффективным. Кроме того, поскольку всасывающая трубка находится в главной плоскости накладки, нет необходимости изменять суппорт, чтобы встроить эту трубку в конструкцию тормозной системы.
Предпочтительно всасывающая система содержит насос и фильтр, при этом насос, фильтр, всасывающая трубка и нагнетательная трубка образуют непрерывный контур.
Таким образом, всасывающая система оказывается более простой. Кроме того, воздух, фильтруемый фильтром, используют повторно для нагнетания в канавку, что способствует многократному пропусканию частиц (которые не были задержаны фильтром) через фильтр. Это позволяет увеличить возможность задержания частиц в этом фильтре.
Предпочтительно указанная по меньшей мере одна канавка находится рядом с задним краем.
Таким образом, улавливание частиц и пыли канавкой оказывается оптимизированным, поскольку эти частицы и пыль стремятся проходить от передней к задней части накладки, так как это направление прохождения является направлением перемещения вращающегося элемента относительно накладки в состоянии покоя.
Предпочтительно накладка имеет вторую канавку, которая расположена по существу посередине расстояния между передним краем и задним краем.
Таким образом, улучшается вибрационное поведение узла «накладка-диск» во время торможения.
Предпочтительно накладка имеет дополнительную канавку, которая расположена рядом с передним краем.
Таким образом, заявленная система работает одинаково эффективно в обоих направлениях вращения вращающегося элемента относительно накладки, что представляет собой преимущество для транспортных средств, которые могут производить торможение в обоих направлениях, таких как рельсовые транспортные средства.
Изобретение и его преимущества будут более очевидны из последующего подробного описания варианта выполнения, представленного в качестве не ограничительного примера. Описание представлено со ссылками на чертежи.
На фиг. 1 тормозная колодка тормозной системы согласно изобретению, вид сверху;
на фиг. 2 - тормозная колодка тормозной системы согласно изобретению, вид в перспективе;
на фиг. 3 - тормозная колодка тормозной системы согласно изобретению, вид в разрезе вдоль собирающей канавки по линии III-III на фиг. 2;
на фиг. 4 - вариант выполнения тормозной колодки, вид в разрезе вдоль собирающей канавки;
на фиг. 5 - тормозная колодка тормозной системы согласно другому варианту осуществления изобретения, вид в перспективе;
на фиг. 6 - тормозная колодка тормозной системы согласно изобретению, вид в разрезе вдоль собирающей канавки по линии VI-VI на фиг. 5;
на фиг. 7 - тормозная колодка тормозной системы согласно еще одному варианту осуществления изобретения, вид сверху;
на фиг. 8 - тормозная система согласно изобретению, установленная на вращающемся диске вид в перспективе;
на фиг. 9 - схематичный пример всасывающей системы устройства торможения в соответствии с изобретением;
на фиг. 10 - колодка из известного уровня техники, вид сверху;
на фиг. 11 - колодка из известного уровня техники, вид в перспективе.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к тормозной системе, которая содержит тормозную колодку 10 тормоза для торможения вращающегося элемента 9 машины. Изобретение описано ниже для случая, когда машина является автотранспортным средством, в котором этот тормоз является дисковым тормозом. Однако изобретение можно также применять для случая тормозной колодки в колодочном тормозе, который трется по колесу и который используют в рельсовых (железнодорожных) транспортных средствах, или для случая тормозной колодки, используемой в любой другой промышленной машине (например, в случае ветроэнергетической установки). Во всех случаях торможение вращающегося элемента происходит за счет трения тормозной колодки на этом вращающемся элементе во время его вращения.
В дисковом тормозе торможение происходит за счет трения между диском (который является вращающимся элементом 9), неподвижно соединенным с колесом транспортного средства, и двумя тормозными колодками 10, прижимающимися с двух сторон к этому диску. Диск 9 расположен в главной плоскости и имеет ось А вращения, перпендикулярную к этой главной плоскости.
