RU2134368C1 - Method and device for cooling band-and-shoe brake - Google Patents
Method and device for cooling band-and-shoe brake Download PDFInfo
- Publication number
- RU2134368C1 RU2134368C1 RU97105231A RU97105231A RU2134368C1 RU 2134368 C1 RU2134368 C1 RU 2134368C1 RU 97105231 A RU97105231 A RU 97105231A RU 97105231 A RU97105231 A RU 97105231A RU 2134368 C1 RU2134368 C1 RU 2134368C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- brake
- cooling
- thermoelectric
- branch
- tape
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Braking Arrangements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в ленточно-колодочных тормозах буровых лебедок. The invention relates to mechanical engineering and can be used in tape-shoe brakes of drill hoists.
Известен охлаждаемый ленточно-колодочный тормоз, в котором тормозная лента имеет сквозные прорези, а теплоотводящие элементы выполнены в виде пустотелых колодок, герметично соединенных через прорези ленты с тепловой трубой и установленных на ленте с возможностью радиального перемещения [1, аналог], данное устройство не позволяет регулировать и управлять количеством теплоты, генерируемой на поверхностях трения тормоза. Known cooled tape-shoe brake, in which the brake tape has through slots, and the heat-removing elements are made in the form of hollow pads, hermetically connected through the slots of the tape with a heat pipe and mounted on the tape with the possibility of radial movement [1, analog], this device does not allow regulate and control the amount of heat generated on the friction surfaces of the brake.
Ленточно-колодочный тормоз имеет охлаждающий элемент, выполненный в виде кольцевой упругой тепловой трубы с выпуклой внутренней поверхностью, установленной в контакте с вогнутой поверхностью во фрикционных накладках. При этом наружная поверхность тепловой трубки покрыта фрикционным эластичным материалом [2, прототип] . Тепловой трубе тяжело выйти на режим работы из-за слабой степени нагретости фрикционных накладок тормоза. The tape-shoe brake has a cooling element made in the form of an annular elastic heat pipe with a convex inner surface installed in contact with a concave surface in the friction linings. In this case, the outer surface of the heat pipe is covered with a friction elastic material [2, prototype]. It is difficult for the heat pipe to enter the operating mode due to the low degree of heating of the friction brake linings.
Цель изобретения - повышение долговечности пар трения ленточно-колодочного тормоза путем интенсивного их охлаждения. The purpose of the invention is to increase the durability of the friction pairs of the tape-shoe brake by intensive cooling.
Поставленная цель достигается тем, что охлаждающие узлы тормоза выполнены в виде термобатарей, состоящих из термоэлементов с электронной (n-типа) и дырочной (p-типа) проводимостью, при этом термоэлементы выполнены в виде стержней, установленных в тело фрикционных накладок и проходящих через отверстия в тормозной ленте. Между термоэлементами по всей длине тормозной ленты на ее нерабочей поверхности установлена тепловая труба, имеющая прямоугольное сечение. Способ охлаждения тормоза состоит в том, что его охлаждающие узлы выполнены в виде термобатарей, состоящих из термоэлементов с электронной и дырочной проводимостью, причем термобатареи, установленные на набегающей ветви тормозной ленты, работают в режиме термоэлектрохолодильника, а термобатареи, установленные на сбегающей ветви тормозной ленты, работают и режиме термоэлектрогенератора. При этом на набегающей ветви тормозной ленты термоэлемент с электронной (n-типа) проводимостью подсоединяют к положительной клемме источника постоянного тока, а термоэлемент с дырочной (p-типа) проводимостью - к отрицательной клемме источника постоянного тока для увеличения вырабатываемого термоэлектрогенераторами силы тока термоэлектрохолодильников, подключенных между собой параллельно. В дальнейшем отвод теплоты с холодных спаев термоэлектрогенераторов и горячих спаев термоэлектрохолодильников осуществляется с помощью тепловой трубы. This goal is achieved in that the cooling brake assemblies are made in the form of thermopiles consisting of thermocouples with electronic (n-type) and hole (p-type) conductivity, while the thermocouples are made in the form of rods installed in the body of the friction linings and passing through the holes in the brake belt. Between thermocouples along the entire length of the brake tape on its idle surface is installed a heat pipe having a rectangular cross section. The method of cooling the brake consists in the fact that its cooling assemblies are made in the form of thermopiles consisting of thermocouples with electronic and hole conductivity, moreover, thermopiles installed on the running branch of the brake band operate in the thermoelectric cooler mode, and thermopiles installed on the run-down branch of the brake band work and thermoelectric generator mode. At the same time, on the incident branch of the brake band, a thermocouple with electronic (n-type) conductivity is connected to the positive terminal of the DC source, and a thermocouple with hole (p-type) conductivity is connected to the negative terminal of the DC source to increase the current generated by thermoelectric generators of thermoelectric refrigerators connected among themselves in parallel. In the future, heat is removed from cold junctions of thermoelectric generators and hot junctions of thermoelectric refrigerators using a heat pipe.
