RU2309306C1

RU2309306C1 - Spring brake

Info

Publication number: RU2309306C1
Application number: RU2006123081/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Матвеев (RU); Владимир Анатольевич Матвеев
Original assignee: Владимир Анатольевич Матвеев
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2007-10-27
Also published as: WO2008002179A1

Abstract

FIELD: brake technique, in particular, recovery of energy absorbed during braking, more particular, spring brakes for vehicles.

SUBSTANCE: spring brake has first spring-type braking energy accumulator placed in axially aligned relation within cavity of wheel braking drum, clutch having movable half-coupling connected to one end of spring of first accumulator and immovable half-coupling rigidly fixed on wheel axle, and hydraulic drive for movable half-coupling. Spring brake is additionally equipped with second spring-type braking energy accumulator positioned on casing of braking drum, device for adjusting of admissible braking energy, and drive for disconnecting of movable half-coupling. First spring-type energy accumulator is made in the form of flat spiral spring and second spring-type energy accumulator is made in the form of extension springs assembly. Device for adjustment of admissible braking energy is formed as spring tightening mechanism mounted on braking drum casing. Outer end of spring of first energy accumulator is connected with first ends of springs of second energy accumulator and is connected through mechanical drive with movable half-coupling of clutch. Second ends of springs of second energy accumulator are joined through tightening device to drum casing. Spring brake of such construction allows planetary and spherical-screw drive to be eliminated.

EFFECT: increased efficiency by providing the possibility of adjusting braking force in order to eliminate the probability of full stop of vehicle wheels in case of emergency braking.

5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к тормозным устройствам с утилизацией поглощаемой при торможении энергии, преимущественно к пружинным тормозам для автомобильного транспорта.The invention relates to braking devices with the utilization of energy absorbed during braking, mainly to spring brakes for automobile vehicles.

Известен пружинный тормоз (RU 2177891, Кл. В60Т 17/16, F16D 55/02, В61Н 11/02, 2002) для колес подвижного состава железных дорог, содержащий пружинный аккумулятор энергии в виде винтовой пружины кручения с пневматическим приводом включения тормоза.Known spring brake (RU 2177891, CL. B60T 17/16, F16D 55/02, B61H 11/02, 2002) for wheels of rolling stock of railways containing a spring energy accumulator in the form of a torsion coil spring with a pneumatic brake actuator.

Недостатком известного тормоза является невозможность его применения для автомобильного транспорта из-за специфических конструкций привода и аккумулятора.A disadvantage of the known brake is the impossibility of its application for automobile transport due to the specific design of the drive and battery.

Известен пружинный тормоз В.И.Игнаткина, использующий пружинные аккумуляторы энергии в виде винтовой пружины кручения с механическими реверсивными передачами от трансмиссионного вала автомобиля (SU 937811, кл. F16D 61/00, 1982).The well-known spring brake V.I.Ignatkina using spring energy batteries in the form of a torsion coil spring with mechanical reverse gears from the transmission shaft of the car (SU 937811, class F16D 61/00, 1982).

Недостатками известного тормоза являются сложность конструкции и сложность управления такими тормозами, т.к. необходимо применять сложный механизм реверса.The disadvantages of the known brakes are the complexity of the design and the difficulty of controlling such brakes, because It is necessary to apply a complex reverse mechanism.

Известен пружинный тормоз (RU 2234011, кл. F16D 61/00, 2004), содержащий пружинный аккумулятор энергии в виде винтовой пружины кручения, муфту сцепления, соосную планетарную передачу и механический привод муфты.A spring brake is known (RU 2234011, class F16D 61/00, 2004), comprising a spring energy accumulator in the form of a torsion coil spring, a clutch, a coaxial planetary gear and a mechanical clutch drive.

Недостатками известного тормоза является недостаточная надежность, обусловленная наличием механического привода муфты сцепления.The disadvantages of the known brake is the lack of reliability due to the presence of a mechanical drive clutch.

