SU640882A1 - Гидростатический роторный тормоз транспортного средства - Google Patents

Description

Нзооретение относитс  к области транспортного машиностроени  и касаетс  конструкции тормозных устройств ;К2Л аз подорожных средств.

Известен ротационный тормоз,выполненный в виде одного ротора, оборудованного подвижными лопатками, раздел лиимк свободный объем корпуса на всасывающую и нагнетательную полости l, Его недостаток заключаетс  в усиленном износе уплотн ющих пластин на скорост х вращени , что ограничивает область его применени  как по мощности, так и по скоростным данным .

известен гидростатический роторный тормоз, содержащий гидравлический тормозной аппарат, внутренний объем корпуса которого разделен рабочими колесами на всасывающую и нагнетательную по.гаости, регул тор тормозной силы с исполнительным органом и механизмом регулировки, распределительный клапан , посредством которого тормозной аппарат подключен к источнику давлени  и резервуару рабочей жидкости, гпзедохранительный клапан, а также каналы дл  подключени  нагнетательной и всасывающей полостей к охладителю рабочей, жидкости 2.

Использование  звестного гилростатического тормоза на мощность выше 30 л.с. требует оборудовани  его специальной рубашкой охлаждени  и насосом дл  прокачки охлаждающей жидкости по системе охлаждени , которые сутдественно ухудшают габаритно-весовые показатели тормоза и требуют дополнительной затраты мощности в режимах тсрможени . Кроме того, недостатками прототипа  вл етс  большой габарит и масса из-за раздельного выполнени  предохранительного клапана и регул тора тормозной силы, а также из-за их раздельного подключени  к тормозному аппарату ..

Цель изобретени  - снижение габаритных размеров и веса тормоза.

Дл  этого предохранительный клапан

встроен в регул тор тормозной силы, а исполнительный орган регул тора тормозной силы выполнен в виде дифференциального двухступенчатого поршн , раздел ющего внутренний его объем на

