CN101392865A - 刚性高性能安全离合器及离合方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压力机用高灵敏度、高可靠性离合器及离合控制方法，当操作工的手通过光慕感应器进入危险区域的瞬间，光慕感应器指令触发控制机构动作，触发控制机构带动摆杆机构缩回同时，摆杆机构带动制动齿条中的齿与棘轮齿槽啮合，迫使棘轮处于制动瞬间，棘轮将作用在制动齿条上的反作用力通过制动齿条作用在矢量阻尼缓冲机构中，矢量阻尼缓冲机构将吸收、储存的反作用力又释放出来且通过制动齿条作用在棘轮上，迫使工作键与曲轴瞬间脱离、曲轴停止旋转；当危险解除后，启动按钮，释放机构带动制动齿条与棘轮分离的同时，触发控制机构释放摆杆机构上移且与释放机构同时作用带动制动齿条与棘轮分离，工作键又开始受剪切力的作用，使离合器处在合的位置。

Description

刚性高性能安全离合器及离合方法

技术领域

本发明涉及一种压力机用高灵敏度、高可靠性离合器及离合控制方法，属离合器制造领域。

背景技术

CN2529764Y、名称“一种压力机离合制动器的结构”，涉及一种离合器与制动器分别安装布置在齿轮箱体两侧的压力机离合器制动器的结构，其中制动器的结构是专门对于离合器与制动器为刚性联锁(即离合器与制动器的脱开与结合的关联动作是通过传动轴中间的顶杆实现的)而言的，其特征是制动盘为分体式，以利于易损件轴承等部件的更换与维修，无论是气动联锁还是刚性联锁的压力机离合制动器，其离合器的结构都是飞轮不直接安装在传动轴上，而是安装在与齿轮箱体固定连接的支承套上，从而使因离合器部分而产生的绝大部分负荷都有支承套来承担。其不足之处：该离合制动器为刹车盘式制动结构，其刹车效果直接受制于其刹车盘的制动效果，无法达到瞬间制动的目的，易造成刹车失灵。

