CN2168986Y - 常闭式多级制动器 - Google Patents

Abstract

用于电动机械的常闭式多级制动器，采取用弹簧 上闸的瓦块制动架，在其末级杠杆三角板和底板之间 装配有松闸油缸，以油缸及由油泵、电磁换向阀等元 件组成的液压系统为松闸器。电控系统中的控制器 有与制动级数相应的制动挡位，通过电控操纵，经液 压传动调控油缸内的油压力值，就能按级控制制动力 矩的大小。克服了传统的常闭式制动器只有单级制 动的缺点，收到目的制动、减振和节能等效果，尤其能 满足起重机械防风和制动下降等制动要求。

Description

本实用新型涉及一种用于电动机械上的制动器。

应用在各种机械上的制动器不外常开式和常闭式两大类型。常开式制动器具有控制制动功能，但要人力杠杆操纵，并且缺乏支持制动作用，只适合小型非电动机械。电动机械往往结构长大，便于电控操纵则需要采用常闭制动器，常闭制动器由包括有闸瓦、制动臂、松闸杠杆和上闸弹簧的制动架、松闸器及电控操纵系统三个部分的联合工作。在机构停运期间松闸器断电，依靠上闸弹簧被予紧变形得到的弹簧恢复力，经制动臂使闸瓦压向制动轮而产生并保有制动力矩，使机构处于持续的上闸状态，具有对机构“防溜”的支持制动作用。机构运转时松闸器通电，由其驱动力经松闸杠杆带动制动臂继续压缩弹簧，使闸瓦脱开制动轮而实现松闸。松闸器与驱动电机间的电气联锁和不受距离限制的电控操纵，具有紧急制动作用。如发生非常原因的突然断电或特殊情况下采取紧急停电措施，可使机构停运并立即上闸。一般来说，常闭式制动器对于电动机械应具有制动简便而可靠的优越性。

但实际在电动机械上，现有普遍应用的一种电磁瓦块及其类型的常闭式制动器，却缺乏控制制动功能。它所产生的制动力矩大小仅取决于对上闸弹簧的予紧程度，使用时只能产生每经调整后所得到的一定的制动力矩。不像常开式制动器那样，能通过人为操纵按需适当调整制动力矩。从实质上来说，它是只有一个制动级别的常闭式单级制动器。电磁瓦块制动器虽属常闭式制动器类型，但因其只有单级制动性能，不能在使用中充分发挥常闭式制动器的应有的优越性，并由此带来许多有待解决的严重问题。

常闭式单级制动器只能凭经验将其调整到一个定值做为工作制动力矩，显然不能适应机构经常变化的载荷和制动距离等实际需要，无法实现不同工况下的目的制动，做到平稳准确停车。不得不经常利用“点动”或“反车”方式的频繁操作来停车对位，必然影响作业效率和质量。它依靠电磁铁断电释放，在电磁力消失的瞬间由上闸弹簧对机构突然加载上闸，随之即引起包括工作物、机构和构架系统的冲击振动，形成对机构各部和金属结构部分的动力载荷，特别有损于机械的使用寿命，“停车过猛”现象甚至会导致事故的发生，制动过程中冲击振动是电磁瓦块制动器的要害。此外，本身还存在着噪音大、磨损快以及电能消耗多的缺点。

常闭式制动器远不能满足某些机构对制动的特殊要求。例如露天使用的门式起重机，时有因遭受大风而发生脱轨或倾翻的重大事故，其本身的原因应归咎于大车运行机构所采用的电磁瓦块制动器。通常只能对这种制动器按正常工作制动要求来调整。而工作制动力距远小于防风制动力距，使它失去了防风制动性能；如按防风制动要求来调整，则只能专用于防风而不能在正常工作中使用。这种顾此失彼，单级单用的缺点，使它无法同时满足作业运行和整机停运后至少要有的工作和防风两级制动要求，更无法实现在作业运行中突遇大风情况的多级紧急制动，以保证起重机总体稳定而不致倾翻。其实各种机构的工作制动或其他特殊制动要求，归结起来是一个要求实现多级制动的问题，电磁瓦块及其类型的制动器远不能满足这一客观要求，给生产实际造成大量问题，急待从根本上解决。

