基于杠杆结合齿轮传动的轮边制动器及方法与流程

1.本发明属于移动装卸起重机设备车轮在轨防风制动技术领域，涉及一种基于杠杆结合齿轮传动的轮边制动器及方法。


背景技术：

2.港口室外移动装卸起重机设备为防止设备在风力作用下车轮在轨道上的滚动，一般采用在从动轮的轮座上设置轮边制动器的方法来提高制动力，实现较好的抗风效果；常用轮边制动器主要通过夹钳夹住车轮，紧贴的摩擦片与车轮产生摩擦力而达到制动效果。目前存在的问题是：常规轮边制动器一般适用于轮压≤100t起重机设备，轮压大于100t时常规机构很难达到额定夹紧力，同时弹簧负载增大且组合型式也变得复杂，长期运行有失效风险；其次起重机设备轮压大于100t时需较高额定夹紧力，电机负载很大且能耗很高，整体结构庞大，不利于安装使用和后期维护。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于杠杆结合齿轮传动的轮边制动器及方法，采用安装座两端销轴连接两个制动臂，两个制动臂的一端分别与推杆机构的固定端和伸缩端销轴连接，两个制动臂的另一端皆销轴连接有制动瓦组件，齿轮传动机构与推杆机构连接，将两个制动瓦组件夹持在移动装卸起重机设备的从动轮两侧，安装座与从动轮的轮座连接固定，齿轮传动机构带动推杆机构驱动两个制动臂连接的制动瓦组件对从动轮进行制动，通过提高杠杆比，减小动作行程，精简机构防止制动失效，通过齿轮副降低转速，增大转矩，减小惯量，通过提高减速比，降低电机的额定功率，节约能耗。
4.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于杠杆结合齿轮传动的轮边制动器，它包括安装座、制动臂、齿轮传动机构和推杆机构；两个制动臂的第二轴孔与安装座两端销轴配合，第一轴孔分别与推杆机构的固定端和伸缩端销轴连接，推杆机构的推杆缸与齿轮传动机构的齿轮箱连接，滚珠丝杆与齿轮箱内的输出齿轮连接；滚珠丝杆驱动滚珠母体旋转直线运动，使制动臂绕安装座摆动，驱动两个制动瓦组件相互靠近或远离。
5.所述安装座为平板，平板两端设置轴套，平板一侧设置筋板和筋条；筋板上设置安装孔。
6.所述制动臂包括固定板两侧连接的力臂，第一轴孔、第二轴孔和第三轴孔分别侧向贯穿力臂的上端、中部和下端；第一轴孔和第二轴孔之间距离大于第三轴孔和第二轴孔之间距离。
7.所述力臂上的第三轴孔与制动瓦组件连接；制动瓦组件包括瓦座连接的瓦片和钩形弹簧，瓦座与第三轴孔销轴配合，钩形弹簧的另一端与安装座两侧连接。
8.所述固定板上设置调节螺栓，调节螺栓一端与安装座的端头抵触。
9.所述齿轮传动机构包括齿轮箱内的齿轮组，齿轮组的输入齿轮与电机的输出端连
接，输出齿轮与滚珠丝杆连接；输入齿轮和输出齿轮啮合的过渡齿轮的齿数大于输入齿轮的齿数，小于输出齿轮的齿数。
10.所述推杆机构包括推杆缸内的滚珠丝杆、滚珠母体和碟簧，滚珠母体套设在滚珠丝杆一端与其滚动配合，碟簧与滚珠母体配合，推杆与滚珠母体连接伸出推杆缸外。
11.所述推杆为杆状体，杆体一端的轴头直径大于杆体直径，轴头位于推杆缸前端腔体内壁的环形槽内，由卡簧限位；滚珠丝杆的外壁和滚珠母体的内壁上皆设置螺旋槽，位于螺旋槽内设置滚珠。
12.所述推杆的杆体上设置销轴座，接近开关与销轴座连接位于推杆缸外靠近推杆缸的端头处，第一轴孔与销轴座销轴连接。