发明内容

设计目的：在钢性转键为主离合器的基础上，加装控制机构，使钢性转键达到瞬间与曲轴脱离的目的。

设计方案：为了实现上述设计目的。1、凸棘复合轮的设计，是本发明的特征之一。这样做的目的在于：一是该凸棘复合轮不仅具有凸轮的功能，而且具有棘轮的功效，凸轮与棘轮刚性复合成一体，其凸棘复合轮中凸轮的轮面与深沟轴承相配合，也就是说，深沟轴承沿凸轮的轮面运行且每运行一周(上止点至下止点)为一次正常的制动点，确保了压力机在正常的状态下，带动棘轮高可靠性的工作----每次360°圆周往复运动且对棘轮的非强制制动不构成影响；当执行机构中的棘头在接到制动指令的瞬间，又能够在瞬间与棘轮的齿槽啮合制动---其转动制量非常小，实现了棘头与棘轮间的瞬间强制安全制动且同步带动凸轮高可靠性制动，从而达到了本发明的设计目的。2、制动齿条与矢量阻尼缓冲复位机构连接，是本发明的特征之二。这样做的目的在于：矢量阻尼缓冲复位机构不仅可以有效地将制动齿条中齿(棘头)与棘轮啮合制动时所产生的反向作用力吸收、储存，而且反过来，又能够将储存在矢量阻尼缓冲复位机构的力(能量)释放出来且通过制动齿条中的棘头将棘轮向相反的方向推动，迫使旋转钢性工作键与曲轴脱离、曲轴停止了旋转(停止了滑块的运动)，达到了刹车制动的目的。3、释放机构位于制动齿条的上方且与制动齿条呈接触式间隙控制配合或非接触式磁控配合，是本发明的特征之三。这样做的目的在于：(1)非接触式磁控配合：由于制动齿条中的齿(棘头)与棘轮(棘轮齿槽)之间的啮合，受触发控制机构及矢量阻尼缓冲机构的制约，往往存在啮合差，该啮合差只要在制动齿条与棘轮都处于相对变化量的动态范围内，即可以瞬间自行补偿啮合。如果将制动齿条强制与释放机构直接连接----形成刚性连接，不仅无法实现制动齿条与棘轮的快速啮合或分离，而且可能产生刚性碰撞，直接影响制动的可靠性。因此，本发明采用非接触式磁控释放机构，不仅可以有效地使制动齿条与棘轮齿槽啮合或分离，而且避免了刚性连接所带来啮合不到位、分离难的缺陷。(2)接触式间隙控制配合：接触式间隙控制配合是指释放机构与制动齿条间的连接为间隙销轴式连接，也就是说，销轴与销轴孔之间存在自由晃动的间隙，目的是避免了无间隙刚性连接所带来啮合不到位、分离难的缺陷，从而实现上述非接触式磁控配合释放机构的效果。4、触发控制机构直接与摆杆机构铰接，是本发明的特征之四。这样做的目的在于：一是触发机构在收光慕感应器发出的触发指令的瞬间，触发机构中能够瞬间强制带动摆杆机构缩回，使制动齿条在地球引力和触发控制机构的双重作用下瞬间与棘轮齿槽啮合，从而达到对棘轮制动的目的；二是当收到制动解除的指令后，触发控制机构又能够通过磁力释放使摆杆机构与释放机构一同使制动齿条与棘轮齿槽方便分离。5、棘轮和制动齿条采用优质合金钢结构且经过调质、渗碳处理，是本发明的特征之五。这样做的目的在于：由于棘轮和制动齿条所承担的剪切力和冲击力很大，如果不进行调质、渗碳处理，既使再好的离合器技术方案，也无法实现高可靠的离或合的目的。因此，本发明在棘轮和制动齿条的材质选择及处理上，以增强抗疲劳强度，增加硬度和耐磨度，提高抗剪切强度为目的，使棘轮、制动齿条的内部金相组织更加均匀细化，使离合部件更加坚固耐用，大大的延长了离合器的使用寿命。

技术方案1：高性能安全离合器，高性能安全离合器，它包括工作键，工作键与凸棘复合轮连接，制动齿条的一端与矢量阻尼缓冲复位机构铰接且可转动，制动齿条的另一端与摆杆机构的一端铰接且可转动，摆杆机构的另一端与触发控制机构连接，释放机构位于制动齿条的上方且与制动齿条呈接触式间隙控制配合或非接触式磁控配合。

技术方案2：高性能安全离合器的离合方法，当操作工的手通过光慕感应器进入危险区域的瞬间，光慕感应器指令触发控制机构动作，触发控制机构带动摆杆机构缩回同时，摆杆机构带动制动齿条中的齿与棘轮齿槽啮合，迫使棘轮处于制动瞬间，棘轮将作用在制动齿条上的反作用力通过制动齿条作用在矢量阻尼缓冲机构中，矢量阻尼缓冲机构将吸收、储存的反作用力又释放出来且通过制动齿条作用在棘轮上，迫使工作键与曲轴瞬间脱离、曲轴停止旋转；当危险解除后，启动按钮，释放机构带动制动齿条与棘轮分离的同时，触发控制机构释放摆杆机构上移且与释放机构同时作用带动制动齿条与棘轮分离，工作键又开始受剪切力的作用，使离合器处在合的位置。

