CN201249754Y - 具有降低鼓风损失装置的液力减速制动器 - Google Patents

Abstract

一种具有降低鼓风损失装置的液力减速制动器，它包括活动阀片、阀片旋转销轴、弹簧、壳体、安装座圈、定轮和泵轮，定轮与壳体连接，在二者之间有安装座圈，活动阀片通过阀片旋转销轴装在安装座圈上，阀片旋转销轴呈凸轮形，在活动阀片右上部的定轮的圆柱形空腔内装有钢球和压缩弹簧，钢球在弹簧作用下压在阀片旋转销轴凸轮上。该凸轮轮廓线由两段圆弧、过渡线及一段直线组成，左段圆弧与安装座圈上的安装孔同半径；右段圆弧始终与定轮上钢球的安装孔边缘滑动接触；过渡线始终与钢球接触。压缩弹簧的中心线的延长线在活动阀片转轴中心的下方。本实用新型增大了弹簧力对阀片旋转中心的力臂，弹簧使用寿命长、弹簧损坏后不会对液力减速器造成破坏。

Description

具有降低鼓风损失装置的液力减速制动器

技术领域

本实用新型涉及地面车辆和铁路运输列车车辆减速及制动系统；地面固定运输设备及矿山、电力设备减速装置，如带式输送机、球磨机、棒鲁机等大惯量设备的减速装置。

背景技术

车辆和设备的限速和制动是极为重要的，它涉及车辆行驶和设备的运行安全。为使车辆和设备在规定的速度下运行，必须限制系统的加速转矩，即吸收使之构成加速的那部分动能。常用的吸收动能的减速制动有摩擦制动、液压制动、液力制动等方式。

具体针对车辆而言，在山区公路上行驶的车辆，下坡时为了限制车速，往往需要频繁使用制动器，造成车辆行车制动器的负荷很大，长时间的制动会使制动器产生大量的热量，引起过热现象，从而导致摩擦系数降低，使制动效能下降。

因此，对于常在山区公路上行驶的大型客货车以及一些要求制动距离短、反应灵敏迅速的特种车辆而言，为保证车辆的安全行驶和良好的制动性能，除行车制动器外，还应装备辅助制动装置，以减少摩擦片的磨损和制动鼓的过热，从而使得车辆具有更优良的行驶性能。

目前，用于车辆的辅助制动装置主要有以下几种：

(1)液压辅助制动：依靠液流节流对液压泵轴产生的制动力矩来实现制动。液压制动装置使能量通过对液体的节流转化为热能，再通过冷却器由冷却介质带走。液压制动可从高速一直到零速起作用，在其间任意点均可提供可靠的恒力矩制动。它的缺点是液压泵自身有机械磨损，随着使用年限的延长，其制动性能由于液压泵效率的降低而下降；再就是随着制动功率的上升，元件尺寸增长较快，并使柱塞间隙密封更加困难。目前功率在500～600Kw以上的液压泵很少见，因而液压制动只能在中小功率范围使用。

(2)发动机排气制动：在发动机排气管中装置阀门，当阀门关闭时，把发动机作为空气压缩机来工作。在排气冲程中，排气歧管中的空气受到压缩，发动机获得负功，从而产生制动力。发动机排气制动方式还能防止发动机过冷，以减少其磨损。但是，这种制动方式应用于汽油发动机时，必须在化油器和进气歧管间装设空气旁通管路，并在旁通管路内设置阀门，以便这一阀门和排气管阀门联动。这比柴油机排气制动器结构复杂，效果也较差，实际应用不广。另外，排气制动会使车辆行驶时的噪音有较大增加。

(3)电涡流式制动：电涡流式减速制动器是由转动的圆盘和固定的磁极、线圈组成。线圈在通电后产生磁场，由于圆盘在这一磁场中转动，因此有电涡流流过，电涡流和磁场间因相互作用而产生制动力矩。其中随电涡流而产生的热量由装设在圆盘上的散热片散发到大气中。这种减速制动器一般利用万向节装在变速箱和后桥之间。电涡流式减速制动器在车轴转速小于500r/min时，制动扭矩很快变小；在高于700r/min时，制动扭矩达到最大值并随转速升高而稍有下降，但基本保持恒定。这种制动方式所能提供的制动扭矩相对较小。如：用于3.5～6吨车辆上的电涡流式减速器，其重量约有90kg，而所提供的制动扭矩只有大约500Nm。