Каждая из колодок 10 расположена в этой главной плоскости таким образом, что толщина колодки 10 проходит вдоль оси А вращения.
Диск 9 вращается вокруг оси А вращения с направлением вращения FW, что определяет тангенциальное направление Т, касательное к окружности диска 9 и ориентированное в направлении вращения FW, и радиальное направление R, ортогональное к оси А вращения в главной плоскости диска 9.
Эти элементы показаны на фиг. 8, где представлено тормозное устройство, установленное на диске 9.
В последующем описании термины «внутренний» и «наружный» обозначают края или зоны тормозной колодки 10 (или ее компонентов), которые находятся соответственно ближе всего и дальше всего относительно оси А вращения, и термины «передний» и «задний» обозначают края или зоны тормозной колодки 10 (или ее компонентов), которые находятся соответственно выше по потоку или ниже по потоку по отношению направления прохождения частиц 28, выделяемых накладкой 2 (описана ниже), которое является также направлением вращения FW.
Как показано на фиг. 1 и 2, тормозная колодка 10 содержит опорную плиту 1, называемую также основанием. Опорная плита 1 выполнена, например, из металла. Опорная плита 1 представляет собой плоскую пластину по существу постоянной толщины (например, 3-7 мм), общая форма которой в ее главной плоскости является трапециевидной с прямыми или изогнутыми краями.
Опорная плита 1 содержит первую сторону 13, на которой закреплена накладка 2, и вторую сторону 14, противоположную к первой стороне 13. Опорная плита 1 содержит также два шипа (11, 12), которые проходят в плоскости опорной плиты 1 на ее двух боковых концах и которые служат для крепления и направления колодки 10.
Кроме того, тормозная колодка 10 содержит накладку 2, выполненную из фрикционного материала. Например, этим материалом является материал, называемый «феродо».
Накладка 2 ограничена фрикционной стороной 26 («трущаяся» сторона), крепежной стороной 20, противоположной к фрикционной стороне 26 (эти две стороны являются параллельными) и закрепленной на опорной плите 1, внутренним краем 23, наружным краем 24, задним краем 21 и передним краем 22. Наружный 24, задний 21 и передний 22 края являются выпуклыми или прямыми, и внутренний край 23 является вогнутым или прямым.
По мере износа накладки 2 фрикционная сторона 26 постепенно приближается к опорной плите 1. Следовательно, толщина накладки 2 (измеренная вдоль оси А вращения) уменьшается по мере ее износа.
Во время работы накладка 2 (и вращающийся элемент 9) выделяет частицы 28 по причине трения между накладкой 2 и диском 9. Путь прохождения частиц 28 вдоль фрикционной стороны 26 показан пунктирными стрелками на фиг. 1 и 2.
Накладка 2 имеет по меньшей мере одну собирающую канавку 3, открытую к фрикционной стороне 26.
Канавка 3 содержит первый конец 31 и второй конец 32. Канавка 3 выходит своим первым концом 31 со стороны внутреннего края 23 и своим вторым концом 32 со стороны наружного края 24.
Выражение «канавка 3 выходит своим концом со стороны края» означает, что канавка 3 открыта этим концом вблизи края, то есть либо через опорную плиту 1, либо непосредственно в этот край.
Во всех случаях канавка 3 выходит каждым из своих концов за пределы фрикционной стороны 26.
Глубина канавки или канавок 3, например, равна высоте накладки 2, то есть дно канавки 3 совпадает с первой стороной 13 опорной плиты 1. В альтернативном варианте глубина канавки или канавок 3 меньше высоты накладки 2.
Например, собирающая канавка или собирающие канавки 3 имеют постоянное прямоугольное сечение от своего конца выше по потоку до своего конца ниже по потоку и, следовательно, постоянную толщину.
