CN109328274A - 自增力安全制动器 - Google Patents

Abstract

提供一种用于盘的自增力安全制动器。该制动器包括：壳体；垂直于盘的旋转轴线取向的弹簧组件，该弹簧组件包括第一弹簧端和第二弹簧端；同轴地容纳弹簧组件的套筒组件，其中套筒组件沿第一同轴方向的移动在第一弹簧端处压缩弹簧组件，而套筒组件沿第二同轴方向的移动在第一弹簧端处解压缩弹簧组件；被构造成使套筒组件沿第一同轴方向和第二同轴方向移动的弹簧压迫器；用于与盘摩擦接合的制动板；被与套筒组件和制动板相关联的杠杆‑凸轮组件，该杠杆‑凸轮组件被构造成将套筒组件沿第一同轴方向的移动转换成制动板远离盘的移动，并且将套筒组件沿第二同轴方向的移动转换成制动板朝向盘的移动；和增力组件，该增力组件包括：邻近第二弹簧端的弹簧端；邻近制动板的制动端，由此源于与所述盘接合而作用至所述制动板的力从所述制动端被传递到所述弹簧端以在所述第二弹簧端压缩所述弹簧组件并使所述套筒组件沿所述第二同轴方向移动，以通过进一步朝向盘移动制动板来增力制动。

Description

自增力安全制动器

技术领域

本发明涉及安全制动器，具体地说，涉及自增力安全制动器。

背景技术

安全制动器可以例如在吊升装置、风力涡轮机、传送带等中找到。安全制动器例如在切断电力时用于紧急制动。弹簧、磁铁等可用于施加制动，而气动、液压等可用于释放制动。

期望提供一种安全制动器，其易于构造、节省空间并且制造成本较低。进一步期望提供一种安全制动器，其具有较少的部件并且与现有的安全制动器设计相比具有相对高或改进的有效性水平。

发明内容

本文描述的发明具有许多方面。

根据一个方面，提供一种用于盘的自增力安全制动器。该制动器包括：壳体；弹簧组件，其垂直于盘的旋转轴线取向，该弹簧组件包括第一弹簧端和第二弹簧端；套筒组件，其同轴地容纳弹簧组件，其中套筒组件沿第一同轴方向的移动在第一弹簧端处压缩弹簧组件，并且套筒组件沿第二同轴方向的移动在第一弹簧端处解压缩弹簧组件；弹簧压迫器，其被构造成使套筒组件沿第一同轴方向和第二同轴方向移动；制动板，其用于与盘摩擦接合；杠杆-凸轮组件，其与套筒组件和制动板相关联，该杠杆-凸轮组件被构造成将套筒组件沿第一同轴方向的移动转换成制动板远离盘的移动，并且将套筒组件沿第二同轴方向的移动转换成制动板朝向盘的移动；和增力组件，该增力组件包括：弹簧端，其邻近第二弹簧端；制动端，其邻近制动板，由此，源于与所述盘接合而作用至所述制动板的力从所述制动端被传递到所述弹簧端以在所述第二弹簧端压缩所述弹簧组件并使所述套筒组件沿所述第二同轴方向移动，以通过进一步朝向盘移动制动板来增力制动。

杠杆-凸轮组件可包括：臂，其在第一端可旋转地连接到套筒；可旋转轴，其连接到臂的第二端，该轴垂直于弹簧组件的轴线延伸；凸轮，其连接到可旋转轴；凸轮从动件，其包括与凸轮接合的第一表面和与制动板接合的第二表面。

制动器可包括连接到可旋转轴的多个凸轮和相应的多个凸轮从动件。制动器可包括多个臂和相应的多个可旋转轴。臂和凸轮可以一体形成。

弹簧压迫器可包括液压缸。液压缸可包括：盖；筒；筒中的活塞；第一腔室，其由活塞、盖和筒限定出，该第一腔室包括第一端口；活塞杆，其包括连接到活塞的宽部段和连接到宽部段的窄部段，其中窄部段承载弹簧组件；第二腔室，其由筒、活塞杆的宽部段和套筒组件限定出，第一腔室包括第二端口，由此分别通过第一端口和第二端口向第一腔室和第二腔室填充流体，使活塞和活塞杆沿第一同轴方向移动，由此产生的第二腔室中增大的压力促使套筒组件沿第一同轴方向移动；且分别通过第一端口和第二端口从第一腔室和第二腔室排出流体，减小第二腔室中的压力，以允许由于在弹簧组件的第一端处解除压缩使套筒组件沿第二同轴方向移动。