(4)液力辅助制动：即液力减速制动器，也称液力减速器或液力缓速器，液力减速器是液力偶合器的一个派生类型，在结构上与液力偶合器类似，它是工作在液力偶合器制动工况的耗能元件，主要由动轮(泵轮)、定轮以及壳体组成(动轮和定轮也称为转子和定子)，如图1所示。定轮固定在壳体上不转动，动轮与传动轴相连。液力减速器通常安装在变速器与传动轴之间，也可置于变速器中。驾驶员操纵按钮和气动阀门便可控制液力减速器的充液量，按需要施加不同的制动力矩来限制下行速度或减速制动，从而确保车辆在山区道路的安全行驶，并在刹车过程中平稳减速。

当工作轮内充有液体时，动轮将输入的机械能转变为液体动能，液体以较高速度冲击定轮叶片，以此产生制动力矩并将液体动能全部转化为热能。液力减速器中所产生的热量，可由油水热交换器散热，热水再通过发动机前的水冷却器进行冷却。当工作轮内没有液体时，动轮旋转时只有空气阻力。

液力减速器动轮旋转时所产生的制动力矩M为

M＝ρgλn²D⁵

式中，ρ—工作轮内介质的密度，(液体或空气)；

g—重力加速度；

λ—制动力矩系数，与液力减速器结构形式有关；

n—动轮旋转速度；

D—液力减速器工作轮有效直径。

与其它制动器相比，液力减速器具有以下主要优点：

(1)适用于高速、大功率车辆。液力减速器制动力矩与车辆传动轴转速的平方以及循环圆直径的五次方成正比，因此对于高速行驶且制动器直径较大的车辆，在同等情况下，使用液力减速比使用其它制动方式能提供更大的制动力矩，能在短时间内起到快速制动的作用。

(2)适用于长时间的连续制动。液力减速器采用液力制动方式，元件无机械磨损，生成的热量少，且有循环冷却装置可以将油液的热量带走消耗。因此能长时间连续对车辆提供制动能力，尤其是当车辆在长大坡道下行时，这是其它制动方式如机械摩擦制动等难以做到的。

(3)制动效能高。无论在下坡还是平路上行驶，液力减速器可承担制动系统大部分的工作，可提供车辆高速行驶时的全部制动以及80％以上的制动力，使摩擦制动只在车辆低速行驶阶段起作用。

(4)提高下坡行驶速度。由于液力减速器能提供长时间的恒定制动力矩来平衡车辆下坡时由于自重而引起的加速度，因此使用液力减速器能使车辆以恒定的速度下坡行驶，而匀速下行的速度大小可由液力减速器的充液量多少来控制。相关资料表明，使用液力减速器的车辆能比在相同情况下使用其它制动器的车辆提高下坡速度约20％左右。

(5)减少减速器机械磨损，提高使用寿命。液力减速器为非机械接触式制动，在工作时机械磨损小，使用寿命长，大大节约了车辆的维修费用，同时制动作用柔和，噪音小，乘坐舒适性高。

由于液力减速器的优点，现在欧洲和美国已得到许多应用。但它也存在一些问题。其中最主要的问题是空转损失大。即：

当液力减速器内不充入油液时，不产生制动力矩。但由于液力减速器的动轮是与车辆传动系统相连，被其驱动而旋转，使动轮和定轮内的空气产生循环流动，动轮类似鼓风机在工作，从而产生一定的能量损失，该损失被称为鼓风损失。其值最大可达所传递功率的百分之四左右，因此必须尽量降低，否则难以推广应用。

现有的液力减速器降低鼓风损失装置为一个活动阀片组件(图2)，阀片通过销轴和弹簧装在泵轮和定轮之间的安装座圈上，安装座圈用螺栓装在定轮上，然后将定轮与壳体连接(图3)。每个工作流道的顶部均装有这样的活动阀片组件。图4为安装座圈的示意图。

活动阀片组件的工作原理是，在车辆处于正常行驶的非制动状态时，阀片在弹簧的作用下关闭(图3中的阀片处于垂直位置)，挡住部分空气流道，起到破坏空气环流的作用。从理论上的解释是，阀片处于垂直位置时，循环流道直径减小(相当于上述制动力矩M计算公式中的D减小)，由空气阻力引起的制动力矩随之减小，即空气鼓风损失下降。而当车辆处于制动状态时，由于油液的冲击力大，克服弹簧力将阀片推开，液体进入定轮流道循环(图5，阀片处于倾斜位置)，循环流道直径与没有活动阀片时相同，制动力矩不受影响。当制动完成后，油液被排空，活动阀片在弹簧力的作用下回到垂直位置，继续起破坏空气环流的作用。