Например, собирающая канавка 3 находится вблизи заднего края 21. Эта конфигурация позволяет более эффективно собирать в этой канавке 3 частицы/пыль, выделяемые при торможении, учитывая, что частицы проходят естественным образом от передней части к задней части накладки 2. Действительно, это направление прохождения является направлением перемещения вращающегося элемента 9 относительно накладки 2 в состоянии покоя.
В качестве варианта накладка 2 дополнительно содержит вторую собирающую канавку 3, которая находится по существу посередине расстояния между передним краем 22 и задним краем 21.
Это положение второй собирающей канавки 3 позволяет минимизировать нежелательные вибрации накладки 2.
Тормозная система содержит всасывающую систему, которая имеет всасывающую трубку 40, через которую всасывается воздух, и нагнетательную трубку 50, через которую нагнетается воздух. Всасывающая трубка 40 содержит входное отверстие 41 для воздуха, которое находится напротив конца указанной по меньшей мере одной канавки 3, выбранного среди её первого конца 31 и её второго конца 32. Нагнетательная трубка 50 содержит выходное отверстие 51 для воздуха, которое находится напротив другого конца указанной по меньшей мере одной канавки 3, выбранного среди ее первого конца 31 и ее второго конца 32.
Далее со ссылками на фиг. 1-4 следует описание первого варианта выполнения, в котором входное отверстие 41 для воздуха всасывающей трубки 40 находится напротив второго конца 32, а выходное отверстие 51 для воздуха нагнетательной трубки 50 находится напротив первого конца 31.
Преимуществом этого варианта выполнения является то, что принудительное прохождение воздуха, задаваемое всасывающей системой, происходит в том же направлении, что и естественное прохождение воздуха в канавке 3. Действительно, под действием центробежной силы воздух циркулирует естественным образом от первого конца 31 ко второму концу 32. Таким образом, эффективность всасывающей системы повышается.
Как показано на фиг. 1-3, канавка 3 не выходит непосредственно к внутреннему краю 23. Таким образом, стенка, образованная накладкой 2, отделяет первый конец 31 от внутреннего края 23. Канавка 3 выходит наружу через отверстие 17 в опорной плите 1. Это отверстие 17 соединяет первую сторону 13 и вторую сторону 14 опорной плиты 1. Выходное отверстие 51 нагнетательной трубки 50 находится напротив отверстия 17, которое выходит ко второй стороне 14. Воздух, нагнетаемый через нагнетательную трубку 50, проходит через опорную плиту 1 по отверстию 17, выходит в канавку 3 и проходит от первого конца 31 ко второму концу 32. Второй конец 32, который открыт к наружному краю 24, имеет поперечное сечение как у поперечного сечения канавки 3. Входное воздушное отверстие 41 всасывающей трубки 40 находится в продолжении канавки 3. Воздух, проходящий в канавке 3, проникает во всасывающую трубку 40 через это входное отверстие 41.
В качестве варианта канавка 3 на уровне внутреннего края 23 выполнена в виде канала 90, который соединяет остальную часть канавки 3 и внутренний край 23, как показано на фиг. 4. Таким образом, канал 90 имеет сплошную боковую стенку, окруженную накладкой 2, и его первый конец открывается на остальную часть канавки 3, а его второй конец (который является, таким образом, первым концом 31 канавки 3) открывается на внутренний край 23. Выходное отверстие 51 нагнетательной трубки 50 находится напротив второго конца канала 90. Воздух проходит из нагнетательной трубки 50 во всасывающую трубку 40 непосредственно в продолжении канавки (в продольном направлении канавки 3), что повышает эффективность всасывающей системы. Эта конфигурация улучшает циркуляцию воздуха в канавке 3, в том числе по мере износа накладки 2. Предпочтительно канал 90 находится как можно ближе к опорной плите 1, чтобы максимизировать полезную толщину накладки 2 во время работы.
Кроме того, нет необходимости в изменении опорной плиты 1 (например, посредством сверления, так как опорная плита 1 является сплошной по всей длине канавки 3), что упрощает изготовление тормозной системы.