По сравнению с аналогом и прототипом предложенное техническое решение имеет следующие существенные отличительные признаки:
с увеличением теплонагруженности пар трения ленточно-колодочного тормоза наблюдается повышение эффективности охлаждения за счет резкого роста удельной электрической проводимости термоэлементов;
возможность управления тепловой нагруженностью пар трения ленточно-колодочного тормоза за счет использования термоэлектрогенераторов (сбегающая ветвь тормозной ленты) и тормоэлектрохолодильников (набегающая ветвь тормозной ленты) в интенсификационном процессе охлаждения;
достигается регулирование снижения теплонагруженности пар трения тормоза за счет подключения источника постоянного тока к термоэлементам фрикционных накладок набегающей ветви тормозной ленты, в результате чего обеспечивается почти одинаковая теплонагруженность фрикционных накладок тормоза;
применение для отвода теплоты с холодных спаев термоэлектрогенераторов и горячих спаев термоэлектрохолодильников эффекта тепловой трубки;
возможность использования термобатарей в любых климатических условиях;
повышается ресурс пар трения тормоза.Compared with the analogue and prototype, the proposed technical solution has the following significant distinguishing features:
with an increase in the heat load of the friction pairs of the tape-shoe brake, an increase in cooling efficiency is observed due to a sharp increase in the electrical conductivity of thermocouples;
the ability to control the thermal load of the friction pairs of the tape-shoe brake due to the use of thermoelectric generators (the runaway branch of the brake band) and brake electric refrigerators (the runaway branch of the brake band) in the intensification cooling process;
regulation is achieved to reduce the heat load of the friction pairs of the brake by connecting a DC source to the thermocouples of the friction linings of the running branch of the brake band, which ensures almost the same heat load of the friction linings of the brake;
application of heat pipe effect for removal of heat from cold junctions of thermoelectric generators and hot junctions of thermoelectric refrigerators;
the possibility of using thermal batteries in any climatic conditions;
The resource of brake friction pairs increases.
На фиг. 1 показан ленточно-колодочный тормоз с охлаждением; на фиг.2 - поперечный разрез А-А на фиг.1, на которой показано устройство для охлаждения пар трения ленточно-колодочного тормоза; на фиг.3 - поперечный разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 показана термобатарея-термоэлектрогенератор; на фиг.5 - термобатарея-термоэлектрохолодильник. In FIG. 1 shows a band brake with cooling; figure 2 is a cross-section aa in figure 1, which shows a device for cooling friction pairs of tape brake shoe; figure 3 is a transverse section bB in figure 2; figure 4 shows a thermopile-thermoelectric generator; figure 5 - thermopile thermoelectric cooler.
