杆型制动装置的制作方法

本发明涉及适合于减慢或停止旋转轴的旋转、或适合于停止或减慢装置或车辆沿着轨道的行进的制动装置。本发明的制动装置旨在连同制动装置中承载制动片之间的旋转中的径向盘或凸缘的旋转轴一起使用、或在非制动模式下连同沿着在制动片之间纵向延伸的轨道移动的装置或车辆一起使用。

特别地，本发明涉及一种杆型制动装置，该制动装置包括：用于围绕第一轴的摇摆运动的套设的左杆，用于围绕与第一轴平行的第二轴的摇摆运动的套轴设置的右杆，所述轴将每个杆划分为短杆长度和长杆长度。左制动片和右制动片分别可枢转地套设在左杆和右杆的短杆长度中。致动部件布置成啮合杆的长杆长度且可操作用于使杆在相反旋转方向上围绕其各自的轴摆动，该致动部件控制制动片在制动位置和空闲位置之间的移动，以及产生由制动片在制动中施加的夹紧力。

本发明的第二方面涉及一种制动装置，该制动装置一方面与用于针对在设定的枢转位置上中旋转而正锁定旋转轴的结构和功能部件、另一方面与布置成在停顿时调整旋转轴的枢转位置的轴转动机构整体地组装。

背景技术：

本发明的制动装置可以被称为一种适用于停止和/或保持应用的杆制动器。设计制动力范围从几千牛顿(n)到几百kn，这种杆制动器在例如海船和风力发电站中广泛用于停止螺旋桨或涡轮机的旋转。

尽管制动力在大多数传统应用中由液压产生，但是其它应用可能要求替选动力以便避免泄漏的液压流体回路的结果。

过去，已尝试在盘式制动器设计中用电力代替液压力。ep2500597a1例如公开了用于风力发电站的盘式制动器布置，其中，电动机借助蜗轮传动激活制动器，该蜗轮传动包括驱动主轴朝向制动片轴向平移的行星式滚柱丝杠。

在用于旋转轴的盘式制动器中应用电力时需要解决的一个问题是转子中的振动，该振动可以借助制动片和动力传动的组件而被传送到电机。除了引起电机的旋转零件和轴承的磨损以外，这些振动还可以导致齿轮位置的偏移并造成制动力的损失。在危急环境中，如果允许振动引起制动器的不期望的应用，则可能危及到人身安全。

在飞机转子或螺旋桨的应用中，us2014/0231188a1公开了旋转轴制动系统，该系统包括杆型制动器，该杆型制动器包括弹性弯曲杆。在制动模式下以及在空闲位置上，通过啮合杆的线性致动器迫使弯曲杆进入变形条件。为了避免振动或不期望地应用制动，因此在电力驱动的致动器的应力下不断地设置弯曲杆。

尽管本质上为弹性的，但是在变形负载下不断设置的金属或钢元件最终将经受疲劳和该材料的晶体结构的变化，导致抗弯性能降低。在杆型制动应用中，抗弯性能的逐渐降低可以潜在地影响在制动模式下施加的夹紧力。在us2014/0231188a1中，通过测量可弯曲变形的杆在制动中的弧度来控制夹紧力。然而，随着时间推移，弯曲度可能不表示夹紧力的真实值和由可弯曲变形的制动杆产生的制动效果。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种替选的以电力操作的杆型制动装置。

本发明的特殊目的是提供电力驱动的杆型制动装置，其中，在由金属(诸如钢)制成的力倍增制动杆中，夹紧力控制不受特性随时间变化的牵制。

本发明的另一目的是提供完全电力驱动的制动装置，该制动装置与用于(如可能在例如安装或维修期间所需的)停止、保持和/或转动旋转轴的结构和功能部件整体组装。

第一目的至少通过基本上如最初所描述的杆型的制动装置得以实现，其中，致动部件以螺旋千斤顶的形式来实现，该螺旋千斤顶包括电动机和锥齿轮，所述锥齿轮驱动联接在杆之间的千斤顶丝杠。联接到一个杆的负载传感器借助动力调节部件控制在制动模式下施加的力。联接到另一个杆的位置传感器确定在空闲模式下杆的位置。

本发明的基本特征是使用力倍增杆，其不仅因杠杆作用而降低对于功率效应的需求，而且还由于杆长度与形成的千斤顶的行程长度的比例而提供对借助旋转电机轴施加的力的更准确控制和调节。可以确定在支点的一侧的长杆长度与在另一侧的短杆长度之间的长度关系，以提供在2:1到6:1的范围中、优选地在3:1到5:1的范围中的杆比例，以及最优选地大约4:1的比例。

