ПНЕВМОУПРАВЛЯЕМЫЙ ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗНОЙ МЕХАНИЗМ И ТОРМОЗНОЙ ЦИЛИНДР
AIR-DRIVEN DISC BRAKE MECHANISM AND BRAKE CYLINDER

Изобретение относится к пневмоуправляемому дисковому тормозному механизму в соответствии с ограничительной частью пункта 1 формулы изобретения, а также к выполненному с возможностью подачи в него сжатого воздуха тормозному цилиндру в соответствии с пунктом 13 формулы изобретения.
Такой пневмоуправляемый дисковый тормозной механизм известен, к примеру, из ЕР 0743469В1.
При этом тормозной цилиндр посредством резьбового болта закреплен непосредственно на фланце суппорта дискового тормозного механизма, причем посредством резьбового болта определяется положение тормозного цилиндра на тормозном механизме, а тем самым и положение соединительных головок для подачи сжатого воздуха, вследствие чего при различных условиях монтажа выявляются различные варианты монтажа цилиндров.
Для подачи соответствующего высокого уровня давления воздуха для приведения в действие рычага тормозного механизма необходимы соответствующие габаритные размеры тормозного цилиндра, за счет которых выявляется целый ряд недостатков.
Из-за возникающих в процессе езды сотрясений или вибраций резьбовые соединения между тормозным цилиндром и суппортом дискового тормозного механизма должны быть выполнены такими же массивными, как и крышка тормозного цилиндра, через которую проведены крепежные винты и на внутреннюю стенку которой обычно опирается возвратная пружина.
При этом центр тяжести тормозного цилиндра располагается сравнительно далеко от зоны соединения с суппортом дискового тормозного механизма, вследствие чего на крепежные винты воздействует соответственно большой изгибающий момент, который требует приведенного в соответствие с ним конструктивного выполнения винтов.
Кроме того, функционально обусловленная, относительно большая конструктивная длина тормозного цилиндра противоречит требованиям в отношении оптимизации конструктивных габаритов и, в равной степени, оптимизации массы.
Шток тормозного цилиндра проходит через отверстие, выполненное во фланце суппорта дискового тормозного механизма, которое в отношении дополнительного пространства тормозного цилиндра герметизировано посредством охватывающего также и шток сильфона.
В соответствии с длиной хода штока за счет сжатия или растягивания сильфона образуется вытесняющий объем, который вызывает в герметично закрытом суппорте дискового тормозного механизма изменения давления. При полном торможении вследствие этого в суппорте дискового тормозного механизма может возникнуть избыточное давление до 0,4 бар. Эта проблема может быть решена в соответствии с изобретением, что ниже будет рассмотрено более детально на основании примера осуществления.
В частности, при неполной герметизации в отношении окружающей среды на такой фазе избыточного давления воздух выходит наружу, так что при обратном ходе тормозного цилиндра после приведения в действие тормозной системы устанавливается пониженное давление.
За счет колебаний температуры также вызывается сравнимый эффект, которому естественно в значительной степени подвергается тормозной механизм. При этом воздух в суппорте дискового тормозного механизма при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается.
Так как в предпочтительном варианте выполнения установленные в грузовые транспортные средства дисковые тормозные механизмы зачастую используются в обусловленных условиями окружающей среды условиях повышенной влажности, при наличии вышеуказанной недостаточной герметичности вода в условиях пониженного давления засасывается во внутреннее пространство тормозного механизма, что может приводить, к примеру, к коррозии механических конструктивных элементов с опасностью полного выхода из строя тормозной системы.
Ввиду вышеупомянутой большой рабочей длины хода имеет место удаленное от суппорта дискового тормозного механизма нестабильное расположение уплотнения, которое является проблематичным для обслуживания и транспортировки элементов дискового тормозного механизма перед установкой, то есть прежде, чем тормозной цилиндр окажется смонтированным, так что имеется опасность повреждения уплотнения уже перед монтажом тормозного цилиндра на суппорте дискового тормозного механизма.
В основе изобретения лежит задача усовершенствования пневмоуправляемого дискового тормозного механизма или тормозного цилиндра в соответствии с оригинальной версией таким образом, чтобы они были оптимизированы по весу и в отношении конструктивного пространства и чтобы срок их службы был увеличен, а тормозной цилиндр мог быть присоединен более просто и с небольшими затратами (вентиляция обусловленного положением варианта выполнения изобретения).
