ДВУХРОТОРНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ УСИЛИЯ НА ВАЛ
DOUBLE-ROTOR ASSEMBLY FOR TRANSMITTING FORCE TO SHAFT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к узлам для передачи усилия, а более конкретно - к кольцевому узлу для передачи усилия, который, при использовании его в качестве тормоза, передает через роторы усилие для ограничения вращения вала, либо, при использовании в качестве сцепления, передает вращение.
Уровень техники
Термины «узел» и «узел для передачи усилия», используемые в настоящем раскрытии изобретения, относятся к узлу, такому как дисковый тормоз силовой головки с раздельным приводом, который может функционировать как тормоз или как сцепление. Хотя рассматриваемый здесь узел, в частности, предназначен для использования в качестве тормозного узла и будет рассмотрен более подробно в данном контексте, специалистам в данной области техники будет понятно, что узел в равной мере может использоваться в качестве сцепления. Для упрощения восприятия преимущественно будет использоваться термин «узел», между тем термины «узел», «узел для передачи усилия», «тормозной узел», «дисковый тормоз силовой головки с раздельным приводом» и «узел сцепления» используются в описании ниже взаимозаменяемо.
Известные узлы соединяются с валом для управления передачей мощности. Подобные известные узлы используются на различных машинах, таких как драглайны, механические лопаты, конвейеры, механические ножницы, механические прессы и на другом оборудовании. Когда машины обладают различными эксплуатационными характеристиками, возможности узла по передаче усилия должны быть скорректированы с учетом эксплуатационных характеристик машины, в которой узел будет использоваться. В некоторых машинах для вращения вала или для предотвращения вращения вала требуется передача относительного большого усилия.
Для работы с подобными большими усилиями силы трения в узле могут прикладываться к двум роторам вместо одного. Подобная двухроторная конструкция позволяет передавать тот же крутящий момент более мелкими порциями. Между тем одному комплекту пружин трудно прикладывать равномерное давление к обоим роторам.
Существует потребность в узле из нескольких роторов, предотвращающем неравномерный износ фрикционных колодок и прикладывающем равномерное давление к обоим роторам без ручной регулировки.
Раскрытие изобретения
По одному из аспектов настоящего изобретения узел для передачи усилия на вал включает в себя монтажный фланец с имеющимся в нем центральным отверстием под вал, а также первый и второй роторы, установленные на валу и способные вращаться вместе с валом. У каждого из первого и второго роторов имеется по меньшей мере одна пленарная поверхность. Узел также включает в себя первые переднюю и заднюю реактивные плиты, расположенные на оппозитных сторонах первого ротора, а также вторые переднюю и заднюю реактивные плиты, расположенные на оппозитных сторонах второго ротора. У каждой из реактивных плит имеется по меньшей мере одна фрикционная поверхность, которая может зацепляться с роторами. Узел также включает в себя поршень и цилиндр, соединенный с поршнем, образующие напорную камеру для текучей среды. Когда текучая среда под давлением поступает в напорную камеру для текучей среды, поршень перемещается в первом направлении, а когда текучая среда под давлением выходит из напорной камеры для текучей среды, поршень перемещается во втором направлении. Узел дополнительно включает в себя пружинный корпус, функционально соединенный с поршнем.
Непосредственно в самом пружинном корпусе имеется пружинная пластина, множество первых пружинных комплектов опираются на пружинную пластину и функционально соединены с первыми передней и задней реактивными плитами, а множество вторых пружинных комплектов опираются на пружинную пластину и функционально соединены со вторыми передней и задней реактивными плитами.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан вид в перспективе узла по одному из аспектов системы.
На фиг. 2 показан вид узла в сечении вдоль линии 2-2ʹ по фиг. 1.
На фиг. 3 показан вид в плане вида в сечении по фиг. 2.
На фиг. 4 показан схематический вид узла по фиг. 1.
На фиг. 5 показан вид в перспективе пружинного корпуса, используемого по одному из аспектов узла.
