RU2221944C1 - Cooling system of brake mechanism with servo action and method of cooling - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: invention can be used in heavily loaded drum-and-shoe brakes. Proposed brake mechanism with servo action consists of three-shoe (main) and two-shoe (additional) brakes with drives. Thermoelectric cooling devices are fitted lengthwise the shoes of main and additional brakes. Novelty is that in two-shoe brake semiconductor thermopiles are installed in self-pressing brake shoe, and thermopiles composed of plate thermocouples, in self-release shoe. In three-shoe brakes thermopiles composed of plate thermocouples are installed in right-hand and left-hand brake shoes, and in upper brake shoe two semiconductor thermopiles are installed separately. According to proposed new method of cooling, in two-shoe brake terminals in form of thermal electrodes of extreme plate thermocouples with positive and negative terminals in self-release brake shoe connected through dc stabilizer in parallel with first and last hot junctions of thermal electrodes with n-type and type conduction of thermopile of self-pressing brake shoe, and in three-shoe brake, extreme thermal electrodes of plate thermocouples of left-hand and ring-hand brake shoes are connected separately through dc stabilizers in parallel with hot junctions of thermal elements with n-type and p-type conduction of separate thermopiles if upper brake shoe. EFFECT: improved operating parameters of brake, its reliability and increased service life of friction units. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в барабанно-колодочных тормозах транспортных средств большой и особо большой грузоподъемностей. The invention relates to mechanical engineering and can be used in drum-shoe brakes of vehicles of large and especially large payloads.

Известен тормозной механизм с серводействием, который содержит соосно установленные в барабане два тормоза, один из которых двухколодочный, а другой - трехколодочный. Последний содержит не менее трех колодок со стяжными пружинами и с клиновым разжимным устройством, радиальные толкатели которого являются общими для двух смежных колодок. Опорные пальцы колодок установлены в неподвижном суппорте. Колодки установлены на диаметрально расположенных опорах на поворотном суппорте, кинематически связанном с разжимным механизмом. При торможении и работе двухколодочного тормоза с барабаном происходит поворот суппорта, который вызывает взаимодействие разжимного устройства трехколодочного тормоза с колодками, а также их взаимодействие с тормозным барабаном и с неподвижным суппортом (авт. св. 1587255, кл. ⁵ F 16 D 51/00, опубл. 23.08.90 г., бюл. 31, аналог). Данный тормозной механизм с серводействием имеет недостаточную эффективность естественного охлаждения пар трения двух- и трехколодочных тормозов, т.к. отвод теплоты осуществляется только конвективным теплообменом от внутренней и внешней поверхностей широкого обода тормозного барабана.There is a known servo-assisted braking mechanism that contains two brakes coaxially mounted in the drum, one of which is two-block and the other is three-block. The latter contains at least three blocks with coupling springs and with a wedge expansion device, the radial pushers of which are common to two adjacent blocks. The support fingers of the pads are mounted in a fixed caliper. The pads are mounted on diametrically located supports on a swivel support kinematically connected with an expanding mechanism. During braking and the operation of the two-block brake with the drum, the caliper rotates, which causes the interaction of the expanding three-block brake device with the pads, as well as their interaction with the brake drum and the fixed caliper (ed. St. 1587255, Cl. ⁵ F 16 D 51/00, publ. 08/23/90, bull. 31, analogue). This servo-assisted braking mechanism has insufficient efficiency of natural cooling of friction pairs of two- and three-block brakes, as Heat removal is carried out only by convective heat transfer from the inner and outer surfaces of the wide rim of the brake drum.

Известна система охлаждения барабанно-колодочного тормоза, которая имеет подвижные фрикционные накладки с шириной, равной межреберному пространству тормозной колодки, и толщиной, в 2,0-2,5 раза большей, чем неподвижные накладки колодок. Неподвижные накладки содержат охлаждающие узлы в виде термобатарей. Подвижные фрикционные накладки постоянно взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного барабана при любой его степени теплонагруженности и в подвижные фрикционные накладки по их длине на глубине допустимого износа установлены пластинчатые термопары с выводами в виде термоэлектродов, являющиеся термоэлектрогенераторами. A known drum-brake brake cooling system, which has movable friction linings with a width equal to the intercostal space of the brake pad, and a thickness 2.0-2.5 times greater than the fixed pad linings. Fixed pads contain cooling units in the form of thermal batteries. The movable friction linings constantly interact with the working surface of the brake drum for any degree of heat load and lamellar thermocouples with terminals in the form of thermoelectrodes, which are thermoelectric generators, are installed in the movable friction linings along their length at a depth of permissible wear.

Способ охлаждения барабанно-колодочного тормоза в замкнутом состоянии состоит в том, что подключают термоэлектроды каждой из пластинчатых термопар через стабилизатор тока к холодным спаям первого и последнего термоэлементов термобатареи, работающей в режиме термоэлектрохолодильника. При разомкнутом тормозе указанные термобатареи включают в цепь постоянного электрического тока и они работают в режиме термоэлектрохолодильника (RU, патент 2159878, кл⁷ F 16 D 65/813, 65/833, опубл. 27.11.2000 г., бюл. 33, прототип). Данное техническое решение имеет тот недостаток, что процессы принудительного охлаждения реализуются только для двухколодочного тормоза с подвижными и неподвижными фрикционными накладками. Такая система охлаждения будет громоздкой и сложной для многоколодочных тормозных механизмов.A method for cooling a drum-shoe brake in a closed state is to connect the thermoelectrodes of each of the plate thermocouples through a current stabilizer to the cold junctions of the first and last thermoelements of a thermopile operating in the thermoelectric cooler mode. When the brake is open, these thermopiles are included in the direct current circuit and they operate in the thermoelectric refrigerator mode (RU, patent 2159878, class ⁷ F 16 D 65/813, 65/833, publ. 11/27/2000, bull. 33, prototype) . This technical solution has the disadvantage that forced cooling processes are implemented only for a two-track brake with movable and fixed friction linings. Such a cooling system will be cumbersome and complex for multi-submarine braking mechanisms.