本发明与背景技术相比，一是凸棘复合轮的设计，不仅确保了压力机的正常工作，而且实现了强制性安全制动；二是采用矢量阻尼缓冲复位机构吸收和释放制动齿条上的能量设计，不仅使制动齿条在与棘轮瞬间制动时所产生的冲击力有的放矢地被矢量阻尼缓冲复位机构吸收、衰减和储存，而且矢量阻尼缓冲复位机构又能够将其储存的能量通过制动齿条作用到棘轮的齿上，推动棘轮向相反的方向转动，达到工作键与曲轴快速脱离的目的；三是制动齿条与释放机构采用磁控控制，不仅确保了制动齿条与棘轮的可靠分离，而且使分离后的制动齿条又能够时刻处于再次准备制动的状态；四是触发控制机构与摆杆机构的一体设计，不仅确保了在第一时间内触发制动齿条与棘轮产生制动，而且又确保了制动解除后，制动齿条与棘轮的可靠分离；五是本发明结构设计新颖、独特、简单、可靠，解决了人们长期以来想要解决，而没有解决的技术难题，取得了意想不到的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是高性能安全离合器的方框结构示意图。

图2是高性能安全离合器的结构示意图。

图3是高性能安全离合器用于压力机的结构示意图。

图4是图3的分解结构示意图。

图5是液压阻尼缓冲复位机构及液压释放机构的结构示意图。

图6是气动阻尼缓冲复位机构及气动释放机构的结构示意图。

图7是拉簧阻尼缓冲复位机构及拉簧释放机构的结构示意图。

图8是气液阻尼缓冲复位机构及气液释放机构的结构示意图。

图9是电磁缓冲复位机构及电磁释放机构的结构示意图。

图10是直线电机释放机构的结构示意图。

图11是凸棘复合轮的主视结构示意图。

图12是图11的侧视结构示意图。

具体实施方式

实施例1：参照附图1～4和图11、12。高性能安全离合器，它包括离合机构6，离合机构中的工作键与棘轮5连接定位配合，制动齿条16的一端与矢量阻尼缓冲复位机构4铰接且可转动，制动齿条16的另一端与摆杆机构2的一端铰接且可转动，摆杆机构2的另一端与触发控制机构1连接，释放机构3位于制动齿条16的上方且与制动齿条16呈磁控配合，也就是说，采用电磁控制的方式控制制动齿条的释放和锁定。

所述的凸棘复合轮29由凸轮30和棘轮31构成，凸轮29与棘轮30采用铆接、对接等结构连接成整体刚性结构。凸轮为凹弧槽形凸轮且呈圈形结构，也就是说，圆形圈圈面有一处凹弧形槽。棘轮为多齿棘轮是指：既可以是全棘齿，也可以是非全棘齿的多齿构成。

所述的矢量阻尼缓冲复位机构为弹簧阻尼缓冲复位机构4，参照附图2。该弹簧阻尼缓冲复位机构由缓冲弹簧套20、压缩弹簧21、弹簧垫片及连接轴构成，连接轴一端呈偏平凸台结构且采用齿条销轴19与制动齿条16销接且可转动，连接轴的另一端与拉簧22连接，拉簧22的另一端固定。缓冲弹簧套20套在连接轴上且被连接轴前部的凸台定位，压缩弹簧21套在连接轴上且位于缓冲弹簧套20内，弹簧垫片位于压缩弹簧21末端且与螺母一道将压缩弹簧21定位。

所述的释放机构3为电磁铁释放机构，参照附图2。电磁铁通电后，产生强力吸引，将制动齿条16吸附在电磁铁的铁芯上，从而达到制动齿条16与齿轮18分离的目的，为了磁吸附效果，可以在制动齿条16的背面固定一块磁块。

在上述的基础上，所述的释放机构3为直线电机释放机构，或旋转电机释放机构，也就是说，释放机构与制动齿条间的连接为间隙销轴式连接----销轴与销轴孔之间存在自由晃动的间隙，目的是避免了无间隙刚性连接所带来啮合不到位、分离难的缺陷，从而实现上述非接触式磁控配合释放机构的效果。

