CN106134353B - 一种惯性回转触发式制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种惯性回转触发式制动装置，包括支架、撞块(3)、撞块旋转轴(4)、转臂(5)、转臂旋转轴、扭簧(7)和液压缓冲油缸，在车体(1)被加速时，撞块(3)的长边Lz1与地面平行，短边Lz2朝向车体(1)加速运动的方向指向地面并不与液压缓冲油缸发生碰撞。在车体(1)被钢丝绳减速时，此时撞块(3)的长边Lz1指向地面。在车体(1)回弹时，撞块(3)长边Lz1一端的端部与液压缓冲油缸的活塞杆端部碰撞，直至车体(1)减速停止。本发明的惯性回转触发式制动装置是利用试验中机械部件本身的惯性作为触发条件，促使机构本体展开，展开后的部件与安装于轨道侧的液压缓冲油缸接触作用产生阻尼力，利用油缸本身的小孔节流特性达到吸收能量完成制动的目的，具有重大的军事、经济效益。

Description

一种惯性回转触发式制动装置

技术领域

本发明涉及一种制动装置，特别涉及通过惯性回转触发制动的装置。

背景技术

在一种舰船特种装置的试验中，轨道车辆在加速运行后，会被带有阻尼装置的钢丝绳减速，并在钢丝绳的张力特性下发生回弹。当回弹达到一定距离时，轨道车辆就会与之前的加速轨道车辆的装置碰撞，可能会损坏该装置。因此，需要一种能在回弹之前触发的制动装置，在轨道车辆回弹后对其进行制动，避免轨道车辆回弹后与加速装置碰撞接触。在轨道装置的加速阶段，该制动因装置不与其他设备发生干涉，而在回弹后又能够可靠制动，因此装置的触发动作时机与方式是制动装置的关键。

考虑舰船特种装置的试验中加速减速过程是在相当短暂的时间内完成的，并且车体的位置并不处在相对固定的一个范围内，采用电控的方式存在响应速度、操控距离等一系列的问题；而采用人工控制的方法，因轨道车辆加速后能量过大，操作不当也可能发生碰撞问题，甚至是其它安全问题。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种惯性回转触发式制动装置，利用试验中速度工况的变化，基于机械惯性触发的制动装置，使该制动装置能在轨道车辆的加速阶段保持稳定的收回状态，而在回弹阶段速度变化后，能通过机械部件本身的惯性自动展开，与其他阻尼体作用后，达到吸收能量的效果，不但能节省相应的电控器件与软件成本、避免产生人身危险，同时也能提高轨道车辆制动可靠性。

本发明的技术方案是一种惯性回转触发式制动装置，包括支架、撞块、撞块旋转轴、转臂、转臂旋转轴、扭簧和液压缓冲油缸。

所述支架固定安装在需制动的车体上，该支架包括主支架和副支架。

所述撞块为形，该形撞块具有一个长边Lz1和一个短边Lz2，所述长边Lz1和短边Lz2之间的夹角为钝角，在长边Lz1和短边Lz2相交处固定安装撞块旋转轴，撞块旋转轴安装在主支架上并可在其安装轴孔中转动，撞块旋转轴的一端的端部具有一个与撞块旋转轴轴线平行的止动平面，该带有止动平面的端部从安装轴孔中伸出主支架外，撞块旋转轴的轴线与地面平行并与车体的运动方向垂直。

所述转臂为“L”形，该“L”形长边和短边相交处固定安装转臂旋转轴，转臂旋转轴安装在副支架上并可在其安装轴孔中转动，该转臂旋转轴的轴线与地平垂直。

所述扭簧安装在转臂旋转轴上。

所述液压缓冲油缸安装在车体的运动路线中的地面上。

在车体被加速时，撞块的长边Lz1与地面平行，短边Lz2朝向车体加速运动的方向指向地面并不与液压缓冲油缸发生碰撞，撞块旋转轴的止动平面与地面平行，转臂的长边与车体的运动方向垂直，转臂的短边指向车体加速运动的相反方向并卡在撞块旋转轴一端的止动平面上，扭簧阻止转臂旋转轴朝转臂脱离止动平面的方向转动。

在车体被钢丝绳减速时，转臂克服扭簧的扭力脱离止动平面，撞块在重力的作用下旋转至其短边Lz2被主支架阻挡停止的位置，此时撞块的长边Lz1指向地面。

在车体回弹时，撞块长边Lz1一端的端部与液压缓冲油缸的活塞杆端部碰撞，直至车体减速停止。

优选地，所述撞块的长边Lz1为305mm，短边Lz2为160mm，撞块的宽度为87，长边Lz1和短边Lz2间的钝角角度为150度。

本发明的有益效果是本发明的惯性回转触发式制动装置是利用试验中机械部件本身的惯性作为触发条件，在速度的变化之下，机械部件因惯性而产生惯性力矩，克服原有的回收力矩从而绕某一中心旋转，促使机构本体展开，展开后的部件与安装于轨道侧的液压缓冲油缸接触作用产生阻尼力，利用油缸本身的小孔节流特性达到吸收能量完成制动的目的，具有重大的军事、经济效益。