Известен пружинный тормоз (RU 2017024, кл. F16D 61/00, 1994), включающий пружинный аккумулятор энергии торможения, выполненный в виде винтовой пружины кручения, установленный в полости тормозного барабана колеса и соосно с ним, планетарную передачу, шариковинтовую передачу, муфту сцепления, подвижная полумуфта которой соединена с одним из концов пружины аккумулятора, а неподвижная - жестко закреплена на оси колеса, и гидравлический привод подвижной полумуфты муфты сцепления.A spring brake is known (RU 2017024, class F16D 61/00, 1994), comprising a spring brake energy accumulator made in the form of a torsion coil spring installed in and aligned with the cavity of the wheel brake drum, planetary gear, ball screw transmission, clutch, the movable coupling of which is connected to one of the ends of the spring of the battery, and the stationary coupling is rigidly fixed to the wheel axis, and the hydraulic drive of the movable coupling coupling of the clutch.

Недостатком известного пружинного тормоза является сложность конструкции и возможность заноса транспортного средства при экстренном торможении.A disadvantage of the known spring brake is the design complexity and the possibility of skidding the vehicle during emergency braking.

Технической задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и уменьшение вероятности заноса транспортного средства при экстренном торможении.The technical task of the invention is to simplify the design and reduce the likelihood of a vehicle skidding during emergency braking.

Технический результат заключается в исключении планетарной и шариковинтовой передачи, а также в обеспечении возможности регулирования усилия торможения для исключения возможности полной остановки вращения колес транспортного средства при экстренном торможении.The technical result consists in the exclusion of planetary and ballscrews, as well as in providing the possibility of regulating the braking force to exclude the possibility of a complete stop of the rotation of the wheels of the vehicle during emergency braking.

Этот технический результат достигается тем, что пружинный тормоз, включающий первый пружинный аккумулятор энергии торможения, установленный в полости тормозного барабана колеса и соосно с ним, муфту сцепления, подвижная полумуфта которой соединена с одним из концов пружины первого аккумулятора, а неподвижная - жестко закреплена на оси колеса, и гидравлический привод подвижной полумуфты, согласно изобретению он дополнительно содержит второй пружинный аккумулятор энергии торможения, установленный на корпусе тормозного барабана, устройство регулировки допустимой энергии торможения и привод отключения подвижной полумуфты, причем первый пружинный аккумулятор энергии выполнен в виде плоской спиральной пружины, а второй - в виде блока пружин растяжения, устройство регулировки допустимой энергии торможения выполнено в виде механизма натяжения его пружин установленного на корпусе тормозного барабана, внешний конец пружины первого аккумулятора соединен с первыми концами пружин второго аккумулятора и через механический привод с подвижной полумуфтой муфты сцепления, вторые концы пружин второго аккумулятора через устройство натяжения соединены с корпусом барабана.This technical result is achieved in that the spring brake, including the first spring brake energy accumulator installed in the cavity of the brake drum of the wheel and coaxially with it, a clutch, the movable coupling of which is connected to one of the ends of the spring of the first battery, and the fixed one is rigidly fixed to the axis wheels, and a hydraulic drive of the movable coupling half, according to the invention, it further comprises a second spring brake energy accumulator mounted on the brake drum body, a device the adjustment of the permissible braking energy and the shut-off drive of the movable coupling half, the first spring energy accumulator made in the form of a flat coil spring, and the second in the form of a block of tension springs, the device for adjusting the braking energy is made in the form of a tension mechanism for its springs mounted on the brake drum body, the outer end of the spring of the first battery is connected to the first ends of the springs of the second battery and through a mechanical drive with a movable coupling half of the clutch, s ends of the springs of the second accumulator through a tension device connected to the drum casing.

При этом блок пружин второго пружинного аккумулятора энергии торможения содержит не менее двух пружин растяжения. Муфта сцепления выполнена фрикционной. Привод отключения подвижной полумуфты выполнен в виде червячной передачи и/или системы подвижных рычагов. Полость тормозного барабана выполнена герметичной, снабжена перепускными клапанами и заполнена тормозной жидкостью.In this case, the spring block of the second spring brake energy accumulator contains at least two tension springs. The clutch is made friction. The drive for disabling the movable coupling half is made in the form of a worm gear and / or a system of movable levers. The cavity of the brake drum is sealed, equipped with bypass valves and is filled with brake fluid.

