ЛЕНТОЧНО-КОЛОДОЧНЫЙ ТОРМОЗ С НЕПОДВИЖНЫМИ И ПЕРЕМЕЩАЮЩИМИСЯ ФРИКЦИОННЫМИ НАКЛАДКАМИ НА ТОРМОЗНОЙ ЛЕНТЕ
BELT-SHOE BRAKE WITH FIXED AND MOVING FRICTION LININGS ON BRAKE BELT

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок.
Известен ленточно-колодочный тормоз, в котором для обеспечения равномерного износа фрикционных накладок последние расположены на рабочей поверхности тормозного шкива и снабжены упругими элементами, связывающими их между собой и подпружинивающими к рабочей поверхности шкива, причем динамический коэффициент трения скольжения между наружной поверхностью накладок и внутренней поверхностью тормозной ленты больше, чем между рабочей поверхностью накладок и тормозного шкива [1, аналог]. Недостатком является то, что необходимо иметь фрикционные материалы с различными динамическими коэффициентами трения скольжения для наружной и внутренней поверхностей накладок.
Известен ленточно-колодочный тормоз с подвижными фрикционными накладками, который содержит отдельные неподвижные накладки в начале набегающей ветви тормозной ленты, на середине ленты и в конце сбегающей ветви ленты, причем между неподвижными накладками находятся подвижные накладки, которые в своей верхней части по их ширине имеют разрезы, посаженные в Г-образные пазы ленты, при этом подвижные накладки имеют возможность перемещения относительно внутренней поверхности ленты и рабочей поверхности шкива, а на набегающей и сбегающей ветвях ленты расположено неодинаковое количество подвижных накладок, связанных между собой пружинами различной жесткости [2, прототип]. Недостатком является то, что при взаимодействии наружных подвижных фрикционных накладок с внутренней поверхностью тормозной ленты не реализуется большой коэффициент их взаимного перекрытия.
Предложенное техническое решение по сравнению с аналогом и прототипом имеет следующие отличительные признаки:
- одновременное использование наружной и внутренней поверхностей тормозной ленты в качестве рабочих для реализации между взаимодействующими элементами динамических коэффициентов трения качения и скольжения;
- обеспечивается прилегание наружных поверхностей подвижных фрикционных накладок к внутренней поверхности тормозной ленты с большим коэффициентом взаимного перекрытия;
- не возникает необходимости подбора фрикционных материалов с различными динамическими коэффициентами трения скольжения для наружной и внутренней рабочих поверхностей фрикционных накладок;
- наличие нелинейных характеристик в цилиндрических пружинах с разной жесткостью может не дать возможности накладкам перемещаться в случае двухстороннего выравнивания усилий, действующих на их длинные стороны;
- использование на наружной поверхности тормозной ленты устройства, работающего на эффекте трения качения для создания дополнительного сопротивления перемещению подвижной фрикционной накладки.
Задача изобретения - повышение эффективности тормоза за счет использования наружной и внутренней поверхностей тормозной ленты в качестве металлических фрикционных элементров в парах трения качения и скольжения и перераспределения удельных нагрузок между перемещающимися фрикционными накладками набегающей и сбегающей ветви тормозной ленты.
Поставленная цель достигается тем, что между боковыми двойными стенками накидных кожухов, в пазы которых заведены крепежные пластины фрикционных накладок, установлены на винтах цилиндрические фрикционные элементы, контактные линии которых взаимодействуют одновременно с внутренней поверхностью накидного кожуха и наружной поверхностью тормозной ленты, по которой фрикционные элементы катятся одновременно с перемещением оснований боковых двойных стенок накидного кожуха фрикционных накладок относительно продольных пазов ленты и при этом последние выполнены меньшими по длине на ее набегающей ветви и большими - на сбегающей ветви ленты, обеспечивая тем самым фиксированный переменный шаг между подвижными фрикционными накладками металлических фрикционных элементов. При этом динамический коэффициент трения скольжения в парах «рабочая поверхность тормозного шкива - рабочие поверхности подвижных фрикционных накладок» и «наружные поверхности подвижных фрикционных накладок - внутренняя поверхность тормозной ленты» являются одинаковыми по значениям.
На фиг.1 показан общий вид ленточно-колодочного тормоза; на фиг.2 - элемент А на фиг.1 - фрагмент участка набегающей ветви тормозной ленты с продольными пазами; на фиг.3 - поперечный разрез Б-Б на фиг.1 - фрикционного узла тормоза с неподвижной накладкой; на фиг.4 - поперечный разрез В-В - фрикционного узла тормоза с подвижной накладкой; на фиг.5 - элемент Г на фиг.1 - фрагмент участка сбегающей ветви тормозной ленты с продольными пазами; на фиг.6 показано крепление накидного кожуха с пластиной подвижной накладки.