所述的触发控制机构1为电磁触发控制机构，参照附图2。该电磁铁10为直流电磁铁，其电磁铁拉板13与摆杆机构中的摆杆14连接。

所述的触发控制机构1为气动触发控制机构23，参照附图5。该气动触发控制机构23中气缸的活塞杆通过连接件与摆杆机构中的摆杆14连接，或直接与摆杆机构中的摆杆14连接，但此时的摆杆14为直连与斜边所构成的摆杆。

在上述的基础上，所述的触发控制机构1快速油缸触发机构，或直线电机触发机构。

所述的摆杆机构由两摆杆14、摆杆固定轴15构成，两摆杆14与摆杆固定轴15构成V字结构，两摆杆14分别与通过连接件与制动齿条16、气缸活塞杆铰接且可转动，或两摆杆14为直连与斜边所构成的摆杆且摆杆的直边与制动齿条16、气缸活塞杆铰接且可转动。

由操纵器拉板7、小型圆柱螺旋拉伸8、操纵器座9、顶杆11、深沟轴承12、棘轮挡圈17等构成的离合器系现有技术，在此不作叙述。

结合上述，对本发明作以叙述。采用光传感器(利用安全光栅，光栅有避免外界光及高频光的干扰作用，以提高其实用性，避免了误动作的发生)作为第一执行机构的光传感器，经过光电信号的转换、传递、放大及驱动，指令触发机构工作，使制动齿条中的棘头瞬间与棘轮啮合，形成锁紧制动，从而达到只要物体进入光幕区(危险区)，立即制动刹车的目的。

工作键与棘轮的连接定位配合：压力机在工作中，曲轴的动作由工作键所决定，而工作键的运动取决于棘轮的旋转动作，因此控制棘轮的动作，就等于控制工作转键的动作，即控制了曲轴的旋转，两者之间是做了定位自由连接，限制轴向串动，可做较小角度的旋转，转角的差度为α＝2.53度(经过计算)属于间隙配合，机轴制公差H8/h6。

制动齿条中齿(简称棘头)与矢量阻尼缓冲机构配合：当触发机构动作后，棘头在触发控制机构的作用下，棘头与棘轮齿部(齿槽)啮合，由于棘轮旋转时带有一定量的动载荷能量，啮合后将产生相对的能量释放冲击力，此时的矢量阻尼缓冲机构把冲击力缓解减弱、直至停止，然后利用弹簧力的反弹，通过棘头把棘轮向相反的方向推动，致使棘轮与工作键快速脱离，即停止工作，起到了安全保护的作用。

释放机构：排除危险后，机床上设有非常启动按钮，在确认安全后，按下非常启动按钮，释放机构工作把棘头从棘轮齿槽内磁控拉出锁定，以便下次触发工作，此时触发机构随时准备动作。与此同时，棘轮得到了释放。由于机床的飞轮在工作状态下是在旋转运动的，因此棘轮带动了工作的键旋转，使机床正常的工作，即实现了保护后的复位释放。

