Электромеханический привод тормоза

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в тормозных системах электрических транспортных средств (трамваев, метро).

Известен электромеханический привод GBM III немецкой фирмы РАКО, включающий электродвигатель, через планетарный редуктор связанный с эксцентриковым валом, силовую пружину, размещенную перпендикулярно оси эксцентрикового вала, шатун, проходящий внутри пружины и связывающий эксцентриковый вал посредством пальца с втулкой.

Недостатком устройства является то, что тормозное усилие при минимальном зазоре между тормозным диском и колодками, т.е. при максимально сжатой пружине, будет отлично от усилия при максимальном зазоре между тормозным диском и колодками, т. е. при максимально распущенной пружине, и разница в усилиях будет тем больше, чем больше ход штока, т.е. чем больше эксцентриситет.

Известен электромеханический привод тормоза (№2221717, В 60 Т 1/00), принятый за прототип, включающий корпус, расположенный в нем эксцентриковый вал, связанный через редуктор с электродвигателем. Расположенная в стакане пружина размещена перпендикулярно оси эксцентрикового вала. Шатун, проходящий внутри пружины, связывает посредством пальца эксцентриковый вал с втулкой, в которую упирается торец пружины. Причем пружина упирается одним торцом во фланец резьбовой втулки, а другим - в стакан, который установлен в корпусе с возможностью вращения, кроме того, внутри резьбовой втулки размещен коаксиально ей шток с резьбовым окончанием. При торможении на двигатель подается сигнал. Эксцентриковый вал поворачивается, при этом пружина разжимается, и шток выдвигается. Тормозные колодки прижимаются к тормозному диску. При растормаживании на двигатель подается сигнал, он включается и поворачивает эксцентриковый вал, который через шатун и палец перемещает втулку, сжимая пружину, и тем самым передвигает шток. При втягивании штока колодки разжимаются.

Недостатком привода является то, что при любом ходе штока усилие на колодках при минимальном и максимальном зазоре между колодками и тормозным диском не могут быть отличны от рабочих усилий пружины.

Технической задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей привода посредством получения различных усилий на колодках, в том числе и одинаковых, при максимальном и минимальном зазоре между колодками и тормозным диском, а также посредством достижения аналогичных выходных усилий при одних и тех же перемещениях штока с использованием пружин с различными силовыми характеристиками.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в электромеханическом приводе тормоза, включающим корпус, расположенный в нем эксцентриковый вал, сообщенный через редуктор с электродвигателем, пружину, размещенную перпендикулярно оси эксцентрикового вала, шатун, связывающий эксцентриковый вал с втулкой, во фланец которой упирается торец пружины, а также шток, согласно изобретению на эксцентриковом валу выполнены две эксцентриковые поверхности, расположенные относительно друг друга под углом, причем с одной эксцентриковой поверхностью связана втулка, а с другой - шток.

Поставленная техническая задача достигается также тем, что в предложенном электромеханическом приводе тормоза согласно изобретению эксцентриковые поверхности выполнены с различными эксцентриситетами.

Указанная задача может быть решена также тем, что угол разворота осей штока и втулки равен углу разворота эксцентриковых поверхностей.

Сравнение заявленного электромеханического привода тормоза с известными позволяет сделать вывод о достижении нового эффекта, выразившегося в том, что при выполнении на одном эксцентриковом валу двух эксцентриковых поверхностей, расположенных под углом, при связи одной поверхности со штоком, а другой с втулкой, появляется возможность выравнивания усилий на колодках. За счет определенного угла расположения эксцентриковых поверхностей создается такое отношение плеч входной силы от действия пружины и выходной силы на колодках, за счет которого на колодках во всем диапазоне их работы создаются усилия, близкие либо превосходящие усилия торможения при неизношенных колодках. При величине эксцентриситета поверхности, связанной с втулкой, больше величины эксцентриситета поверхности, связанной со штоком (плечо силы, создаваемой пружиной, больше плеча выходной силы), аналогичные усилия на колодках могут быть получены при использовании пружины с меньшими силовыми характеристиками, чем у пружины, используемой в приводах с одним эксцентриком.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 изображена аксонометрическая проекция электромеханического привода с вырезом одной четверти;

- на фиг.2 изображена схема расчета выходного усилия;

- на фиг.3, фиг.4 изображены графики зависимости выходной силы на штоке от угла поворота эксцентрикового вала.

Электромеханический привод тормоза (фиг.1) содержит корпус 1, в котором размещен двигатель 2, связанный через редуктор 3 с эксцентриковым валом 4, установленным в корпус 1 с возможностью поворота на подшипниках 5. На эксцентриковом валу 4 выполнены две эксцентриковые поверхности А и В, расположенные друг относительно друга под определенным углом, при этом на одной из них А перпендикулярно оси эксцентрикового вала с возможностью поворота установлен шатун 6, связанный через палец 7 со штоком 8, который сбазирован в расточке С корпуса 1 с возможностью возвратно-поступательного движения. На другой эксцентриковой поверхности В перпендикулярно оси эксцентрикового вала установлен с возможностью поворота шатун 9, связанный через палец 10 с втулкой 11, которая с возможностью возвратно-поступательного движения установлена в расточке D корпуса 1. Оси расточек С и D, в которых установлены шток 8 и втулка 11, расположены под углом, равным углу разворота эксцентриковых поверхностей А и В. Во фланец втулки 11 упирается торец пружины 12. Другой торец пружины 12 упирается в корпус 1.