На фиг. 6 показан вид пружинного корпуса в сечении вдоль линии 6-6ʹ по фиг. 5.
На фиг. 7 показано изображение в разобранном виде пружинного корпуса по фиг. 5.
На фиг. 8 показан вид с частичным разрезом узла по фиг. 1.
Осуществление изобретения
На фиг. с 1 по 4 и на фиг. 8 показан узел 10, который может переключаться между первым зацепленным или тормозным положением и вторым расцепленным или нетормозным положением. Когда узел находится в зацепленном положении (т.е. когда давление текучей среды в узле 10 уменьшается) узел 10 прикладывает фрикционное усилие для предотвращения повторного вращения приводного вала. Когда тормозной узел 10 находится в расцепленном положении (т.е. когда к узлу 10 прикладывается давление текучей среды) узел 10 позволяет валу свободно вращаться.
Узел 10 включает в себя монтажный фланец 12, который позволяет соединять узел 10 с пользовательским устройством (не показано), таким как рама двигателя или с машиной. Узел 10 также включает в себя первый и второй роторы 14a, 14b, которые выполнены с возможностью их неподвижного крепления на приводном валу (не показан) так, чтобы они могли вращаться вместе с ним. Первый ротор 14a расположен между первыми передней и задней реактивными плитами 16a, 18a, а второй ротор 14b расположен между вторыми передней и задней реактивными плитами 16b, 18b. У каждой из передних и задних реактивных плит 16a, 16b, 18a, 18b имеется фрикционная поверхность 20 (например, фрикционные колодки), обращенная в сторону соответствующих роторов 14a, 14b для приложения прижимной нагрузки к роторам 14a, 14b.
Роторы 14a, 14b, в целом, могут иметь цилиндрическую, дискообразную форму, а у каждого из них может иметься центральная втулка 22 с каналом 24 для удержания роторов 14a, 14b на валу. Непосредственно сама втулка 22 может быть выполнена либо в виде детали, неразъемно соединенной с соответствующим ротором 14a, 14b, либо может быть выполнена в виде отдельной детали и крепиться к ротору 14a, 14b при помощи крепежа. По одному из аспектов узла 10 во втулке 22 может иметься прямой канал 24, в который вставляется соответствующий прямой вал, как это показано на фигурах, либо во втулке 22 может иметься конусный канал 24, устанавливаемый на конусном валу. Ротор 14a, 14b может удерживаться по месту при помощи резьбового крепежа (не показан) на торце вала. Как вариант, ротор 14a, 14b может удерживаться по месту втулкой 22 посредством бесшпоночного запорного вкладыша на прямом или конусном валу. На каждой из сторон каждого ротора 14a, 14b имеется планарная поверхность 26, используемая в качестве площади рабочей поверхности для фрикционного зацепления с фрикционными поверхностями 20 реактивных плит 16a, 16b, 18a, 18b.
Непосредственно сами фрикционные поверхности 20 могут включать в себя любой соответствующий фрикционный материал в любой желательной конфигурации. Например, фрикционные поверхности 20 могут быть выполнены в виде единственной кольцевой поверхности или в виде множества фрикционных колодок. Поверхность или колодки, при необходимости, могут быть заменяемыми. Специалистам, обладающим рядовыми знаниями в данной области техники, будет понятно, что фрикционные поверхности 20, не выходя за объем настоящего раскрытия изобретения, могут иметь любой состав или конфигурацию.
Узел 10 также может включать в себя цилиндр 38, соединенный с поршнем 32 таким образом, чтобы поршень 32 мог скользить относительно цилиндра 38. Поршень 32 расположен внутри цилиндра 38, таким образом, что они образуют камеру 41 для текучей среды, которая может заполняться текучей средой (например, сжатым воздухом или гидравлической жидкостью). Под давлением поршень 32 перемещается в направлении, обозначенном стрелкой A на фиг. 2 и 3. Поршень 32 и цилиндр 38 могут свободно перемещаться по небольшой направляющей трубке 43. Небольшая направляющая трубка 43 соединена с пружинным корпусом 36.