13.如上所述的基于杠杆结合齿轮传动的轮边制动器的制动方法，包括如下步骤：s1，安装，两个制动瓦组件夹持在移动装卸起重机设备的从动轮两侧，安装座上的安装孔与从动轮的轮座连接固定；接近开关与车载控制系统电性连接；s2，调节，分别旋转两个制动臂上的调节螺栓使其端头与安装座的端面抵触，直至瓦片与从动轮的轮边靠近，且从动轮两侧的两个瓦片与轮边之间的间隙相等；s3，传动，电机驱动齿轮组带动滚珠丝杆旋转，使滚珠母体伸出推杆缸外或退回推杆缸内；此步骤中，碟簧随之压缩或伸展；s4，制动，滚珠母体推动推杆伸展，驱动两个制动臂绕安装座上的轴套转动，使两个制动瓦组件相互靠近，两个瓦片逐渐夹持从动轮的轮边并与其摩擦接触；此步骤中，钩形弹簧向一侧偏转并张开；在s3中，由于力臂上第一轴孔和第二轴孔之间距离大于第三轴孔和第二轴孔之间距离，在两个制动瓦组件额定夹持力，即阻力不变的情况下，通过提高杠杆比，减小动作行程，精简机构防止制动失效；在s4中，由于齿轮组的输入齿轮和输出齿轮啮合的过渡齿轮的齿数大于输入齿轮的齿数，小于输出齿轮的齿数，通过齿轮副降低转速，增大转矩，减小惯量，通过提高减速比，降低电机的额定功率，节约能耗。
14.本发明的主要有益效果在于：安装座两端的制动臂与其销轴连接，制动臂一端的制动瓦组件与其销轴连接，形成杠杆结构，施加制动臂另一端的推力使两个制动瓦组件相互靠近或远离，利用制动瓦组件夹持移动装卸起重机设备的从动轮的轮边，从而实现制动，该结构简单，相对于现有制动器，精简了机构，同时有利于小型化。
15.由于力臂上第一轴孔和第二轴孔之间距离大于第三轴孔和第二轴孔之间距离，在两个制动瓦组件额定夹持力，即阻力不变的情况下，通过提高杠杆比，减小了动作行程，有利于精简机构防止制动失效。
16.钩形弹簧与安装座和制动瓦组件连接，当制动瓦组件动作时，钩形弹簧向一侧偏转并张开钩口，动作结束后，利用钩形弹簧使制动瓦组件复位。
17.由于齿轮组的输入齿轮和输出齿轮啮合的过渡齿轮的齿数大于输入齿轮的齿数，小于输出齿轮的齿数，通过齿轮副降低转速，增大转矩，减小惯量，通过提高减速比，降低电机的额定功率，节约能耗，减少运维风险。
18.齿轮传动机构与推杆机构连接，齿轮传动机构带动推杆机构驱动两个制动臂连接
的制动瓦组件对从动轮进行制动，反应灵活，便于控制。
19.制动臂上设置的调节螺栓与安装座的端面抵触，通过调节螺栓可调节制动瓦组件，使从动轮两侧的两个瓦片与轮边之间的间隙相等，从而提高制动时的稳定性。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的结构示意图。
21.图2为图1的主视示意图。
22.图3为图2的左视示意图。
23.图4为本发明安装座的结构示意图。
24.图5为本发明制动臂的结构示意图。
25.图6为本发明制动瓦组件的结构示意图。
26.图7为本发明制齿轮传动机构和推杆机构连接的结构示意图。
27.图8为图7的俯视示意图。
28.图9为图8的a-a处剖视示意图。
29.图10为本发明齿轮箱和推杆缸内部的结构示意图。
30.图11为本发明以制动臂为杠杆的受力简图。
31.图中：安装座1，轴套11，安装孔12，制动臂2，第一轴孔21，第二轴孔22，第三轴孔23，制动瓦组件24，瓦片25，钩形弹簧26，调节螺栓27，齿轮传动机构3，齿轮箱31，齿轮组32，电机33，推杆机构4，推杆缸41，滚珠丝杆42，滚珠母体43，碟簧44，推杆45，接近开关46。
具体实施方式