触发控制机构：触发控制机构采用质量可靠、动作敏捷的电磁铁，以保证动作快速、准确，确保动作成功率达到100％。

其工作原理：参照附图1。在机床工作中，利用光幕保护器，作为第一反映安全操作部件，当操作工的手进入危险区域(向滑块工作区伸进时，手移动的速度是1.2秒/米)的同时，光慕感应器发出停止信号，再把此信号变成电信号，通过放大触发触发机构工作，触发机构接到指令的瞬间将触头F1缩回，使棘轮机构做定距旋转，图F2为受力方向(向下移动)，促使制动齿条中的棘头在拉力F3的作用下，F4带动棘头向下运动，并与制动齿条的齿轮槽部啮合，处于自锁状态，齿轮停止旋转。由于在旋转的过程中，受旋转力及惯性力的影响，在停止时产生一定量的动载荷及冲击力，经过啮合后的力，将把棘轮的力全部的传递给制动齿条中的棘头(F5为受力方向)，矢量阻尼缓冲机构将动栽荷冲击力等能量削弱衰减，所有的能量将弹簧力压缩至零时，再通过弹簧的定量力释放出来(为弹簧释放力方向)，此时在弹簧力的作用下，通过棘轮头将棘轮向相反的方向推动，促使了旋转钢性工作键与曲轴脱离，使曲轴停止了旋转，也就是停止了滑块的运动。与此同时，刹车机构将做刹车动作，使旋转运动的惯性力尽快衰减，以最快的速度停止。在这一系列的信号传递过程中，执行过程所用的时间是200毫秒，约0.2秒内完成，加上转动工作键，旋转的角度约10度，滑块所移动的距离正常为6.1毫米，而棘轮在弹簧力的作用下，棘轮将向相反的方向运动，促使钢性工作键更快的脱离，使滑块向下的距离就会更少，约5毫米左右，此机构具备阻尼缓冲器所用时间是0.05秒，那么就是0.2+0.05＝0.25秒，滑块移动距离是4.5毫米左右，此时操作工的手距离滑块还有200毫米时，滑块就已经停止了工作。因此，操作工的手就得到了保护。与此同时，机床由于受惯性力的作用下，飞轮继续旋转，致使钢性工作键脱离，即实现了滑块向下运动的停止。机床在工作中，由上止点至下止点的受到保护停止，起到安全保护作用。在机床停止后，发出停止报警信号，操作工根据所报的信号，能够非常直观的判断出那里报警，当解除危险后，可以通过专用按钮做释放动作，使机床再次启动。通过再启动按钮，把电信号送到触发控制机构和释放机构，触发控制机构和释放机构同时工作，使制动齿条与棘轮分离。由于机床在停止的状态下，主电机继续在工作，也就是飞轮在旋转状态，当制动齿条被拉出后，棘轮在拉力弹簧的作用下，做旋转运动，使钢性工作转键旋转，此时工作键又开始受剪切力的作用，致使离合器处在合的位置，使机床的曲轴继续旋转，机床的滑块开始新的一轮运动，侄下止点到上止点，完成其一次工作循环，到达后机床又处在下一个工作准备状态。

使用制动齿条及棘轮的材料采用优质合金结构钢，经过热处理严格的工艺控制，经调质、渗碳，以增强抗疲劳强度，提高抗剪切强度，增加硬度和耐磨度。使棘轮、棘头的内部组织更加均匀细化，外表面更加均匀，使离合器更加坚固耐用，大大的延长了其使用寿命。

实施例2：参照附图6。在实施例1的基础上，所述的矢量阻尼缓冲复位机构4为液压阻尼缓冲复位机构24，液压器或液压器的活塞杆上置有压簧，活塞杆的端部为连接头，其制造工艺系现有技术，在此不作叙述。

实施例3：参照附图7。在实施例1的基础上，所述的矢量阻尼缓冲复位机构4为气动阻尼缓冲复位机构25，气缸或气缸内置有压簧，活塞杆的端部为连接头，其制造工艺系现有技术，在此不作叙述。。

实施例4：参照附图8。在实施例1的基础上，所述的矢量阻尼缓冲复位机构4为拉簧阻尼器26，该拉簧阻尼器26是在实施例2的基础上，在液压阻尼缓冲复位机构24中液压器中设有拉簧。

实施例5：参照附图9。在实施例1的基础上，(1)所述的矢量阻尼缓冲复位机构4为气液阻尼器27，该气液阻尼器27中的液压器中的液压由油和气(氮气)构成。

实施例6：参照附图10。在实施例1的基础上，所述的矢量阻尼缓冲复位机构为电磁缓冲机构28，该电磁缓冲机构通过控制电磁强度，达到阻尼的效果。由电磁铁及电磁强度控制器构成，电磁强度控制器的输出端接电磁铁输入端连接。