Предложенное техническое решение по сравнению с аналогом-прототипом имеет следующие отличительные признаки:
- достигается автономное охлаждение двух- и трехколодочных тормозов при их замкнутом состоянии при отводе теплоты термобатареями, работающими в режиме термоэлектрохолодильников, запитанных от термоэлектродов пластинчатых термопар, работающими в режиме термоэлектрогенераторов, через стабилизатор постоянного тока, что несвойственно аналогу-прототипу;
- обеспечивается снижение уровня теплонагруженности самоприжимной тормозной колодки, что ведет к выравниванию поверхностных температур в двухколодочном тормозе за счет работы термобатареи в ней в режиме термоэлектрохолодильника, что несвойственно аналогу-прототипу;
- обеспечивается снижение уровня теплонагруженности верхней тормозной колодки, что ведет к выравниванию поверхностных температур в трехколодочном тормозе за счет работы термобатареи в ней в режиме термоэлектрохолодильников, что несвойственно аналогу-прототипу;
- обеспечивается снижение уровня теплонагруженности самоотжимной тормозной колодки в двухколодочном тормозе и левой и правой тормозных колодок в трехколодочном тормозе за счет работы горячих спаев пластинчатых термопар в режиме термоэлектрогенераторов по сравнению с аналогом;
- автоматически повышается эффективность принудительного охлаждения с ростом теплонагруженности пар трения тормозного механизма, что нельзя сказать об аналоге;
- надежность и компактность конструкции.The proposed technical solution in comparison with the analogue of the prototype has the following distinctive features:
- autonomous cooling of two- and three-track brakes is achieved when they are closed when heat is removed by thermo-batteries operating in the thermoelectric cooler mode, powered by plate thermocouple thermoelectrodes, operating in thermoelectric generators mode through a DC stabilizer, which is not typical of the prototype analogue;
- provides a decrease in the level of heat load of the self-holding brake pads, which leads to equalization of surface temperatures in the two-shoe brake due to the operation of the thermopile in it in the thermoelectric cooler mode, which is unusual for the prototype analogue;
- provides a decrease in the level of heat load of the upper brake pad, which leads to equalization of surface temperatures in the three-pad brake due to the operation of the thermopile in it in the mode of thermoelectric refrigerators, which is unusual for the prototype analogue;
- provides a reduction in the level of heat load of the self-pressing brake pads in the two-block brake and the left and right brake pads in the three-block brake due to the operation of hot junctions of plate thermocouples in the mode of thermoelectric generators in comparison with the analogue;
- the efficiency of forced cooling automatically increases with the heat load of friction pairs of the brake mechanism, which cannot be said about the analogue;
- reliability and compact design.

Задача изобретения - снижение уровня теплонагруженности пар трения тормозного механизма с серводействием путем интенсификации их охлаждения. The objective of the invention is to reduce the level of heat load of friction pairs of the brake mechanism with servo action by intensifying their cooling.

Решение представленной задачи достигается тем, что в системе охлаждения тормозного механизма с серводействием в двухколодочном тормозе (дополнительном) полупроводниковые термобатареи установлены в самоприжимную тормозную колодку, а термобатареи, составленные из пластинчатых термопар, - в самоотжимную колодку, а в трехколодочном тормозе термобатареи, составленные из пластинчатых термопар установленых в правой и левой тормозных колодках, а в верхней тормозной колодке отдельно установлены две полупроводниковые термобатареи. Способ охлаждения тормозного механизма с серводействием в замкнутом состоянии состоит в том, что в двухколодочном тормозе в самоотжимной тормозной колодке выводы в виде термоэлектродов крайних пластинчатых термопар с положительной и отрицательной клеммами через стабилизатор постоянного тока подключены параллельно к первому и последнему горячим спаям термоэлементов с электронной и дырочной проводимостью термобатареи самоприжимной тормозной колодки, а в трехколодочном тормозе крайние термоэлектроды пластинчатых термопар отдельно левой и правой тормозных колодок через стабилизаторы постоянного тока подсоединены параллельно к горячим спаям термоэлементов с электронной и дырочной проводимостями отдельных термобатарей верхней тормозной колодки. The solution of the presented problem is achieved by the fact that in the cooling system of the brake mechanism with servo action in the two-deck brake (optional), the semiconductor thermo-batteries are installed in the self-holding brake shoe, and the thermo-batteries made up of plate thermocouples are installed in a self-pressing shoe, and in the three-shoe brake thermo-batteries made up of plate thermocouples installed in the right and left brake pads, and two semiconductor thermopiles separately installed in the upper brake pad. The method of cooling the brake mechanism with closed-loop servomotor operation consists in the fact that in a two-track brake in a self-pressing brake shoe, the terminals in the form of thermoelectrodes of extreme plate thermocouples with positive and negative terminals are connected through a DC stabilizer in parallel to the first and last hot junctions of thermoelements with electronic and hole the conductivity of the thermopile of the self-holding brake pad, and in the three-pad brake the extreme thermoelectrodes of plate thermocouples are separately left and right brake pads through DC stabilizers are connected in parallel to hot junctions of thermocouples with electronic and hole conductivities of individual thermal batteries of the upper brake pads.