附图说明

图1本发明的惯性回转触发式制动装置车体安装部分装配图(包括俯视图和侧视图)

图2本发明的惯性回转触发式制动装置安装示意图

图3撞块的设计参数示意图

图4转臂的设计参数示意图

图5撞块具体尺寸示意图

图6转臂具体尺寸示意图

图7副支架示意图

图8扭簧示意图

图9主支架示意图

图10转臂旋转轴示意图

图11撞块旋转轴示意图

其中图1：车体1、主支架2、撞块3、撞块旋转轴4、转臂5、副支架6、扭簧7

具体实施方式

以下将结合附图1-10对本发明的技术方案进行详细的描述。

如图1-2所示，本发明的一种惯性回转触发式制动装置，包括支架、撞块3、撞块旋转轴4、转臂5、转臂旋转轴、扭簧7和液压缓冲油缸。

所述支架包括主支架2和副支架6，主支架2焊接固定安装在需制动的车体1上。

如图3所示，所述撞块3为形，该形撞块3具有一个长边Lz1和一个短边Lz2，所述长边Lz1和短边Lz2之间的夹角为钝角，在长边Lz1和短边Lz2相交处固定安装撞块旋转轴4，撞块旋转轴4安装在主支架2上并可在其安装轴孔中转动，撞块旋转轴4的一端的端部具有一个与撞块旋转轴4轴线平行的止动平面，该带有止动平面的端部从安装轴孔中伸出主支架2外，撞块旋转轴4的轴线与地面平行并与车体1的运动方向垂直。

如图4所示，所述转臂5为“L”形，该“L”形长边和短边相交处固定安装转臂旋转轴，转臂旋转轴安装在副支架6上并可在其安装轴孔中转动，该转臂旋转轴的轴线与地平垂直。

所述扭簧7安装在转臂旋转轴上。

所述液压缓冲油缸安装在车体1的运动路线中的地面上。

在车体1被加速时，撞块3的长边Lz1与地面平行，短边Lz2朝向车体1加速运动的方向指向地面并不与液压缓冲油缸发生碰撞，撞块旋转轴4的止动平面与地面平行，转臂5的长边与车体1的运动方向垂直，转臂5的短边指向车体1加速运动的相反方向并卡在撞块旋转轴4一端的止动平面上，扭簧7阻止转臂旋转轴朝转臂5脱离止动平面的方向转动。

在车体1被钢丝绳减速时，转臂5克服扭簧7的扭力脱离止动平面，撞块3在重力的作用下旋转至其短边Lz2被主支架2阻挡停止的位置，此时撞块3的长边Lz1指向地面。

在车体1回弹时，撞块3长边Lz1一端的端部与液压缓冲油缸的活塞杆端部碰撞，直至车体1减速停止。

主支架2是一固定在车体上的支撑架，主支架2上设置有安装轴孔，孔中穿有撞块旋转轴4，该撞块旋转轴4以键的方式与撞块3连接，撞块3带动撞块旋转轴4在主支架2上可作一定角度的摆动，依据主支架2对撞块3的不同角度的限位配合，可以将撞块3的状态分为收起和展开两种。

撞块3的收起和展开状态取决与转臂5与其配合的形式。在主支架2上固定有一副支架6，转臂5就通过一垂直方向的转臂旋转轴安装在副支架6上，并可绕其作水平转动。因转臂5与副支架6之间连接有扭簧7，扭簧7设有阻止转臂5展开的预紧力，因此在加速时，转臂5在扭簧7和惯性力矩的双重作用下被锁紧在撞块旋转轴4的相应位置上，撞块旋转轴4不能转动，撞块因此位于收起的状态，确保其不与地面的液压缓冲油缸及其他设备干涉。当车体被钢丝绳减速时，惯性力矩变向并抵消掉扭簧7的扭力，当转臂5受到的合力能突破最大静摩擦力时，转臂5将打开，撞块旋转轴4失去支撑，在撞块3的带动下转动并使撞块3变换到展开状态。

当减速完成时惯性力矩消失，转臂5在扭簧7的作用下收回，但此时撞块3失去支撑已经展开，故转臂5不会对其状态产生影响。之后展开的撞块3撞击液压缓冲油缸的活塞杆端部，通过阻尼减速并刹停。

因本发明的惯性回转触发式制动装置是利用惯性本身来形成制动部件的相应动作，故如何通过调整部件参数来获取合适大小的惯性力矩是设计中的难点。如果惯性力矩过小则不足以用于克服回收力矩来展开机构，如果过大则可能妨碍机构的运动的先后顺序，形成干涉和展开不良。