Монтажный фланец 12 и узел 28 силовой головки (рассматриваемый более подробно ниже) могут быть соединены между собой при помощи зажимных трубок 37 и выровнены с направляющими трубками 40. Цилиндр 38 и пластины 34 торможения могут быть соединены с распорными трубками 39, как это показано на фиг. 8, и выровнены с направляющими трубками 40. Подобное соединение позволяет пластинам 34 торможения и цилиндру 38 перемещаться совместно как единая скользящая деталь.
Непосредственно сами направляющие трубки 40 могут быть расположены между монтажным фланцем 12, пластиной 34 торможения, пружинным корпусом 36, пластиной 34 торможения и цилиндром 38 при помощи известных средств, например соединительных усилий между их соответствующими компонентами. Например, как показано на фиг. 3, направляющие трубки 40 могут быть зажаты между монтажным фланцем 12 и узлом 28 силовой головки. Следует отметить, что узел 10 можно рассматривать в качестве «плавающей» конструкции, как это описано в совместно преданной опубликованной заявке США №2010/0018831, раскрытие которой включено здесь по ссылке. Более конкретно, реактивные плиты 16a, 18a, 16b, 18b могут плавать и перемещаться аксиально во время зацепления и расцепления, в то время как поршень 32 и цилиндр 38 перемещаются аксиально. Направляющие трубки 40 направляют перемещение реактивных плит 16a, 18a, 16b, 18b. По одному из аспектов изобретения передние реактивные плиты 16a, 16b реагируют на перемещение пластины 34 торможения, а реактивные плиты 18a, 18b реагируют на перемещение поршня 32.
На фиг. 5-7 узел 28 силовой головки показан более детализировано. Узел 28 силовой головки включает в себя пружинный корпус 36, на который опирается множество первых пружинных комплектов 42a и множество вторых пружинных комплектов 42b. Хотя на изображенном примере показано восемь пружинных комплектов, по четыре каждого типа 42a, 42b, пружинный корпус 36 может включать в себя любое количество пружинных комплектов. Первые пружинные комплекты 42a сопряжены с первым ротором 14a, а вторые пружинные комплекты 42b сопряжены со вторым ротором 14b. Каждый пружинный комплект 42a, 42b включает в себя множество пружин 44, расположенных между двумя держателями 46 пружин. Пружины 44 и держатели 46 пружин свободно перемещаются в осевом направлении внутри пружинных каналов 48 в пружинном корпусе 36. Как показано на фиг. 3, нажимные пластины 30a, 30b расположены на оппозитных сторонах узла 28 силовой головки и могут быть соединены с держателем 46 пружин посредством болтового соединения или любых других соответствующих соединительных средств. Нажимные пластины 30a, 30b могут быть выполнены в виде клинообразных сегментов, при этом каждый сегмент соответствует пружинному комплекту в пружинном корпусе 36 узла 28 силовой головки. Передние нажимные пластины 30a могут соприкасаться с поршнем 32, тогда как задние нажимные пластины 30b могут соприкасаться с пластиной 34 торможения.
Первый и второй пружинные комплекты 42a, 42b могут быть расположены в пружинном корпусе 36 попеременно таким образом, чтобы первый и второй пружинные комплекты 42a, 42b распределяли усилие равномерно по реактивным плитам 16a, 18a, 16b, 18b и, в конечном счете, по роторам 14a, 14b. Как показано на фиг. 7, каждая из передних и задних нажимных пластин 30a, 30b сопряжена с соответствующим пружинным комплектом 42a, 42b таким образом, чтобы нажимные пластины 30a, 30b могли перемещаться независимо друг от друга. По одному из аспектов узла 10, в каждой из нажимных пластин 30a, 30b может иметься одно или более отверстий 51 под крепеж (например, болт), соединяющий нажимную пластину 30a, 30b с соответствующим держателем 46 пружины. Как вариант, нажимные пластины 30a, 30b и держатель 46 пружин могут быть цельноформованы в виде единой детали при помощи любого соответствующего процесса, например, литья.