另一优势通过选择如提出的包括锥齿轮驱动器的螺旋千斤顶来实现。与线性驱动器(其必须基本上安装在由致动器施加的力的方向上且通常在杆布置的左侧或右侧)相反，可以将锥齿轮驱动器集成到杆系统中，且在围绕遵循千斤顶丝杠的长度的力线的任何合适枢转取向下为电机的取向提供极大的自由。

本领域的技术人员将认识到，可以针对许多不同应用调整本方案，且也将理解在具体设计的计算中使用什么参数，诸如电机强度、螺旋千斤顶齿轮比、杆比例、制动片面积和制动片摩擦系数等。因此，为了公开本发明的目的，针对感兴趣的每个参数详细地指定可适用的值范围既不必要也无益处。然而，由于锥齿轮驱动器为本发明的一个基本特征，因此将在5:1到50:1的范围中的锥齿轮比公开为优选的设计参数。

通过如所公开且所请求保护的本发明所实现的另一优势是由传感器提供的测量中的高准确性和一致性，该传感器记录从致动器施加的力而非在杆上形成的效果。不管杆材料中的特性的任何变化，无论该变化是由于疲劳、温度还是其它原因，制动器总是提供由负载传感器登记并通过杆比例倍增的夹紧力。

所提供的又一优势是，可在空闲模式下很容易通过位置传感器的简单调整来设置制动片与内置制动盘或凸缘之间的气隙。可以很容易通过相同手段来补偿由于制动片中的摩擦元件的磨损而变宽的气隙。

以自由悬空方式将杆布置套设在支架中，在该情况下意味着杆在制动模式下针对在制动盘或凸缘的每个侧面均匀施加的夹紧力而自动地调整其位置。为了保证两侧制动片在释放制动时摆脱盘，在支架上提供枢转限制部件作为对向支承件，以防止仅一个杆在返回到空闲位置之后的单一枢转。支架上的这些枢转限制部件为可调节的，且被调节为也在空闲位置上为杆提供一定的移动自由。采用该方式，在空闲位置上使杆从应力中完全释放出来。

弹性构件(诸如张力弹簧)可以连接在杆和与其相关联的支架之间。如果合适，则弹性构件有效防止杆在空闲位置上的自发摆动。因此也抵消杆布置中的振动和噪声。

制动片可枢转地被支撑在左杆和右杆的互相相对、面向内部的侧面中。张力弹簧和枢转限制器分别确保在空闲位置上将制动片保持处于平行关系中。枢转限制器优选地为可调节的，以允许制动片与制动盘/凸缘之间的并行控制。

在螺旋千斤顶中的锥齿轮包括在电机轴上的蜗杆和在千斤顶丝杠上的齿轮。啮合螺纹可以被设计为提供自锁定啮合以在制动模式下保持夹紧力。通过反转电动机的旋转方向可实现将制动片从制动位置返回到空闲位置。

在不使用锥齿轮中的自锁定啮合的情况下，可以代替地使用具有作用于电机轴的电机械或电磁制动器的电机来保持在制动模式下施加的夹紧力。

关于制动器的组件的结构设计，应当提及的是，杆的横截面积(尤其厚度尺寸)可以布置成逐渐且连续减小，这在杆的长杆长度中形成锥形部。在应用制动器时，结合用于避免可能导致裂开的任何种类的迹象的光滑面，杆中的锥形部实现应力的均匀且有益的分布。

如上所述的制动器为本身可在许多情况下应用的独立装置。

所述制动装置的一个特别有利的实施方式是与正锁定和释放机构一起组装，该正锁定和释放机构被布置且可操作用于通过与贴附到旋转轴的制动盘或凸缘的啮合而拦阻旋转轴，该方式针对在设定的枢转位置上的旋转而正锁定旋转轴。

制动装置的另一个特别有利的实施方式是与轴转动机构组装，该轴转动机构布置成在停顿时调节旋转轴的枢转位置。

在任一情况下，组件优选地包括细长的、板状的机架，该机架在其底端具有支撑底座。

该机架适合于将左支架和右支架分别安装在机架的左右两侧。将理解，在该情况下，杆的短部和长部均具有足够长度将制动片和螺旋千斤顶分别定位在基本平坦的机架的相反的前缘和后缘的外侧。

在完全集成的方案中，所有的三个功能件(即，制动装置、锁定和释放机构和轴转动机构)可以全部布置且支撑在机架上。在这种情况下，在机架上定位的优选次序是将锁定和释放机构放在机架的靠近底座支承件的最下端，因为组件的这部分预期将传送最大负载到机架。出于相同原因，优选地将轴转动机构放在机架的最上端，留下机架的中间区域用于安装制动装置。

