БАРАБАННО-КОЛОДОЧНЫЙ ТОРМОЗ С СИСТЕМОЙ КОНДУКТИВНО-ЖИДКОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ФРИКЦИОННЫХ УЗЛОВ И СПОСОБ ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
DRUM-BLOCK BRAKE WITH SYSTEM OF CONDUCTIVE-LIQUID COOLING OF FRICTION UNITS AND METHOD FOR ITS REALISATION

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано в транспортных средствах, дорожных и строительных машинах, а также в подъемно-транспортных машинах, имеющих жидкостную систему охлаждения двигателей внутреннего сгорания.
Известен барабанно-колодочный тормоз, в котором на тормозной колодке между фрикционными накладками установлены теплопроводные накладки, выполненные из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например меди. Площадь их рабочих поверхностей составляет 10-20% от поверхности фрикционных накладок колодки [1, аналог]. Недостатком этой конструкции является падение коэффициента трения вследствие нагревания накладок и налипания их материала на трущиеся поверхности тормоза.
Известен охлаждаемый барабанно-колодочный тормоз, содержащий тормозной барабан, тормозные колодки с фрикционными и теплоотводящими накладками, охлаждающее устройство, выполненное в виде тепловой трубы с охлаждающим агентом, и теплопроводы, одним концом соединенные с теплоотводящими накладками, а другим погруженные в охлаждающий агент. При этом тепловая труба выполнена в виде тора, установленного в тормозном щите, а охлаждающий агент размещен в нижней части тора [2, прототип].
Однако известный тормоз имеет сложную конструкцию и увеличенный строительный объем из-за выполнения в тормозном щите тепловой трубы торообразного вида. Наличие уплотнений и ряда деталей в конструкции тормоза снижает надежность работы. Кроме того, тепловая труба не может способствовать интенсивному охлаждению фрикционных узлов тормоза при движении транспортного средства, поскольку закрыта его выступающими элементами. При этом в указанном тормозе не достигается выравнивание теплонагруженности его фрикционных узлов ввиду раздельного подключения теплопроводных накладок к тепловой трубе посредством теплопроводов.
Предложенное техническое решение по сравнению с аналогом-прототипом имеет следующие отличительные признаки:
- достигается интенсивный теплоотвод от тормозного барабана с помощью теплопроводных накладок и изолированных дополнительных и основного теплопроводов путем кондуктивного (теплопроводностью) теплообмена к жидкости системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания;
- за счет различных рабочих площадей теплопроводных накладок самоприжимной и самоотжимной тормозных колодок, а также разного поперечного сечения изолированных дополнительных теплопроводов обеспечивается отток теплоты от фрикционных узлов тормоза к основному изолированному теплопроводу каждого тормозного механизма;
- достигается выравнивание теплонагруженности фрикционных узлов тормоза и обеспечивается работа фрикционных накладок в зоне объемных температур значительно ниже допустимых для их материала, что способствует улучшению эксплуатационных параметров фрикционных узлов тормоза;
- повышается ресурс пар трения тормоза.
Цель изобретения - снижение уровня и выравнивания теплонагруженности фрикционных узлов барабанно-колодочного тормоза путем интенсификации их охлаждения.
Поставленная цель достигается тем, что на самоприжимной и самоотжимной тормозных колодках установлены в средней части теплопроводные накладки с различной рабочей площадью поверхности и теплоизолированы от их основания и каждая из накладок присоединена посредством дополнительных, имеющих разное поперечное сечение, к основному изолированному теплопроводу, подключенному к распределелительному бачку жидкостной системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
За счет кондуктивно-жидкостного способа охлаждения фрикционных узлов тормоза достигается снижение и выравнивание их теплового уровня путем выбора отношения рабочих площадей поверхностей теплопроводных накладок самоприжимной и самотжимной тормозных колодок, которое равно отношению их объемных температур, а также подключением к теплопроводным накладкам изолированных дополнительных теплопроводов с разным поперечным сечением, что обеспечивает быстрый отвод теплоты в изолированный основной теплопровод из-за температурного перепада между их торцами. Последний является еще большим между концами изолированного и неизолированного основного теплопровода. При этом неизолированные концы основного теплопровода заведены в распределительный бачок и погружены в жидкость, которая может циркулировать по малому и большому контуру системы охлаждения двигателя в зависимости от режимов его и фрикционных узлов тормоза нагруженности.
На фиг.1 показан барабанно-колодочный тормоз с кондуктивным устройством охлаждения; на фиг.2 - кондуктивный узел охлаждения I на фиг.1; на фиг.3 - пример подключения неизолированных теплопроводов к жидкостной системе охлаждения дизельного двигателя транспортного средства.
Барабанно-колодочный тормоз с кондуктивным устройством охлаждения содержит тормозной барабан 1, фрикционные 2 и теплопроводные 3 накладки тормозных колодок 4 [самоприжимной (А) и самоотжимной (Б)], между которыми расположены разжимной кулак 5 и соединяющие их возвратные пружины 6. Теплопроводные накладки 3 тормозных колодок 4 с помощью шпилек 7 изолирующих прокладок 8 резьбовым соединением 9 прикреплены к основанию 10 колодок 4 и соединены дополнительными изолированными теплопроводами 11. Последние подключены к основному изолированному теплопроводу 12, который через отверстие в каждом тормозном диске 13 и днище распределительного бочка 14 выведены в его объем уже неизолированные концы теплопроводов 12. Распределительный бачок 14 соединен с трубопроводом охлаждения 15 компрессора 16 пароотводящей 17 и отводящей 18 трубами. Отводящая труба 18 распределительного бачка 14 через термостаты 19 водораздаточной коробки 20 двигателя 21 соединена с одной стороны с бачком 22 радиатора 23 и циркуляционным насосом (на чертеже не показан), а с другой стороны - с водосборочной трубой 24 двигателя 21.