Введение второго пружинного аккумулятора энергии торможения и механического привода отключения подвижной полумуфты позволяют исключить соосную планетарную передачу, шариковинтовую передачу известного пружинного тормоза и, тем самым, упростить конструкцию пружинного тормоза. При этом дополнительно обеспечивается антизаносное автоматическое импульсное торможение транспортного средства без необходимости многократного нажатия на педаль тормоза. Введение устройства регулировки допустимой энергии второго пружинного аккумулятора путем изменения натяжения его пружин позволяет путем предварительной настройки при техническом обслуживании тормозов исключить возможность их «заклинивания» при эксплуатации. В последнем случае обеспечивается исключение эффекта «юза» тормозов и заноса транспортного средства. Выполнение полости тормозного барабана герметичной, снабжение ее перепускными клапанами и заполнение тормозной жидкостью дополнительно позволяют гасить энергию торможения и улучшить тормозные качества пружинного тормоза в целом.The introduction of a second spring brake energy accumulator and a mechanical disengaging drive of the movable coupling half eliminates the coaxial planetary gear, the ball screw transmission of the known spring brake and, thus, simplifies the design of the spring brake. In addition, anti-drift automatic impulse braking of the vehicle is additionally provided without the need to repeatedly depress the brake pedal. The introduction of a device for adjusting the permissible energy of the second spring battery by changing the tension of its springs allows, by pre-setting during maintenance of the brakes, to exclude the possibility of their “jamming” during operation. In the latter case, the effect of the “use” of brakes and skidding of the vehicle is eliminated. The implementation of the cavity of the brake drum tight, supplying it with bypass valves and filling the brake fluid additionally allow you to extinguish the braking energy and improve the braking quality of the spring brake as a whole.

На фиг.1 представлен вид сбоку предлагаемого пружинного тормоза, на фиг.2 - вид его по линии А.Figure 1 presents a side view of the proposed spring brake, figure 2 is a view of it along line A.