три полости, из которых одна - напорна  - подключена к нагнетательной и всасывающей полост м тормозного аппарата , втора  сообщена с атмосферой, а треть  разгрузочно-демпферна  сообщена с атмосферой посредством клапана и подключена к нагнетательной полости тормозного аппарата через дросселирующий элемент, при этом поршень вдоль своей оси со стороны атмосферной полости нагружен пружиной регул тора тормозной силы, а со стороны напорной -взаимодействует с подвижным подпружиненным упором. На чертеже схематически изображен описываемый гидравлический тормоз. Гидромотор включает в себ  тормозной аппарат 1, объединенный с предохранительным клапаном регул тора 2 тормозной силы, и распределитель 3. Все указанные узлы тормоза размещены в корпусе 4, Тормозной аппарат 1 содержит приводной ведущий вал 5 и ведомый вал 6, которые посредством зубчатык шее-, терен {шестерни не показаны) сцеплены между собой. Приводной вал 5 кинематически св зан с колесами (движителем ) транспортной машины {на чертеже не показано). На валах 5 и б установ лены рабочие колеса 7 и 8. Наружна  поверхность колес выполнена профилированной , имеет выступы и впадины. Выступ одного колеса размещаетс  во впадине другого с небольшим гарантированным зазором. Синхронизаци  расположени  рабочих колес обеспечивает с  шестерн ми, которые одновременно, служат дл  передачи мощности с ведомого вала 6 на ведупщй вал 5. Рабочие колеса раздел ют внутренний объе тор-мозного аппарата на всасывающую полость 9 и нагнетательную полость 1 Об7 единенный с предохранительныгу5 клапаном регул тор 2 тормозной силы размещен в корпусе 4, подключен к всасывающей и нгггнетательной полост  тормозного аппарата, образу  совмест с тормозным аппаратом замкнутый гидравлический контур. Регул тор 2 имеет золотник (исполнительный орган) 1 выполне ; ый в виде дифференциального двухступенчатого поршн . Золотник И раздел ет внутренний объем регул тор вдоль его оси на три полости: напорную полость 12, граничащую с торцом золотника большего диаметра, атмосферную рюлость 13, .граничащую с торцом золотни.ка меньшего диаметра, и разгрузочно-демпферную полость 14, размещенную между напорной и атмосфе ной полост ми. Напорна  полость 12 подключена к нагнетательной полости 10 и к каналу 15, сообщенному со всасывающей полос тью 9, Нз.порна  полость 12 сообщает нагнетательную и всасывающую полости тормозного аппарата, образу  замкнутый контур нагнетательна , полость 10 - напорна  полость 12 регул тора канал 15 всасывающа  полость 9 - нагнетательна  Полость 10 тормозного аппарата . По этому гидравлическому контуру в режимах тормолсени  циркули рует 96-97% расхода жидкости, а в режимах холостого хода 100% расхода воздуха. Проходное сечение цилиндрического окна 16, через которое напорна  полость 12 сообщаетс  с каналом 15, регулируетс  золотником 11. в напорной полости регул тора установлен гидравлический подвижный упор 17,предназначенный дл  удержани  золотника 11 в режимах холостого хода в крайнем верхнем положении, соответствующей полному открытию окна 16. Подвижный упор выполнен в виде поршн , подъем которого осуществл етс  пружиной 18. Полость, в которой размещена пружина 18, сообщена трубопроводом 19 с резервуаром 20 рабочей жидкости. Атмосферна  полость 13 регул тора посредством каналов 21, 22 и трубопровода 23 сообщена с атмосферой резервуара 20. в полости 13 установлена рабоча  пружина 24 регул тора, один конец которой через тарелку 25 опираетс  в золотник 11, а другой конец пружины нагружен поршнем 26. Надпоршнева  полость 27 трубопроводом 28 сообщена с тормозным краном, управление которым осуществл етс  контролером машиниста (тормозной кран и контроллер машиниста размещены в кабине тепловоза и на чертеже не показаны ) . Разгрузочно-демпферна  полость 14 посто нно сообщена каналами 29, 30, 31, 32 с напорной полостью 12 и заполнена рабочей жидкостью. Полость 14 выполнена неопорожн емой благодар  размещению канала 30 выше полости 14. Разгрузочна  полость предназначена, во-первых, дл  разгрузки золотника 11 в режимах торможени  от осевой гидравлической силы, то есть от силы действи  рабочей жидкости напорной полости на торец большего диаметра золотника 11. Разгрузочна  полость 14 уменьшает осевую гидравлическую силу во столько раз, во сколько площадь большего торца золотника 11 превышает площадь меньшего торца. Практически полость 14 уменьшает осевую гидравлическую силу на 98-99%. Оставша с  часть осевой гидравлической силы, составл юща  1-2% от полной осевой силы, уравновешиваетс  в режимах торможени  усилием зат жки пружины 24 регул тора. Благодар  наличию разгрузочной полости 14 пружина 24 рассчитываетс  на небольшую осевую нагрузку и поэтому характеризуетс  малым габаритом и требует дл  своего размещени  небольшую полость 13. Во-вторых, полость 14 выполн ет роль гидравлического демпфера, сглажи .