ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНЫЙ ТОРМОЗ С ОХЛАЖДЕНИЕМ
COOLED BELT-TYPE DRUM BRAKE

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в тяжелонагруженных ленточно-колодочных тормозах строительных и буровых лебедок.
Известно устройство для охлаждения пар трения ленточно-колодочного тормоза с подвижными фрикционными накладками на тормозном шкиве, в котором охлаждающие узлы выполнены в виде тепловых труб, простирающихся через середины толщин фрикционных накладок по их ширине и контактирующих с теплопроводными пластинами, установленными по длине накладок и расположенными перпендикулярно внешним ("рабочая поверхность тормозной ленты - наружная поверхность накладки") и внутренним ("внутренняя поверхность накладки - рабочая поверхность тормозного шкива") поверхностям трения. Тепловые трубы могут иметь постоянное или переменное сечение в виде круга или прямоугольника [1, аналог; патент России 2222728 С1, кл. F16D 65/813, б.и. №3 за 2004 г.].
Недостатком данного охлаждающего устройства является то, что оно обладает недостаточной эффективностью.
Известен ленточный тормоз, в котором охлаждающее устройство выполнено в виде тепловых труб, установленных в кольцевом зазоре по ширине обода ступицы, в выполненных в последних продольных пазах и соединенных между собой в своей средней части трубопроводами по периметру фрикционного обода [2, прототип; А.с. 1649160 А1 СССР, кл. F16D 65/80, б.и. №18 за 1991 г.].
Недостатком данного охлаждающего устройства является то, что оно является сложным в конструктивном исполнении.
Предложенное техническое решение по сравнению с аналогом и прототипом имеет следующие отличительные признаки:
- достигается эффективное снижение теплонагруженности тормозного шкива тормоза как в процессе торможения, так и в интервале времени между ними за счет постоянной работы кольцевой тепловой трубы;
- снижаются термические напряжения шкива за счет его деления на подвижный и неподвижный полушкив и охлаждающего эффекта кольцевой тепловой трубы, расположенной между их поверхностями;
- достигается снижение теплонагруженности внутренних пар трения тормоза, что существенно повышает долговечность рабочих поверхностей фрикционных элементов, собранных в сектора;
- простота, надежность и компактность конструкции.
Цель изобретения - постоянное принудительное охлаждение тормозного шкива и внутренних рабочих поверхностей фрикционных элементов для улучшения эксплуатационных параметров внутренних пар трения ленточно-колодочного тормоза.
Поставленная цель достигается тем, что между полушкивами установлено охлаждающее устройство, выполненное в виде пустотелого цилиндрического кольца, заполненного теплоносителем и являющегося тепловой трубой. При этом зоной испарения тепловой трубы являются наружная цилиндрическая поверхность кольца, постоянно взаимодействующая с рабочими поверхностями фрикционных элементов и его боковых поверхностей, соприкасающихся с торцевыми поверхностями ободов полушкивов, а зоной конденсации кольца является поверхность, выступающая над внутренней поверхностью ободов полушкивов или расположенная с ней заподлицо.
ш
ш
p
н
c
На фиг.1 показана кинематическая схема ленточно-колодочного тормоза буровой лебедки, на фиг.2 - вид А с фиг.1 на фрикционный узел тормоза; на фиг.3 - продольный разрез ленточно-колодочного тормоза с устройством для перемещения полушкива; на фиг.4 и 5 показано соединение вставного металлического кольца с основаниями полушкивов тормоза. На фиг.1 и 2 использованы следующие условные обозначения: R - радиус рабочей поверхности тормозного шкива; ω - угловая скорость тормозного шкива; F - усилие рабочего, прикладываемое к рычагу управления тормозом; S, S - натяжение набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты.
Ленточно-колодочный тормоз содержит шкив 1, который состоит из неподвижного 2 и подвижного 3 полушкивов, имеющих в своем основании 4 отверстия 5. Неподвижный полушкив 2 в своей нижней части крепится с помощью болтов 2 к фланцу со ступицей 7, на которой посредством призматической шпонки 8 устанавливают барабан 9. На последний наматывается канат 10. Неподвижный полушкив 2 покоится на подъемном валу 11. Подвижный полушкив 3 крепится также с помощью болтов 4 к фланцу со ступицей 12, выполненной в виде втулки, на которой расположены цилиндрические пружины 13. При этом втулки 12 через промежуточную втулку 14 посажены на подшипники качения 15, которые в свою очередь, расположены на частично пустотелой соединительной втулке 16. Последняя с помощью шпильки 17 прикреплена к подъемному валу 11. Цилиндрическая пружина 13 со своего торца стопорится специальной шайбой 18, которая крепится к торцу соединительной втулки 16 с помощью винта 19. Соединение фланцев 7 и 12 полушкивов 2 и 3 с помощью болтов 20, посаженных на подшипники скольжения 21, и обеспечивает их центрирование и перемещение полушкива 3 относительно неподвижного полушкива 2. Полушкивы 2 и 3 под своими основаниями 4 соединены между собой сильфоном 22, который раздвигается при перемещении подвижного полушкива 3, а также предохраняет попадание влаги и продуктов износа на взаимно перемещающиеся поверхности и поверхности подшипников скольжения и качения. Такой же цели служит и резиновая крышка 23, в которой находится раздвижное устройство полушкива 3. Полушкивы 2 и 3 легко демонтируются путем отвинчивания крепежных болтов 6 и заменяются в случае необходимости на полушкивы с большой шириной обода. Для увеличения ширины тормозного шкива 1 также используют кольцо 24, которое своими штырями 25 устанавливается в отверстия 5, выполненные в основании 4 полушкивов 2 и 3.