Пружинный тормоз содержит первый 1 и второй 2 пружинные аккумуляторы энергии торможения. Аккумулятор 1 содержит плоскую спиральную пружину 3, установленную в полости тормозного барабана 4 колеса и соосно с осью 5 последнего. Нижний конец 6 пружины 3 закреплен подвижно в продольной прорези 7 подвижной полумуфты 8 фрикционной муфты сцепления, неподвижная муфта 9 которой жестко закреплена на оси 5 со стороны колеса. Полумуфта 8 снабжена кольцевой выемкой 10, в которой с диаметрально противоположных сторон установлены вилка 11 гидравлического привода 12 и вилка 13 механического привода 14. Гидравлический привод 12 выполнен в виде колесного тормозного цилиндра, снабженного отжимной пружиной 15 и поршнем 16, соединенным с вилкой 11. Механический привод 14 выполнен в виде червячной передачи и/или системы подвижных рычагов, один из которых соединен с вилкой 13, другой - с аккумулятором 2. Пружинный аккумулятор 2 содержит блок пружин, включающий не менее двух пружин 17 растяжения. Одни концы пружин 17 соединены с подвижной пластиной 18 и внешним концом 19 спиральной пружины 3 аккумулятора 1 и рычагом 20 привода 14. Другие концы пружин 17 через механизм натяжения 21 соединены с корпусом барабана 4. Количество пружин 17 аккумулятора 2 зависит от материала пружин, их размеров и выбирается экспериментально из условия обеспечения требуемой силы торможения и исключения возможности перекоса подвижной пластины 18 при ее перемещении по корпусу барабана 4. В последнем случае количество пружин должно быть не менее двух. Полость аккумулятора 1 выполнена герметичной и снабжена перепускными клапанами 22 и 23 прямого направления (из центра к периферии), соединенными внешним гидропроводом 24, и перепускными клапанами 25 и 26 обратного направления (от периферии к центру), соединенными гидропроводом 27. Клапаны 22 и 23 аккумулятора 1 выполнены с уменьшенным в диаметре калибровочными отверстиями для дополнительного гашения энергии торможения при скручивании пружины 3, а клапаны 25 и 26 - с увеличенными диаметрами поперечного сечения для уменьшения сопротивления (для перетекающей в обратном направлении гидравлической жидкости) при возвращении пружины 3 в исходное стояние. Размеры калибровочных отверстий выбираются экспериментально из условия минимизации времени возвращения аккумуляторов 1 и 2 в исходное состояние при ограничениях на общее время импульсного торможения для полной остановки транспортного средства конкретного вида. Механизм натяжения 21 выполнен в виде системы шестерен с фиксатором положения или в виде ворота. Допустимое натяжение пружин 17 аккумулятора 2, при котором происходит сброс пружинных аккумуляторов в исходное положение, выбирается экспериментально из условия минимизации длины тормозного пути транспортного средства до полной остановки без блокировки колес и исключения возможности скольжения последних по дорожному покрытию при заданных параметрах эксплуатации.The spring brake contains the first 1 and second 2 spring batteries of braking energy. The battery 1 contains a flat coil spring 3 installed in the cavity of the brake drum 4 of the wheel and coaxially with the axis 5 of the latter. The lower end 6 of the spring 3 is fixed movably in the longitudinal slot 7 of the movable coupling half 8 of the friction clutch, the fixed clutch 9 of which is rigidly fixed to the axis 5 from the side of the wheel. The coupling half 8 is provided with an annular recess 10, in which a fork 11 of the hydraulic drive 12 and a fork 13 of the mechanical drive 14 are mounted on diametrically opposite sides. The hydraulic drive 12 is made in the form of a wheel brake cylinder equipped with a release spring 15 and a piston 16 connected to the fork 11. Mechanical the drive 14 is made in the form of a worm gear and / or a system of movable levers, one of which is connected to the plug 13, the other to the battery 2. The spring battery 2 contains a spring block including at least two springs 17 p asthenia. Some ends of the springs 17 are connected to the movable plate 18 and the outer end 19 of the coil spring 3 of the accumulator 1 and the lever 20 of the actuator 14. The other ends of the springs 17 are connected via a tension mechanism 21 to the drum body 4. The number of springs 17 of the accumulator 2 depends on the material of the springs, their sizes and is selected experimentally from the condition of ensuring the required braking force and eliminating the possibility of skewing of the movable plate 18 when it moves along the drum body 4. In the latter case, the number of springs should be at least two. The cavity of the battery 1 is sealed and equipped with bypass valves 22 and 23 of the forward direction (from the center to the periphery) connected by an external hydraulic pipe 24, and bypass valves 25 and 26 of the reverse direction (from the periphery to the center) connected by the hydraulic pipe 27. Valves 22 and 23 of the battery 1 are made with calibration holes reduced in diameter for additional damping of braking energy when the spring 3 is twisted, and valves 25 and 26 with increased cross-section diameters to reduce resistance (for grinding flowing in the opposite direction of the hydraulic fluid) when the spring 3 returns to its original position. The dimensions of the calibration holes are selected experimentally from the condition of minimizing the time of returning the batteries 1 and 2 to their original state with restrictions on the total time of pulse braking to completely stop the vehicle of a particular type. The tension mechanism 21 is made in the form of a gear system with a position lock or in the form of a gate. The permissible tension of the springs 17 of the battery 2, at which the spring batteries are reset to their original position, is selected experimentally from the condition of minimizing the length of the braking distance of the vehicle to a complete stop without locking the wheels and excluding the possibility of the latter sliding on the road surface at specified operating parameters.

Пружинный тормоз работает следующим образом.The spring brake operates as follows.