Поскольку первый и второй пружинные комплекты 42a, 42b перемещаются независимо друг от друга, они могут компенсировать неравномерный износ фрикционных поверхностей 20 за счет расширения в разной степени. Например, если фрикционные поверхности 20 реактивных плит 16a, 18a первого ротора 14a изношены сильней, чем фрикционные поверхности 20 реактивных плит 16b, 18b второго ротора 14b, то первые пружинные комплекты 42a будут расширяться сильней, чем вторые пружинные комплекты 42b для компенсации более сильного износа и для того, чтобы пружинное усилие прикладывалось, в целом, равномерно как к первому, так и ко второму роторам 14a, 14b. Аналогичным образом если, например, при использовании первого ротора 14a фрикционная поверхность 20 передней реактивной плиты 16a изнашивается сильней, чем фрикционная поверхность 20 задней реактивной плиты 18a, то первые пружинные комплекты 42a будут расширяться и смещаться аксиально внутри пружинного корпуса 36 до тех пор, пока они не дойдут до фрикционной поверхности 20 первого ротора 14a. Таким образом, усилие к ротору 14a прикладывается обеими реактивными плитами 16a, 18a. Таким образом, комплекты 42a, 42b пружин компенсируют разный износ фрикционной поверхности 20 автоматически, без ручной регулировки. Кроме этого, поскольку передние реактивные плиты 16a, 16b функционально соединены с пластинами 34 торможения, а задние реактивные плиты 18a, 18b функционально соединены с поршнем 32, при спрессовывании камеры 41 для текучей среды происходит расцепление узла 10, даже если пружины 44 расширены на разное расстояние.
Передающие усилие зажимные трубки 50 соединяют нажимные пластины 30a, 30b с реактивными плитами 16a, 16b, 18a, 18b. Как показано на фиг. 2 и 4, передающие усилие зажимные трубки 50 имеют разную длину таким образом, чтобы нажимные пластины 30a, 30b можно было соединить с соответствующими реактивными плитами 16a, 16b, 18a, 18b. Помимо этого, каждая нажимная пластина 30a, 30b соединена либо с первым пружинным комплектом 42 (и с первым ротором 14a), либо со вторым пружинным комплектом 42b (и со вторым ротором 14b). По одному из аспектов узла 10 нажимные пластины 30a, 30b соединены с реактивными плитами 16a, 18a соответствующего ротора 14a, а нажимные пластины 30a, 30b соединены с реактивными плитами 16b, 18b другого соответствующего ротора 14b. Подобная компоновка создает тормозной момент на первом и втором роторах 14a, 14b при расширении пружинных комплектов 42a, 42b. Как отмечалось выше, поскольку пружинные комплекты 42a, 42b равномерно, попеременным образом разнесены вокруг пружинного корпуса 36, давление равномерно распределяется на каждом роторе 14a, 14b. Также как отмечалось выше, поскольку для каждого ротора 14a, 14b используются отдельные, независимые пружинные комплекты 42a, 42b, давление равномерно распределяется между обоими роторами 14a, 14b.
Далее более подробно будет рассмотрено функционирование узла 10. При увеличении давления в камере 41 для текучей среды (например, при отпускании тормоза), поршень 32 перемещается в сторону монтажного фланца 12, в направлении, обозначенном стрелкой A на фиг. 2 и 3, а цилиндр 38 перемещается в сторону от монтажного фланца 12, в направлении, обозначенном стрелкой В. Поскольку пластина 34 торможения соединена с цилиндром 38 через распорные трубки 39, пластина 34 торможения также будет перемещаться в сторону от монтажного фланца 12 (в направлении стрелки B). Пластина 34 торможения и поршень 32 перемещаются в сторону друг друга и сжимают пружины 44, заставляя реактивные плиты 16a, 18a, 16b, 18b расцепляться от роторов 14a, 14b. В этот момент узел 10 находится в расцепленном положении.
