CN111765183B - 一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器，包括静止制动部、旋转部及磁流变液介质工作部；静止制动部包括导磁壳体、增压气囊、制动盘、冷却液道、增压气道；旋转部包括固定连接的制动轴、制动盘、隔磁部件、以及安装在所述制动盘外径上的永磁铁、安装于制动轴内部的多级励磁线圈等。本发明采用磁流变液剪切和挤压两种工作模式产生制动力；在紧急制动过程中，有效提升挤压制动效果，增大挤压模式下磁流变液制动能力；有效增加剪切模式产生的制动力；可实现在紧急断电情况下，装置仍有制动力矩存在；可以实现与工作空间近距离热交换过程，提高整体散热效率；制动力可通过线圈调节，制动过程柔性可控，可传递较大制动扭矩，安全性高。

Description

一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器

技术领域

本发明涉及一种磁流变液紧急制动装置，具体是一种工作空间体积可变的水冷式磁流变液紧急制动器，属于机械制动技术领域。

背景技术

智能材料—磁流变液是一种主要由软磁性颗粒、基载液和包裹在软磁性颗粒表面的添加剂组成的颗粒悬浮液，其具有独特的流变性能。在外加磁场作用下，微观现象中磁流变液的软磁性颗粒会在瞬间沿磁力线方向聚集成链状结构排列，宏观状态下则是磁流变液粘度会以毫秒级的响应速度由非牛顿流体状态转变为半固态，且这种改变是可逆的。由于磁流变液具有反应迅速、易于控制、过程可逆等诸多优点，在制动器、离合器、阻尼器等领域广泛应用，被认为是最具前景的智能材料之一。

制动器是旋转机械的重要部件，紧急制动器是众多工程机械工作过程中紧急情况下保护人身安全的最后一道重要防线，磁流变液制动器因其具有制动响应快、制动部件磨损小、控制简单、噪音低等优点，是一种较为理想的紧急制动器件。目前，国内外已经存在一些磁流变液制动器专利，2011年8月10日公开的中国专利“双盘式挤压磁流变制动器”(申请号：CN201220027130.0)，该装置采用永磁铁作为磁源，通过活动保持架的转动而改变闭合磁路的方向，从而实现制动，但增大装置整体制动力只能通过加大励磁电流的方式进行实现。2018年12月14日公开的中国专利“一种磁流变液紧急制动器”(公开号：CN108999896A)，该装置通过将传统磁流变液剪切制动工作模式转换为剪切、挤压多模式下制动，有效增大了装置整体的制动效果，同时采用螺旋圈数对制动距离进行限制，但装置在挤压工作模式情况下，磁流变液制动工作空间体积无任何变化，挤压效果略差。上述两种发明均存在难以传递较大制动扭矩，无有效散热方式，无法满足煤矿等需要较大制动扭矩的大型、紧急制动场合，因此设计开发新型磁流变液紧急制动器具有非常重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器，在紧急制动过程中，有效提升挤压制动效果，增大挤压模式下磁流变液制动能力；有效增加剪切模式产生的制动力；可实现在紧急断电情况下，装置仍有制动力矩存在；可以实现与工作空间近距离热交换过程，提高整体散热效率；制动力可通过线圈调节，制动过程柔性可控，可传递较大制动扭矩，安全性高，适用于煤矿等需要较大制动扭矩的大型、紧急制动场合。