第二端口可以小于第一端口，以允许相比于第一腔室，流体更快地从第二腔室排出。第二端口的尺寸可以足以使从第二腔室排出的流体不受限制地流动。第一端口和第二端口可以与同一流体入口/出口流体连通。

增力组件可包括增力杆，增力杆包括制动端和弹簧端，其中凸轮从动件和制动板沿相切于盘的方向滑动接合，并且其中制动端刚性地与制动板相关联，并且其中弹簧端抵靠弹簧组件的第二弹簧端。

增力组件可包括：增力板，其在壳体中沿第一同轴方向和第二同轴方向可滑动地设置，该增力板在第一同轴方向和第二同轴方向上与制动板刚性地相关联；凸缘，其从增力板垂直延伸，该凸缘抵靠弹簧组件的第二弹簧端。增力板可以包括通道，刚性地连接到制动板的力传递突起延伸通过该通道，由此凸轮从动件通过力传递突起与制动板接合。

除了上述示例性方面和实施例之外，通过参照附图并研究以下详细描述，其它方面和实施例将变得显而易见。

附图说明

在附图的参考图中示出了实施例。本文公开的实施例和附图旨在被认为是说明性的而不是限制性的。

图1是根据实施例的自增力安全制动器的左侧剖视图，示出了弹簧压迫器和弹簧组件的详细剖视图。

图2是图1中所示实施例的右侧剖视局部视图。

图3是图1中所示实施例的后部局部视图。

图4A是当释放制动器时图1中所示实施例的顶部局部剖视图。图4B是当制动在第一制动触发步骤被初始触发时图1所示实施例的顶部局部剖视图。图4C是当制动在第二制动触发步骤被增力时图1所示实施例的顶部局部剖视图。

图5A是当释放制动器时图1所示实施例的弹簧压迫器的侧剖视图。图5B是当制动在第一制动触发步骤被初始触发时图1所示实施例的弹簧压迫器的侧剖视图。图5C是当制动在第二制动触发步骤被增力时图1所示实施例的弹簧压迫器的侧剖视图。

图6A是当释放制动器时图1所示实施例的凸轮组件的单独的俯视图。图6B是当制动在第一制动触发步骤被初始触发时图1所示实施例的凸轮组件的单独的俯视图。图6C是当制动在第二制动触发步骤被增力时图1所示实施例的凸轮组件的单独的俯视图。

图6D是图1中所示实施例的凸轮组件的单独的局部俯视图。

图7是图1中所示实施例的局部分解视图。

图8是根据实施例的自增力安全制动器的右侧局部剖视图。

图9是图8中所示实施例的前部剖视图。

图10是图8所示实施例的右制动致动器的后部局部分解视图，示出了凸轮组件的细节。

图11是图8所示实施例的右制动致动器的局部剖视图，示出了弹簧压迫器和弹簧组件的详细剖视图。

图12是图8所示实施例的右制动致动器的局部分解视图，示出了增力组件的细节。

具体实施方式

在整个以下描述中，阐述了具体细节以便为本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，可能未详细示出或描述公知的元件以避免不必要地模糊本公开。因此，说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的。

本发明涉及一种包括两级制动触发机构的安全制动器。两级制动触发机构包括弹簧压迫器、弹簧组件、套筒组件和适于将力从移动的套筒组件传递到可与旋转盘的面接合的制动板的杠杆-凸轮组件。在制动器触发的第一步骤中，弹簧组件被快速解除压缩以快速触发初始制动。初始制动又触发制动触发的第二步骤，其中弹簧组件的第二端被压缩以增力并完全触发制动。