вающего колебани  давлени  рабочей жидкости в нагнетательной полости тормозного аппарата 1 и предохран ющего регул тор от выхода в автоколебательный режим работы, С целью выполнени  полостью 14 функции гидравлического демпфера канал 30 выполнен S по типу жиклера диаметром 2-3 мм, а полость 14 посредством жиклера 33 ди аметром 0,5-1,0 мм сообщена с атмосферной полостью 13 регул тора дл  от вода воздуха, выдел ющегос  в полост 14из жидкости. Разгрузочно-демпферна  полость 14 обеспечивает демпферирование как в установившихс  режимах торможени , так и в переходных процессах, в част ности, при включении и выключении тормоза. В за вленной конструкции предохра нительный клапан как самосто тельный узел отсутствует. Функци  предохрани тельного клапана передана регул тору тормозной силы, Л именно, регул тор 2 при всех зoпycтимыx давлени х жидкости в нагнетательной полости 10 вы полн ет функции регул тора тормозной силы, а при достижении в нагнетатель ной полости 10 максимально допустимо го давлени  рабочей жидкости регул тор преобразуетс  из регул тора тормозной силы в предохранительный клапан . Дл  обеспечени  переключени  регу л тора 2 из регул тора тормозной силы в предохранительный клапан в корпусе 4 установлен небольших размеров вспомогательный клапан 34 золотникового типа, в частности, его двухпо с ковый золотник 35 имеет диаметр 12- 15мг/1. Один торец золотника нагрул ен пружиной 36, другой торец золотника граничит с каналом 31, который сообщен с нагнетательной полостью 10. По лость, занимаема  пружиной 36, сообщена с каналом 21, Вспомогательный клапан 34 срабатывает при достижении в полости 10 максимально допустимого давлени  рабочей жидкости, при зтом золотник 35 поднимаетс  вверх и сооб щает канал 29 с каналом 21, то есть сообщает разгрузочно-демпферную полость с атмосферой. После сообщени  полости 14 с атмосферой регул тор 2 тер ет свойства регул тора тормозной силы и становитс  предохранительным клапаном. Распределитель 3, установленный в корпусе 4, содержит гильзу 37, золотник 38, пружину 39. Полость 40 корпуса распределител  трубопроводом 41 сообщена с наполнительным насосом 42, полость 43 каналом 44 сообщена с каналом 15, полость 45 каналом 32 сообщена с напорной полостью 12. Полость 46 распределител , в которой размещена пружина 39, трубопроводом 47 сообщена с резервуаром 20. Золотник 38 имеет два рабочих положени . В режимах холостого хода тормоза золотник 38 устанавливаетс  в крайнее верхнее положение, при этом полость 40 разобщаетс  с полостью 43, а полость 45 сообщаетс  с полостью 46. В режимах торможени  золотник 38 уста навливаетс  в крайнее нижнее положе2 ние, при этом полость 40 сообщаетс  с полостью 43, а полость 45 разобщаетс  от полости 46. Перемещение золотника 38 вниз осуществл етс  воздухом , подаваемым по трубопроводу 48 от регул тора давлени . Дл  охлаждени  рабочей жидкости гидротормоза к нагревательной и всасывающей полост м тормозного аппарата посредством трубопроводов 49 и 50 подключен охладитель 51. Прокачку рабочей жидкости через охладитель осуществл ет непосредственно тормозной аппарат . Расход масла по охладителю составл ет не более 3-4% от полного расхода тормозного аппарата. Дл  снижени  рабочей жид сости на входе в охладитель на трубопроводе 50 установлен дросселирующий элемент 52.С целью уменьшени  времени включени  и выключени  гидротормоза охладитель выполнен неопорожн емым г дл  чего он установлен ниже тормозного аппарата. Дл  отвода воздуха из тормозного аппарата при включении гидротормоза и подвода воздуха в тормозной аппарат при выключении гидротормоза канал 15 трубопроводом 53 небольшого сечени  (сечением 1,0-1,5 см ) сообщен с атмосферой резервуара 20 рабочей жидкости . Работа тормоза на различных режимах происходит следующим образом, Вклю-:ение тормоза. Рабочие к;рлеса 7 и 8 посто нно на всех режимах работы транспортной машины кинематически св заны с движителем, поэтому при движении машины они вращаютс  с угловой скоростью, пропорциональной скорости вращени  движител . При включении тормоза сжатый воздух от воздушного резервуара транспортной машины по трубопроводу 48 поступает в распределитель 3 (воздушный резервуар на чертеже не показан) и перемещает золотник 38 в крайнее нижнее положение, при этом полость 40 сообщаетс  с полостью 43, а полость 45 разобщаетс  с полостью 46. После включени  распределител  рабоча  жидкость (масло, антифриз) подаетс  наполнительным насосом 42 из резервуара 20 по трубопроводу 41,по- лоот м 40 и 43, каналу 44 в напорную полость 12, а из нее в нагнетательную полость 10 и по каналу 15 во всасывающую полость 9, При заполнении тормоза воздух из тормозного аппарата отводитс  по трубопроводу 53 в атмосферу резервуара 20. По мере заполнени  тормозного аппарата давление рабочей жидкости в напорной полости возрастает, действием этого давлени  подвижный упор 17 перемещаетс  в крайнее нижнее положение и освобождает золотник 11 регул тора. Золотник 11 действием пружины 24 перемещаетс  вниз и уменьшает проходное сечение цилиндрического