Ленточно-колодочный тормоз с устройством для охлаждения пар трения содержит тормозной шкив 1, с которым при торможении взаимодействуют фрикционные накладки 2. Последние крепятся с помощью усиков (не показаны) к тормозной ленте 3, имеющей набегающую 4 и сбегающую 5 ветви. В каждую фрикционную накладку 2 установлены два полупроводниковых стержня 6 и 7, пропущенные через отверстия 8 в ленте 3 и выступающие над ее нерабочей поверхностью 9. Между полупроводниковыми стержнями 6 и 7 находится по всей длине ленты 3 тепловая трубка 10 прямоугольного сечения. Тепловая трубка 10 выполнена из эластичного теплопроводного материала, заполнена на 2/3 объема теплоносителем, например метиловым спиртом, вакуумирована и герметизирована. Она имеет зоны испарения 11 и конденсации 12. Полупроводниковые стержни 6 и 7, обладающие различными типами проводимости, составляют термобатарею. Полупроводниковый стержень 6 имеет электронную (n-типа) проводимость, а стержень 7 - дырочную (p-типа) проводимость. Концы стержней 6 и 7 соединены между собой металлическим мостиком P (13), который установлен с зазором 14 до величины допустимого износа накладок 2. Это позволяет соединительному мостику 13 под действием веса стержней 6 и 7 скользить по рабочей поверхности шкива 1 за счет его приподымания по мере износа накладок 2. Соединительный мостик 13 является горячим спаем термобатареи. Два других конца полупроводниковых стержней 6 и 7 соединены внешней электрической цепью 15. The tape-shoe brake with a device for cooling friction pairs contains a brake pulley 1, with which friction linings interact with them during
Способ охлаждения ленточно-колодочного тормоза состоит в следующем. При торможении, когда фрикционные накладки 2 взаимодействуют с тормозным шкивом 1, в результате чего температура соединительного мостика 13 увеличивается по сравнению с температурой T0 холодных концов стержней 6 и 7 (T > T0), тепловая энергия атомов горячего конца полупроводников возрастает. Эта энергия выполняет работу перехода электронов в свободное состояние. В связи с этим в стержне 6 на горячем конце появляется больше свободных электронов и с более высокой тепловой энергией, чем на холодном. Поэтому они переходят к холодному концу, заряжая его отрицательно. По причине теплового движения атомов в стержне 7 некоторая часть электронов уносится из горячей зоны. На их месте появляются свободные (незанятые) места - дырки, обладающие положительным зарядом. Направление перемещения дырок как положительных зарядов совпадает с направлением электрического поля, поэтому их движение ускоряется. Занять освободившиеся места (дырки) могут электроны, имеющие близкие к дырке значения энергии. Но электроны, движущиеся претив электрического поля, замедляются и переходят в зону меньших скоростей, а на их месте образуются новые дырки. Таким образом, происходит перемещение дырок к холодному концу стержня 7, и он заряжается положительно. При замыкании электрической цепи 15 в ней появляется электрический ток, обусловленный именно разностью температур. Фактически имеет место эффект Зеебека, а сама термобатарея является термоэлектрогенератором. Термобатареи-термоэлектрогенераторы устанавливаются во фрикционные накладки 2 сбегающей ветви 5 тормозной ленты 3. При этом до начала торможения температура спаев термобатареи одинакова и равна температуре окружающей среды.The cooling method of the tape brake shoe is as follows. During braking, when the
Если же наоборот по цепи, все элементы которой находятся в одинаковых температурных условиях (T = T0), пропустить электрический ток в направлении, указанном на фиг.5, то свободные электроны, находящиеся в полупроводниковом стержне 6, приобретают направленное движение от спая к спаю причем это движение является замедленным, поскольку электроны тормозятся электрическим полем. Движение электронов от спая к спаю сопровождается переносом энергии. На спае электроны, отбирая энергию атомов, приобретают кинетическую энергию. На конце сталкиваясь с атомами кристаллической решетки полупроводника, они отдают энергию указанному спаю. В связи с этим спай охлаждается, а спай в нагревается. Причем скопление электронов на спае способствует тому, что этот спай заряжается отрицательно, а спай - положительно.If, on the contrary, through a circuit with all elements of which are in the same temperature conditions (T = T 0 ), let an electric current pass in the direction indicated in Fig. 5, then the free electrons located in the semiconductor rod 6 acquire directional motion from the junction to sleep moreover, this movement is slowed down, because the electrons are inhibited by the electric field. The motion of electrons from the junction to sleep accompanied by energy transfer. At the spa electrons, taking away the energy of atoms, acquire kinetic energy. At the end colliding with the atoms of the crystal lattice of the semiconductor, they give energy to the specified junction. In this regard, sleep cools down and the junction heats up. Moreover, the accumulation of electrons at the junction helps to ensure that this junction is negatively charged, and junction - positively.