目前该装置有两种形式：

(1)形式一，如图2所示的I型活动阀片组件，该阀片通过销轴和弹簧安装在泵轮和定轮之间每个工作流道的顶部(具体位置见图4)。由弹簧提供弹性力，使阀片在不受液流冲击时处于垂直位置，即关闭位置；而在液流的冲击作用下，阀片克服弹簧力，绕销轴转动，处于倾斜位置，即开启位置(图5)。

(2)形式二，采用如图6所示的II型活动阀片组件，该阀片1通过与阀片焊接在一起的销轴2、顶柱9和弹簧3安装在泵轮和定轮之间每个工作流道的顶部(具体位置见图7，安装方法同上)。销轴上铣有斜槽14，在定轮上开有孔，装入弹簧和顶柱。弹簧的弹性力通过顶柱的顶推作用，使阀片在不受液流冲击时处于垂直位置，即关闭位置；而在液流的冲击作用下，阀片克服弹簧力，绕销轴转动，处于倾斜位置，即开启位置。

发明内容

本实用新型的目的是在原有的降低鼓风损失装置的基础上进行的改进，使得降低鼓风损失装置更加新颖，更加合理，工作更加可靠。

本实用新型发明内容是：

阀片旋转销轴外轮廓为凸轮的形式，采用钢球来传递弹簧力，同时将用于安装钢球和压缩弹簧的圆柱形空腔(定轮上)逆时针旋转10～15°角度，使压缩弹簧的中心线的延长线在活动阀片1转轴中心的下方，从而可以获得更大的力作用臂，使得该装置工作更加可靠。由于圆柱形空腔位置的改变，安装座圈中固定螺栓孔与销轴安装座要相互错开。

本实用新型的具体结构是：

具有降低鼓风损失装置的液力减速制动器(参见附图8-12)，它包括活动阀片1、阀片旋转销轴2、弹簧3、壳体4、销轴安装座圈5、定轮6和泵轮7，定轮6与壳体4连接，二者之间有销轴安装座圈5，活动阀片1与阀片旋转销轴2固连，装在销轴安装座圈5的半圆形孔内，活动阀片1右上方的定轮安装孔内装有钢球8和弹簧3；其特征是，阀片旋转销轴2的断面呈凸轮形状，该凸轮的轮廓线由圆弧线段E、圆弧线段B、过渡线A及一段直线组成，圆弧线段E与销轴安装座圈5上的安装孔具有相同的半径，使阀片旋转销轴2可在销轴安装座圈5的孔内绕轴线旋转摆动；圆弧线段B在阀片旋转销轴旋转的过程中始终与定轮上钢球8及弹簧3的安装孔边缘滑动接触；过渡线A始终与在压缩弹簧3作用下的钢球8接触。

本实用新型所用的弹簧3为压缩弹簧，且压缩弹簧的中心线的延长线在活动阀片1转轴中心的下方，从而形成可靠的阀片关闭力矩。

本实用新型改变了原有降低鼓风损失装置中活动阀片旋转销轴的形式以及传力机构的形式。这种结构增大了弹簧力对阀片旋转中心的力臂，可以保证车辆在非制动工况下，弹簧能为阀片提供足够大的力矩来保证阀片处于关闭状态。而于制动工况，又可以保证在油液的冲击下阀片处于全开启状态，且具有压缩弹簧使用寿命长、弹簧即使损坏后也不会掉入液力减速器腔体内从而对液力减速器无破坏等诸多优点。

附图说明

图1液力减速器简图

图2I型活动阀片组件结构示意图

图3I型活动阀片组件安装位置示意图

图4I型活动阀片组件的安装座圈示意图

图5I型活动阀片组件的活动阀片开启位置示意图

图6II型活动阀片组件结构示意图

图7II型活动阀片组件安装位置示意图，a)活动阀片关闭，b)活动阀片开启

图8本实用新型的活动阀片示意图

图9本实用新型的销轴安装座圈示意图

图10本实用新型的活动阀片关闭状态示意图

图11本实用新型的活动阀片半开状态示意图图

图12本实用新型的活动阀片全开状态示意图图

图中标号代表的名称：1-活动阀片，2-阀片旋转销轴，3-弹簧，4-壳体，5-销轴安装座圈，6-定轮，7-泵轮(即动轮)，8-钢球；9-顶柱；10-传动轴；11-固定螺栓孔；12-销轴安装座；13-连接螺栓孔；14-斜槽；B和E-凸轮轮廓线的圆弧线段；A-凸轮轮廓线的过渡线；R-凸轮轮廓线B段圆弧的半径。

具体实施方式

本实用新型的实施例如附图8～图12所示，图中所示具有降低鼓风损失装置的液力减速制动器，它包括：1-活动阀片，2-阀片旋转销轴，3-弹簧，4-壳体，5-销轴安装座圈，6-定轮，7-泵轮，8-钢球。