图1至图7示出了根据实施例的制动器10。制动器10包括连接到制动板12、14的致动器20。当制动器10被触发时，制动板12、14摩擦地接合沿方向23旋转的盘22的相应面16、18以停止其旋转。具体地，致动器20致动制动板12以主动地在旋转盘20的面16上施加摩擦力，以制动旋转盘22，而制动板14在旋转盘22被制动板12压靠在其上时被动地接合旋转盘22的面18。

致动器20包括壳体28，该壳体28容纳弹簧压迫器32、弹簧组件26、套筒组件47、杠杆-凸轮组件48和增力组件56。在所示实施例中，弹簧压迫器32是液压缸；本文所用术语“流体”可以指液体或气体。在其它实施例中，弹簧压迫器32可以是气动缸或允许如本文所述的弹簧组件26的受控压缩和解除压缩的任何其它装置。

在所示实施例中，弹簧组件26包括两个螺旋弹簧。两个螺旋弹簧中的一个可以包括比另一个螺旋弹簧更大的直径，使得具有较小直径的螺旋弹簧嵌套在具有较大直径的螺旋弹簧内。在一些实施例中，可以使用单个螺旋弹簧或多于两个螺旋弹簧。在一些实施例中，可以使用其它类型的弹簧。在一些实施例中，弹簧组件26可包括除实际弹簧之外的合适装置，例如液压弹簧、电磁铁等。

液压缸32和弹簧组件26轴向对齐并以垂直于旋转盘22的轴线的取向安装在壳体28中。弹簧组件26的这种取向(与典型安全制动器中旋转盘轴线平行于弹簧的轴线形成对比)提供节省空间的优点。在一些实施例中，例如所示，液压缸32和弹簧组件26位于旋转盘22的同一平面内，提供了进一步节省空间的潜力。在一些实施例中，液压缸32和弹簧组件26可大致平行于旋转盘22的平面，但是与旋转盘22的平面错位。

如图1和图4A最佳所示，液压缸32具有筒43，筒43包含连接到活塞杆34的活塞36。液压缸32的第一腔室33由盖78、筒43和活塞36限定。第一腔室33具有第一端口35，液压流体通过第一端口35进出。通过第一端口35向其中填充流体来加压第一腔室33使活塞36沿方向37移动。

活塞杆34具有短的宽部段76，其连接到长的窄部段74。窄部段74的至少一部分容纳在弹簧组件26中。弹簧组件26和宽部段76的至少一部分容纳在套筒组件47中。套筒组件47包括弹簧套筒27、第一弹簧端环44和套筒38，它们可以固定连接(如图所示)或一体形成。弹簧组件26的第一端30抵靠在第一弹簧端环44上。弹簧组件26的长度包含在弹簧套筒27内。宽部段76可滑动地容纳在套筒38中，套筒38又可滑动地容纳在筒43中。液压缸32的第二腔室45由筒43、宽部段76和套筒38限定。第二腔室45包括第二端口(未示出，但类似于图11中所示的端口155)。通过第二端口向其中填充流体来加压第二腔室33使得套筒38以及整个套筒组件47沿方向37移动。套筒组件47的这种移动在第一弹簧端30处压缩弹簧组件26，特别是通过抵靠第一弹簧端30的第一弹簧端环44。

第一端口35和第二端口与同一入口(未示出，但是类似于图11中所示的同一流体入口/出口185)流体连通。第一端口35的直径小于第二端口，原因如下所述。如下所述，第一端口35与第二端口相比的相对直径被预定成调节制动作用。

杠杆-凸轮组件48包括一对杠杆臂42。每个臂42具有内端40，该内端40可旋转地连接到弹簧套筒27的外表面29。每个臂42的外端41固定到相应的轴46。如图2和6所示，凸轮50偏心地固定到每个轴46。凸轮50接合凸轮从动件52，凸轮从动件52又直接或间接地抵靠制动板12。臂42的内端40与弹簧套筒27的线性移动引起轴46通过臂42的外端41的旋转。轴46的旋转使凸轮50旋转，以取决于旋转方向地产生凸轮从动件52朝向或远离盘面16的移动。因此，凸轮从动件52的向前和向后移动在制动板12上传递力以抵靠或远离盘面16以分别触发和释放制动器10。

