CN105202068B - 气动膨胀器制动/离合组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气动膨胀器制动/离合组件及其制造方法。一种气动膨胀器制动/离合装置具有第一动力传动构件和在外周上具有环形摩擦表面的滚筒。弓形背衬块部段绕滚筒的摩擦表面周向紧密间隔并相邻。背衬块在径向内表面上具有制动摩擦片。可充气膨胀环包围背衬块，并且在膨胀后沿径向向内迫压所述块并且摩擦片抵靠滚筒摩擦表面。挡板设置于背衬块的端部上并延伸到周向相邻的块之间的空间中，以形成用于从滚筒摩擦表面在径向向外的方向上散发的热量的曲折路径。挡板使可充气膨胀器与热隔离，这允许滚筒摩擦表面在较高的温度下操作，并且动力的传输/耗散不会使膨胀器过热。

Description

气动膨胀器制动/离合组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于对在旋转元件和诸如电缆滚筒和水下推进器轴的机械上的动力传输进行制动或离合的气动膨胀器制动/离合装置，其中需要对轴之间或者轴或滚筒与静止元件之间的动力传输进行制动或接合。这种装置通常用于传输或耗散大量的轴动力，例如，用于例如碾磨机、水下推进器、金属成形机和油田机械的应用的能够处理300,000牛米(N.m)的转矩和具有高达77英寸(193cm)的直径的制动装置或离合装置。这种相对很大的气动制动/离合装置可采用具有外周摩擦接合表面的滚筒，抵靠该摩擦接合表面的是弓形结构的周向设置的背衬块(backing block)阵列上的受力的摩擦片，所述背衬块在围绕弓形背衬块阵列的可充气环形环或膨胀器的作用下迫使其上的摩擦材料或摩擦片抵靠滚筒摩擦表面。

背景技术

在使用中，这种相对很大的制动/离合装置在制动/离合过程中在滚筒摩擦表面上产生热量；并且，热量在围绕滚筒设置的弓形背衬块之间的空间中向外辐射。因此，在使用这种大的制动/离合装置时已经发现，当滚筒的摩擦表面上的温度达到约600°F(315℃)时，围绕弓形背衬块的可充气装置的温度可以超过在可充气环中使用的材料、通常是橡胶的服务极限温度250°F(121℃)。因此可充气环的该温度极限限制了滚筒的摩擦表面上的能接受的温度上升，并且因此限制了由制动/离合组件所传输或耗散的动力。

因此，需要提供一种增加气动操作制动/离合组件的滚筒上的摩擦表面的可接受的表面温度以便为给定尺寸的滚筒摩擦表面增加由制动/离合组件传输或耗散的动力或转矩的量而不造成膨胀器环过热的方式或方法。

发明内容

本发明描述和示出了这种类型的气动膨胀器制动/离合装置：采用在一个旋转动力传输构件上的环形摩擦表面，以及绕环形摩擦表面周向设置并在其上具有摩擦材料或制动片的弓形块的环形阵列，所述摩擦材料或制动片通过围绕并邻接弓形背衬块周向设置的环形可充气环或膨胀器的气动充气被迫压抵靠第一动力传输构件上的环形摩擦表面。相邻的弓形背衬块之间的空间设置有以周向重叠或交错/交叉布置的方式在其中延伸的挡板。挡板防止热量从第一动力传输构件上的摩擦表面沿径向向外散发并且辐射或加热可充气橡胶膨胀器环以至于超过其正常的服务温度界限。这些挡板使得在现有制动/离合装置布置中的第一动力传输构件上的环形摩擦表面的操作温度显著升高，并且因此，显著增加现有制动/离合组件的动力传输/耗散能力而不需要增加环形摩擦表面的大小和第一动力传输构件的尺寸。