定轮6通过销轴安装座圈5与壳体4连接，活动阀片1与阀片旋转销轴2固连，装在销轴安装座圈5上，活动阀片1右上方的定轮的圆柱形空腔安装孔内装有钢球8和弹簧3。阀片旋转销轴2的断面呈凸轮状，该凸轮的轮廓线由两段圆弧(图中B段和E段)、过渡线(图中A段)以及一段直线组成，左段圆弧E与销轴安装座圈5上的安装孔具有相同的半径和圆心，使阀片旋转销轴2可在销轴安装座圈5的孔内绕轴线旋转摆动；右段圆弧B在阀片旋转销轴旋转摆动的过程中始终与定轮上钢球8及弹簧3的安装孔边缘滑动接触；过渡线始终与在压缩弹簧3作用下的钢球8接触。

为了避免运动干涉，凸轮状阀片旋转销轴的A段轮廓线不得高于圆弧段E，B段轮廓线是以旋转中心O为圆心，半径为固定值的圆弧。

本实用新型的销轴安装座圈5的安装如图9所示，其中固定螺栓孔11与销轴安装座12在圆周方向相互错开，以避免运动干涉。

钢球和压缩弹簧安装在定轮上的圆柱形空腔中，圆柱形空腔的轴线要保证压缩弹簧的中心线的延长线在活动阀片1转轴中心的下方，从而形成可靠的活动阀片关闭力矩。这样可以获得更大的力臂，使得该装置工作更加可靠。

此方式中活动阀片所受弹簧力由压缩弹簧经钢球施加给活动阀片，附图10为活动阀片关闭状态，这时车辆不制动，该装置发挥减小鼓风损失的作用。而当车辆制动时，由于油液的冲击力大，克服弹簧力将活动阀片推开，此时活动阀片开启，附图11所示为活动阀片开启一半时的状态，其实过了这一状态，该装置减小鼓风损失的作用已经不是很明显了，故在设计时，将这一旋转角度定为临界角度，之后B段轮廓线开始工作，弹簧的压缩量不再增加，一直到活动阀片全开状态(附图12所示)，液体进入流道循环，循环流道直径与没有活动阀片时相同，制动力矩的大小不受任何影响。

本实用新型的优点：

阀片旋转销轴断面轮廓线采用凸轮的形式可以很好的避免因压力角过大出现装置自锁的情况；

用钢球来传递弹簧力，极大的减小了摩擦阻力，避免了由于摩擦阻力过大而造成的装置锁止，使运动更加灵活；

活动阀片关闭以及开启时，作用其上的弹簧力对旋转中心的力臂大，该装置工作更加可靠；

该装置反应灵敏，活动阀片转动一小角度，弹簧压缩量比其他类型装置均大，因此即使是在车辆高速行驶时，该装置也能发挥减小鼓风损失的作用，工作可靠；

活动阀片旋转角度达到临界角度后，B段轮廓线开始工作，弹簧的压缩量不再增加，一直到活动阀片全开状态(附图12所示)，这样减少了弹簧无谓的压缩，大大提高了弹簧的寿命，延长了该装置的使用时间；

该装置全封闭，即使压缩弹簧断裂，也不会出现残骸进入液力减速器工作腔内破坏叶片的严重后果。

Claims (2)

1、具有降低鼓风损失装置的液力减速制动器，它包括活动阀片(1)、阀片旋转销轴(2)、弹簧(3)、壳体(4)、销轴安装座圈(5)、定轮(6)和泵轮(7)，定轮(6)与壳体(4)连接，在二者之间有销轴安装座圈(5)，活动阀片(1)与阀片旋转销轴(2)固连，装在销轴安装座圈(5)的半圆形孔内，活动阀片(1)右上方的定轮安装孔内装有钢球(8)和弹簧(3)；其特征是，阀片旋转销轴(2)的断面呈凸轮形状，该凸轮的轮廓线由圆弧线段(E)、圆弧线段(B)、过渡线(A)以及一段直线组成、圆弧线段(E)与销轴安装座圈(5)上的安装孔具有相同的半径，阀片旋转销轴(2)可在销轴安装座圈(5)的孔内绕轴线旋转摆动；圆弧线段(B)始终与定轮上钢球(8)及弹簧(3)的安装孔边缘滑动接触；过渡线(A)始终与在压缩弹簧(3)作用下的钢球(8)接触。

2、如权利要求1所述的具有降低鼓风损失装置的液力减速制动器，其特征是所用的弹簧(3)为压缩弹簧，且压缩弹簧的中心线的延长线在活动阀片(1)转轴中心的下方，从而形成可靠的阀片关闭力矩。

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