На фиг. 1 показан тормозной механизм с серводействием и его система охлаждения; на фиг.2 - трехколодочный тормозной механизм с системой охлаждения, вид слева; фиг.3 - двухколодочный тормозной механизм с системой охлаждения, вид справа; на фиг.4 - автоматический регулятор зазора трехколодочного тормозного механизма; на фиг.5, 6 - схемы подключения термоэлектродов пластинчатых термопар к термоэлементам с дырочной и электронной проводимостями в двухколодочном и трехколодочном тормозах; на фиг.7 - схема термобатареи, работающей в режиме термоэлектрохолодильника. In FIG. 1 shows a servo-assisted braking mechanism and its cooling system; figure 2 - three-track brake mechanism with a cooling system, left side view; figure 3 - two-track brake mechanism with a cooling system, right side view; figure 4 - automatic gap control three-pad brake mechanism; 5, 6 are diagrams of connecting thermoelectrodes of plate thermocouples to thermocouples with hole and electronic conductivity in two-block and three-block brakes; 7 is a diagram of a thermopile operating in the thermoelectric cooler mode.

Тормозной механизм с серводействием (фиг.1) содержит тормозной барабан 1, внутри которого соосно и последовательно установлены два тормоза, один из которых двухколодочный 2, а второй многоколодочный 3. The servo-assisted braking mechanism (FIG. 1) comprises a brake drum 1, inside of which two brakes are coaxially and sequentially installed, one of which is two-track 2, and the second is multi-boat 3.

Многоколодочный тормоз 3 содержит (фиг.1 и 2) не менее трех тормозных колодок 4 с фрикционными накладками 5. Концы тормозных колодок 4 снабжены роликами 6, при этом ролики 6 соседних тормозных колодок 4 опираются на один шток 7 радиального клинового толкателя 8 разжимного механизма. В основании каждой тормозной колодки 4 по оси симметрии выполнен паз 9, в котором размещен опорный палец 10 с втулкой 11. Опорные пальцы 10 жестко соединены с неподвижным суппортом 12. Между неподвижным суппортом 12 и основанием тормозной колодки 4 установлены стяжные пружины 13. Multi-brake brake 3 contains (FIGS. 1 and 2) at least three brake pads 4 with friction linings 5. The ends of the brake pads 4 are provided with rollers 6, while the rollers 6 of adjacent brake pads 4 are supported by one rod 7 of the radial wedge pusher 8 of the expanding mechanism. At the base of each brake shoe 4, a groove 9 is made along the axis of symmetry, in which a support pin 10 is placed with a sleeve 11. The support fingers 10 are rigidly connected to the fixed caliper 12. Between the fixed caliper 12 and the base of the brake shoe 4, tension springs 13 are installed.

Толкатели 8 установлены в направляющих неподвижного суппорта 12 радиально и опираются с одной стороны на ролики 6 тормозных колодок 4, а с другой через опорные ролики 14 - на профилированные поверхности 15 разжимного механизма, выполненные на диске 16 в виде симметричных профилированных поверхностей. Разжимной диск 16 жестко соединен с поворотным суппортом 17 двухколодочного тормоза 2 (фиг.3). На суппорте 17 жестко установлены рабочие цилиндры 18, поршни которых опираются на концы тормозных колодок 19 с фрикционными накладками 20. Вторые концы тормозных колодок 19 шарнирно соединены с суппортом 17 с диаметрально противоположным расположением. Между тормозными колодками 19 установлены стяжные пружины 21. Между поворотным суппортом 17 тормоза 2 и неподвижным суппортом 12 многоколодочного тормоза 3 расположены стабилизирующие пружины 22. Pushers 8 are mounted radially in the guides of the fixed caliper 12 and are supported on the rollers 6 of the brake shoes 4 on the one hand and, on the other hand, through the support rollers 14 on the profiled surfaces 15 of the expanding mechanism, which are made on the disk 16 in the form of symmetrical profiled surfaces. The expanding disk 16 is rigidly connected to the rotary caliper 17 of the two-track brake 2 (figure 3). The working cylinders 18 are rigidly mounted on the caliper 17, the pistons of which are supported on the ends of the brake pads 19 with friction linings 20. The second ends of the brake pads 19 are pivotally connected to the caliper 17 with a diametrically opposite arrangement. Between the brake pads 19 are installed coupling springs 21. Between the rotary caliper 17 of the brake 2 and the stationary caliper 12 of the multi-deck brake 3 are stabilizing springs 22.

Автоматический регулятор зазора (фиг. 4) расположен в толкателях 8 с опорными площадками 23 под ролики 6 тормозных колодок 4 многоколодочного тормоза 3. На штоке 7 с натягом установлено упругое кольцо 25, расположенное в кольцевой выточке неподвижного суппорта 12 с зазором А в осевом направлении. Внутри штока 7 расположена одна из частей 24 толкателя 8, соединенная со штоком 7 через линейную муфту свободного хода 26. Линейная муфта свободного хода 26 обеспечивает перемещение части 24 толкателя 8 в сторону увеличения его длины и блокируется в сторону уменьшения его длины. Внутри толкателя 8 и штока 7 установлена возвратная пружина 27. На конце толкателя 8 установлен на оси 28 ролик 14, опирающийся на профилированную поверхность 15 разжимного механизма. Колодки 19 установлены на диаметральных опорах 29. An automatic clearance regulator (Fig. 4) is located in the pushers 8 with bearing pads 23 for the rollers 6 of the brake pads 4 of the multi-disc brake 3. An elastic ring 25 is installed on the stem 7 with an interference fit, which is located in the annular recess of the fixed caliper 12 with a clearance A in the axial direction. Inside the rod 7 is one of the parts 24 of the pusher 8, connected to the rod 7 through a linear freewheel 26. The linear freewheel 26 moves the part 24 of the pusher 8 in the direction of increasing its length and is blocked in the direction of decreasing its length. A return spring 27 is installed inside the plunger 8 and the rod 7. At the end of the plunger 8, a roller 14 is mounted on the axis 28, resting on a profiled surface 15 of the expanding mechanism. Pads 19 are mounted on diametrical supports 29.