以液压电磁铁和电动液压推杆取代电磁铁松闸器而得到的液压电磁瓦块制动器和液压推杆瓦块制动器，利用油液介质的惯性阻尼作用，对上闸过程实行减振缓冲，不过是在一个制动级别范围内所得到的改进，其原有的单级制动的性质并未改变。这两种制动器与电磁瓦块制动器仍属于同一类型的常闭式单级制动器。《铁道装卸与集装箱》杂志1989年第5期发表的“门、桥式起重机双级抱闸式防风装置”，在大车运行机构上的每一边各设两台电磁瓦块制动器，一台按工作制动要求调整用做工作制动器，另一台按防风制动要求调整用作防风制动器，通过电控令两台工作制动器先上闸，经适当延时两台防风制动器再上闸，以同时满足工作制动和防风制动的要求。这是一种利用多台制动器组合的方式实现多级制动的方案，显然每增加一级制动至少需增设一台制动器，增加了设备投入和电能消耗，且所得的制动级数有限。《铁道装卸搬运》1984年第4期发表的“龙门起重机气控防风制动装置”在一台制动器上加装另一套上闸弹簧和松闸气缸及其气动系统，两个上闸弹簧分别按工作和防风制动要求调整，通过电控和气控的配合操作使它获得在防风工况下的两级制动性能。但其结构庞杂重叠混用，调装困难且故障点增多，工作的可靠性差。采用集中控制的气动松闸须另设操作装置，管路过长泄漏大效率低，适用性不强。

制动器是机械通用的基础部件，直接关系到整机的性能，影响到机械的安全使用、作业效率和成本等各个方面。然而迄今为止，在电动机械上仍在沿袭使用电磁铁及其类型的瓦块制动器。这种传统的常闭式单级制动器，使得许多电动机械的性能得不到根本改善，不断给生产造成危害和损失，已远远落后于现代电动机械发展的需求，现有常闭式制动器能否更新换代是许多电动机械产品更新换代的关键技术。

本实用新型的目的是要推出一种新一代的常闭式制动器以取代现有常闭式单级制动器。它应消除现有常闭式制动器缺乏控制制动的缺点，而改变其单级制动的性质，能根据不同工况下的需要，对机构施加适当的制动力矩，实行多级控制制动。同时还须保持原有的支持制动作用和简便的操作方式，尽可能满足机构对制动的客观需求。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种双闸瓦的制动架的末级松闸杠杆是一个三角板，其左侧上下端的两个铰点分别通过拉杆和直接与左、右制动臂连接，右端的一个铰点则用于与松闸器相连。将一个单作用单出杆的油缸做为松闸油缸，竖直地安装在制动架上。其活塞杆上端与三角板右端的铰点相连，油缸体的下端与制动架的底板铰接相连，油缸体下部有一个管路接口与液压传动系统连通，通过电控操作和液压传动使松闸油缸工作。

将上闸弹簧按照额定制动力矩要求予紧变形，此时作用在左、右制动臂上的弹簧恢复力称为额定上闸力。当松闸油缸工作，油缸体内腔的油压力，经活塞及活塞杆使制动架末级杠杆三角板的右端受到一个向上的推力，再经拉杆传递至左、右制动臂上。由松闸油缸中的油压力转化至左、右制动臂上的作用力称为松闸力，其方向与额定上闸力方向相反。当通过电控操纵和液压传动调控松闸油缸的油压力时，即能取得大小不同的松闸力，则有：