н
c
На тормозном шкиве 1 расположены фрикционные элементы 26, состоящие из верхней 27 и нижней 28 накладок. Последние привулканизированы к резинотросовой ленте 29. Фрикционные элементы 26 выполнены в виде секторов. Сверху фрикционные элементы 26 взаимодействуют с рабочей поверхностью 30 тормозной ленты 31. Последняя имеет набегающую I и сбегающую II ветви с натяжениями S и S. Набегающая ветвь I тормозной ленты 31 присоединена к рычагу 32 управления тормозом.
Ленточно-колодочный тормоз с раздвижным шкивом относится к двухступенчатым тормозам. Первую ступень составляют внешние пары трения ("рабочая поверхность 30 тормозной ленты 31 - наружные поверхности фрикционных элементов 26") тормоза. Вторую ступень составляют внутренние пары трения ("внутренние поверхности фрикционных элементов 26 - рабочая поверхность тормозного шкива I") тормоза.
Полость цилиндрического кольца 24 заполнена жидкостью, например 25%-ным раствором аммиака, имеющей высокую скрытую теплоту парообразования. Объем металлического кольца 24 вакуумируется, что позволяет использовать эффект "тепловой трубы" для охлаждения тормозного шкива 1 и внутренних рабочих поверхностей фрикционных элементов 26. Поверхности цилиндрического кольца 24, контактируя с внутренними парами трения тормоза, образуют зону испарения (а) тепловой трубы. К ней относятся: "наружная цилиндрическая поверхность кольца 24 - рабочие поверхности фрикционных элементов, 26 - боковые поверхности цилиндрического кольца, 24 - торцевые поверхности ободов полушкивов 2 и 3". К зоне конденсации (б) тепловой трубы относятся поверхности цилиндрического кольца 24, выступающие над внутренней поверхностью ободов полушкивов 2 и 3 или расположенные с ней заподлицо.
Ленточно-колодочный тормоз с охлаждением работает в двух режимах торможения.
p
В первом режиме торможения при прикладывании усилия (F) рабочим к рычагу управления 32 тормозом происходит взаимодействие рабочей поверхности 30 тормозной ленты 31 с наружными поверхностями верхних накладок 27 фрикционных элементов 26. При увеличении натяжения набегающей ветви I тормозной ленты 31 такое взаимодействие будет продолжаться до тех пор, пока не будет преодолено сопротивление взаимодействия боковых поверхностей Г-подобных впадин полушкивов 2 и 3 с боковыми поверхностями фрикционных элементов 26 (находятся под действием осевой силы цилиндрической пружины 13, приложенной к фланцу 12 подвижного полушкива 3) и внутренних поверхностей фрикционных элементов 26 с рабочими поверхностями полушкивов 2 и 3, а также пустотелого кольца 24, установленного между ними (находятся под действием нормального усилия, создаваемого тормозной лентой 31). Иными словами, смещение каждого секторного фрикционного элемента 26 произойдет в том случае, если динамический коэффициент трения внешних фрикционных узлов станет больше приведенного статического коэффициента трения вышеперечисленных поверхностей взаимодействия. На этом первый режим торможения заканчивается.
На втором режиме торможения увеличивается натяжение набегающей ветви I тормозной ленты 31 и ее рабочая поверхность 30 как бы прилипает к наружным поверхностям тех фрикционных элементов 26, которые находятся под ней. В это время все остальные фрикционные элементы 26, перемещаясь по рабочей поверхности полушкивов 2 и 3, а также пустотелого кольца 24, пытаются попасть под сбегающую ветвь II тормозной ленты 31, оказывая тем самым сопротивления вращению шкива 1. В конце второго режима торможения лента 31 зажимает попавшие под нее фрикционные элементы 26 и происходит остановка шкива 1 вместе с барабаном 9 и оставшимся на нем намотанным канатом 10.
При первом тормозном режиме механическая энергия взаимодействия превращается в тепловую энергию и с помощью эффекта теплопроводности от полушкивов 2 и 3 передается корпусу пустотелого кольца 25 и от него идет на нагревание теплоносителя, который под действием центробежных сил смачивает всю его внутреннюю поверхность. При этом зоны испарения (а) и зоны конденсации (б) работают в режиме "тепловой трубы" за счет перепада температур между различным термодинамическим состоянием теплоносителя в объеме тепловой трубы. Интенсивность охлаждения зоны конденсации (б) цилиндрического кольца 24 будет незначительной из-за невысокого теплового состояния его корпуса.
При втором режиме торможения на внутренних парах трения тормоза генерируется значительное количество теплоты и от зоны испарения (а) пустотелого кольца 25 передается теплоносителю, который из жидкой фазы превращается в пар, который в зоне конденсации (б) конденсируется. Влияние центробежных сил на теплоноситель уменьшается, в связи с падением угловой скорости шкива 1. Интенсивность охлаждения зоны конденсации (б) цилиндрического кольца 24 является высокой из-за повышения теплового состояния его корпуса.
При невращающемся тормозном шкиве 1 (при остановках или завершении процесса торможения) теплоноситель в полости цилиндрического кольца 24 занимает 2/3 его объема.
При этом верхняя часть цилиндрического кольца 24, не смоченная теплоносителем, работает в теплопроводном режиме, а его нижняя часть - режиме "тепловой трубы", что и создает градиент температуры. При этом интенсивность охлаждения зоны конденсации (а) цилиндрического кольца 24 является низкой.
Техническим результатом является повышение эксплуатационных параметров тормоза путем увеличения ресурса пар трения за счет снижения поверхностных температур и достижения равномерного износа внешних и внутренних поверхностей фрикционных элементов.