Ленточно-колодочный тормоз с неподвижными и перемещающимися фрикционными накладками на тормозной ленте содержит шкив 1 с ребордами 2, закрепленный на валу 3 механизма. Тормозная лента 4 своей набегающей ветвью (а) крепится в опоре 5, а сбегающей ветвью (в) - к рычагу управления 6 тормозом. На тормозной ленте 4 расположены неподвижные фрикционные накладки 7, 8 и 9. Накладка 7 расположена в начале тормозной ленты, т.е. на ее набегающей ветви (а). Накладка 8 расположена в средней части (б) ленты 4. Накладка 9 является крайней на сбегающей ветви (в) ленты 4. Таким образом, с помощью боковых сторон неподвижных фрикционных накладок 7 и 8 очерчивается угол обхвата набегающей ветви (а) ленты 4, а между боковыми сторонами неподвижных накладок 8 и 9 - сбегающей ветви (в) ленты 4. Неподвижные накладки 7, 8 и 9 имеют наружную 10 и рабочую 11 поверхности и крепятся к ленте 4 с помощью болтового соединения 12, пропущенного через отверстия 13 в них.
На набегающей (а) и сбегающей (в) ветви тормозной ленты 4 выполнены продольные пазы 14 одинакового поперечного сечения, но различной длины.
По середине каждого из пазов 14 ленты 4 заведены выступы крепежных пластин 15, которые армируются проволокой 16 в теле подвижных фрикционных накладок 17, имеющей наружную 18 и рабочую 19 поверхности. В накидном кожухе 20 с двойными боковыми стенками 21, между которыми выполнены пазы 22, установлен фрикционный элемент 23 в виде втулки, на внутренней поверхности которой нарезана резьба 24. В двойных боковых стенках 21 накидного кожуха 20, а также в крепежных пластинах выполнены сквозные отверстия 25. Последние просверливаются тогда, когда с помощью механического или пневматического нажимного устройства (на чертеже не показано) поверхности фрикционного элемента 23 прижимаются с одной стороны к внутренней поверхности накидного кожуха 20, а с другой стороны - к наружной поверхности тормозной ленты 4. Правильное позицирование фрикционного элемента 23 обеспечивается только в том случае, если торцы боковых стенок 21 накидного кожуха 20 при установке их в пазы 14 ленты 4 будут располагаться заподлицо ее внутренней поверхности. После чего устанавливают фрикционный элемент 23 с помощью винта 26, который стопорится посредством шайбы 27. Затем выполняются отверствия 28 в двойных боковых стенках 21 кожуха 20 и крепежных пластинах 15 по их сторонах, в которые устанавливают заклепки 29. Такая установка фрикционных элементов 23 на наружной поверхности тормозной ленты 4 позволяет увеличивать коэффициент взаимного перекрытия ее внутренней поверхности с наружными поверхностями 18 подвижных фрикционных накладок 17. Применение накидного кожуха 20 над фрикционным элементом 23 предохраняет его поверхности от попадания пыли, влаги и масла и при этом внутренняя поверхность кожуха 20 является еще и металлическим фрикционным элементом.
Условием работоспособности в образующихся парах трения благодаря подвижности фрикционных накладок 17 является следующее. Динамические коэффициенты трения скольжения во фрикционных узлах: «рабочая поверхность тормозного шкива 1 - рабочие поверхности 19 подвижных накладок 17»; «внутренняя поверхность тормозной ленты 4 - наружные поверхности 18 подвижных накладок 17» должны быть одинаковыми. Для этого чистота внутренней поверхности тормозной ленты 4 должна быть такой же, как и чистота рабочей поверхности тормозного шкива 1. Кроме того, наружные поверхности 18 подвижных колодок 17 должны быть механически обработаны так, чтоб микрогеометрия была одинакова с микрогеометрией их рабочих поверхностей 19. Фрикционный элемент 23 изготовлен из того же материала, что и неподвижные 7, 8, 9 и подвижные 17 фрикционные накладки. В связи с тем, что динамический коэффициент трения качения фрикционного элемента 23 при взаимодействии соприкасающимися поверхностями намного меньше динамического коэффициента трения скольжения и поэтому требования к микрогеометрии наружной поверхности тормозной ленты 4 и внутренней поверхности нажимного кожуха 20 не являются такими высокими, как для пар трения скольжения. При этом необходимо учитывать, что количество фрикционных накладок на набегающей ветви (а) равно «n+k», а на сбегающей ветви (в) ленты 4 - «n».
Ленточно-колодочный тормоз с неподвижными и перемещающимися фрикционными накладками на тормозной ленте работает следующим образом. При нажатии на рычаг управления 6 происходит замыкание тормоза.
Различают три стадии процесса торможения ленточно-колодочного тормоза с неподвижными и перемещающимися фрикционными накладками на тормозной ленте: начальную, промежуточную и заключительную.