При нажатии на педаль тормоза, тормозная жидкость поступает в колесный тормозной цилиндр гидравлического привода 12. Под действием давления тормозной жидкости поршень 15 движется вправо, увлекая за собой вилку 11. При этом вилка 11 смещает подвижную полумуфту 8 также вправо и соединяет ее с неподвижной полумуфтой 9, жестко закрепленной на оси 5, приводя во вращение полумуфту 8. Вращение полумуфты 8 приводит к закручиванию спиральной пружины 3, аккумулирующей энергию торможения колеса транспортного средства. В процессе закручивания пружины 3 тормозная жидкость, находящаяся в центральной части полости аккумулятора 1 перетекает по пути: клапан 23 - гидропровод 24 - клапан - 22 - периферийная часть аккумулятора 1, преодолевая сопротивление узких калибровочных отверстий клапанов 22, 23, обеспечивая дополнительную аккумуляцию тормозной энергии. При полном закручивании пружины 3 ее внешний конец 19, соединенный с пружинами 17 растяжения второго аккумулятора 2 энергии торможения, вызывает удлинение пружин 17 и перемещение пластины 18 по цилиндрической поверхности тормозного барабана 4. При этом рычаг 20 привода 14, соединенный с пластиной 18, приходит в движение и вызывает (при достижении предельного значения аккумулируемой энергии аккумулятора 1) перемещение вилки 13 привода 14 в сторону отключения полумуфты 8 от полумуфты 9. Освобожденная от зацепления с полумуфтой 9 полумуфта 8 раскручивается под действием сжатой пружины 3 в обратном направлении. За счет увеличенного проходного сечения клапанов 25 и 26 гидравлическая жидкость, скопившаяся в периферийной части полости аккумулятора 1, перекачивается через гидропровод 27 в его центральную часть и равномерно аккумулируется между витками пружины 3. При исчезновении тяговой силы со стороны пружины 3 пружины 17 аккумулятора 2 быстро возвращаются в исходное положение расслабления. За счет инерционности механического привода 14 обеспечивается выдержка времени, необходимая для возвращения аккумуляторов 1 и 2 в исходное положение. После возвращения аккумуляторов 1 и 2 в исходное положение гидравлическая сила привода 12 (при удержании педали тормоза водителем транспортного средства) преодолевает механическую силу привода 14 и полумуфта 8 снова движется в направлении сцепления с полумуфтой 9, жестко закрепленной на оси колеса. Полумуфта 8 снова начинает закручивать пружину 3 аккумулятора 1 и процесс торможения повторяется. В результате однократного нажатия и удержания педали тормоза транспортного средства обеспечивается автоматическое импульсное торможение, рекомендуемое Правилами скоростного вождения, для исключения заносов на поворотах, в гололед и на мокрой дороге. В данном случае не требуется периодически нажимать на педаль тормоза. Кроме того, изобретение исключает возможность полной остановки колеса при торможении на высоких скоростях и возникновения эффекта «юза» (неуправляемого скольжения транспортного средства), приводящего, как правило, к аварийным ситуациям на дорогах. Указанные технические преимущества изобретения позволяют не только увеличить безопасность дорожного движения, но и снизить требования к профессиональным качествам водителя.When you press the brake pedal, the brake fluid enters the wheel brake cylinder of the hydraulic drive 12. Under the influence of the brake fluid pressure, the piston 15 moves to the right, dragging the fork 11. The fork 11 also biases the movable coupling half 8 to the right and connects it to the stationary coupling half 9 rigidly fixed on the axis 5, causing the coupling half to rotate 8. The rotation of the coupling half 8 causes the coil spring 3 to twist, accumulating the braking energy of the vehicle wheel. In the process of tightening the spring 3, the brake fluid located in the central part of the cavity of the battery 1 flows along the path: valve 23 - hydraulic wire 24 - valve - 22 - the peripheral part of the battery 1, overcoming the resistance of the narrow calibration holes of the valves 22, 23, providing additional accumulation of brake energy. When the spring 3 is fully tightened, its external end 19, connected to the tension springs 17 of the second braking energy accumulator 2, causes the springs 17 to elongate and the plate 18 to move along the cylindrical surface of the brake drum 4. In this case, the lever 20 of the actuator 14 connected to the plate 18 comes into movement and causes (when the limit value of the accumulated energy of the battery 1 is reached) the fork 13 of the actuator 14 is moved towards disconnecting the coupling half 8 from the coupling 9. Relieved of engagement with the coupling half 9 of the coupling half 8 is untwisted tsya under the action of the compressed spring 3 in the reverse direction. Due to the increased bore of the valves 25 and 26, the hydraulic fluid accumulated in the peripheral part of the cavity of the accumulator 1 is pumped through the hydraulic conduit 27 to its central part and is evenly accumulated between the turns of the spring 3. When the traction force from the side of the spring 3 disappears, the springs 17 of the accumulator 2 quickly return to the starting position of relaxation. Due to the inertia of the mechanical drive 14 provides the time delay necessary to return the batteries 1 and 2 to its original position. After the batteries 1 and 2 are returned to their original position, the hydraulic force of the drive 12 (while holding the brake pedal by the vehicle driver) overcomes the mechanical force of the drive 14 and the coupling half 8 again moves in the clutch direction with the coupling half 9, rigidly fixed to the wheel axis. The coupling half 8 again starts to tighten the spring 3 of the battery 1 and the braking process is repeated. As a result of a single press and hold of the vehicle’s brake pedal, automatic impulse braking is provided, recommended by the High-Speed Driving Rules, to prevent skidding on corners, in icy conditions and on wet roads. In this case, you do not need to periodically press the brake pedal. In addition, the invention eliminates the possibility of a complete stop of the wheel when braking at high speeds and the occurrence of the “yuz” effect (uncontrolled sliding of a vehicle), which usually leads to emergency situations on the roads. These technical advantages of the invention allow not only to increase road safety, but also to reduce the requirements for the professional qualities of the driver.