松闸力大于额定上闸力时，松闸力将克服额定上闸力并继续压缩弹簧。此时松闸油缸内的油压力将向上推动活塞及活塞杆，使三角板逆时针转动并带动左、右制动臂，各自绕其与底板连接的铰点向外侧转动，使闸瓦脱开制动轮达到应有的退距，这是制动器的松闸状态。当松闸力小于额定上闸力时，松闸力只能部分地克服额定上闸力，作用在左、右制动臂上的合力等于额定上闸力与松闸力的差值，这一合力使得左、右制动臂各自绕其与底板连接的铰点趋向制动轮内方，形成闸瓦对制动轮的正压力而产生相应的制动力矩，这使制动器处于某一级的制动状态。当松闸力为零即松闸油缸回油失压时，则左、右制动臂仅受额定上闸力作用，使闸瓦取得压向制动轮的正压力而产生额定制动力矩。

上述表明，只须通过电控操作和液压传动的手段调控松闸油缸具有适当的油压力值，即可在制动过程中取得大小不同的制动力矩，实现多级控制制动。制动器制动级数和每一个制动级别的制动力矩大小，由机构的实际需要来划定。

液压传动系统须满足松闸和各级制动过程中的松闸油缸内油压力和流量的需要，保证及时供油、回油和闭锁，实现变压和保压。松闸时依靠进油路上单向阀的单向截止和第一级制动回油路上电磁换向阀通电截止的闭锁作用，实现油泵对松闸油缸的供油，达到进油支路上溢流阀调定的足够压力并保持恒定，在松闸到位后依靠限位开关动作停止油泵运行。实行某一级制动时，依靠进油路上单向截止和回油分路上电磁换向阀的开闭作用，只须令其下一级回油分路上电磁换向阀单独通电截止，则该级回油路即与进油路连通构成回路，系统即按在该级回油路上溢流阀所调定的压力下运行，使松闸油缸取得相应的油压力值而实现该级制动。实行额定级制动时，各路电磁换向阀全部断电开通，液压系统卸载，松闸油缸回油失压，制动器即产生额定的制动力矩。

电控操纵系统须按液压传动系统的需要，控制油泵电机的运停和各电磁换向阀的开闭。关键是必须操作简便，以适应司机的习惯而不增加额外负担，为此不另设操作装置，充分利用机构的凸轮控制器兼为本实用新型的电控操作所用，但须按控制级数增设若干制动档位。以额定制动级的档位居于中间，即占有原来的零位位置。其它各制动级的档位按正反车两个方向顺次由高至低设置，至第一制动位亦即现在零位位置，机构的驱动位往下顺延。在各个制动档位和驱动档位下均配置一组常开触头并与其所控制的电器相接，再与油泵电机的主电路构成回路。当凸轮控制器手柄处于某一级驱动位时，该档位下控制第一段制动和油泵电机电路的触头闭合，油泵电机运转及第一级制动的电磁换向阀通电截止，液压系统工作使制动器松闸，松闸到位后与油泵电机接触器线圈串联的限位开关常闭触头打开，油泵电机停运而第一级制动的控制电路仍在接通，实现液压系统的保压持续松闸。当凸轮控制器手柄处于某一级制动位时，该档位下控制其下一级制动和油泵电机的电路接通。此时该级电磁换向阀的油路断电开通，而其下一级制动的电磁换向阀通电截止，液压系统即在该级溢流阀调定压力下运行，而取得该级制动力矩。当凸轮控制器手柄处于居中位置即额定制动位时，该档位下的各触头全部断开，油泵电机和各级电磁换向阀全部断电，液压系统卸载使制动器产生额定制动力矩。同时各制动档位间可由低到高或由高到低的逐次切换，由此取得多级控制制动。

本实用新型与传统使用的常闭制动器比较，不仅从根本上克服了其单级制动的缺点，而且能收到多方面的综合效果，充分显示出它对电动机械的使用价值和适用性。具体来说：

1、进一步适应了机构工作制动的一般要求。利用多级控制制动可据实际情况灵活操纵，达到平稳制动准确停车。消除“点动”和“反车”对位，最大限度减少冲击振动，保证机械的安全使用和作业效率，提高使用寿命。