Эта задача решается посредством дискового тормозного механизма, охарактеризованного признаками пункта 1 формулы изобретения, или посредством тормозного цилиндра, охарактеризованного признаками пункта 13 формулы изобретения. В соответствии с пунктом 1 формулы изобретения фланец образует непосредственно сам - или, в случае необходимости, совместно с тонкой - не работающей самостоятельно в качестве опоры - листовой фольгой между ними - опору для возвратной пружины. Тем самым присоединение тормозного цилиндра к суппорту дискового тормозного механизма может быть существенным образом оптимизировано за счет небольших габаритов и небольшого веса в противоположность предыдущим вариантам выполнения изобретения. Цилиндр может в предпочтительном варианте выполнения образовывать также и предварительно смонтированный узел без штока цилиндра.
За счет предусмотренного в соответствии с пунктом 2 формулы изобретения устройства самоусиления, которое до настоящего времени использовалось в выполненных с возможностью электромеханического управления дисковых тормозных механизмах, снижается к тому же потребляемая мощность тормозного цилиндра, что имеет следствием существенное уменьшение конструктивного пространства при сохранении эксплуатационных свойств тормозного механизма.
Уже при относительно небольших коэффициентах самоусиления возможно существенное уменьшение габаритных размеров тормозного цилиндра, а также пружинного энергоаккумулятора. При этом устройство самоусиления за счет соответствующего подбора параметров углов клина или рампы выбирается таким образом, что и при максимально возможном коэффициенте трения тормозных накладок еще имеет место надежный автоматический отпуск тормозного механизма.
Иным образом, чем у электроприводных дисковых тормозных механизмов, двигатель для зажима тормозного механизма тем самым не должен использоваться и для его отпуска.
Уменьшение конструктивных размеров возможно, в частности, за счет уменьшения длины хода, который при коэффициенте усиления, к примеру, 2,7 и при соответствующем передаточном отношении тормозного механизма в настоящее времени, к примеру, с 65 мм уменьшается на 24 мм.
Такая небольшая длина хода приводит к тому, что охватывающий шток сильфон может быть выполнен очень компактным и в простейшем случае может быть выполнен всего лишь с одним гофром, причем сильфон с армированной сталью уплотнительной поверхностью вставляется непосредственно в сквозное отверстие на стыке тормозного цилиндра и суппорта дискового тормозного механизма, и притом в отверстие суппорта дискового тормозного механизма, через которое пропускается шток.
В принципе, шток может быть выполнен из двух частей и притом состоять из штока цилиндра, который с торцевой стороны прилегает к тормозному рычагу, и тарелки штока, которая имеет примерно полусферическое углубление, в которое шток цилиндра вставлен другим своим концом. Тарелка штока образует совместно с мембраной мембранный поршень, который разделяет образованные камеры тормозного цилиндра и на который в случае торможения подается сжатый воздух. Цилиндр может быть выполнен так же просто, как мембранный цилиндр, который не имеет участка торможения посредством пружинного энергоаккумулятора.
Присоединение тормозного цилиндра к суппорту дискового тормозного цилиндра в силу небольших габаритных размеров и небольшого веса по сравнению с предыдущими вариантами выполнения может быть оптимизировано. Так, крышка, которая закрывает тормозной цилиндр на его обращенной к фланцу стороне, выполнена в виде тонкостенной фасонной листовой детали, по типу стабильной по форме металлической фольги, к которой своим концом прилегает возвратная пружина, в то время как другой конец опирается на тарелку штока (тарелку мембраны).
Крышка располагается при этом в выполненном в форме стакана фланце суппорта дискового тормозного механизма, причем фланец образует опору для возвратной пружины, так как толщина листа крышки может быть выбрана настолько тонкой, чтобы невозможно было бы не сопровождающееся деформацией прилегание возвратной пружины к крышке.
Изобретение относится также к предмету в соответствии с пунктом 18 формулы изобретения, в соответствии с которым возвратная пружина рассчитана на то, чтобы напрямую или через тонкую, по типу фольги, крышку прилегать к фланцу дискового тормозного механизма в качестве опоры.
Минимизация толщины крышки приводит также к уменьшению веса, а также к отказу от крепежных винтов для закрепления тормозного цилиндра на суппорте дискового тормозного механизма.
Вместо этого тормозной цилиндр может быть закреплен на суппорте дискового тормозного механизма, к примеру, посредством стяжной ленты.