Изобретение разработано на уровне технического предложения и физического моделирования. Изобретение промышленно применимо. Основано на использовании известных материалов и механизмов и трудностей для практической реализации не представляет.The invention was developed at the level of technical proposal and physical modeling. The invention is industrially applicable. Based on the use of well-known materials and mechanisms and difficulties for practical implementation does not represent.

Claims

1. Пружинный тормоз, включающий первый пружинный аккумулятор энергии торможения, установленный в полости тормозного барабана колеса и соосно с ним, муфту сцепления, подвижная полумуфта которой соединена с одним из концов пружины первого аккумулятора, а неподвижная - жестко закреплена на оси колеса, и гидравлический привод подвижной полумуфты, отличающийся тем, что он дополнительно содержит второй пружинный аккумулятор энергии торможения, установленный на корпусе тормозного барабана, устройство регулировки допустимой энергии торможения и привод отключения подвижной полумуфты, причем первый пружинный аккумулятор энергии выполнен в виде плоской спиральной пружины, а второй - в виде блока пружин растяжения, устройство регулировки допустимой энергии торможения выполнено в виде механизма натяжения пружин, установленного на корпусе тормозного барабана, внешний конец пружины первого аккумулятора соединен с первыми концами пружин второго аккумулятора и через механический привод - с подвижной полумуфтой муфты сцепления, вторые концы пружин второго аккумулятора через устройство натяжения соединены с корпусом барабана.1. A spring brake, comprising a first spring brake energy accumulator installed in and coaxially with the wheel brake drum cavity, a clutch, the movable coupling of which is connected to one end of the spring of the first battery, and the fixed one is rigidly fixed to the wheel axis, and a hydraulic drive a movable coupling half, characterized in that it further comprises a second spring brake energy battery mounted on the brake drum body, a device for adjusting the allowable brake energy I and the disengaging drive of the movable coupling half, the first spring energy accumulator made in the form of a flat spiral spring, and the second in the form of a block of tension springs, the device for adjusting the allowable braking energy is made in the form of a spring tension mechanism mounted on the brake drum body, the outer end of the first spring the battery is connected to the first ends of the springs of the second battery and through a mechanical drive - with a movable coupling half of the clutch, the second ends of the springs of the second battery through the device ystvo tension connected to the drum casing.

2. Пружинный тормоз по п.1, отличающийся тем, что блок пружин второго пружинного аккумулятора энергии торможения содержит не менее двух пружин растяжения.2. The spring brake according to claim 1, characterized in that the spring unit of the second spring energy storage battery contains at least two tension springs.

3. Пружинный тормоз по п.1, отличающийся тем, что муфта сцепления выполнена фрикционной.3. The spring brake according to claim 1, characterized in that the clutch is made of friction.

4. Пружинный тормоз по п.1, отличающийся тем, что привод отключения подвижной полумуфты выполнен в виде червячной передачи и/или системы подвижных рычагов.4. The spring brake according to claim 1, characterized in that the disengaging drive of the movable coupling half is made in the form of a worm gear and / or a system of movable levers.

5. Пружинный тормоз по п.1, отличающийся тем, что полость тормозного барабана выполнена герметичной, снабжена перепускными клапанами и заполнена моторным маслом.5. The spring brake according to claim 1, characterized in that the cavity of the brake drum is sealed, equipped with bypass valves and filled with engine oil.