在整套设备中，撞块3、转臂5和扭簧7需要通过参数化设计来满足试验相应工况的展开惯性力矩要求(减速度要求)。其设计流程如下：

首先以试验工况值(最大减速度)为输入条件对上述部件进行受力分析并参数化：

1、撞块3的重力矩：

如图3，撞块的重力矩可以由以下参数确定：撞块的长边Lz1、撞块的短边Lz2、撞块的转角a、撞块的厚度B1、撞块密度ρz、撞块宽度H。

以半径为R1的孔心为旋转中心，撞块的重力力矩计算公式为：

撞块重力值＝g(Lz1+Lz2)B1Hρz

2、转臂5的展开力矩(惯性力矩)：

如图4，转臂的展开力矩可以由以下参数确定：转臂长边长度S1、长边最大宽度Lb1、长边最小宽度Lb2、长边近心距离S2、转臂厚度B2、转臂密度ρb以及最大负加速度Amax。

以半径为R2的孔心为旋转中心，转臂的展开力矩计算公式为：

3、重力矩与展开力矩的关系：

撞块3的重力矩通过撞块旋转轴4以正压力的形式传递到转臂5长为Ls的短边末端，此正压力通过摩擦作用形成的摩擦力矩与扭簧7形成的扭力矩一起组成了抵消展开力矩的回复力矩，因展开力矩与回复力矩相互抵消，形成如下的计算公式：

M扭+摩擦力矩＝展开力矩

其中，

u为摩擦系数，考虑两者均为钢结构件，以安全考虑取手册中较大值，此处为0.15

则有：

4、分析上式：

上式中存在有以下定常参数：Ls、R1、Lz1、Lz2、cosa、B1、H、S2、Lb1、Lb2、D、R2、B2，定常参数的数值由相关部件的位置关系决定。

存在有以下可变参数：S1、M扭，可变参数的数值用于调节装置触发时惯性力的大小。

存在以下等量参数ρz＝ρb，因两种材料相同均为钢，故相同。

其中S1可以在较大范围内变动而M扭则可以由需求扭矩进行设计，故由Amax作为设计输入，先取一S1值，获得M扭值，再对扭簧按手册要求进行设计即可获得理想的效果。而对于不同工况，由Amax和S1作为输入，只需要按M扭值的要求更换不同的扭簧就可以达到变换整套系统展开力矩的目的。

5、设计举例

如图5、图6，相关定常参数如图所示，设计输入Amax＝3g，其中设S1+S2＝300，即S1＝255，代入关系式：

解得代入ρ铁＝7.8×10^-6得M扭＝7.65Nm

之后可以按机械设计手册及空间尺寸限制设计扭簧相关尺寸。

Claims (1)

1.一种惯性回转触发式制动装置，包括支架、撞块(3)、撞块旋转轴(4)、转臂(5)、转臂旋转轴、扭簧(7)和液压缓冲油缸，其特征在于，

所述支架固定安装在需制动的车体(1)上，该支架包括主支架(2)和副支架(6)，

所述撞块(3)为形，该形撞块(3)具有一个长边Lz1和一个短边Lz2，所述长边Lz1和短边Lz2之间的夹角为钝角，在长边Lz1和短边Lz2相交处固定安装撞块旋转轴(4)，撞块旋转轴(4)安装在主支架(2)上并可在其安装轴孔中转动，撞块旋转轴(4)的一端的端部具有一个与撞块旋转轴(4)轴线平行的止动平面，该带有止动平面的端部从安装轴孔中伸出主支架(2)外，撞块旋转轴(4)的轴线与地面平行并与车体(1)的运动方向垂直，

所述转臂(5)为“L”形，该“L”形长边和短边相交处固定安装转臂旋转轴，转臂旋转轴安装在副支架(6)上并可在其安装轴孔中转动，该转臂旋转轴的轴线与地面垂直，

所述扭簧(7)安装在转臂旋转轴上，

所述液压缓冲油缸安装在车体(1)的运动路线中的地面上，

在车体(1)被加速时，撞块(3)的长边Lz1与地面平行，短边Lz2朝向车体(1)加速运动的方向指向地面并不与液压缓冲油缸发生碰撞，撞块旋转轴(4)的止动平面与地面平行，转臂(5)的长边与车体(1)的运动方向垂直，转臂(5)的短边指向车体(1)加速运动的相反方向并卡在撞块旋转轴(4)一端的止动平面上，扭簧(7)阻止转臂旋转轴朝转臂(5)脱离止动平面的方向转动，

在车体(1)被钢丝绳减速时，转臂(5)克服扭簧(7)的扭力脱离止动平面，撞块(3)在重力的作用下旋转至其短边Lz2被主支架(2)阻挡停止的位置，此时撞块(3)的长边Lz1指向地面，

在车体(1)回弹时，撞块(3)长边Lz1一端的端部与液压缓冲油缸的活塞杆端部碰撞，直至车体(1)减速停止。