为了实现上述目的，本工作空间体积可变的水冷式紧急制动器包括静止制动部、旋转部及磁流变液介质工作部；

所述静止制动部主体由固定安装于导磁壳体内的制动盘构成；

所述旋转部包括通过螺纹与导磁壳体连接的制动轴，与制动轴固定连接的旋转部制动盘，及安装于制动轴内的呈多级结构的励磁线圈；

所述磁流变液介质工作部为密闭于导磁壳体及旋转部之间的工作间隙中的磁流变液。

进一步，所述制动轴右侧凸台上加工有外螺纹，所述导磁壳体右侧与制动轴配合部加工有与所述外螺纹相互匹配的内螺纹。

进一步，所述旋转部制动盘为多制动盘结构，旋转部制动盘与所述静止制动部在制动器内部形成多个制动工作空间。

进一步，所述旋转部制动盘外径最大处安装有永磁铁。

进一步，所述静止制动部中固结有若干个由各向异性材料制成的增压气囊，所述增压气囊通过导磁壳体中开设的增压气道与外部增压装置连接。

进一步，所述静止制动部中开设有紧贴制动工作空间的冷却液流道。

进一步，所述导磁壳体左端面底部开设有泄气孔。

进一步，所述制动轴一端安装有O型密封圈，另一端位于凸台周肩位置处安装有骨架油封。

进一步，所述制动轴主体与旋转部制动盘之间安装有黄铜加工制成的圆环状隔磁部件。

与现有技术相比，本发明在紧急制动过程中，导磁壳体和制动轴通过相互配合的螺纹实现制动轴不断向制动空间内侧进给，挤压制动工作空间体积不断减少，提升挤压制动效果；同时在静止制动部中装有增压气囊，通过增压气囊通气后周向、径向发生形态变化达到增大挤压模式磁流变液制动能力的效果；导磁壳体上固定有制动盘，其与旋转部制动盘形成多个制动工作空间，增大磁流变液与制动盘之间接触面积，有效增加剪切模式产生的制动力；本发明通过挤压和剪切双模式可以产生较大的制动力；通过螺纹旋转圈数限制最大制动距离，安全性较高；旋转部制动盘上装有永磁铁，可实现在紧急断电情况下，装置仍有制动力矩存在；多级励磁线圈内置于制动轴内部，充分降低整体装置体积和响应时间；制动器静止制动部内侧开有冷却液流道，可以实现与工作空间近距离热交换过程，提高整体散热效率；制动力可通过线圈调节，制动过程柔性可控，可传递较大制动扭矩，适用于煤矿等需要较大制动扭矩的大型、紧急制动场合。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图；

图2是本发明中螺纹连接部的局部放大图；

图中：1、导磁壳体，2、冷却液流道，3、O型密封圈，4、磁流变液，5、隔磁部件，6、旋转部制动盘，7、永磁铁，8、增压气囊，9、增压气道，10、外螺纹，10-1、内螺纹，11、骨架油封，12、制动盘，13、制动轴，14、励磁线圈，15、泄气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本工作空间体积可变的水冷式紧急制动器包括静止制动部、旋转部及磁流变液介质工作部；

所述静止制动部主体由固定安装于导磁壳体1内的制动盘12构成；

所述旋转部包括通过螺纹与导磁壳体1连接的制动轴13，与制动轴13固定连接的旋转部制动盘6，及安装于制动轴13内的呈多级结构的励磁线圈14；制动轴13可在旋转过程中实现向制动工作空间内侧不断进给，随制动轴13不断向左侧移动，磁流变液制动空间体积不断减少，磁流变液4挤压制动效果更加明显，制动能力有效提高。内置于制动轴13内部的励磁线圈14能够有效减少制动器的整体尺寸，并且励磁线圈14采用多级结构，减小制动整体响应时间。

所述磁流变液介质工作部为密闭于导磁壳体1及旋转部之间的工作间隙中的磁流变液4。

进一步，所述制动轴13右侧凸台上加工有外螺纹10，所述导磁壳体1右侧与制动轴13配合部加工有与所述外螺纹10相互匹配的内螺纹10-1。根据现场实际需求，通过调整螺纹圈数来限制制动装置最大制动距离，提高安全性。

进一步，所述旋转部制动盘6为多制动盘结构，旋转部制动盘6与所述静止制动部在制动器内部形成多个制动工作空间，增大磁流变液4与旋转部制动盘6之间接触面积，加大磁流变液4的剪切工作模式效果，提供更大的制动力。

进一步，所述旋转部制动盘6外径最大处安装有永磁铁7，能够使磁流变液4平常状态下仍为类固体结构，不易流动，增强挤压效果；同时当发生紧急断电状态下，制动器仍能提供一定的制动扭矩。

进一步，所述静止制动部中固结有若干个由各向异性材料制成的增压气囊8，所述增压气囊8通过导磁壳体1中开设的增压气道9与外部增压装置连接。增压气囊8充气时沿圆周方向和径向方向发生形变，挤压制动工作间隙内磁流变液4的整体空间，进一步提高本制动器的整体制动扭矩。

进一步，所述静止制动部中开设有紧贴制动工作空间的冷却液流道2，使得冷却液可以紧贴制动工作空间进行热交换，防止在剪切和挤压模式下，磁流变液4因温升问题产生失效，从而导致制动效果下降。