окна 16, В тормозном аппарате на рабочую жидкость действуют рабочие колеса 7 н 8, которые заставл ют рабочую жидкость циркулировать по замкнутому внутреннему конполость 10 - полость 12 -- окно 16 - канал 15 полость 9 - полость 10j а также по замкнутому кон туру охлаждени  полость 10 - труоопровод 50 - охладитель 51 - трубопровод 49 полость 9 -- полость . При этом по внутреннему контуру гидротормоза циркулирует поток, составл ющий 97-96%-от полного расход;а тормо ного аппарата, а по контуру охлаждени  3-4% расхода,обеспечиваемого т мозным аппаратом, В результате частич ного перекрыти  окна 16 возникает пе репад давлени  между давлени ми поло ти 12 и каналом 15 и соответственно между нагнетательной и всасывающей полост ми тормозного аппарата. Указа ный перепад давлений рабочей жидкост создает тормозные моменты на рабочих колесах 7 и 8 .Тормозной момент с ко леса 8 через вал б и синхронизирующи шестерни передаетс  на вал 5 и руетс  с тормозным моментом колеса 7 С вала 5 суммарный тормозной момент передаетс  на движитель и осуществл  ет его торможение. Процесс включени  гидротормоза заканчиваетс  моментом окончани  заполнени  тормозного аппа рата о Регулирование тормозного усили . В режимах торможени  золотник 11 находитс  3 равновесном состо нии, С одной стороны на золотник действует пружина, с другой - усилие со сторон рабочей жидкости. Перепад давлени  мелуду нагнетательной и всасывающей полост ми, а, следовательно и величи на тормозного момента,- определ етс  величиной зат жки пружины 24 . Зат лска пружины 24 осуществл етс  поршнем 26 путем изменени  давлени  воздуха в полости 27, подводимого по трубопроводу 28 от тормозного крана. Регу л тор 2 тормозной силы представл ет собой всережимный одноимпульсный регул тор давлени  пр мого действи  с переменной зат жкой пружины 24. Дл  увеличени  тормозной силы зат жка пружины 24 увеличиваетс , в результате чего равновесие сил, действующих на золотник 11, нарушаетс , золотник перемещаетс  вниз и уменьшает проходное сечение цилиндрического окна 16, Уменьшение сечени  окна 16 увеличивает его гидравлическое сопро тивление, вследствие чего возрастает давление в.нагнетательной 10 и напорной 12 полост х и увеличиваетс  тормозной момент. Повы11 ение давлени  в напорной голости создает допол нительное усилие на золотник 11, кот рое уравновешивает дополнительную з т жку пружины 24. После ypaвнoвeцJИвани  усили  пружины золотник заним ет новое установившеес  положение. Изменение дaвJieни  в напорной полос 12 пропорционально изменению зат жки ружины 24. При уменьшении тормозной силы уменьшаетс  зат жка пружины 24 путем снижени  давлени  воздуха в полости 27. Уменьшение зат жки пружины вызывает снижение давлени  рабочей жидкости в нагнетательной 10 и напорной 12 полост х, что приводит к снижению тормозного момента Снижение давлени  в напорной полости 12 продолжаетс  до полного уравновешивани  силы зат жки пружины 24. Благодар  наличию в регул т ре разгрузочной полости 14, сообщенной каналами 29, 30, 31, 32 с напорной полостью 12, величина гидравлической силы, воспринимаемой золотником 11 в осевом направлении и уравновешиваемой усилием зат жки пружины 24, имеет небольшую величину, пропорциональную произведению давлени  рабочей жидкости в напорной плоскости на площадь меньшего торца золотника 11. Величина неуравновешенной гидравлической силы, действующей на золотник 11 вдоль его оси, имеет большое значение, так как она характеризует размеры пружины 24, определ ющей размеры регул тора 2, Рабочие колеса тормозного аппарата обеспечивают неравномерный расход жидкости , в результате чего в полост х 10 и 12 имеют место колебани  давлени  рабочей жидкости. Эти посто нные вынужденные колебани  с частотой, пропорциональной скорости вращени  рабочих колес тормозного аппарата, и существующие в переходных процессах дополнительные колебани  давлени  рабочей жидкости способны переводить золотник 11 в автоколебательный неустойчивый режим работы. Дл  снижени  вредного колебательного режима работы золотника 11 разгрузочна  полость 14 одновременно выполн ет функции гидравлического демпфера, что достигаетс  установкой в тракте, соедин ющем полость 14 с напорной полостью 12, канала 30 и сообщением полости 14 Слнапорной полостью 12, канала 30 и сообщением полости 14 с полостью 13 посредством жиклера 33. Канал 30 снижает скорость хода и амплитуду колебани  золотника 11, а жиклер 33 повышает жесткость характеристики демпфера. Выключение гидротормоза. Выключение осуществл етс  переводом тормозного крана в нолевое положение, при этом трубопроводы 28 и 48 сообщаютс  с атмосферой, зохютник 38 распределител  действием пружины 39 перемещаетс  в крайнее верхнее положение и сообщает полость 45 с полостью 46, а полость 40 разобщает от полости 43. После этого рабоча  жидкость из тормозного аппарата через канал 32, полости 45, 46 и трубопровод 47 сливаетс  в резервуар 20, а воздух из резервуара 20. по