В основании и во фрикционных накладках 5 и 20 по длине верхней (а) тормозной колодки 4 и самоотжимной (д) тормозной колодки 19 на их краях выполнены одинакового диаметра сквозные отверстия 30 и 31, в которые установлены цилиндрической формы стержни, т.е. полупроводниковые термоэлементы 33 и 34 n- и р-типа проводимости. При этом они отделены от основания теплоизоляционной втулкой 32. Со стороны рабочей поверхности фрикционных накладок 5 и 20 термоэлементы 33 и 34 соединены между собой токопроводящей пластиной 35, выполненной в виде ребра. Со стороны нерабочей поверхности оснований вышеуказанных колодок 4 и 19 термоэлементы 33 и 34 попарно по их краям соединены между собой выпуклой пластиной 36, выполняющей одновременно роль токопроводящей пластины и теплообменника. Термоэлементы 33 и 34 со своими связующими деталями 35 и 36 при взаимодействии с рабочей поверхностью тормозного барабана 1 являются охлаждающими узлами, т.е. термобатареями. In the base and in the friction linings 5 and 20 along the length of the upper (a) brake pad 4 and the self-squeezing (e) brake pad 19, through holes 30 and 31 are made of the same diameter at their edges, into which the rods are arranged in a cylindrical shape, i.e. semiconductor thermoelements 33 and 34 of n- and p-type conductivity. Moreover, they are separated from the base by a heat-insulating sleeve 32. From the side of the working surface of the friction linings 5 and 20, the thermocouples 33 and 34 are interconnected by a conductive plate 35 made in the form of a rib. From the non-working surface of the bases of the above blocks 4 and 19, the thermocouples 33 and 34 are pairwise connected at their edges by a convex plate 36, which simultaneously serves as a conductive plate and a heat exchanger. Thermocouples 33 and 34 with their connecting parts 35 and 36 interacting with the working surface of the brake drum 1 are cooling units, i.e. thermal batteries.

В продольных прорезях фрикционных накладок 5 и 20 по длине левой (б) и правой (в) тормозных колодок 4 и самоприжимной (г) тормозной колодки 19 установлены пластинчатые термопары 37, которые образованы двумя спаренными пластинами, изготовленными, например, из хромеля (+) и копеля (-). От каждой из термопар 37 простираются по два вывода, т.е. термоэлектроды 40, подключенные к отрицательной 38 и положительной 39 клеммам. Указанные тормозные колодки 4 и 19 с фрикционными накладками 5 и 20 взаимодействуют с рабочей поверхностью тормозного барабана 1. В исходное положение колодки 4 (а, б, в) и 19 (г, д) возвращаются стяжными пружинами 13 и 21. In the longitudinal slots of the friction linings 5 and 20 along the length of the left (b) and right (c) brake pads 4 and self-clamping (d) brake pads 19, plate thermocouples 37 are installed, which are formed by two paired plates made, for example, of chromel (+) and copel (-). Two leads extend from each of the thermocouples 37, i.e. thermoelectrodes 40 connected to negative 38 and positive 39 terminals. These brake pads 4 and 19 with friction linings 5 and 20 interact with the working surface of the brake drum 1. The pads 4 (a, b, c) and 19 (d, e) return to their original position with the coupling springs 13 and 21.

Для реализации способов охлаждения тормозного механизма с серводействием рассмотрим работу термобатарей в режиме термоэлектрохолодильника. To implement methods of cooling the brake mechanism with servomotorism, we consider the operation of thermal batteries in the thermoelectric cooler mode.

Если же по цепи, все элементы которой находятся в одинаковых температурных условиях (Т=Т₀), пропустить электрический ток в направлении, указанном на фиг. 7, то свободные электроны начнут перемещаться в термоэлементе 33 от спая (а) к спаю (в), причем это движение является замедленным, поскольку электроны тормозятся электрическим полем. Движение электронов от спая (а) к спаю (в) сопровождается переносом энергии. На спае (а) электроны, отбирая энергию атомов, приобретают кинетическую энергию; на спае (в), сталкиваясь с атомами кристаллической решетки термоэлемента 33, они отдают ему энергию. В связи с этим спай (а) охлаждается, а спай (в) нагревается. Причем скопление электронов на спае (в) способствует тому, что он заряжается отрицательно, а спай (а) - положительно.If on the circuit, all elements of which are in the same temperature conditions (T = T ₀ ), pass an electric current in the direction indicated in FIG. 7, then the free electrons will begin to move in the thermocouple 33 from the junction (a) to the junction (c), and this movement is slow because the electrons are inhibited by the electric field. The movement of electrons from the junction (a) to the junction (c) is accompanied by energy transfer. At the junction (a), electrons, taking away the energy of atoms, acquire kinetic energy; at the junction (c), colliding with the atoms of the crystal lattice of thermocouple 33, they give it energy. In this regard, the junction (a) is cooled, and the junction (c) is heated. Moreover, the accumulation of electrons on the junction (c) contributes to the fact that it is charged negatively, and the junction (a) - positively.