В стержне 7, обладающем дырочной проводимостью, направление электрического тока совпадает с направлением перемещения дырок: от спая к спаю Вследствие чего дырки ускоряются. Как отмечалось выше, образовавшиеся вакантные места могут занять электроны с уровнем энергии, близким энергии дырки. Поэтому наиболее интенсивное движение электронов наблюдается у спая Здесь электроны, сталкиваясь с атомами, повышают их внутреннюю энергию, расходуемую на нагревание этого спая. По мере передвижения от спая к спаю вдоль ветви термоэлемента 7 энергия электронов уменьшается и дальнейшее их перемещение сопровождается за счет внутренней энергии атомов, вследствие чего спай охлаждается. Скопление электронов на этом спае обуславливает его отрицательный заряд, при этом спай заряжен положительно. Таким образом, пропускание постоянного электрического тока (постоянного) через термобатарею приводит к перепаду температур на ее спаях. На спае поглощается теплота, называемая теплотой Пельтье, на спае наблюдается выделение теплоты. Если от горячего спая термобатареи постоянно отводить теплоту, то на холодном ее конце получаем очень низкие температуры. Таким образом, получили термобатареи-термоэлектрохолодильники, которые устанавливаются во фрикционные накладки 2 набегающей ветви 4 тормозной ленты 3. При этом источник постоянного электрического тока подключен к ветвям термоэлементов набегающей ветви 4 тормозной ленты 3 таким образом, чтобы стержень 6 с электронной проводимостью был соединен с его положительной клеммой (фиг.2), а стержень 7 с дырочной проводимостью - с отрицательной. При прохождении электрического тока спай охлаждается, а спай нагревается, т.е. еще до начала работы тормоза температура поверхности трения фрикционных накладок 2 набегающей ветви 4 тормозной ленты 3, в которые установлены термобатареи-тормоэлектрохолодильники, становится ниже температуры окружающей среды.In the rod 7, which has hole conductivity, the direction of the electric current coincides with the direction of movement of the holes: from the junction to sleep As a result, the holes are accelerated. As noted above, the vacant sites formed can be occupied by electrons with an energy level close to the hole energy. Therefore, the most intense electron motion is observed in the junction Here, electrons, colliding with atoms, increase their internal energy spent on heating this junction. As you move from the junction to sleep along the branch of thermocouple 7, the electron energy decreases and their further movement is accompanied by the internal energy of the atoms, as a result of which the junction cools down. The accumulation of electrons in this junction causes its negative charge, while junction positively charged. Thus, passing a constant electric current (constant) through a thermopile leads to a temperature difference at its junctions. At the spa heat absorbed, called Peltier heat, at the spa heat is observed. If heat is constantly removed from the hot junction of the thermopile, then at its cold end we get very low temperatures. Thus, we obtained thermopile-thermoelectric refrigerators, which are installed in the
Управление ленточно-колодочным тормозом осуществляется посредством рычага 16. The tape brake is controlled by a lever 16.