Канал 90 имеет постоянное сечение, например, круглое сечение. В альтернативном варианте выполнения сечение первого конца канала 90 больше сечения его второго конца, поэтому воздух легче проникает в канавку 3 через канал 90.
Далее со ссылками на фиг. 5 и 6 следует описание второго варианта выполнения, в котором входное отверстие 41 для воздуха всасывающей трубки 40 находится напротив первого конца 31, а выходное воздушное отверстие 51 нагнетательной трубки 50 находится напротив второго конца 32.
Прохождение воздуха, задаваемое всасывающей системой, происходит от второго конца 32 к первому концу 31.
Канавка 3 не выходит непосредственно к наружному краю 24. Таким образом, стенка, образованная накладкой 2, отделяет второй конец 32 от наружного края 24. Канавка 3 выходит наружу через отверстие 17 в опорной плите 1. Это отверстие 17 соединяет первую сторону 13 и вторую сторону 14 опорной плиты 1. Выходное отверстие 51 нагнетательной трубки 50 находится напротив отверстия 17, которое выходит ко второй стороне 14. Воздух, нагнетаемый через нагнетательную трубку 50, проходит через опорную плиту 1 по отверстию 17, входит в канавку 3 и проходит от второго конца 32 к первому концу 31. Поперечным сечением первого конца 31, который открывается на внутренний край 23, является поперечное сечение канавки 3. Входное воздушное отверстие 41 всасывающей трубки 40 находится в продолжении канавки 3. Воздух, проходящий в канавке 3, проникает во всасывающую трубку 40 через это входное отверстие 41.
В качестве варианта канавка 3 выполнена на уровне наружного края 24 в виде канала 90, который соединяет остальную часть канавки 3 и внутренний край 24. Таким образом, второй конец 32 канавки 3 выходит непосредственно к наружному краю 24 через канал 90. Выходное отверстие 51 нагнетательной трубки 50 находится напротив конца канала 90 на уровне наружного края 24. Таким образом, нагнетание происходит в канавке 3 от нагнетательной трубки 50 через наружный край 24 и через канал 90.
Опорная плита 1 является сплошной вдоль всей канавки 3, поэтому воздух не проходит через опорную плиту 1.
Предпочтительно во всех вариантах выполнения нет контакта всасывающей трубки 40 и нагнетательной трубки 50 с накладкой 2 или опорной плитой 1. Таким образом, после фазы торможения не происходит создания более или менее значительного остаточного крутящего момента, когда накладки 2 и опорные плиты 1 отходят от вращающегося элемента, так как этот остаточный крутящий момент создается за счет того, что трубка входит в контакт с накладкой 2 или опорной плитой 1.
В этой конфигурации всасывающая трубка 40 и нагнетательная трубка 50 находятся за пределами зоны перемещения опорной плиты 1 (амплитуда перемещения зависит от износа накладки 2 в течение срока службы тормозной колодки 10), поэтому ни всасывающая трубка 40, ни нагнетательная трубка 50 не входят в контакт с накладкой 2 или опорной плитой 1 в течение всего срока службы тормозной колодки 10.
Предпочтительно в этой конфигурации входное отверстие 41 всасывающей трубки 40 и выходное отверстие 51 нагнетательной трубки 50 находятся как можно ближе к внутреннему краю 23 или наружному краю 24 в зависимости от случая, чтобы максимизировать прохождение воздуха между канавкой 3, с одной стороны, и всасывающей трубкой 40 и нагнетательной трубкой 50, с другой стороны.
На фиг. 7 представлен случай, когда накладка 2 имеет дополнительную канавку 3, которая находится вблизи переднего края 22, в дополнение к первой канавке 3, которая находится вблизи заднего края 21. Таким образом, накладка 2 содержит две канавки 3.