К тому же, во-первых, крышка тормозного цилиндра выполнена в виде так называемой накатной кромки, посредством которой мембранный цилиндр удерживается на корпусе тормозного цилиндра. В соответствии с этим тормозной цилиндр с корпусом тормозного цилиндра, мембранным цилиндром, крышкой, тарелкой штока и возвратной пружиной предварительно смонтированы в единый блок, в то время как шток цилиндра и сильфон являются составными частями предварительно смонтированного суппорта дискового тормозного механизма.
При монтаже тормозного цилиндра он лишь насаживается на выполненный в форме стакана фланец суппорта дискового тормозного механизма, причем шток цилиндра практически автоматически центрируется в полусферическом углублении тарелки штока.
Далее следует рассмотреть другое преимущество дискового тормозного механизма в соответствии с изобретением по пункту 2 формулы изобретения.
Для обычного тормозного механизма действительно, к примеру, следующее.
3
Объем вытеснения штока цилиндра в сильфоне при полной длине хода у известных тормозных механизмов составляет примерно 65 см.
3
Объем поглощения выезжающего штока, в случае необходимости, с сильфоном, при длине хода 4,1 (i=15,6) составляет примерно 16,5 см.
При этом для изменения объема ΔV действительно следующее выражение:
3.
ΔV=65-16,5=48,5 см
Для тормозного механизма с самоусилением в соответствии с изобретением действительно, напротив, следующее.
3
Объем вытеснения штока цилиндра с сильфоном составляет при полной длине хода 30 см примерно 30,5 см.
3
Объем поглощения трех выполненных с возможностью выезда штоков с сильфоном составляет, напротив, при 4,16 см (i=7,2) примерно 25 см.
Таким образом, действительно следующее выражение:
3.
ΔV=30,5-25-5,5 см
Остаточное изменение объема несущественно и при соответствующем расчете габаритов сильфонов может быть полностью опущено.
Тем самым, проблемы, которые вызываются наличием пониженного или избыточного давления - как описывалось выше - в дальнейшем предотвращаются.
Другие предпочтительные варианты выполнения изобретения раскрыты в последующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - фрагмент дискового тормозного механизма в соответствии с изобретением, в разрезе, на виде сбоку;
фиг.2-4 - дисковый тормозной механизм в различных положениях монтажа;
фиг.5 - схематичный вид сверху фрагмента дискового тормозного механизма, в разрезе.
На фиг.5 представлен дисковый тормозной механизм со смещаемым суппортом, с расположенными с обеих сторон тормозного диска 55 тормозными накладками 2, 3.
Вариант выполнения в виде дискового тормозного механизма со смещаемым суппортом является возможным вариантом конструктивного исполнения.
Варианты выполнения в виде дискового тормозного механизма с поворотным суппортом или дискового тормозного механизма со стационарным суппортом или же смешанные формы конструктивных исполнений также возможны, однако в данном случае не представлены.
Дисковый тормозной механизм со смещаемым суппортом имеет суппорт 32, который содержит зажимное устройство.
Суппорт 32 дискового тормозного механизма посредством направляющей 46 для смещения суппорта подвижным образом проходит по неподвижному относительно оси щиту 31 тормозного механизма.
Представленный на фиг.1-4 тормозной цилиндр 27 в качестве двигателя установлен на суппорт 32 дискового тормозного механизма и через шток 26 цилиндра воздействует на зажимное устройство посредством установленного в предпочтительном варианте эксцентрично в суппорте 32 дискового тормозного механизма вращающегося рычага 15 дискового тормозного механизма, который выполнен с возможностью осуществления поворотного движения посредством штока 26 цилиндра при приведении в действие тормозного механизма.
Фиг.2 и 3 демонстрируют дисковый тормозной механизм соответственно перед монтажом тормозного цилиндра 27, в то время как фиг.1 и 4 демонстрируют смонтированное положение тормозного цилиндра 27 на суппорте 32 дискового тормозного механизма.
На фиг.2 и 3 можно четко различить, что тормозной цилиндр образует отдельный конструктивный узел и в присоединенной к суппорту 32 дискового тормозного механизма концевой зоне закрыт снабженной концентричным отверстием крышкой 49 в зоне наружной кромки, причем через отверстие в предпочтительном варианте может проходить управляющий шток или шток 26 цилиндра.
Для соединения на суппорте 32 дискового тормозного механизма сформирован фланец 1, который выполнен в форме стакана и имеет при этом вогнутую с внутренней стороны стенку, которая переходит в ориентированный радиально наружу круговой буртик 51.