В термоэлементе 34 с дырочной проводимостью направление электрического тока совпадает с направлением перемещения дырок: от спая (а') к спаю (в'), вследствие чего дырки ускоряются. Как уже отмечалось, образовавшиеся вакантные места могут занять электроны с уровнем энергии, близким к энергии дырки, поэтому наиболее интенсивное движение электронов наблюдается у спая (в'). Здесь электроны, сталкиваясь с атомами, повышают их внутреннюю энергию, расходуемую на нагревание этого спая. По мере движения от спая (в') к спаю (а') вдоль ветви термоэлемента 34 энергия электронов уменьшается и в дальнейшем их перемещение осуществляется за счет внутренней энергии атомов, вследствие чего (а') охлаждается. Скопление электронов на этом спае обуславливает его отрицательный заряд, при этом спай (в') заряжен положительно. Таким образом, пропускание постоянного электрического тока через термобатарею приводит к возникновению перепада температур на ее спаях. На спае (а') поглощается теплота, называемая теплотой Пельтье, на спае (в') выделяется теплота. Если от горячего спая термобатареи постоянно отводить теплоту, то на холодном ее спае можно достичь низких температур. Таким образом, получили термоэлектрохолодильник. In the thermocouple 34 with hole conductivity, the direction of the electric current coincides with the direction of movement of the holes: from the junction (a ') to the junction (b'), as a result of which the holes are accelerated. As already noted, the vacant spots 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 (in '). Here, electrons, colliding with atoms, increase their internal energy spent on heating this junction. As you move from the junction (in ') to the junction (a') along the branch of the thermocouple 34, the energy of the electrons decreases and then their movement is due to the internal energy of the atoms, as a result of which (a ') cools. The accumulation of electrons at this junction causes its negative charge, while the junction (in ') is positively charged. Thus, passing a constant electric current through a thermopile leads to a temperature difference at its junctions. Heat is absorbed at the junction (a '), called Peltier heat, and heat is released at the junction (b'). If heat is constantly removed from the hot junction of the thermopile, then low temperatures can be achieved on its cold junction. Thus, a thermoelectric refrigerator was obtained.

Своего рода термоэлектрогенераторами являются пластинчатые термопары 37, работающие на эффекте Зеебека, выводы термоэлектродов 40, которые от отрицательной 38 и положительной 39 клемм через стабилизатор постоянного тока 41 подключены к горячим спаям термоэлементов 33 и 34, т.е. к термобатарее, работающей в режиме термоэлектрохолодильника, что составляет в конечном итоге три электрические цепи [одна в двухколодочном тормозе (фиг.5) и две в трехколодочном тормозе (фиг.6)]. Таким образом, наличие в каждой цепи разности температур между горячими спаями пластинчатых термопар 37 и их холодными спаями термоэлектродов 40 с одной стороны и горячими (Т₀) спаями термоэлементов 33 и 34 и их холодными (Т) спаями с другой стороны способствует возникновению в цепях термоэлектрического тока, поглощающего также некоторое количество теплоты от общего генерируемого на взаимодействующих поверхностях двух- и трехколодочного тормозов.A kind of thermoelectric generators are plate thermocouples 37 operating on the Seebeck effect, the terminals of thermoelectrodes 40, which are connected from the negative 38 and positive 39 terminals through a DC stabilizer 41 to the hot junctions of thermocouples 33 and 34, i.e. to a thermopile operating in the thermoelectric cooler mode, which ultimately makes up three electric circuits [one in a two-block brake (figure 5) and two in a three-block brake (figure 6)]. Thus, the presence in each circuit of the temperature difference between hot junctions of plate thermocouples 37 and their cold junctions of thermoelectrodes 40 on the one hand and hot (T ₀ ) junctions of thermoelements 33 and 34 and their cold (T) junctions on the other hand contributes to the appearance of thermoelectric current absorbing also a certain amount of heat from the total generated on the interacting surfaces of two- and three-deck brakes.

Тормозной механизм работает следующим образом. The brake mechanism operates as follows.

В статическом положении тормозная жидкость не подводится в рабочие цилиндры 18. Под действием стяжных пружин 21 тормозные колодки 19 двухколодочного тормоза 2 находятся в исходном положении, при котором их фрикционные накладки 20 не касаются тормозного барабана 1. Под действием стабилизирующих пружин 22 суппорт 17 находится в нейтральном среднем положении. Под действием стяжных пружин 13 тормозные колодки 4 многоколодочного тормоза 3 отведены от тормозного барабана 1 на величину зазора А. Большее перемещение ограничено силами трения между упругим кольцом 24 и штоком 7. При этом под действием возвратных пружин 27 ролики 14 прижаты к профилированным поверхностям 15 разжимного диска 16. В этом случае упругое кольцо 24 прижато к расточке в неподвижном суппорте 12. In the static position, the brake fluid is not supplied to the working cylinders 18. Under the action of the coupling springs 21, the brake pads 19 of the two-track brake 2 are in the initial position, in which their friction linings 20 do not touch the brake drum 1. Under the action of the stabilizing springs 22, the caliper 17 is in neutral middle position. Under the action of the coupling springs 13, the brake pads 4 of the multi-deck brake 3 are diverted from the brake drum 1 by the amount of the gap A. The greater displacement is limited by the friction forces between the elastic ring 24 and the rod 7. Moreover, under the action of the return springs 27, the rollers 14 are pressed against the profiled surfaces 15 of the expanding disk 16. In this case, the elastic ring 24 is pressed against the bore in the fixed caliper 12.

Режим торможения с охлаждением. При подаче тормозной жидкости в рабочие цилиндры 18 тормозные колодки 19 (самоприжимная - г и самоотжимная - д) перемещаются до соприкосновения фрикционных накладок 20 с рабочей поверхностью тормозного барабана 1. При этом стяжные пружины 21 растягиваются. После соприкосновения фрикционных накладок 20 с рабочей поверхностью тормозного барабана 1 при вращении последнего за счет действия сил трения развивается тормозной момент, который способствует генерированию теплоты на поверхностях взаимодействующих фрикционных узлов двухколодочного тормоза. При этом генерируемое количество теплоты на самоприжимной (г) тормозной колодке 19 больше, нежели на самоотжимной (а) колодке 19. Поэтому в самоприжимную (г) тормозную колодку 19 и были вмонтированы полупроводниковые батареи с термоэлементами 33 и 34, работающими в режиме термоэлектрохолодильника, а в самоотжимную (д) тормозную колодку пластинчатые термопары 37 - в режиме термоэлектрогенератора. Braking mode with cooling. When brake fluid is supplied to the working cylinders 18, the brake pads 19 (self-pressing - g and self-pressing - e) move until the friction linings 20 are in contact with the working surface of the brake drum 1. In this case, the tension springs 21 are stretched. After contact of the friction linings 20 with the working surface of the brake drum 1 during rotation of the latter due to the action of friction forces, a braking moment develops, which contributes to the generation of heat on the surfaces of the interacting friction assemblies of the two-block brake. In this case, the generated amount of heat on the self-clamping (g) brake pad 19 is greater than on the self-pressing (g) pad 19. Therefore, semiconductor batteries with thermoelements 33 and 34 operating in the thermoelectric cooler mode were mounted in the self-clamping (g) brake pad 19 and in a self-pressing (e) brake pad, plate thermocouples 37 are in the thermoelectric generator mode.