在一些实施例中，假设制动板12和盘22之间的摩擦系数在约0.30至0.40的范围内，或约为0.36，由杠杆-凸轮组件48的臂42提供的杠杆作用必须至少为3。因此，参照图6D，从中心92(可旋转地连接到弹簧套筒27的臂42的内端40)到中心94(轴46)的距离90与从中心94(轴46)到凸轮50的中心98的距离96的比必须至少为3，或者最好为6或更大。

如图7最佳所示，制动器10的增力组件56是“杠杆作用”系统，其包括具有制动端58和弹簧端60的杠杆元件。制动端58固定地连接到制动板12。如图3和图7所示，制动板12通过相应的滑动部件81、83与凸轮从动件52滑动接合，在该实施例中，滑动部件81、83是制动板12上的舌片81和凸轮从动件52上的凹槽83。弹簧端60固定地连接到第二弹簧端环62的一个面上。第二弹簧端环62的另一个面抵靠第二弹簧端31。第二弹簧端环62也可滑动地容纳在弹簧套筒27中。

图4A、图5A和图6A示出释放制动器10的操作。使液压流体进入同一流体入口/出口(未示出)处的液压缸32，然后通过第一端口35进入第一腔室33并通过第二端口(未示出)进入第二腔室45。流动进入第一腔室33的液压流体在活塞36上施加压力以沿方向37移动。流动进入第二腔室45的液压流体在套筒38上施加压力以沿方向37移动。套筒38以及因此套筒组件47沿方向37的移动意味着第一弹簧端环44(其是套筒组件47的一部分)推动第一弹簧端30以沿方向37压缩弹簧组件26，并且还意味着弹簧套筒27(也是套筒组件47的一部分)沿方向37移动。参照图6A，弹簧套筒27沿方向37的移动引起臂42在内端40和弹簧套筒27之间的可旋转连接处旋转，并通过外端40和轴46之间的固定连接，沿方向71旋转轴46。该扭矩传递到凸轮50，凸轮50沿方向71旋转，使得凸轮从动件52(进而制动板12)沿方向73移动远离盘22的面16以释放制动器10。

制动器10的第一制动触发步骤的操作即初始快速制动示出在图4B、图5B和图6B中。使液压流体通过第一端口35离开第一腔室33并通过第二端口离开第二腔室45。因为第二端口的直径大于第一端口35，所以相比于第一腔室33，流体更快地排出第二腔室45。第二腔室45中的压力的快速减小允许套筒38随着弹簧组件26解除压缩时并且通过第一弹簧端环44沿方向39快速推动整个套筒组件47而沿方向39快速移动。参照图6B，弹簧套筒27沿方向39的移动使轴46沿方向70旋转并且通过凸轮50、沿方向72朝向盘2的面16推动凸轮从动件52(和制动板12)以触发制动。

图4C、图5C和图6C示出制动器10的第二制动触发的操作即增力制动。如上所述，当实现快速初始制动时，制动板12和盘22之间的摩擦接触导致制动板12也强烈倾向于沿方向39移动以匹配盘22沿方向23的旋转23。由于制动板12和凸轮从动件52之间的滑动关系，制动板12能够相对于致动器20沿方向39移动。这种移动通过增力组件56(其与制动板12刚性地关联)传递力，特别是全部沿方向39将力从连接到制动板12的制动端58传递到连接到第二弹簧端环62的一个面的弹簧端60。然后，第二弹簧端环62的另一面通过抵靠第二弹簧端31压缩弹簧组件26。第二弹簧端环62还具有凸缘80，凸缘80沿方向39抵靠弹簧套筒27。这种另外的力将沿方向39推动弹簧套筒27，并增加了从第一触发步骤传递的力。结果，如图6C所示，因为凸轮从动件52和制动板12在方向72上被进一步压入盘22的面16中，凸轮50进一步沿方向70旋转，导致触发增力制动。制动端58还通过凸缘盖66连接到活塞杆34的远端64，并因此沿方向39移动活塞杆34(和活塞36)，这是可能的，因为第一腔室33中的流体压力随着流体从第一制动触发步骤开始的排出并且继续进入第二制动触发步骤而减小。