Электромеханический привод работает следующим образом. Сигнал торможения подается на двигатель 2, который через редуктор 3 позволяет повернуться эксцентриковому валу 4 на определенный угол ϕ, который изменяется в пределах α₁≤ϕ≤π-α₂ (фиг.2). Если угол ϕ принять за угол поворота эксцентриковой поверхности А, на которую установлен шатун 6, связанный через палец 7 с штоком 8, то плечо выходной силы F будет равно:

l₁=e₁·sin(ϕ),

где е₁ - эксцентриситет эксцентриковой поверхности А.

Эксцентриковый вал 4 поворачивается благодаря моменту, создаваемому пружиной 12, которая, упираясь во фланец втулки 11, воздействует на шатун 9, установленный на эксцентриковой поверхности В, так как втулка 11 связана с шатуном 9 через палец 10. Таким образом, плечо силы Р пружины 12 равно:

l₂=e₂·cos(β-ϕ),

где е₂ - эксцентриситет эксцентриковой поверхности В,

β - угол разворота эксцентриковых поверхностей.

При расчетах плеч l₁ и l₂ были приняты допущения, что шатуны 6 и 9 располагаются параллельно осям штока 8 и втулки 11 соответственно, а значит, и осям расточек С и D. Эти допущения справедливы, так как максимальные углы отклонения шатунов 6 и 9 от параллельности осям расточек С и D, соответственно равные и , где l₃ - длина шатуна 6, l₄ - длина шатуна 9, будут весьма незначительны при величинах l₃ и l₄, много больших соответствующих величин эксцентриситетов е₁ и е₂. Перемещение штока 8 вычисляется как

S₁=е₁·(cos(α₁)-cos(ϕ))

При этом ход пружины 12 будет равен

S₂=e₂·(sin(β-α₁)-sin(β-ϕ)).

Так как моменты от сил пружины и торможения равны, то

F·l₁=P·l₂

F·е₁·sin(ϕ)=Р·е₂·cos(β-ϕ)

Само усилие, создаваемое пружиной, зависит от поворота эксцентрикового вала, поэтому

P=z₁·(H₀-(h+S₂)),

где z₁ - жесткость пружины,

Н₀ - высота пружины в ненагруженном состоянии,

h - высота пружины при рабочей деформации.

Таким образом, выходное усилие равно

или при подстановке величины S₂

При растормаживании подается сигнал на двигатель 2, который через редуктор 3, поворачивает эксцентриковый вал 4, при этом пружина 12 сжимается, а шток 8 движется в обратную сторону.

При расположении осей расточек С и D (т.е. осей штока и втулки) под углом, отличным от угла разворота эксцентриковых поверхностей А и В, возможно уменьшение углов отклонения шатунов от осей расточек, т.е. уменьшение погрешности расчетов. Так при угле разворота расточек С и D, равным можно снизить погрешность расчетов примерно в два раза.

Пусть задан ход штока привода S₁=16 мм, среднее усилие на колодках F=10000 Н. Используем пружину с жесткостью z₁=187.5 Н/мм с предварительным усилием P₁=9000 Н, рабочим усилием Р₂=12000 Н. Высота пружины в ненагруженном состоянии Н₀=189.5 мм, высота пружины при рабочей деформации h=127 мм. Эксцентриситет поверхности, связанной со штоком, е₁=9.24 мм, эксцентриситет поверхности, связанной с втулкой, е₂=9.24 мм. Предельные значения угла ϕ поворота эксцентрикового вала , . Подбирая различные значения угла β разворота эксцентриковых поверхностей, строим график зависимости выходной силы F от угла поворота эксцентрикового вала ϕ. При угле разворота эксцентриковых поверхностей β=94.826° (фиг.3) усилия вначале и конце хода штока одинаковы и равны F=9970 Н. Максимальные и минимальные усилия на протяжении всего хода соответственно равны F_max=10560 Н и F_min=9760 Н. Разность между максимальным и минимальным усилием ΔF=F_max-F_min=10560-9760=800 Н. При угле разворота эксцентриковых поверхностей β=95.23° (фиг.4) разность между максимальным и минимальным усилием ΔF=F_max-F_min=10510-9818=692 Н, при этом усилие в начале хода меньше усилия в конце хода.

Использование предлагаемого устройства позволит на протяжении всего хода штока привода иметь приблизительно равные усилия торможения.

1. Электромеханический привод тормоза, включающий корпус, расположенный в нем эксцентриковый вал, сообщенный через редуктор с электродвигателем, пружину, размещенную перпендикулярно оси эксцентрикового вала, шатун, связывающий эксцентриковый вал с втулкой, во фланец которой упирается торец пружины, а также шток, отличающийся тем, что на эксцентриковом валу выполнены две эксцентриковые поверхности, расположенные относительно друг друга под углом, причем с одной эксцентриковой поверхностью связана втулка, а с другой - шток.

2. Электромеханический привод тормоза по п.1, отличающийся тем, что эксцентриковые поверхности выполнены с различными эксцентриситетами.

3. Электромеханический привод тормоза по п.1 или 2, отличающийся тем, что угол разворота осей штока и втулки равен углу разворота эксцентриковых поверхностей.