该锁定和释放机构包括与贴附到旋转轴的制动盘或凸缘合作的可伸长/可缩回活塞，该制动盘或凸缘包括位于制动盘或凸缘的边缘径向内侧的圆上的多个通孔。可以通过电动机和线性驱动器在电力致动该活塞伸长或缩回。

该轴转动机构包括齿轮，该齿轮布置成利用其齿状边缘而可旋转，该齿状边缘可与贴附到旋转轴的制动盘或凸缘的齿状边缘啮合。该齿轮可以通过电动机和斜角齿轮驱动器而电动可旋转。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的实施方案和细节。在附图中：

图1为制动装置的三维视图，

图2为沿着图1中的平面ii-ii截取的、从图1的制动装置的上方观察的局部截面图，

图3为包括图1和图2的制动装置的集成组件的三维视图，以及

图4为从另一视角观察的集成组件的相应的三维视图。

具体实施方式

首先，应当注意，术语“左”和“右”在本公开中仅用于识别目的，且不应按字面理解为指定相对于观看者的绝对取向。

图1和图2示出本发明的制动装置1。制动装置1包括可枢转地套设在左支架3中的左杆2，该左杆2用于围绕第一轴做摇摆运动，所述第一轴由坐落在左支架中的轴杆4限定。右杆5以相应方式可枢转地套设在右支架6中，用于围绕第二轴做摇摆运动，第二轴由坐落在右支架中的轴杆7限定。支架3和支架6布置成安装到支撑结构的相对侧，如将在下文举例说明。

轴4和轴7限定左支点和右支点，所述左支点和所述右支点分别将杆划分为长杆长度2’、长杆长度5’和短杆长度2”、短杆长度5”(参见图2)。在图1和图2中所示的实施方式中，长杆长度2’和长杆长度5’形成有锥形厚度w，该锥形厚度w从各自支点朝向杆的端部连续减小。也将观察到，杆2和杆5的形状为另外的任何形式的空隙，这将中断杆的光滑且连续的表面。

左制动片8可枢转地套设在左杆2的短杆长度的端部中的枢轴9上。右制动片10以相应方式可枢转地套设在右杆5的短杆长度的端部中的枢轴11上。在图1和图2中所示的实施方案中，制动片被套设在铰链12和铰链13中，铰链12和铰链13安装在杆2和杆5的相互面对、面向内部的侧面2i和侧面5i中。

制动片8和制动片10均分别与枢转限制器14和枢转限制器15相关联，枢转限制器14和枢转限制器15确定制动片在空闲位置上(即在非制动模式下)的枢转位置。特别地，枢转限制器布置成可调节的，以分别保证制动片之间以及制动片与制动盘或凸缘(参见图2中的制动盘16)之间的基本平行关系，除了在非制动模式下所述制动盘任一侧的气息以外，该制动盘或凸缘在使用中占用制动片之间的间隙。在所示的实施方案中，枢转限制器被实现为分别与张力弹簧17、张力弹簧18配合的螺纹螺栓14、螺纹螺栓15，弹簧有效地使制动片朝向枢转限制器偏置。

在制动装置1中，通过电力致动的螺旋千斤顶19产生制动力。螺旋千斤顶19的主要组件为电动机20、锥齿轮驱动器21和千斤顶丝杠22。这些组件被悬挂在杆之一的长杆长度的端部区域中，在本情况中悬挂在左杆2的端部中。安装支架23通过将螺旋千斤顶壳体24啮合在杆2的面向内部的一侧2i上而将螺旋千斤顶可枢转地连接到杆。

电机20包括功率控制和调节部件25以及电机制动器26。电机输出轴27承载啮合齿轮螺母28的蜗杆螺纹，该齿轮螺母28旋转地套设在螺旋千斤顶壳体24中。该螺母具有啮合千斤顶丝杠上的外螺纹的内螺纹。当电机通电时，旋转螺母28驱动千斤顶丝杠线性平移，在制动时将杆推开直到制动片接触制动盘或凸缘。由于包括螺旋千斤顶19的杆组件为在第一轴4和第二轴7上自由摆动的单元，因此该杆组件将自动调节成与制动盘/凸缘对齐。