图8至图12示出了根据另一实施例的制动器100。制动器100具有对应于具有相应功能的制动器10的特征，因此不需要重复讨论这些特征。以下内容包括对制动器10和100之间的一些差异的描述。

制动器100具有两个致动器120、121。如图9所示，致动器120、121是彼此的镜像。每个致动器120、121具有与盘122的相应面接合的制动板。例如，致动器120具有制动板112。

图10示出了制动器100的杠杆-凸轮组件148的每个轴146具有两个臂142，其中一个臂位于弹簧套筒127的一侧。因此，每个杠杆-凸轮组件148具有两个凸轮从动件152，其抵靠制动板并提供更多分布在制动板上的力。凸轮从动件152未直接抵靠制动板112，而是抵靠图11和12中所示的力传递突起182。力传递突起182刚性地连接到中间板157，中间板157又刚性地连接到制动板112。而且，与制动器10不同，凸轮150与臂142的外端141一体地形成。

图11示出了流体如何进入和离开液压缸132。同一流体入口/出口185流体地连接到通向第一腔室133的第一端135的窄的第一流体管线和通向第二腔室145的第二端155的宽的第二流体管线。在一些实施例中，流体管线可具有相同或相似的尺寸，仅第一端135和第二端155处的开口的尺寸不同。

套管组件147是包括套管138、第一弹簧端环144和弹簧套管127的集成部件。

如图12所示，增力组件156使用“直接作用”机制来增力初始制动。增力组件156的制动端是板158。板158通过滑动部件181、183与壳体128滑动地相关联，在该实施例中，滑动部件181、183是板158的两侧上的舌片181和壳体128上的相应的凹槽183。增力组件156的弹簧端是凸缘160，其从板158垂直地突出并且被构造成抵靠弹簧组件126的第二弹簧端131。

板158还包括多个通道184，力传递突起182从中间板157延伸通过通道184。因此，在第一制动触发步骤期间，板157和制动板112被作用在力传递突起182上的凸轮从动件152推向盘122。板158在朝向和远离盘122的方向上不可移动。在第二制动触发步骤期间，制动板112和中间板157通过与盘122的摩擦接合在盘122的旋转方向上被推动。这使得中间板157的力传递突起182由于它们与板158的通道184的配合接合而沿相同方向推动板158，最终迫使凸缘160抵靠弹簧组件126的第二弹簧端131以增力制动。尽管力传递突起182的位置发生偏移，但是它们用于凸轮从动件152的支承表面184被设计成足够宽以完全接合凸轮从动件152。在一些实施例中，中间板157可省去且力传递突起可直接固定到制动板112。

本申请旨在涵盖使用其一般原理的本发明的任何变化、用途或改变。例如：

·在适当的情况下，制动器10和制动器100的部件是可互换的。例如，制动器10可以被修改为采用制动器100的“直接作用”增力组件，而致动器100可以被修改成采用制动器10的“杠杆作用”增力组件。

·第一端口和第二端口的开口的尺寸(例如直径)可以被调节，以调节第一和第二制动动作。调节第二端口的尺寸允许调节从第二腔室排出流体的速度，进而调节初始制动的速度(例如较大的第二端口尺寸意味着更快的初始制动)。对第一端口的尺寸进行调节以调节从第一腔室排出流体的速度，调节活塞在方向39上的移动速度，从而调节增力组件的弹簧端压缩弹簧组件的第二端并使套筒组件沿方向39移动的速度(例如较小的第一端口尺寸意味着更平缓的增力制动)。

本申请旨在覆盖本文内容的这样的偏离，其属于本发明所属领域的已知或惯常做法，并且落入所附权利要求书的范围内。因此，权利要求书的范围不应受说明书中阐述的优选实施例的限制，而应给予与整个说明书一致的最广义解释。

Claims (13)

1.一种用于盘的自增力安全制动器，所述制动器包括：

壳体；

弹簧组件，所述弹簧组件垂直于所述盘的旋转轴线取向并且包括第一弹簧端和第二弹簧端；

套筒组件，其同轴地容纳所述弹簧组件，其中所述套筒组件沿第一同轴方向的移动在所述第一弹簧端处压缩所述弹簧组件，并且所述套筒组件沿第二同轴方向的移动在所述第一弹簧端处使所述弹簧组件解除压缩；