在一个构型中，挡板一体地成形、从制动片背衬块的端部延伸；并且，在另一构型中，挡板是通过紧固件附接至现有制动片背衬块的单独的构件。

附图说明

图1是具有围绕旋转滚筒的外周设置的环形摩擦表面类型的气动膨胀器制动组件的正视图；

图2是图1的构型部分地剖开的左侧视图；

图3是图1的构型的透视图，其各部分被分解以示出内部部件；

图4是图3的构型的制动块、摩擦片、转矩条和摩擦片复位弹簧部件的透视图；

图5是用于在图3的布置中使用的每个端部上都采用整体成形的挡板的弓形制动背衬块的另一构型的透视图；

图6是图5的弓形制动背衬块的替代构型的部分透视图，该背衬块具有通过紧固件附接于其上的挡板；和

图7是用作气动膨胀器离合组件的本发明的构型的剖视图。

具体实施方式

参见图1-4，气动操作的膨胀器制动装置的一种构型总的指示为10并包括定子形式的第一动力传输元件，其包括通过适合的紧固件诸如螺栓18固定至周向有凸缘的环形通道构件16形式的间隔件上的间隔开的环形板12、14，其中，通道16的轴向宽度提供了定子板12、14所需的间距。总的指示为20的制动滚筒设置于板12、14之间并与其同心、设置于轴22形式的第二动力传输构件上，所述滚筒具有外部环形摩擦表面24，其包括由附接至轴22以与轴一起相对于定子板12、14共同旋转的轮辐28支承的边沿凸缘26的外部周边。

总的指示为30、30'的多个弓形元件以围绕摩擦表面24的周向间隔的环形阵列设置，并且通过连接至定子板12、14设置在第一动力传输构件上，如下面将描述的。

参见图3和4，弓形元件30的每一个都包括弓形制动背衬块32，其上附接有由用于与环形摩擦表面24摩擦接触的适合的材料制成的摩擦片34形式的摩擦材料。在本实施例中，摩擦片34通过适合的紧固件37例如铆钉附接至制动块32。

制动背衬块32在图4中示出为具有轴向延伸穿透其中的多个(三个)周向间隔的空腔/孔洞/空隙(void)或通道，其中设置于弓形块32的中点处的中心空腔标识为附图标记38；以及，外部空腔标识为附图标记36。

参见图5，制动背衬块的另一构型标识为附图标记32'，具有包括中心空腔38'和四个外部空腔36'的五个轴向空腔。然而，图4中示出的弓形块32具有中心轴向通路或空腔38，其中标识为附图标记36的每个对向的圆周侧上具有一个轴向通路36。弓形制动背衬块32、32'中的任一个可以设置于环形定子板32、36之间，所选择的块通过转矩条40固定于其中，转矩条具有形成在其对向端的凸耳或销42、44，其中凸耳42、44与分别设置在定子板12、14上的孔46、48接合。转矩条40的宽度选择成与制动背衬块中心空腔38、38'的侧部以允许制动块32、32'在径向方向相对于环形摩擦表面24的滑动运动的方式紧密地相互配合。然而，应理解的是，转矩条40的宽度尺寸设置成防止相关联的制动背衬块32、32'在周向方向上的任何运动。叶片弹簧形式的复位弹簧47设置用于制动块32、32'中的任一个，用以在径向向外的方向上促动制动块。弹簧47以已发现在本实施例中令人满意的形式示出，其包括弓形叶片弹簧，其端部抵接转矩条40，弓形弹簧的中央区域抵接相应的中心空腔38、38'的表面。

弓形制动块32、32'的两个/任一个构型在其对向的周向端部设置有至少一个挡板构件，分别标识成50、52和50'、52'，其在周向方向延伸一大致等于在弓形元件30之间形成的空间的周向宽度的量。在本实施例中，已发现令人满意的是，使挡板元件50、52和50'、52'在制动背衬块30、30'上的位置在径向方向上交错，使得挡板构件从周向相邻的弓形背衬块30、30'分别延伸到在不同径向位置处弓形构件30之间的空间内。该装置为从第一动力传输构件或滚筒的环形摩擦表面24散发的任何辐射能量例如热能提供了曲折的路径，热能基本上被阻止径向向外直接流动并基本上被阻止接触总的指示为54、绕弓形元件30设置的环形可充气装置或膨胀器。

在本实施例中，可充气环形元件或膨胀器54在层55中可以由橡胶材料形成并在各层55之间通过有芯材料层(在图3中由附图标记56指示)被加强。可充气装置54具有气动入口接头58，其通过定子盘14连接并适于从外部连接于其上，用于当需要迫使具有片34的制动块与第一动力传输构件上的环形摩擦表面24接触以实现其制动时向可充气装置54供给空气压力。