进一步，所述导磁壳体1左端面底部开设有泄气孔15，以排出制动13左移过程中腔体内的空气，减少制动轴13移动阻力。

进一步，所述制动轴13一端安装有O型密封圈3，另一端位于凸台周肩位置处安装有骨架油封11，实现对磁流变液4的密封效果。

进一步，所述制动轴13主体与旋转部制动盘6之间安装有黄铜加工制成的圆环状隔磁部件5。使内置于制动轴13内部的励磁线圈14的磁力线更好的穿过磁流变液4工作空间。

本工作空间体积可变的水冷式磁流变液紧急制动器的具体工作过程如下：

在非紧急制动工况下，该制动器的制动轴13不与需要制动设备相连，制动器不参与工作；

在紧急制动工况下，制动轴13右端与需要紧急制动的设备相连旋转，同时多级励磁线圈14开始通电，在充满磁流变液4的制动工作间隙内产生可调磁场，同时装置内的永磁铁7同时生效，磁流变液4开始发生形态转变，装置处于剪切工作模式，产生一定的制动力；同时冷却液流道2和增压气道9同时开始冷却和充气；由于制动轴13右侧凸台和导磁壳体1通过螺纹10连接作用，在制动轴13旋转过程中将同时向左移动，充满磁流变液4的工作空间开始不断减小，制动轴13上的旋转部制动盘6也同时随着制动轴13向左侧移动，增压气囊8增压状态下，体积不断膨胀，此时处于制动工作空间内的磁流变液4受到挤压和剪切两种力的同时作用，可以产生较大的制动力矩、制动能力强；当制动轴13右侧旋转至螺纹终点时，该制动器的制动力和制动行程达到最大，制动轴13停止转动，被制动设备停止工作，实现紧急制动功能。

综上所述，本工作空间体积可变的水冷式磁流变液紧急制动器在紧急制动过程中，导磁壳体和制动轴通过相互配合的螺纹连接作用实现制动轴不断向制动空间内侧进给，挤压制动工作空间体积不断减少，挤压制动效果不断增强；同时在静止制动部中装有增压气囊，通过增压气囊通气后周向、径向发生形态变化挤压磁流变液的效果，达到增大挤压模式磁流变液制动能力的目的；导磁壳体上固定有制动盘，其与旋转部制动盘形成多个制动工作空间，增大磁流变液与制动盘之间接触面积，有效增加剪切模式产生的制动力，通过挤压和剪切双模式可以产生较大的制动力；通过螺纹旋转圈数限制最大制动距离，安全性较高；旋转部制动盘上装有永磁铁，可实现在紧急断电情况下，装置仍有制动力存在；多级励磁线圈内置于制动轴内部，充分制动装置整体积和响应时间；制动器静止制动部内侧开有冷却液流道，可以实现与工作空间近距离热交换过程，提高整体散热效率；制动力可通过线圈调节，制动过程柔性可控，可传递较大制动扭矩，适用于煤矿等需要较大制动扭矩的大型、紧急制动场合。

Claims (8)

1.一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器，包括静止制动部、旋转部及磁流变液介质工作部；其特征在于，

所述静止制动部主体由固定安装于导磁壳体(1)内的制动盘(12)构成；

所述旋转部包括通过螺纹与导磁壳体(1)连接的制动轴(13)，与制动轴(13)固定连接的旋转部制动盘(6)，及安装于制动轴(13)内的呈多级结构的励磁线圈(14)，所述制动轴(13)右侧凸台上加工有外螺纹(10)，所述导磁壳体(1)右侧与制动轴(13)配合部加工有与所述外螺纹(10)相互匹配的内螺纹(10-1)，旋转部通过螺纹不断向右侧进给，进一步压缩磁流变液工作空间，提供更大的制动力矩；

所述磁流变液介质工作部为密闭于导磁壳体(1)及旋转部之间的工作间隙中的磁流变液(4)。

2.根据权利要求1所述的一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器，其特征在于，

所述旋转部制动盘(6)为多制动盘结构，旋转部制动盘(6)与所述静止制动部在制动器内部形成多个制动工作空间。

3.根据权利要求2所述的一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器，其特征在于，

所述旋转部制动盘(6)外径最大处安装有永磁铁(7)。

4.根据权利要求1所述的一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器，其特征在于，

所述静止制动部中固结有若干个由各向异性材料制成的增压气囊(8)，所述增压气囊(8)通过导磁壳体(1)中开设的增压气道(9)与外部增压装置连接，气囊(8)除采用气体增压外，还可通过加入冷却水的方式对装置内部进行增压及冷却。

5.根据权利要求1所述的一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器，其特征在于，

所述静止制动部中开设有紧贴制动工作空间的冷却液流道(2)。

6.根据权利要求1所述的一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器，其特征在于，

所述导磁壳体(1)左端面底部开设有泄气孔(15)。

7.根据权利要求1所述的一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器，其特征在于，

所述制动轴(13)一端安装有O型密封圈(3)，另一端位于凸台周肩位置处安装有骨架油封(11)。

8.根据权利要求1所述的一种工作空间体积可变的水冷式紧急制动器，其特征在于，

所述旋转部制动盘(6)与励磁线圈(14)之间安装有黄铜加工制成的圆环状隔磁部件(5)，隔磁部件(5)安装在制动轴(13)主体与制动轴上制动盘(6)之间。

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