Некоторая часть генерируемой теплоты на взаимодействующих поверхностях трения двухколодочного тормоза отводится теплопроводностью через пластинчатые термопары 37 и термоэлектроды 40. При этом перепад температур Т и Т₀ между горячим и холодным спаями термопары 37, работающей в режиме термоэлектрогенератора, ведет к тому, что на ее холодных спаях возникает термоЭДС, которая по замкнутой электрической цепи, включающей цепь полупроводниковых термобатарей, способствует протеканию электрического тока.A certain part of the generated heat on the interacting friction surfaces of the double-deck brake is removed by thermal conductivity through plate thermocouples 37 and thermoelectrodes 40. In this case, the temperature difference T and T ₀ between the hot and cold junctions of the thermocouple 37 operating in the thermoelectric generator mode leads to the fact that on its cold junctions thermoEMF occurs, which in a closed electric circuit, including a circuit of semiconductor thermopiles, promotes the flow of electric current.

К термобатарее, работающей в режиме термоэлектрохолодильника, т.е. к горячим спаям термоэлементов 33 и 34, подключают параллельно через стабилизатор тока 41 выводы термоэлектродов 40 пластинчатых термопар 37. При этом термоэлемент 33 с электронной проводимостью подсоединяют к положительной клемме 39 термоэлектродов 40, а термоэлемент 34 с дырочной проводимостью - к отрицательной клемме 38 термоэлектродов 40. В этом случае электрический ток, полученный с помощью термоэлектрогенераторов, выделяет теплоту на горячем спае термоэлементов 33 и 34 и отнимает теплоту от холодного спая (соединительных пластин 35, выполненных в виде ребра), т.е. из зоны трения. To a thermopile operating in the thermoelectric refrigerator mode, i.e. the hot junctions of the thermoelements 33 and 34 are connected in parallel through the current stabilizer 41 the conclusions of thermoelectrodes 40 of plate thermocouples 37. In this case, the thermocouple 33 with electronic conductivity is connected to the positive terminal 39 of the thermoelectrodes 40, and the thermocouple 34 with hole conductivity to the negative terminal 38 of the thermoelectrodes 40. In this case, the electric current obtained using thermoelectric generators generates heat on the hot junction of thermocouples 33 and 34 and takes away heat from the cold junction (connecting plates 35 made x in the form of an edge), i.e. from the friction zone.

Охлаждение пар трения трехколодочного тормоза 3 и рабочей поверхности тормозного барабана 1 проходит по аналогии с двухколодочным тормозом 2. Разница состоит лишь только в том, что во фрикционные накладки 5 левой (б) и правой (в) тормозных колодок 4 вмонтированы пластинчатые термопары 37, работающие в режиме термоэлектрогенераторов, подключены к отдельным полупроводниковым термобатареям, работающим в режиме термоэлектрохолодильников (фиг.6), расположенных в верхней (а) тормозной колодке 4. The friction pairs of the three-shoe brake 3 and the working surface of the brake drum 1 are cooled by analogy with the two-shoe brake 2. The only difference is that in the friction linings 5 of the left (b) and right (c) brake pads 4, plate thermocouples 37 are mounted, working in the regime of thermoelectric generators, connected to separate semiconductor thermopiles operating in the thermoelectric coolers mode (Fig.6), located in the upper (a) brake pad 4.

При недостаточном уровне теплонагруженности рабочих поверхностей тормозных колодок 4 б, в и 19 д на холодных спаях термоэлектродов 40 пластинчатых термопар 37 возникает маленькая термоЭДС, не обеспечивающая достаточную силу тока для работы термобатарей, вмонтированных в тормозные колодки 4 а и 19 г, работающих в режиме термоэлектрохолодильника. В этом случае в качестве схемы усиления возможно применение схемы с общей базой. Данная схема обеспечивает наибольшее усиление по напряжению и эффективную стабильность работы при изменении уровня теплонагруженности пар трения тормозного механизма. With an insufficient level of heat load on the working surfaces of brake pads 4 b, c and 19 d, a small thermoEMF arises on cold junctions of thermoelectrodes 40 of plate thermocouples 37, which does not provide sufficient current for working of thermopiles mounted in brake pads 4 a and 19 g operating in the thermoelectric cooler mode . In this case, it is possible to use a circuit with a common base as a gain circuit. This scheme provides the greatest voltage gain and effective stability when changing the level of heat load of friction pairs of the brake mechanism.