На фланце 1 закреплен тормозной цилиндр 27, для чего предусмотрено зажимное кольцо 50, которое обхватывает буртик 51, с одной стороны и буртик 53 корпуса 42 тормозного цилиндра, и прижимает их друг к другу.
Между обоими буртиками 51, 53 зажато круговое утолщение 52, сформированное на мембранном цилиндре 44, который подразделяет тормозной цилиндр 27 на участок 40 рабочего торможения и пространство 43, в которое может подаваться сжатый воздух.
На обращенной к фланцу 1 торцевой стороне мембранного цилиндра 44 закреплена тарелка 45 штока с выполненным в виде полусферы 54 углублением, в которое с торцевой стороны входит шток 26 цилиндра.
Шток 26 цилиндра проходит через отверстие во фланце 1, в котором удерживается уплотнительное кольцо 25 для установки сильфона 20, который, с другой стороны, посредством уплотнения 47 прилегает к штоку 26 цилиндра, причем уплотнение 47 зафиксировано на штоке 26 цилиндра.
Сильфон, к примеру, лишь с одним гофром герметично отделяет участок 40 рабочего торможения от внутренней части суппорта 32 дискового тормозного механизма.
В качестве предварительно смонтированных конструктивных элементов суппорт 32 дискового тормозного механизма укомплектовывается штоком 26 цилиндра и сильфоном 20, а тормозной цилиндр 27 на своей обращенной к фланцу 1 стороне в зоне наружной кромки закрывается крышкой 49.
Эта крышка 49 обхватывает утолщение 52 так же, как и буртик 53 корпуса 42 тормозного цилиндра, и служит в качестве опоры для возвратной пружины 48, которая с другой стороны опирается на тарелку 45 штока.
При этом контур крышки 49 приведен в соответствие с фланцем 1, то есть он выполнен выпуклым с наружной стороны и прилегает к вогнутой стенке фланца 1.
Фланец 1 служит, таким образом, в качестве опоры для возвратной пружины 48, которая в нерабочем положении, то есть и при транспортировке тормозного цилиндра 27, в качестве предварительно смонтированного конструктивного узла находится в полностью разжатом состоянии.
При вышеупомянутом повороте вращающегося рычага 15 тормозного механизма в случае торможения он непосредственно через, по меньшей мере, один тормозной плунжер 11 или через нажимной диск 4 воздействует на тормозную накладку 3 со стороны зажима (фиг.5).
При этом тормозной плунжер 11 и вращающийся рычаг 15 тормозного механизма, а также тормозной плунжер 11 и нажимной диск 4 шарнирно сочленены друг с другом таким образом, что тормозной плунжер 11 при зажиме дискового тормозного механизма полностью или, по меньшей мере, в основном может следовать за перемещением тормозной накладки 3 со стороны зажима в направлении периферии тормозного диска 55, причем зажимное устройство выполнено таким образом, что на тормозную накладку 3 могут воздействовать сжимающие усилия.
Тормозная накладка 3 со стороны зажима расположена в нажимном диске 4, который может перемещаться параллельно поверхности трения тормозного диска и за счет помещенных в него тел качения в форме шариков 5 и 6 может находиться в рабочем соединении с клиновидными рампами 7, 8 аксиально изменяющихся по длине нажимных плунжеров 9, 10, которые под острым углом более 9° и менее 90° ориентированы относительно поверхности трения тормозного диска.
Рампы 7, 8 могли бы быть дополнительно сформированы и в нажимном диске 4. Шарики 5, 6 или другие подходящие тела качения были бы проведены в таком случае в полусферических углублениях нажимных плунжеров 9, 10, которые все же являлись бы частью устройства самоусиления в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения.
С нажимным диском 4, как уже упоминалось ранее, шарнирно сочленен тормозной плунжер 11 для передачи действующих в направлении тормозного диска 55 сжимающих и растягивающих усилий. Это шарнирное соединение осуществляется в данном случае посредством болта 33 и вилочной головки 34.
Это шарнирное соединение при смещении нажимного диска 4 в направлении периферии позволяет осуществлять поворотное движение тормозного плунжера 11 вокруг центра 12 шарика (расположенного на эксцентриковой оси вращения) сферической опоры 13.