Следовательно, всасывающее устройство содержит первую нагнетательную трубку 50 и первую всасывающую трубку 40, которые обеспечивают прохождение воздуха в первой канавке 3, и вторую нагнетательную трубку 50 и вторую всасывающую трубку 40, которые обеспечивают прохождение воздуха в дополнительной канавке 3. Каждая из этих трубок соединена с элементом, который является частью всасывающего устройства и выполнен с возможностью обеспечения циркуляции воздуха в каждой из канавок 3.
Эта конфигурация с двойной канавкой 3 приспособлена для транспортных средств, таких как рельсовые транспортные средства, в которых торможение происходит в двух направлениях. Действительно, в этом случае частицы 28, выделяемые при трении накладки 2 по вращающемуся элементу, могут проходить либо от переднего края 22 к заднему краю 21, либо от заднего края 21 к переднему краю 22. Наличие двух канавок 3 позволяет улавливать частицы в канавке 3, независимо от направления торможения транспортного средства.
Согласно еще одному варианту выполнения, накладка 2 содержит другую канавку 3 (называемую второй канавкой), которая находится по существу посередине расстояния между передним краем 22 и задним краем 21, и эта вторая канавка 3 была уже описана выше. Дополнительная канавка 3, которая находится вблизи переднего края 22, является в этом случае третьей канавкой 3. Этот вариант выполнения позволяет одновременно минимизировать нежелательные вибрации накладки 2 и улавливать частицы в канавке 3, независимо от направления торможения транспортного средства.
В целом, всасывающая система содержит элемент, выполненный с возможностью нагнетания воздуха в нагнетательную трубку 50, и элемент (являющийся тем же или отдельным элементом), выполненный с возможностью всасывания воздуха через всасывающую трубку 40.
На фиг. 9 представлен случай всасывающей системы, которая содержит насос 60 (который являются вышеупомянутым элементом) и фильтр 70, при этом насос 60, фильтр 70, всасывающая трубка 40 и нагнетательная трубка 50 образуют непрерывный контур. Например, насос 60 является единым.
Таким образом, насос 60, фильтр 70, всасывающая трубка 40 и нагнетательная трубка 50 образуют вместе с канавкой 3 контур, в котором воздух циркулирует в системе замкнутого контура. Таким образом, воздух, фильтруемый фильтром 70, можно использовать повторно для нагнетания в канавку 3, что заставляет частицы (которые не были задержаны фильтром 70) проходить несколько раз через фильтр 70. Возможность задержания частиц в этом фильтре 70 увеличивается, и количество частиц и пыли, выбрасываемых в атмосферу, уменьшается.
В качестве варианта всасывающая система содержит насос 60, фильтр 70, всасывающую трубку 40 и нагнетательную трубку 50 и выпускной клапан, образуя частично открытый контур. Преимуществом этой конфигурации заключается в том, что скорость воздуха нагнетания можно регулировать по скорости всасывания, чтобы оптимизировать сбор частиц и пыли в канавке 3.
В этом варианте выполнения всасывающая система содержит блок управления, выполненный с возможностью управления выпускным клапаном, который является электрическим клапаном. Это позволяет оптимизировать систему. Так, в зависимости от режима ускорения или замедления транспортного средства блок управления может отключить нагнетание. Например, во время ускорения транспортного средства сразу после торможения предпочтительно не нагнетать воздух в канавку 3, чтобы не рассеивать присутствующие в ней частицы, а только производить всасывание. В этом случае блок управления открывает выпускной клапан, чтобы производить всасывание в канавку 3 без нагнетания воздуха.
Согласно другому варианту выполнения, элемент, выполненный с возможностью всасывания воздуха через всасывающую трубку 40, представляет собой блок, расположенный на пути воздуха во всасывающую трубку 40, ниже по потоку от входного отверстия 41, в котором сечение входного отверстия выше по потоку меньше сечения его выходного отверстия ниже по потоку.