С увеличением количества торможений тормозным механизмом с серводействием машины наблюдается изменение температуры: снижение соедительных токопроводящих пластин 35 (выполнены в виде ребер), работающих в режиме термоэлектрохолодильников, благодаря повышению горячих спаев пластинчатых термопар 37, работающих в режиме термоэлектрогенераторов и питающих термоэлектрическим током горячие спаи полупроводниковых термоэлементов 33 и 34, что ведет к интенсификации охлаждения рабочих поверхностей тормоза, т.к. резко возрастает удельная электрическая проводимость термоэлементов 33 и 34. В дальнейшем за счет развиваемого тормозного момента происходит увлечение двухколодочного тормоза 2 совместно с рабочими цилиндрами 18, тормозными колодками 19 с фрикционными накладками 20, стяжными пружинами 21 и суппортом 17 в сторону вращения тормозного барабана 1. При этом одна из стабилизирующих пружин 22 растягивается, а вторая укорачивается. With an increase in the number of braking by the braking mechanism of the machine, a temperature change is observed: a decrease in the connecting conductive plates 35 (made in the form of ribs) operating in the thermoelectric coolers mode due to the increase in hot junctions of plate thermocouples 37 operating in the thermoelectric generators mode and supplying hot junctions of semiconductor thermoelements with thermoelectric current 33 and 34, which leads to an intensification of cooling of the working surfaces of the brake, because the electrical conductivity of thermoelements 33 and 34 sharply increases. Subsequently, due to the developed braking moment, the two-block brake 2 is entrained together with the working cylinders 18, brake pads 19 with friction linings 20, coupling springs 21 and the caliper 17 in the direction of rotation of the brake drum 1. When this one of the stabilizing springs 22 is stretched, and the second is shortened.

При повороте суппорта 17 в сторону вращения тормозного барабана 1 поворачивается жестко соединенный с ним разжимной диск 16. В результате его поворота профилированные поверхности 15 через опорные ролики 14 и оси 28 перемещают толкатели 25. Последние через заблокированные линейные муфты свободного хода 26 перемещают штоки 7, которые через опорные площадки 23 и ролики 6 перемещают тормозные колодки 4 с фрикционными накладками 5 до упора последних в рабочую поверхность тормозного барабана 1. При этом упругое кольцо 25 перемещается вместе со штоком 7, выбирая зазор А. Одновременно с перемещением тормозных колодок 4 деформируются стяжные пружины 13. Появившиеся в результате трения фрикционных накладок 5 о рабочую поверхность тормозного барабана 1 силы стремятся повернуть тормозные колодки 4 вместе с тормозным барабаном. Этому препятствуют опорные пальцы 10, которые через втулки 11 и пазы 9 воспринимают силы трения тормозных колодок 4 и передают их на неподвижный суппорт 12 многоколодочного тормоза 3, тем самым обеспечивая торможение машины. Величина тормозного момента трехколодочного тормоза 3 определяется давлением жидкости в рабочих цилиндрах 18, геометрическими и эксплуатационными параметрами тормозных механизмов. When the caliper 17 rotates in the direction of rotation of the brake drum 1, the expanding disk 16 is rigidly connected to it. As a result of its rotation, the profiled surfaces 15 move the pushers 25 through the support rollers 14 and axes 28. The latter move the rods 7 through the locked linear freewheels 26 which 7 brake pads 4 with friction linings 5 are moved through bearing pads 23 and rollers 6 until the latter stops in the working surface of brake drum 1. In this case, the elastic ring 25 moves together with the rod 7, biraya gap A. Simultaneously with the movement of brake pad 4 are deformed locking spring 13. The friction resulting friction pads 5 on the working surface of the brake drum 1 forces tend to rotate the brake pads 4, together with the brake drum. This is prevented by the support fingers 10, which, through the bushings 11 and the grooves 9, receive the friction forces of the brake pads 4 and transfer them to the fixed caliper 12 of the multi-boat brake 3, thereby ensuring braking of the machine. The magnitude of the braking torque of the three-track brake 3 is determined by the fluid pressure in the working cylinders 18, the geometric and operational parameters of the brake mechanisms.

Режим оттормаживания. При снижении давления жидкости в рабочем цилиндре 18 тормозные колодки 19 под действием стяжных пружин 21 отводятся от тормозного барабана 1. При этом силы трения становятся равными нулю. Одновременно под действием стабилизирующих пружин 22 суппорт 17 двухколодочного тормоза 2 поворачивается в нейтральное положение. Повороту суппорта 17 способствуют стяжные пружины 21 многоколодочного тормозного механизма 3, которые перемещают тормозные колодки 4, а вместе с ними через опорные площадки 23 штоки 7, заблокированные линейные муфты 26 свободного хода с толкателями 24, оси 28 и опорные ролики 14 до упора упругих колец 25 в неподвижный суппорт 12, выбирая при этом зазор А. Дальнейшее перемещение части 24 толкателя 8 осуществляется под действием возвратных пружин 27 и разблокированной линейной муфты 26 свободного хода до установки толкателей 8 в нейтральное положение относительно профилированных поверхностей 16. Brake mode. When lowering the fluid pressure in the working cylinder 18, the brake pads 19 under the action of the tension springs 21 are diverted from the brake drum 1. In this case, the friction forces become equal to zero. At the same time, under the influence of stabilizing springs 22, the caliper 17 of the two-block brake 2 rotates to the neutral position. The rotation of the caliper 17 is facilitated by the coupling springs 21 of the multi-deck brake mechanism 3, which move the brake pads 4, and together with them through the support pads 23, the rods 7, the locked freewheels 26 with pushers 24, the axles 28 and the support rollers 14 until the elastic rings 25 into the fixed caliper 12, while choosing the gap A. Further movement of the part 24 of the pusher 8 is carried out under the action of return springs 27 and the unlocked linear freewheel 26 until the pushers 8 are in the neutral position relatively profiled surfaces 16.