负载传感器29布置成控制由螺旋千斤顶19在制动模式下所施加的夹紧力。传感器29为联接到右杆5的测压仪，且更准确地固定容纳在传感器底座30中，该传感器底座30被支撑在右杆5的长杆长度5’的端部区域中。传感器29在制动模式下吸收从千斤顶丝杠施加的负载且产生电信号，该电信号的电压与该负载成比例。将来自负载传感器的输出信号转换为度量值，该度量值与其它度量参数(诸如杆的比例、齿轮比和电机功率)一起用于确定由制动片施加的夹紧力。可以在联接到电机的功率控制件的外部控制单元中进行这些计算，该功率控制件用于响应于编程到控制单元中的力控制序列的执行而切断或调节电源。

通过连接到电机的功率控制件的位置传感器31确定左杆和右杆在空闲位置中的相对位置。当千斤顶丝杠22从其在制动模式下的伸长位置返回达到预定收缩位置时，位置传感器31发起供应到电机的电力的切断。位置传感器31检测千斤顶丝杠22的最末端32的位置，该千斤顶丝杠22的最末端32通过杆2中的开口达到壳体33中，该壳体33联接到杆的面向外部的一侧。可拆卸舱口34提供对壳体中的位置传感器的访问，用以设定切断电机的电力供应的触发位置。

枢转限制部件安装在制动装置中以防止杆组件在空闲位置上的自发摆动。在所示的实施方案中，螺栓35和螺栓36分别被紧固在支架3和支架6中，且布置成相对于杆的面向内部的侧面而可调整，以便为杆提供空闲位置，该空闲位置确保在制动片与盘式制动器或凸缘之间、分别在盘式制动器/凸缘的各侧形成气隙。

枢转限制部件或螺栓35、螺栓36可以调节成朝向杆的内向表面的最小间隙。若需要，则可以将弹性部件如张力弹簧(在图中未示出)布置在支架与杆之间以防止振动和噪声。

现在将参照图3和图4描述具有补充功能和部件的组件中制动装置1的集成。

集成组件包括制动装置1、总体用附图标记100表示的锁定和释放机构、以及相应地以200表示的轴转动机构。制动装置1、锁定和释放机构100以及轴转动机构200被支撑在通常具有平坦且板状的结构的机架37中，该机架37从底板38升起，底板38附接在机架的底端中。在使用时，可以将底板栓接到需要制动器安装的应用的结构零件。

集成组装件配置成与专门设计的制动盘39配合。该制动盘具有中心开口40，该中心开口40用于插入旋转轴(该轴在图中省略)，在该轴与制动盘之间具有旋转固定关系。具体地，特殊设计包括齿状边缘41以及多个通孔42，这些通孔42以圆形布置，即处于齿状边缘内部的相等的径向距离处。孔42可以沿着该圆均匀地间隔开。

孔42布置成与锁定和释放机构100的活塞配合。活塞(未在附图中示出)安装在壳体101中且在该壳体中被套设成从在壳体中缩回的位置移动到伸长位置，在伸长位置中，该活塞被插入孔42中的一个中。通过电动机102和线性驱动器103完成活塞在伸长和缩回中的致动。

制动盘39的齿状边缘41布置成与旋转地套设在轴转动机构200中的齿轮201配合。该齿轮在图4中可见。齿轮201在操作位置(与制动盘齿状啮合)与停止位置(不与制动盘39啮合)之间可以侧向转换。使齿轮在与制动盘啮合和不与制动盘啮合之间转换可以通过电动机202和斜角齿轮203来完成。在啮合模式下，可以旋转齿轮201，用以使制动盘和贴附到该制动盘的轴缓慢旋转。借助斜角齿轮驱动器205和齿轮箱206将电动机204驱动地连接到齿轮201。齿轮箱206配置成用于大幅减小电机主轴速度，从而产生缓慢回转以适合于在安装和维修操作中旋转轴的位置的更精细调整。计数器207可以布置成控制旋转轴的回转精细至制动盘的齿状边缘的单一齿状长度。电机204可以装配有电机制动器208，该电机制动器208可以应用于电机主轴，从而将齿轮以及由此的制动盘和轴停止在设定的枢转位置中。

本发明的制动装置有利地与海船推进轴组装应用。

所述制动装置的另一有用的实施方式是与发电轴一起组装。

所述制动装置的又一有用的实施方式是与矿山机械一起组装。

所述制动装置的又一有用且有利的实施方式是与制造工艺机械一起组装。

所述制动装置的另一可能的实施方式是与沿着轨道移动的装置或车辆一起组装。

最后值得注意的是，用户和环境优势存在于用于集成组件中的操作功能的电力驱动的基本特征中。将认识到，如请求保护且经描述的制动装置1为这种成果提供了不可或缺的基础。