Для зацепления роторов 14a, 14b текучая среда удаляется из камеры 41 для текучей среды, уменьшая давление текучей среды. Пружины 44 расширяются, прижимая передние и задние нажимные пластины 30a, 30b наружу, к поршню 32 и пластине 34 торможения, соответственно. Это в свою очередь заставляет реактивные плиты 16a, 18a, 16b, 18b прижиматься к соответствующим роторам 14a, 14b. В этот момент узел 10 находится в зацепленном положении.
Через некоторое время фрикционные поверхности 20 изнашиваются и пружины 44 компенсируют износ, расширяясь еще сильней. Однако, если одна из фрикционных колодок 20, соответствующая определенному ротору 14a, 14b, изнашивается сильней, чем другие, то пружинный комплект 42a, 42b, соответствующий подобному ротору 14a, 14b, расширится на дополнительное расстояние, равное дополнительному износу при торможении. В результате усилие от фрикционных колодок 20 будет продолжать передаваться на оба ротора 14a, 14b. В свою очередь при расцеплении, ротор 14a, 14b с реактивной плитой 16a, 18a, 16b, 18b, имеющей дополнительный износ, будет расцепляться раньше другого ротора 14a, 14b.
Для измерения степени износа фрикционных поверхностей 20 в узле 10 может быть установлен один или более датчиков 51. По одному из аспектов датчики 51 могут быть установлены в узле 28 силовой головки для наблюдения за расстоянием между пружинным корпусом 36 и каждой из передних и задних нажимных пластин 30a, 30b. Подобные расстояния соответствуют величине износа фрикционных поверхностей 20, а данная информация может использоваться для проверки износа без ручной регулировки. Как вариант, датчики 51 могут быть установлены на реактивных плитах 16a, 18a, 16b, 18b, как это показано на фиг. 8, для более непосредственного наблюдения за степенью износа фрикционных пластин 20. Данная информация может передаваться на интерфейс пользователя для определения необходимости обслуживания и/или замены фрикционных поверхностей 20.
В результате узел, оснащенный вышеуказанной конструкцией, обеспечивает, что реактивные плиты и фрикционные колодки будут прикладывать равномерное и одинаковое давление к обоим роторам. Рассмотренный выше узел способен автоматически компенсировать неравномерный износ фрикционных колодок, как в двух парах, так и в одной паре, сопряженных с конкретным ротором, для непрерывного приложения равномерного давления. Узел также обеспечивает, что, несмотря на их неравномерное расширение во время компенсации, все комплекты пружин расцепляются, когда в этом возникает необходимость.
Следует понимать, что вышеуказанные идеи являются лишь типовыми по своей сути и не преследуют целью ограничение идей настоящего изобретения, их область применения или использование. Хотя в описании изобретения и на чертежах были рассмотрены конкретные примеры, специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение допускает различные изменения и замены на эквивалентные элементы, не выходя за объем настоящих идей, определяемых формулой изобретения. Кроме этого, изобретение явным образом допускает совмещение и объединение признаков, элементов и/или функций из различных примеров таким образом, что специалисту в данной области техники после ознакомления с раскрытием настоящего изобретения будет понятно, что при необходимости признаки, элементы и/или функции из одного примера можно включить в другой пример, если это не оговорено иначе выше. Помимо этого, допустимы многочисленные модификации для приведения конкретной ситуации или материала в соответствие с идеями настоящего изобретения, не выходя за фактический объем его сущности. Поэтому считается, что настоящее изобретение не должно ограничиваться конкретными примерами, изображенными на чертежах и рассмотренными в описании в качестве наилучшего на данный момент способа осуществления идей раскрытия настоящего изобретения, а объем раскрытия настоящего изобретения включает в себя любые варианты осуществления, не выходящие на рамки вышеизложенного описания и прилагаемой формулы изобретения.