трубопроводу 53 поступает в тормозной аппарат. Слив рабочей жидкости из тормозного аппарата осуществл етс  при движении транспор ной машины вытеснением жидкости рабо чими колесами 7 и 8, а на остановках самотеком. По мере слива рабочей кости давление в напорной полости 12 уменьшаетс  и подвижный упор 17 действием пружины 18 поднимаетс  вверх и устанавливает золотник 11 в крайне верхнее положение, соответствуюдее полному открытию окна 16. Окончание слива жидкости из гидротормоза соответствует началу его работы на холостом ходу. Работа на холостом ходу. В режима холостого хода рабочие колеса 7 и 8 вращаютс  со скоростью, пропорционал ной скорости движени  транспортной машины, и перемещают воздух по замкн тому внутреннему контуру полость 10 - полость 12 - окно 16 - канал 15 полость 9 - полость . Благодар  полному открытию окна 16 перепад давлени  воздуха между нагнетательной полостью 10 и всасывающей полостью 9 мощность холостого Хода тормоза характеризуетс  небольшими величинами, допустимыми по услови м нагрева гидр тормоза без охлаждени  его в режимах холостого хода. Работа предохранительного клапана При нормальной работе гидротормоза предохранительный клапан не участвуе в работе, так как во всем скоростном и мощностном диапазонах работы тормо за давление рабочей жидкости в его нагнетательной полости не превышает максимально допустимой величины. То есть нормально работающему гидротормозу предохранительный клапан не тре буетс . Предохранительный клапан . объемных гидротормозов характеризуетс  большим габаритом, так как он рассчитываетс  на полный расход тормозного аппарата и поэтому имеет боль шое проходное сечение, составл ющее не менее проходного сечени  регул тора тормозной силы. Размеры пружины предохранительного клапана определ ютс  величиной его проходного сечени  и максимально допустимые давлением рабочей жидкости в гидротормозе Например, дл  тепловозных гидростатических тормозов средней мощностью 500-1500 л.с. при допускаемом давлении рабочей жидкости 20-30 кгс/с предохранительный клапан должен иметь проходное сечение 100-500 см5 а его пружина должна воспринимать усилие в 3-10 тонн. Предохранительный клапан с указанным сечением на указанное дав ление представл ет собой громоздкий узел, соизмеримый с габаритами тормоз кого аппарата. В за вл емой конструкции предохранительный клапан, как индивидуальный самосто тельный узел, ис ключен, а его функции переданы рег-ул  тору тормозной силы, что позволило улучшить габаритно-весовые показатели гидротормоза в среднем на 30%. Учитыва , что в гидростатических тормозах регул тор тормозной силы работает по принципу регулируемого перепускного клапана, обеспечивающего перепуск рабочей жидкости из нагнетательной во всасывающую полость тормозного аппарата, необходимость в предохранительном клапане возникает в гидростатическом тормозе только в случае зае,цани  рабочего золотника регул тора тормозной силы в положении полного или четвертичного закрыти  проходного окна регул тора. В частности, в за вл емой конструкции гидротормоза необходимость в предохранительном клапане возникает только в случае заедани  золотника 11 в положении полного или частигного закрыти  окна 16. В за вл емой конструкции регул тор 2 выполнен таким образом, что при давлении рабочей жидкости в напорной полости 10 меньше максимально допустимого он выполн ет функции только регул тора тормозной силы, а при достижении в полости 10 максимально допустимого давлени  рабочей жидкости регул тор 2 перестраиваетс  в предохранительный клапан, при этом он тер ет функции регул тора тормозной силы, приобретает функции только предохранительного клапана и работает по принципу нерегулируемого перепускного клапана, обеспечивающего перепуск рабочей жидкости из нагнетательной во всасываю111ую полость тормозного аппарата и тем же каналам, что и регул тор тормозной силы. При нормальной работе гидротормоза золотник 11 вдоль своей оси находитс  в равновесии под действием двух сил, а именно, действующее на золотник 11 усилие со стороны рабочей жидкости уравновешиваетс  усилием зат жки пружины 24. При заедании золотника регул тора равенство действующих на него сил со стороны жидкости и пружины нарушаетс . Основной причиной возможного заедани  золотника  вл етс  попадание взвешенных частиц рабочей жидкости Е зазор между корпусом 4 и цилиндрическими поверхност ми золотника 11. При заедании золотника 11 с увеличением скорости транспортной машины растет давление рабочей жидкости в полости 10. В период роста давлени  в полости 10 до максимально допустимой величины усилие на золотник 11 со стороны рабочей жидкости незначительно, в пределах нескольких килограмм, превышает усилие затЯжки пружины 24 и поэтому золотник остаетс  в заклиненном положении. При достижении в полости 10 максимально допустимого давлени  рабочей жидкости в начале происходит срабатывание вспоогательного клапана 34, а именно,зоотник 35 поднимаетс  вверх и сообша