Ленточно-колодочный тормоз с устройством и способом охлаждения работает следующим образом. При нажатии на рычаг 16 происходит перемещение тормозной ленты 3 с фрикционными накладками 2 для взаимодействия с рабочей поверхностью тормозного шкива 1. Первыми при этом взаимодействуют со шкивом 1 накладки 2 набегающей ветви 4 тормозной ленты 3, а потом уже - сбегающей ветви 5. При торможении температура соединительного мостика 13 за счет трения скольжения повышается, вследствие чего на спаях термобатареи сбегающей ветви 5 ленты 3 появляется градиент температуры по длине термоэлемента 6, что обуславливает возникновение электрического тока, который отводится в цепь 14, подключенную параллельно источнику питания термобатарей набегающей ветви 4 ленты 3. Этим достигается увеличение силы тока, подаваемого на ветви термоэлектрохолодильника. При этом с увеличением нагруженности ленточно-колодочного тормоза возрастает температура его поверхностей трения, рост которой с целью обеспечения регламентируемых эксплуатационных параметров тормоза необходимо ограничить. Интенсификация же данного вида охлаждения достигается увеличением силы тока, подаваемого на ветви термоэлектрохолодильника. Таким образом, чем более нагружен тормоз, тем большая разность температур появляется на спаях термоэлектрогенераторов сбегающей ветви 5 ленты 3, тем большей силы ток он вырабатывает, который, суммируясь с током источника питания, способствует более глубокому охлаждению поверхностей трения фрикционных накладок 2 набегающей ветви 4 ленты 3. The tape-shoe brake with a device and a cooling method operates as follows. When the lever 16 is pressed, the brake belt 3 with
Отвод теплоты с холодных спаев термоэлектрогенератора и горячих спаев термоэлектрохолодильника осуществляется с помощью тепловой трубки 10. Теплота передается от термоэлементов 6 и 7 зоне испарения 11, т.е. непосредственно теплоносителю, который, нагреваясь, превращается в пар и перемещается в зону конденсации, а затем возвращается снова в зону испарения 11. В дальнейшем циклы в тепловой трубке 10 повторяются. Heat is removed from the cold junctions of the thermoelectric generator and the hot junctions of the thermoelectric refrigerator using a heat pipe 10. Heat is transferred from the thermocouples 6 and 7 to the
Интенсивное охлаждение пар трения ленточно-колодочного тормоза позволяет повысить его эксплуатационные параметры, снизить термические напряжения в тормозном шкиве, а также увеличить ресурс пар трения. Intensive cooling of the friction pairs of the band brake allows to increase its operational parameters, reduce thermal stresses in the brake pulley, and also increase the life of the friction pairs.
Источники информации
1. Авт.св. 1004684 (СССР), F 16 D 65/813, 1983, б.и. N 10 (аналог).Sources of information
1. Auto 1004684 (USSR), F 16 D 65/813, 1983, B.I. N 10 (analog).
2. Авт.св. 1613736 (СССР), F 16 D 49/08, 1990, б.и. N 46 (прототип). 2. Auto 1613736 (USSR), F 16 D 49/08, 1990, B.I. N 46 (prototype).
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97105231A RU2134368C1 (en) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | Method and device for cooling band-and-shoe brake |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97105231A RU2134368C1 (en) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | Method and device for cooling band-and-shoe brake |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97105231A RU97105231A (en) | 1999-04-10 |
RU2134368C1 true RU2134368C1 (en) | 1999-08-10 |
Family
ID=20191496
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97105231A RU2134368C1 (en) | 1997-04-01 | 1997-04-01 | Method and device for cooling band-and-shoe brake |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2134368C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459986C2 (en) * | 2010-02-26 | 2012-08-27 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | Method of defining directions of electric current components in friction pairs ''polymer-metal'' of drum shoe brake at its heating at test bench (versions) |
RU2462628C2 (en) * | 2010-04-19 | 2012-09-27 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | Method to detect directions of electric current components in friction pairs "polymer-metal" of drum-block brake during their heating in bench conditions |