В начальной стадии торможения подвижные фрикционные накладки 17, находящиеся между неподвижными накладками 7 и 8, т.е. на набегающей ветви (а) тормозной ленты 4, своими рабочими поверхностями 11 и 19 первыми взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного шкива 1. При этом накладки 17 захватываются моментом вращения шкива 1 и начинают перемещаться в направлении его вращения, если будет преодолено сопротивление сил трения между наружными поверхностями 18 подвижных накладок 17 и внутренней поверхностью тормозной ленты 4, а также между контакными линиями цилиндрического фрикционного элемента 23, взаимодействующего одновременно с внутренней поверхностью накидного кожуха 20 и наружной поверхностью тормозной ленты 4. В этом случае происходит перемещение подвижных накладок 17 относительно фрикционных элементов 23 с помощью основания боковых стенок 21 накидного кожуха 20 по продольным пазам 14 тормозной ленты 4 в сторону ее сбегающей ветви (в). Это, в первую очередь, связано с тем, что с увеличением натяжения набегающей ветви (а) тормозной ленты 4 с помощью рычага управления 6, подвижные фрикционные накладки 17 стараются как бы «выскользнуть» и попасть в сектор взаимодействия пар трения, где натяжение набегающей ветви (а) ленты меньше. Поэтому ограничителями в этом случае и являются укороченные продольные пазы 14 на набегающей ветви (а) для каждой подвижной накладки 17 и боковая сторона неподвижной накладки 8, расположеной в средней части (б) ленты 4. Все это и является дополнительным сопротивлением для вращающегося тормозного шкива 1, способствуя его притормаживанию. Наличие подвижных фрикционных накладок 17 на набегающей ветви (а) ленты 4 на «k» накладок больше, чем на сбегающей (в) и с переменным шагом ведет за счет увеличения площади взаимодействия наружных 18 и рабочих 19 поверхностей подвижных накладок 17 к уменьшению и выравниванию удельних нагрузок в данном секторе взаимодействия пар трения тормоза.
Промежуточная стадия торможения заключается в дальнейшем распространении фронта взаимодействия в сторону подвижных фрикционных накладок 17 сбегающей ветви (в) тормозной ленты 4 при увеличении силы ее затяжки с помощью рычага управления 6 тормоза. За счет меньшего количества «k» подвижных накладок 17 на сбегающей ветви (в) тормозной ленты 4 и удлиненных прорезей 14 в ней их перемещения будет большим. Последние будет продолжаться до тех пор, пока силы трения, создаваемые парами трения скольжения и качения: «рабочие поверхности 19 подвижных накладок 17 - рабочая поверхность тормозного шкива 1»; «наружные поверхности 18 подвижных накладок 17 - внутренняя поверхность тормозной ленты 4» и «наружная поверхность тормозной ленты 4 - линии контактов цилиндрических фрикционных элементов 23 - внутренние поверхности накидных кожухов 20», не окажутся больше момента вращения тормозного шкива 1. Уменьшение количества подвижных накладок 17, выстроившихся с переменным шагом на сбегающей ветви (в) тормозной ленты 4, ведет к незначительному увеличению удельных нагрузок на взаимодействующих поверхностях трения и приближает их значения к значениям удельных нагрузок на набегающей ветви (а) ленты 4.
На заключительной стадии торможения подвижные фрикционные накладки 17 находятся в том положении, которое они заняли относительно набегающей (а) и сбегающей (в) ветви тормозной ленты 4 в начальной и промежуточной стадии торможения. При этом завершилось перераспредиление удельных нагрузок между подвижными фрикционными накладками 17 ветви (а) и (в) тормозной ленты 4, что способствовало повышению эффективности тормоза в целом. На этой стадии осуществляется притормаживание шкива 1 с усилием затяжки ленты 4 предыдущей стадии или завершается торможение до полной остановки шкива 1 при заметном увеличении затяжки ленты 4 с помощью рычага управления 6 тормозом. При последующем использовании тормоза стадии торможения повторяются. В случае реализации тяжелого режима нагружения пар трения тормоза, вызвавшего перемещение подвижных накладок 17 в крайние положения пазов 14 на набегающей (а) и сбегающей (в) ветви ленты 4 в направлении вращения шкива 1, выполняют реверсное торможение, возвращая тем самым накладки 17 в исходное положение.
Таким образом, применение ленточно-колодочного тормоза с неподвижными и перемещающимися фрикционными накладками на тормозной ленте позволяет повысить эффективность торможений за счет создания сопротивления перемещению накладок относительно рабочей поверхности шкива и внутренней поверхности ленты, перераспределяя и выравнивая при этом удельные нагрузки между набегающей и сбегающей ветвями тормозной ленты и способствуя тем самым почти равномерному износу рабочих и наружных поверхностей фрикционных накладок.
Источники информации
1. А.с. СССР 576455 А1, F15d 49/08 от 15.10.1977 г. (аналог).
7
2. Патент России 2263832 С2, МПК F16D 49/08 от 10.11.2005 г. (прототип).