2、能满足某些机械对制动的特殊要求。如将本实用新型应用在露天使用的一类轨行式电动机械的大车运行机构上，不仅进一步适应了工作制动的一般要求，而且能逐级施加直到具有足够的制动力矩用于防风，具有预防和紧急防风制动作用。又如将本实用新型应用在电动起重机的起升机构上，在下降较大重量的物品时，可利用物品自身的重力并通过多级控制制动来调整下降速度，做到安全减速平稳到位。能有效地防止“飞车”或坠落事故，较目前应用的“反接”“能耗”或“再生”等电气制动方式安全可靠。

3、具有显著的节能效果。本实用新型在松闸到位后利用液压传动系统的闭锁保压作用实现持续松闸。此时通过行程开关控制令油泵电机停运不再消耗电能，而现有的常闭式制动器在整个机构运转期间必须使松闸器通电工作。

4、增强了使用的耐久性和工作可靠性，具有多级控制制动性能并通过液压传动来实现，必然使本实用新型工作平稳，噪音小、摩损轻、工作中故障少、寿命长。

5、操作简便、容易推行。本实用新型的液压电控系统简明紧凑，且均为通用件，安装上不受原机构的尺寸限制，特别是不另设操作装置，在制作、安装和使用上均有简便易行的有利条件。本实用新型的具体结构由以下的实施例和附图给出：

图1是本实用新型一个具体实施例的主视图。

图2是本实用新型一个具体实施例的液压传动系统图。

图3是本实用新型一个具体实施例的电控系统图。

图1表达了本实用新型采用的制动架〔32〕与松闸油缸〔33〕的连接结构。制动架〔32〕具有位于制动轮〔18〕两侧的左、右制动臂〔16〕、〔19〕。其下端各与底板〔15〕铰接，上部各通过螺杆〔2〕和拉板〔4〕分别连接作用于上闸弹簧〔3〕的左右两端，其上端各经过拉杆〔5〕和直接与三角板〔6〕左侧的上下端铰接。将一个单作用单出杆的松闸油缸〔33〕对于制动架〔32〕向上竖直安装，令其活塞杆〔11〕通过螺母〔10〕和附有挡铁〔9〕的头部联结件〔7〕与三角板〔6〕右侧端铰接，其油缸体〔13〕下端与附有限位开关〔8〕的底板〔15〕相铰接，松闸油缸〔33〕经由油缸体〔13〕下部的管路接口〔14〕与液压系统连通。

图2表达了本实用新型液压传动系统的组成元件及其连接关系。

松闸油缸〔33〕的管路接口〔14〕下并分两条管路用于进油和回油，进油路〔31〕下经单向阀〔30〕连接单向油泵〔28〕，其间旁路一个溢流阀〔29〕后分别至油箱；回油路下有与制动级数相同的若干回油分路，如有四级制动则有四条回油分路分别至油箱。第一级制动的分路与进油路在油缸的管路接口〔14〕下并接后，经电磁换向阀〔21〕、溢流阀〔27〕；第二级制动的分路与第一级分路在电磁换向阀〔21〕出油口下并接后，经电磁换向阀〔22〕、溢流阀〔26〕；第三级制动的分路与第二级分路在电磁换向阀〔22〕出油口下并接后，经电磁换向阀〔23〕、溢流阀〔25〕；额定制动级的分路与第三级分路在电磁换向阀〔23〕出油口下并接后，经电磁换向阀〔24〕。上述各液压系统的所有元件包括泵，阀以及油箱等应集成组合，置于制动架的适当处安装为一整体。