参见图4和5，在本实施例中，制动背衬块构件32、32'与它们各自的挡板构件50、52和50'、52'一体地成形为一个部件。在本实施例中，已发现由铝材料、特别是6061铝合金形成一件式弓形块构件32、32'是令人满意的；然而，应理解的是，也可以使用其他适合的材料，例如镍和钢的合金。在本实施例中，已经为了加工容易、重量减轻和成本下降而选择铝。

应理解的是，尽管仅有一个挡板构件在弓形制动块的构型32、32'中示出，但是可以使用多个挡板构件50、52和50'、52'，只要其间隔开以用于交错布置。

参见图6，挡板构件的替代构型总的标识为60并在横截面中具有直角结构，沿其设置有用于通过适合的紧固件如螺钉64附接到弓形制动块32''的端部的凸缘62，该制动块的一部分在图6中示出，空腔36''穿过其中。

参见图7，本发明的气动膨胀器制动/离合组件的构型示出成转动离合，总的指示为100，其具有总的指示为102的第一动力传输元件，该第一动力传输元件包括经由键槽108可转动地驱动轮毂106的输入轴104。轴104具有可转动地连接至其端部的空气供给接头110，以通过在图7中用虚线指示的中央通路112向形成于轴104中并示出为虚线的多个径向端口114、116供给空气，所述径向端口通过轮毂106中的通路119向设置于轮毂106上的接头120供给空气。外部环形驱动环122通过绕轮毂106周向间隔开的螺栓124连接至轮毂106。环122具有外部环形凸缘126，通过该凸缘接收通过管130连接至接头120的流体接头128。环形通道构件132具有一对环形的沿轴向间隔开的凸缘134、136，其通过适合的紧固件如螺栓142连接至环形环138、140。

环形可充气装置144设置在通道132的内部周边上并绕该装置144的内部周边以周向间隔开的布置结构设置有多个弓形环形背衬元件146，其中每个背衬元件都具有附接于其上的摩擦片148。

总的标识为150的第二动力传输元件具有借助于键槽156可驱动地连接至轮毂154的轴152。轮毂154具有附接于其上的环形凸缘160，该凸缘160通过多个周向间隔开的螺栓162固定至轮毂。凸缘160连接至环形滚筒158。滚筒158的外部周边上形成有环形摩擦表面164，其在可充气装置144充气后以摩擦接触接合摩擦片148，从而离合和连接轴152以影响轴104的转动。应理解的是，弓形块构件146以与构型10相同的方式通过转矩条固定；以及，每个弓形制动元件146具有从其周向端部以类似挡板50、52的方式延伸的挡板构件。

因此，本发明描述了具有弓形背衬元件或制动块的气动膨胀器制动/离合组件，所述弓形背衬元件或制动块上具有设置于第一动力传输元件上并周向间隔地布置和由适于连接至加压流体源的环形可充气装置包围的摩擦材料或制动片。通过可充气装置的充气，弓形元件被径向向内促动，引起制动片与第二动力传输元件的环形摩擦表面摩擦接合。每个制动块具有从其对向的周向端部延伸到相邻的弓形元件之间的空间内的挡板构件。因此，挡板产生曲折的路径并防止从第二动力传输元件的环形摩擦表面径向向外散发的辐射能量直接接触可充气装置的表面，以防止对可充气装置的加热。因此，挡板使第二动力传输元件的环形摩擦表面在服务时能够在摩擦接合期间经历显著更高的温度而不增加环形可充气装置的温度。因此，通过取代现有制动/离合装置设计中的弓形背衬元件而不改变其尺寸，可以通过本发明的制动/离合组件传输或吸收显著地更大量的转矩。

在本实施例中，已发现的是，当现有制动/离合装置的动力传输元件中的一个上的环形摩擦表面的表面温度达到600°F(315℃)时，可充气装置的温度超过250°F(131℃)和过热并且因此可充气装置发生损坏。然而，当根据本发明在现有制动/离合装置的弓形制动元件上使用挡板构件时，环形摩擦表面的温度可被允许达到1200°F(648℃)而可充气装置的温度不会超过250°F(131℃)。这已导致具有给定尺寸的动力传输元件的气动膨胀器制动/离合组件在插入具有本发明的挡板构件的弓形元件后能够产生/吸收多40％的动力和转矩。

很明显，将根据阅读和理解前述详细描述发生修改和替代。本文描述的示例性构型意在包括全部这些修改和替代，因为它们都来自所附权利要求或其等同方案的范围。

Claims (18)