RU2514385C2 (en) * | 2012-03-01 | 2014-04-27 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | Device and method for determination of thermal conditions of drum-shoe brake metal-polymer friction pairs at loading under test bench conditions |
RU2533864C2 (en) * | 2012-11-15 | 2014-11-20 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | System of thermoelectric polarisation of drum-shoe brake friction pad surfaces in test conditions |
RU2538503C2 (en) * | 2012-09-20 | 2015-01-10 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | System and method for forced cooling of automotive drum-shoe brake friction pairs |
-
1997
- 1997-04-01 RU RU97105231A patent/RU2134368C1/en active
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459986C2 (en) * | 2010-02-26 | 2012-08-27 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | Method of defining directions of electric current components in friction pairs ''polymer-metal'' of drum shoe brake at its heating at test bench (versions) |
RU2462628C2 (en) * | 2010-04-19 | 2012-09-27 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | Method to detect directions of electric current components in friction pairs "polymer-metal" of drum-block brake during their heating in bench conditions |
RU2514385C2 (en) * | 2012-03-01 | 2014-04-27 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | Device and method for determination of thermal conditions of drum-shoe brake metal-polymer friction pairs at loading under test bench conditions |
RU2538503C2 (en) * | 2012-09-20 | 2015-01-10 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | System and method for forced cooling of automotive drum-shoe brake friction pairs |
RU2533864C2 (en) * | 2012-11-15 | 2014-11-20 | Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа | System of thermoelectric polarisation of drum-shoe brake friction pad surfaces in test conditions |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Dai et al. | Liquid metal based thermoelectric generation system for waste heat recovery | |
Miner et al. | Thermo-electro-mechanical refrigeration based on transient thermoelectric effects | |
RU2134368C1 (en) | Method and device for cooling band-and-shoe brake | |
JP2010259238A (en) | Regenerative power managing system | |
Rohit et al. | Performance study of thermo-electric generator | |
Maduabuchi et al. | Numerical analysis and simulation of a hybrid concentrated thermoelectric module with phase change material | |
Naji et al. | Transient behaviour of a thermoelectric device | |
RU2256830C1 (en) | Method and device for cooling belt-shoe brake | |
RU2352832C2 (en) | Two-stage band-and-shoe brake with thermal electric cooling | |
RU2268416C2 (en) | Band-and-shoe brake cooling method and system | |
RU2221175C1 (en) | Band-and-shoe brake cooling system | |
RU2272192C2 (en) | Method and device for cooling drum-block brake | |
IT7826655A0 (en) | THERMODYNAMIC PROCEDURE FOR THE EXPLOITATION OF THERMAL ENERGY AT HIGH TEMPERATURES, IN PARTICULAR TO INCREASE THE EFFICIENCY OF A THERMOELECTRIC POWER PLANT AND THERMOELECTRIC POWER PLANT FOR THE IMPLEMENTATION OF SUCH A PROCEDURE. | |
CN209747557U (en) | Semiconductor device and temperature control device | |
KR20110073117A (en) | Cooling and preheating device for battery packs in on-line electric vehicle, and method for cooling and preheating the battery packs and power generation from waste heat of the battery packs using the same | |
RU97105231A (en) | DEVICE AND METHOD FOR COOLING A TAPE-BRAKE BRAKE | |
RU2159878C1 (en) | Cooling system of drum-shoe brake and method of its embodiment | |
Min et al. | The use of Fermi-gas/liquid interfaces to improve the thermoelectric efficiency | |
Venugopal et al. | Cost-effective Refrigerator Using Thermoelectric Effect and Phase Change Materials | |
CN218301252U (en) | Self-circulation cooling system for heat power generation of brake drum | |
KR20160066190A (en) | Self-generation cold and waterproof footwear features | |
US20110139204A1 (en) | Energy conversion efficient thermoelectric power generator | |
KR200240139Y1 (en) | thermoelectric use of heating and cooling with realization unit | |
RU60271U1 (en) | THERMOELECTRIC MODULE | |
RU161595U1 (en) | SYSTEM OF THERMAL STABILIZATION OF PHOTO RECEPTION DEVICE FOR INFRARED SPACE APPARATUS OF THE REMOTE SURVEILLANCE OF THE EARTH WITH A CYCLIC OPERATION MODE |