图3表达了本实用新型电控系统组成和连接关系。凸轮控制器K是机构驱动电机的操作装置现兼为本实用新型电控系统所用，但须增设和变更操作挡位。居中的位置为额定制动位Q，也就是最后一级制动位，按制动级数如果有四级制动时，分向两边正反车方向顺次设置第三、第二、第一制动位Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ，第一级制动位Ⅰ与驱动零位0重合，以下依次是第一、第二驱动位1、2……，至最后一级驱动位，在所有的各挡位下，均配置一组常开触头，将所有常开触头Q₁及Q₂、Q₃、Q₄、Q₅的一端并联后与油泵电机D的主电路的一相相连，另一端各自分别与经限位开关的常闭触头XK、油泵电机接触器线圈XC及额定制动级换向阀电磁铁线圈C_q、第三级换向阀电磁铁线圈C₃、第二级换向阀电磁铁线圈C₂和第一级换向阀电磁铁线圈C₁并接在一起，再与油泵主电路电机D的另一相相连，由此构成对油泵电机D和各级制动电磁换向阀的控制回路，油泵电机D的主电路应取自整机的主电路。

现结合图1、图2、图3说明本实用新型实现松闸和各级制动的具体工作过程。操作前须对制动架的上闸弹簧〔3〕，液压传动的各溢流阀〔25〕，〔26〕，〔27〕及〔29〕进行调整。向右扭动与螺杆〔2〕相配的调整螺母〔1〕，按额定力矩的要求将上闸弹簧〔3〕予紧变形，以取得能够产生额定力矩的额定上闸力，按松闸要求，适当调定溢流阀〔29〕的压力值，以使在液压系统工作时取得足够的松闸力，克服额定上闸力实现松闸，同时它还兼有防止液压传动过载的安全保护作用。按各级制动力矩的要求调整溢流阀〔25〕，〔26〕，〔27〕压力值。以便液压系统工作时取得相应适当的松闸力用于各级制动。经过上述调整后，操作凸轮控制器K的手柄，则经其所控的电路、油路、松闸油缸和制动架将按程序正常工作。

当凸轮控制器K的手柄处于各驱动档位时，各该档位下的常开触头Q₁和Q₅闭合，此时油泵电机接触器线圈XC和第一级换向阀电磁铁线圈C₁的控制电路接通，随机构驱动电机的运转，油泵电机带动油泵〔28〕供油，而回油路上的电磁换向阀〔21〕通电截止，压力油经单向阀〔30〕到达松闸油缸的下腔，使其油压力达到溢流阀〔29〕调定的数值，推动活塞〔12〕、活塞杆〔11〕和头部连接件〔7〕使松闸杠杆三角板〔6〕逆时针方向转动，带动拉杆〔5〕，促使左、右制动臂〔16〕、〔19〕经螺杆〔2〕和拉板〔4〕继续压缩上闸弹簧〔3〕，并各绕与底板〔15〕相连的铰点向外方脱开制动轮〔18〕，至适当的退距为止。松闸到位后，头部联结件〔7〕上的档铁〔9〕将触及限位开关〔8〕动作，其常闭触头XK打开，油泵电机接触器线圈XC断电使油泵电机D停运，油泵停止供油。但这时由于单向阀〔30〕的单向截止作用且第一级制动回油路上的电磁换向阀〔21〕仍处于通电截止状态，使液压系统闭锁且保持松闸油缸下腔内的油压力恒定实现持续松闸。如因机构运转时间过长，液压系统漏泄使松闸油缸的油压力不足时，则头部联结件〔7〕微动下移，挡铁〔9〕脱开限位开关〔8〕时，则能使其常闭触头XK闭合，油泵电机D重新接电运行，油泵恢复供油至松闸到位止。当凸轮控制器K的手柄处于第一级制动位即现在的零位时，随机构驱动电机停运，该档位下的控制第二级制动的换向阀电磁铁线圈C₂的常开触头Q₄和控制油泵电机D的常开触头Q₁闭合。第一级制动回油分路上的换向阀〔21〕开通，而其下一级即第二级制动分路上的电磁换向阀〔22〕通电截止。油泵电机D接通运转，带动油泵供油并与第一级制动的回油分路连通形成回路。液压系统在该级回油路上溢流阀〔27〕调定的压力下运行，松闸油缸内具有同值的油压力，经活塞〔12〕活塞杆〔11〕和头部连接件〔7〕向上传给递松闸杠杆三角板〔6〕，又经拉杆〔5〕作用在左、右制动臂〔16〕、〔19〕上，形成适合于第一级制动的松闸力，其数值小于额定上闸力且方向相反，只能部分克服额定上闸力，则作用在左、右制动臂〔16〕、〔19〕上的合力等于额定上闸力与此时松闸力的差值，促使其各绕与底板〔15〕连接的铰点趋向内方，形成左、右闸瓦〔17〕、〔20〕对制动轮〔18〕的正压力而产生相应的第一级制动力矩。类似地，当凸轮控器制K手柄处于第二级、第三级制动档位时，通过各该档位下常开触头的开闭组合，即能实现电路、油路、松闸油缸和制动架在各该级制动情况下联合工作，取得相应级别的制动力矩。当凸轮控制器K手柄处于额定级制动挡位下，该档位下的各常开触头全部断开，随机构驱动电机停运，油泵电机停运及各级换向阀断电开通，使液压系统卸载，松闸油缸回油失压，即松闸力为零。依靠上闸弹簧〔3〕预紧所得到的额定上闸力，使制动器发挥出额定制动力矩。同时，在正反两个方向的各级制动档位可由低到高，或由高到低的逐次切换，由此即可以取得多级控制制动。