Сферическая опора 13 на эксцентриковой оси 14 вращающегося рычага 15 дискового тормозного механизма для передачи управляющих усилий помещена на тормозной плунжер 11. Он свинчен с резьбовым штоком 16, причем резьбовой шток 16 опять же жестко соединен с корпусом 17 шарнирной опоры.
Тормозной плунжер 11 образует совместно с резьбовым штоком 16 выполненный с возможностью изменения по длине с целью регулировки износа шток или регулировочный поршень.
Таким же образом, оба нажимных плунжера 9, 10 свинчены с резьбовыми шпинделями 18, 19, которые передают опорное усилие нажимных плунжеров 9, 10 на суппорт 32 дискового тормозного механизма.
Резьбовые шпиндели 18, 19 соединены с резьбовым штоком 16 через механизм синхронизации. Благодаря этому достигается то обстоятельство, что вращательное движение регулировочного привода лишь синхронно воздействует на оба нажимных плунжера 9, 10, а также на тормозной плунжер 11.
Вращающийся рычаг 15 тормозного механизма с малыми потерями на трение помещен в два опорных кронштейна 21, 22 посредством двух подшипников 23, 24 качения, причем опорные кронштейны 21, 22 жестко соединены с суппортом 32 дискового тормозного механизма.
Нажимные плунжеры 9, 10 своими обращенными к тормозному диску 55 концами помещены в направляющую пластину 28 таким образом или сформированы таким образом, что действующие на рампы 7, 8 параллельно поверхности трения тормозного диска опорные усилия вводятся в направляющую пластину 28 и от нее в зависимости от направления вращения тормозного диска 55 по направляющим поверхностям 29 или 30 выводятся на щит 31 тормозного механизма.
Направление нажимных плунжеров 9, 10 и тормозного плунжера 11 осуществляется на их обращенных к тормозному диску 55 концах исключительно посредством направляющей пластины 28 и щита 31 тормозного механизма.
Суппорт 32 дискового тормозного механизма и привод 35, 36, 37 регулировочного устройства, а также направляющая для смещения суппорта не подвергаются воздействию окружных усилий. При этом нажимные плунжеры 9, 10 в предпочтительном варианте выполнения просто напрямую привинчены к направляющей пластине 28 или запрессованы в нее.
Далее в качестве примера описывается процесс торможения с использованием дискового тормозного механизма.
При распознавании намерения осуществления торможения посредством приведения в действие тормозной педали и тем самым соединенного с тормозной педалью тормозного задающего устройства на тормозной цилиндр 27 подается сжатый воздух, так что при отклонении мембраны 44 шток 26 цилиндра перемещается.
Вращающийся рычаг 15 дискового тормозного механизма поворачивается при этом в своих подшипниках 23, 24 качения и перемещает, таким образом, также и свой эксцентричный вал 14, а тем самым сферическую опору 13 в соответствии с соотношением плеч рычага в направлении тормозного диска 55. Перемещение сферической опоры 13 через тормозной плунжер 11 или по цепи конструктивных элементов 12→13→17→16→11→33→34 передается на нажимной диск 4.
Нажимной диск 4 при этом сначала для преодоления воздушного люфта с тормозной накладкой 3 перпендикулярно ее поверхности трения перемещается к тормозному диску 55. При прилегании тормозной накладки 3 к поверхности трения тормозного диска 55 тормозная накладка 3 и соединенный с ней нажимной диск 4 за счет возникшей силы трения перемещаются совместно с тормозным диском 55 в направлении его вращения.
Шарики 5, 6 проводятся вдоль по рампам 7, 8 и способствуют при этом тому, что нажимной диск 4 дополнительно к своему перемещению по периферии в качестве устройства самоусиления усиленно перемещается к тормозному диску 55.
Переданное от тормозного плунжера 11 усилие прилегания увеличивается при этом в соответствии с усилением разжима суппорта 32 дискового тормозного механизма. Вследствие периферийного смещения нажимного диска 4 тормозной плунжер 11 осуществляет поворотное движение вокруг сферической опоры 13 и болта 33.
Тормозная накладка 2 со стороны срабатывания, как и у тормозных механизмов со смещаемым суппортом, обычно вследствие смещения суппорта дискового тормозного механизма устанавливается на тормозной диск 55. В данном случае не должно быть предусмотрено никаких устройств самоусиления.
Тормозной цилиндр 27 выполнен в данном случае в виде комбинированного тормозного цилиндра с участком 40 рабочего торможения и участком 41 стояночного торможения.