При износе фрикционных накладок 5 в режиме торможения после упора упругих колец 25 в неподвижный суппорт 12 шток 7 перемещается относительно упругого кольца 25, преодолевая силы трения, при этом упругое кольцо 24 остается на упоре в неподвижном суппорте 12. При оттормаживании в этом случае после упора упругих колец 25 в неподвижный суппорт 12 под действием возвратных пружин 27 линейные муфты свободного хода 26 разблокируются, а толкатели 8 вместе с осями 28 и опорными роликами 14 продолжают поворот разжимного устройства 15 путем воздействия на профилированные поверхности 15, тем самым обеспечивая постоянный зазор между тормозным барабаном 1 и фрикционными накладками 5, а также постоянное положение профилированных поверхностей 15 относительно опорных роликов 14. При этом двухколодочный тормоз 2 имеет постоянное положение и постоянное значение угла поворота относительно неподвижного суппорта 12. When the friction linings 5 are worn in the braking mode after the elastic rings 25 are stopped in the fixed caliper 12, the rod 7 moves relative to the elastic ring 25, overcoming the friction forces, while the elastic ring 24 remains on the stop in the fixed caliper 12. In this case, after braking, the elastic rings 25 into the fixed support 12 under the influence of return springs 27 linear free-wheeling clutches 26 are unlocked, and the pushers 8 together with the axles 28 and the support rollers 14 continue to turn the expansion device 15 by acting on the profiles surface 15, thereby ensuring a constant gap between the brake drum 1 and the friction linings 5, as well as a constant position of the profiled surfaces 15 relative to the support rollers 14. In this case, the two-pad brake 2 has a constant position and a constant value of the angle of rotation relative to the fixed caliper 12.

Claims (2)

1. Система охлаждения тормозного механизма с серводействием, содержащего тормозной барабан, расположенные внутри него трехколодочный (основной) и двухколодочный (дополнительный) тормоза с их приводами, при этом в тормозные колодки по длине их основного и дополнительного тормозов установлены охлаждающие устройства, выполненные в виде термобатарей, состоящих из термоэлементов с электронной и дырочной проводимостью, при этом указанные термоэлементы имеют форму стержней, установленных во фрикционных накладках и проходящих через отверстия в основаниях тормозных колодок, причем термоэлементы соединены последовательно, со стороны нерабочей поверхности основания колодок, посредством П-образных теплообменников, не считая первого и последнего термоэлементов, являющихся термоэлектрохолодильниками, а также во фрикционные накладки тормозных колодок заподлицо их рабочих поверхностей установлены пластинчатые термопары с выводами в виде термоэлектродов, причем последние соединены последовательно, являющихся термоэлектрогенератерами, отличающаяся тем, что в двухколодочном тормозе полупроводниковые термобатареи установлены в самоприжимную тормозную колодку, а термобатареи, составленные из пластинчатых термопар, - в самоотжимную колодку, а в трехколодочном тормозе термобатареи, составленные из пластинчатых термопар, установлены в правой и левой тормозных колодках, а в верхней тормозной колодке отдельно установлены две полупроводниковые термобатареи.1. The cooling system of the brake mechanism with servo action, containing a brake drum, three-block (main) and two-block (additional) brakes located inside it with their drives, while cooling devices made in the form of thermal batteries are installed in the brake pads along the length of their main and additional brakes consisting of thermocouples with electronic and hole conductivity, while these thermocouples have the form of rods installed in friction linings and passing through holes I am at the base of the brake pads, and the thermocouples are connected in series, from the side of the non-working surface of the base of the pads, by U-shaped heat exchangers, not counting the first and last thermocouples, which are thermoelectric refrigerators, and also plate thermocouples with leads are installed in the friction linings of the brake pads flush with their working surfaces in the form of thermoelectrodes, the latter being connected in series, which are thermoelectric generators, characterized in that in two-pad semiconductor thermal batteries are installed in the brake self-clamping brake pads, and thermocouples composed of plate thermocouples are self-pressing, and in the three-pole brake thermocouples composed of plate thermocouples are installed in the right and left brake pads, and two semiconductors are separately installed in the upper brake pad thermal batteries. 2. Способ охлаждения тормозного механизма с серводействием, содержащего тормозной барабан и тормозные колодки, на которых расположены охлаждающие узлы, выполненные в виде термобатарей, состоящих из термобатарей с электронной и дырочной проводимостями, работающих в режиме термохолодильника, а также в виде термобатарей, составленных из пластинчатых термопар, работающих в режиме термоэлектрогенераторов, отличающийся тем, что в двухколодочном тормозе (дополнительном) в самоотжимной тормозной колодке выводы в виде термоэлектродов крайних пластинчатых термопар с положительной и отрицательной клеммой через стабилизатор постоянного тока подключены параллельно к первому и последнему горячим спаям термоэлектродов с электронной и дырочной проводимостью термобатареи самоприжимной тормозной колодки, а в трехколодочном тормозе (основном) крайние термоэлектроды пластинчатых термопар отдельно левой и правой тормозных колодок через стабилизаторы постоянного тока подсоединены параллельно к горячим спаям термоэлементов с электронной и дырочной проводимостями отдельных термобатарей верхней тормозной колодки.2. A method for cooling a servo-assisted braking mechanism comprising a brake drum and brake pads on which cooling assemblies are arranged, made in the form of thermopiles, consisting of thermopiles with electronic and hole conductivities operating in a thermo-refrigerator mode, as well as in the form of thermopiles composed of plate thermocouples operating in the mode of thermoelectric generators, characterized in that in the two-track brake (optional) in the self-pressing brake shoe, the terminals in the form of extreme thermoelectrodes plate thermocouples with a positive and negative terminal through a DC stabilizer are connected in parallel to the first and last hot junctions of thermoelectrodes with electronic and hole conductivity of the thermopile of the self-holding brake pads, and in the three-foot brake (mainly) the extreme thermoelectrodes of plate thermocouples are separately left and right brake pads through constant-current brake stabilizers current are connected in parallel to hot junctions of thermocouples with electronic and hole conductivities of individual thermals Obatari of the upper brake pad.

Images