Claims (2)

1、一种用于电动机械的常闭式多级制动器，包括螺杆[2]、上闸弹簧[3]、拉板[4]、左、右制动臂[16]、[19]和三角板[6]的制动架、松闸器及电控系统所组成，其特征在于这种制动架具有位于制动轮[18]两侧的左、右制动臂[16]、[19]，其下端各与底板[15]铰接，上部各通过螺杆[2]和拉板[4]分别连接作用于上闸弹簧[3]的左右两端，其上端各经过拉杆[5]和直接与三角板[6]左侧的上下端铰接，松闸器包括松闸油缸及其液压传动系统，松闸油缸竖直向上安装在制动架的一侧，其活塞杆[11]通过螺母[10]和头部联结件[7]与制动架上的三角板[6]右侧端相铰接，其油缸体[13]下端与制动架的底板[15]相铰接，松闸油缸经由油缸体[13]下部的管路接口[14]与液压传动系统连通，液压传动系统在松闸油缸的管路接口[14]下并分为进油和回油两条管路，进油路下经一个单向阀[30]连接一个单向油泵[28]，其间旁路一个溢流阀[29]后分别至油箱，回油路下有与制动级数相同的回油分路，如有四级制动则有四条回油路分别至油箱，第一级制动的分路与进油路在油缸的管路接口[14]下并接后，经电磁换向阀[21]、溢流阀[27]；第二级制动的分路与第一级分路在电磁换向阀[21]出油口下并接后，经电磁换向阀[22]、溢流阀[26]；第三级制动的分路与第二级分路在电磁换向阀[22]出油口下并接后，经电磁换向阀[23]、溢流阀[25]；额定制动级的分路与第三级分路在电磁换向阀[23]出油口下并接后，经电磁换向阀[24]，电控系统中的操作装置凸轮控制器K，居中的位置设有额定制动位Q，按照制动级数如果有四级制动时，分向两边正反车方向顺次设置第三、第二、第一级制动位Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ，第一级制动位Ⅰ与驱动零位0重合，以下依次是第一、第二级驱动位1、2……，至最后一级驱动挡位，在所有的挡位下，均配置一组常开触头，所有的常开触头Q₁及Q₂、Q₃、Q₄、Q₅的一端并接后与油泵电机D主电路的一相相连，另一端各自分别与经限位开关的常闭触头XK、油泵电机接触器线圈CX及额定制动级换向阀电磁铁线圈C_q和第三级换向阀电磁铁线圈C₃、第二级换向阀电磁铁线圈C₂、第一级换动阀电磁铁线圈C₁并接在一起，再与油泵电机D主电路的另一相相连。

2、根据权利要求1所述的制动器，其特征在于头部联结件〔7〕上设有挡铁〔9〕，在制动架的底板〔15〕上设有限位开关〔8〕。

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