弹簧压迫器，其被构造成使所述套筒组件沿所述第一同轴方向和所述第二同轴方向移动；

用于与所述盘摩擦接合的制动板；

杠杆-凸轮组件，其与所述套筒组件和所述制动板相关联，所述杠杆-凸轮组件被构造成将所述套筒组件在所述第一同轴方向上的移动转换成所述制动板远离所述盘的移动，并且将所述套筒组件在所述第二同轴方向上的移动转换成所述制动板朝向所述盘的移动；和

增力组件，其包括：

弹簧端，其邻近所述第二弹簧端；

制动端，其邻近所述制动板，

由此，源于与所述盘接合而作用至所述制动板的力从所述制动端被传递到所述弹簧端以在所述第二弹簧端压缩所述弹簧组件并使所述套筒组件沿所述第二同轴方向移动，以通过进一步朝向所述盘移动所述制动板来增力制动。

2.根据权利要求1所述的制动器，其中，所述杠杆-凸轮组件包括：

臂，其在第一端可旋转地连接到所述套筒；

可旋转轴，其连接到所述臂的第二端，所述轴垂直于所述弹簧组件的轴线延伸；

凸轮，其连接到所述可旋转轴；

凸轮从动件，其包括与所述凸轮接合的第一表面和与所述制动板接合的第二表面。

3.根据权利要求2所述的制动器，包括连接到所述可旋转轴的多个凸轮和相应的多个凸轮从动件。

4.根据权利要求2或3所述的制动器，包括多个臂和相应的多个可旋转轴。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的制动器，其中，所述臂和所述凸轮一体形成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的制动器，其中，所述弹簧压迫器包括液压缸。

7.根据权利要求6所述的制动器，其中，所述液压缸包括：

盖；

筒；

在所述筒中的活塞；

第一腔室，其由所述活塞、所述盖和所述筒限定出，所述第一腔室包括第一端口；

活塞杆，其包括连接到所述活塞的宽部段和连接到所述宽部段的窄部段，其中所述窄部段承载所述弹簧组件；

第二腔室，其由所述筒、所述活塞杆的宽部段和所述套筒组件限定出，所述第一腔室包括第二端口，

由此分别通过所述第一端口和所述第二端口向所述第一腔室和所述第二腔室填充流体，使所述活塞和所述活塞杆沿所述第一同轴方向移动，由此产生的所述第二腔室中增大的压力促使所述套筒组件沿所述第一同轴方向移动；

并且由此分别通过所述第一端口和所述第二端口从所述第一腔室和所述第二腔室排出流体，减小所述第二腔室中的压力，以允许由于在所述弹簧组件的第一端处解除压缩使所述套筒组件沿所述第二同轴方向移动。

8.根据权利要求7所述的制动器，其中，所述第二端口大于所述第一端口以允许相比于所述第一腔室流体更快地从所述第二腔室排出。

9.根据权利要求8所述的制动器，其中，所述第二端口的尺寸足以使从所述第二腔室排出的流体不受限制地流动。

10.根据权利要求8或9所述的制动器，其中，所述第一端口和所述第二端口与同一流体入口/出口流体连通。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的制动器，其中，所述增力组件包括增力杆，所述增力杆包括所述制动端和所述弹簧端，其中所述凸轮从动件和所述制动板沿所述盘的切向滑动接合，并且其中所述制动端刚性地与所述制动板相关联，并且其中所述弹簧端抵靠所述弹簧组件的所述第二弹簧端。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的制动器，其中，所述增力组件包括：

增力板，其沿所述第一同轴方向和所述第二同轴方向可滑动地设置在所述壳体中，所述增力板在所述第一同轴方向和所述第二同轴方向上与所述制动板刚性地相关联；

凸缘，其从所述增力板垂直延伸出，所述凸缘抵靠所述弹簧组件的所述第二弹簧端。

13.根据权利要求12所述的制动器，其中，所述增力板包括多个通道，刚性连接到所述制动板的多个力传递突起延伸通过所述通道，由此所述凸轮从动件通过所述力传递突起与所述制动板接合。