1.一种气动膨胀器制动/离合组件，包括：

(a)第一动力传输元件；

(b)第二动力传输元件，其设置用于相对于第一动力传输元件旋转并包括环形摩擦表面；

(c)多个弓形元件的环形阵列，其设置于第一动力传输元件上，绕所述环形摩擦表面周向地间隔布置并且可相对于所述环形摩擦表面径向移动，其中，各弓形元件包括摩擦片和穿过弓形元件轴向延伸的多个空腔；

(d)环形可充气装置，其绕弓形元件设置于第一动力传输元件上并且在充气后可操作以沿径向移动弓形元件，用于实现摩擦片与第二动力传输元件的环形摩擦表面的相对转动接触，以实现第一动力传输元件和第二动力传输元件之间的动力传输；

(e)转矩条，其连接至第一动力传输元件并延伸穿过每个弓形元件中的多个空腔中的一个，并且可操作用于允许相应的弓形元件仅在径向方向移动；以及

(f)挡板构件，其沿周向方向从每个弓形元件的对向端部延伸到相邻弓形元件之间的空间内，其中，相邻弓形元件的挡板构件在不同的径向位置处径向交错并且交叉布置，由此在相邻弓形元件之间的空间中限定出用于从所述环形摩擦表面向可充气装置散发的辐射能量的曲折路径。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述挡板构件中的每一个都与相应的弓形元件一体地形成为一个部件。

3.根据权利要求2所述的组件，其中，所述弓形元件由铝形成。

4.根据权利要求2所述的组件，其中，所述弓形元件由6061铝形成。

5.根据权利要求1所述的组件，其中，所述弓形元件由铝形成，所述挡板构件由电镀钢形成。

6.根据权利要求1所述的组件，其中，每个弓形元件包括多个挡板构件，延伸至相邻弓形构件之间的空间内的挡板构件相互交错。

7.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第一动力传输元件包括一对轴向间隔的板构件，每个转矩条的对向端部分别连接至所述一对板构件中的不同的一个板构件。

8.根据权利要求1所述的组件，其中，所述摩擦片通过紧固件固定至各弓形元件。

9.根据权利要求1所述的组件，其中，所述第二动力传输元件包括滚筒，所述滚筒具有绕该滚筒的外周设置的环形摩擦表面。

10.一种制造膨胀器制动/离合装置的方法，包括：

(a)提供第一动力传输元件；

(b)提供第二动力传输元件，该第二动力传输元件上具有环形摩擦表面，并且设置第二动力传输元件用于相对于第一动力传输元件旋转；

(c)绕所述环形摩擦表面以周向间隔布置设置弓形元件的环形阵列，以及在每个弓形元件上设置摩擦片，每个弓形元件具有穿过其中的多个间隔开的轴向空腔；

(d)绕环形元件的阵列设置环形可充气装置，并且将可充气装置固定至第一动力传输元件；

(e)穿过每个弓形元件的空腔中的一个设置转矩条，将所述转矩条的对向端部连接至第一动力传输元件并且仅允许弓形元件相对于所述环形摩擦表面的径向移动；以及

(f)在每个弓形元件的每个端部上提供至少一个挡板构件，使挡板构件延伸到所述阵列中的相邻弓形元件之间的空间内，并且形成用于在所述空间中从所述环形摩擦表面向可充气装置散发的辐射能量的曲折路径。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，提供至少一个挡板构件包括使所述至少一个挡板构件与相应的弓形构件一体地形成为一个部件。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，提供至少一个挡板构件包括通过紧固件将挡板构件附接至弓形元件。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，设置转矩条包括为第一动力传输元件提供一对轴向间隔的板构件并将所述转矩条的对向端部分别连接至所述一对板构件中的不同的一个板构件。

14.根据权利要求10所述的方法，其中，设置摩擦片包括通过紧固件将摩擦片附接至弓形元件。

15.根据权利要求10所述的方法，其中，设置弓形元件的环形阵列包括形成铝制的弓形元件。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，形成弓形元件包括形成6061铝合金制的弓形元件。

17.根据权利要求10所述的方法，其中，提供至少一个挡板构件包括形成铝制的弓形元件和形成电镀钢制的至少一个挡板构件。

18.根据权利要求10所述的方法，其中，提供具有环形摩擦表面的第二动力传输元件包括提供在其外周上形成有环形摩擦表面的滚筒。