Распределительный бачок 14 имеет пробку горловины 25, кран управления 26 и клапан 27, отрегулированный, например, на давление 0,2 МПа. При заливке охлаждающего агента в распределительный бачок 14 с помощью крана 26 регулируется его уровень. Термостаты 19 системы охлаждения двигателя 21 срабатывают при температуре 70-75°С охлаждающего агента, в качестве которого, например, используется антифриз.
Дополнительные 11 и основные 12 теплопроводы выполнены изолированными для того, чтобы уменьшить потери теплоты при передаче от теплопроводных накладок 3 тормозных колодок 4 к неизолированным концам основных теплопроводов 12, находящихся в распределительном бачке 14 и омываемых жидкостью системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания, кроме того, обеспечить как можно больший перепад температур между рабочей поверхностью теплопроводных накладок 3 и неизолированными концами основных теплопроводов 12.
Барабанно-колодочный тормоз с кондуктивно-жидкостным охлаждением фрикционных узлов работает следующим образом.
При взаимодействии тормозного барабана 1 с рабочими поверхностями фрикционных 2 и теплопроводных 3 накладок на их поверхностях генерируется теплота. Вследствие разной по величине коэффициентов теплопроводности материала фрикционных 2 и теплопроводных 3 накладок большая часть теплоты поглощается теплопроводными накладками 3, которые выполнены, например, из меди. Затем теплота посредством дополнительных 11 и основных 12 изолированных теплопроводов от каждого тормозного механизма передается охлаждающему агенту распределительного бачка 14, который через отводящую трубу 18 и водораздаточную коробку 20 разветвляется в водяные рубашки правого и левого ряда цилиндров и головок блока (на чертеже не показаны) и поступает в водосборочную трубу 24 двигателя 21. В случае образования в водосборочной трубе 24 пара он по пароотводящей трубе 16 попадает в распределительный бачок 14, где конденсируется и превращается в жидкость. Так циркулирует охлаждающий агент, снижающий тепловое состояние фрикционных пар барабанно-колодочных тормозов, по малому контуру системы охлаждения холодного двигателя. В этом случае теплота отводится от фрикционных пар тормозов и способствует нагреву охлаждающего агента системы охлаждения и тем самым ускоряет прогрев двигателя и ввод в работу большого контура его системы охлаждения.
При достижении охлаждающим агентом температуры 70°С его поток через термостаты 19 водораздаточной коробки 20 разветвляется и течет по трубопроводу в циркуляционный насос, а вторая часть потока охлаждающего агента попадает через бачок 22 в радиатор 23, где охлаждается, а затем через теплообменник (на чертеже не показан), разветвляясь в водяные рубашки правого и левого ряда цилиндров и головок блоков, поступает в водосборочную трубу 24 двигателя 21. Так происходит циркуляция охлаждающего агента в системе охлаждения двигателя по большому контуру.
В случае повышения давления охлаждающего агента в распределительном бачке 14 выше 0,2 МПа срабатывает клапан 27 и происходит стравливание пара в окружающую среду.
После завершения процесса торможения разжимной кулак 5 и возвратные пружины 6 отводят тормозные колодки 4 от тормозного барабана 1 и транспортное средство продолжает движение. При этом происходит дальнейшее охлаждение теплопроводных накладок 3 тормозных колодок 4 до тех пор, пока перепад температур между рабочими поверхностями теплопроводных накладок 3 и неизолированными концами теплопроводов 12 не станет минимальным.
В дальнейшем процессы нагревания и принудительного охлаждения фрикционных узлов барабанно-колодочного тормоза транспортного средства повторяются.
Реализация способа кондуктивно-жидкостного охлаждения барабанно-колодочного тормоза заключается в следующем.
Для выравнивания теплонагруженности фрикционных узлов тормоза и обеспечения работы фрикционных накладок 2 в зоне объемных температур значительно ниже допустимых для их материала рабочие поверхности теплопроводных накладок 3 на самоприжимной (А) и самоотжимной (Б) тормозной колодке 4 выполнены разными. Это вызвано тем, что их динамическая нагруженность и, как следствие, тепловая в соотношении составляет 1,25-1,4. Таким образом, в теплопроводных прокладках 3 будет аккумулироваться разное количество теплоты. Последнее отводится кондуктивным теплообменом (теплопроводностью) от теплопроводных накладок 3 колодок 4 с помощью различного поперечного сечения дополнительных изолированных теплопроводов 11. Такое конструктивное решение исключает переток теплоты от теплопроводной накладки 3 самоприжимной (А) к аналогичной накладке самоотжимной (Б) колодки 4, так как создается температурный перепад между указанными выше элементами. Дальше теплота попадает в основной изолированный теплопровод 12, а затем через его неизолированные концы, пропущенные через днище распределительного бачка 14, отводится к жидкости системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. При этом жидкость может циркулировать по малому и большому контуру системы охлаждения в зависимости от режимов нагружености двигателя и фрикционных узлов тормоза.
Предложенное техническое решение позволяет существенно интенсифицировать принудительное охлаждение фрикционных узлов барабанно-колодочных тормозов и тем самым улучшить эксплуатационные параметры и повысить ресурс их пар трения.
Источники информации
2
1. А.с. №254280, М.кл F16D 65/82, БИ №31 (аналог).
2. А.с. №761768, М.кл F16D 65/853, БИ №33 (прототип).