实施例7：在实施例1的基础上，所述的所述的为释放机构3为直线电机释放机构。

实施例8：在实施例1的基础上，所述的所述的为释放机构3为旋转电机释放机构。

实施例9：在实施例1的基础上，高性能安全离合器的离合方法，当操作工的手通过光慕感应器进入危险区域的瞬间，光慕感应器指令触发控制机构动作，触发控制机构带动摆杆机构缩回同时，摆杆机构带动制动齿条中的齿与棘轮齿槽啮合，迫使棘轮处于制动瞬间，棘轮将作用在制动齿条上的反作用力通过制动齿条作用在矢量阻尼缓冲机构中，矢量阻尼缓冲机构将吸收、储存的反作用力又释放出来且通过制动齿条作用在棘轮上，迫使工作键与曲轴瞬间脱离、曲轴停止旋转；当危险解除后，启动按钮，释放机构带动制动齿条与棘轮分离的同时，触发控制机构释放摆杆机构上移且与释放机构同时作用带动制动齿条与棘轮分离，工作键又开始受剪切力的作用，使离合器处在合的位置。

需要理解到的是：上述实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明，只是对本发明的简单说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1、一种高性能安全离合器，它包括工作键，其特征是：工作键与凸棘复合轮连接，制动齿条的一端与矢量阻尼缓冲复位机构铰接且可转动，制动齿条的另一端与摆杆机构的一端铰接且可转动，摆杆机构的另一端与触发控制机构连接，释放机构位于制动齿条的上方且与制动齿条呈接触式间隙控制配合或非接触式磁控配合。

2、根据权利要求1所述的刚性高性能安全离合器，其特征是：所述的凸棘复合轮由凸轮和棘轮构成，凸轮与棘轮连接成整体刚性结构。

3、根据权利要求2所述的刚性高性能安全离合器，其特征是：凸轮为凹弧槽形凸轮，棘轮为多齿棘轮。

4、根据权利要求1所述的高性能安全离合器，其特征是：所述的矢量阻尼缓冲复位机构为弹簧阻尼缓冲复位机构，或液压阻尼缓冲复位机构，或气动阻尼缓冲复位机构，或拉簧阻尼器，或气液阻尼器，或电磁缓冲机构。

5、根据权利要求1所述的高性能安全离合器，其特征是：所述的释放机构为液压释放机构，或气动释放机构，或正向电磁铁释放机构，或反向电磁铁释放机构，或直线电机释放机构，或旋转电机释放机构。

6、根据权利要求1所述的高性能安全离合器，其特征是：所述的触发机构为电磁触发机构，或气动触发机构，或快速油缸触发机构，或直线电机触发机构。

7、根据权利要求1所述的高性能安全离合器，其特征是：所述的棘轮为外棘轮正反向，或外凸轮正反向或外齿轮。

8、根据权利要求1所述的高性能安全离合器，其特征是：摆杆机构由两摆杆和摆杆固定轴构成，两摆杆与摆杆固定轴构成V字形摆杆机构。

9、根据权利要求1所述的高性能安全离合器，其特征是：触发控制机构中的电磁铁芯或气缸活塞通过连杆与摆杆铰接且可转动，或直接为摆杆。

10、一种高性能安全离合器的离合方法，其特征是：当操作工的手通过光慕感应器进入危险区域的瞬间，光慕感应器指令触发控制机构动作，触发控制机构带动摆杆机构缩回同时，摆杆机构带动制动齿条中的齿与棘轮齿槽啮合，迫使棘轮处于制动瞬间，棘轮将作用在制动齿条上的反作用力通过制动齿条作用在矢量阻尼缓冲机构中，矢量阻尼缓冲机构将吸收、储存的反作用力又释放出来且通过制动齿条作用在棘轮上，迫使工作键与曲轴瞬间脱离、曲轴停止旋转；当危险解除后，启动按钮，释放机构带动制动齿条与棘轮分离的同时，触发控制机构释放摆杆机构上移且与释放机构同时作用带动制动齿条与棘轮分离，工作键又开始受剪切力的作用，使离合器处在合的位置。

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