32.如图1~图11中，一种基于杠杆结合齿轮传动的轮边制动器，它包括安装座1、制动臂2、齿轮传动机构3和推杆机构4；两个制动臂2的第二轴孔22与安装座1两端销轴配合，第一轴孔21分别与推杆机构4的固定端和伸缩端销轴连接，推杆机构4的推杆缸41与齿轮传动机构3的齿轮箱31连接，滚珠丝杆42与齿轮箱31内的输出齿轮连接；滚珠丝杆42驱动滚珠母体43旋转直线运动，使制动臂2绕安装座1摆动，驱动两个制动瓦组件24相互靠近或远离。使用时，将两个制动瓦组件24夹持在移动装卸起重机设备的从动轮两侧，安装座1与从动轮的轮座连接固定，齿轮传动机构3带动推杆机构4驱动两个制动臂2连接的制动瓦组件24对从动轮进行制动，通过提高杠杆比，减小动作行程，精简机构防止失效，通过齿轮副降低转速，增大转矩，减小惯量，通过提高减速比，降低电机33的额定功率，节约能耗。
33.优选的方案中，所述安装座1为平板，平板两端设置轴套11，平板一侧设置筋板和筋条；筋板上设置安装孔12。安装时，销轴穿过轴套11和制动臂2上的第二轴孔22与其连接，安装孔12与移动装卸起重机设备的从动轮的轮座连接固定。
34.优选的方案中，所述制动臂2包括固定板两侧连接的力臂，第一轴孔21、第二轴孔22和第三轴孔23分别侧向贯穿力臂的上端、中部和下端；第一轴孔21和第二轴孔22之间距离大于第三轴孔23和第二轴孔22之间距离。使用时，以第二轴孔22为支点形成杠杆结构，第二轴孔22与第一轴孔21之间的力臂为动力臂，第二轴孔22与第三轴孔23之间的力臂为阻力臂。
35.优选地，由于力臂上第一轴孔21和第二轴孔22之间距离大于第三轴孔23和第二轴孔22之间距离，在两个制动瓦组件24额定夹持力，即阻力不变的情况下，通过提高杠杆比，减小了动作行程，有利于精简机构防止制动失效。
36.优选地，如图11中，以力臂为杠杆，杠杆原理的公式为：动力
×
动力臂=阻力
×
阻力臂，在制动瓦组件24额定夹紧力，即阻力不变的情况下，减小了阻力臂，同时增大了动力臂。
37.优选的方案中，所述力臂上的第三轴孔23与制动瓦组件24连接；制动瓦组件24包括瓦座连接的瓦片25和钩形弹簧26，瓦座与第三轴孔23销轴配合，钩形弹簧26的另一端与安装座1两侧连接。使用时，瓦片25用于与从动轮的轮边接触并产生摩擦力形成制动，钩形弹簧26在制动瓦组件24制动动作的过程中向一侧偏转，使瓦片25始终保持与从动轮的轮边接触，并在制动动作结束后，制动瓦组件24张开的过程中，钩形弹簧26拉动制动瓦组件24复位，避免与从动轮的轮边接触。
38.优选的方案中，所述固定板上设置调节螺栓27，调节螺栓27一端与安装座1的端头抵触。使用时，通过旋转调节螺栓27使其端头与安装座1的端头抵触，从而调节两个制动瓦组件24之间的距离，并使从动轮两侧的轮边与两个制动瓦组件24的瓦片25之间的距离一致，使得在转动过程中，两个瓦片25能够同时与轮边接触，提高了制动时的稳定性。
39.优选的方案中，所述齿轮传动机构3包括齿轮箱31内的齿轮组32，齿轮组32的输入齿轮与电机33的输出端连接，输出齿轮与滚珠丝杆42连接；输入齿轮和输出齿轮啮合的过渡齿轮的齿数大于输入齿轮的齿数，小于输出齿轮的齿数。使用时，由于齿轮组32的输入齿轮和输出齿轮啮合的过渡齿轮的齿数大于输入齿轮的齿数，小于输出齿轮的齿数，通过齿轮副降低转速，增大转矩，减小惯量，通过提高减速比，降低电机33的额定功率，节约能耗，减少运维风险。
40.齿轮传动机构3的工作原理是：电机33驱动齿轮组32带动滚珠丝杆42旋转，在齿轮组32工作的过程中，通过过渡齿轮第一次降低转速，输出齿轮第二次降低转速，使滚珠丝杆42的旋转速度进一步降低，从而增大了转矩，减小了惯量。
41.优选的方案中，所述推杆机构4包括推杆缸41内的滚珠丝杆42、滚珠母体43和碟簧44，滚珠母体43套设在滚珠丝杆42一端与其滚动配合，碟簧44与滚珠母体43配合，推杆45与滚珠母体43连接伸出推杆缸41外。使用时，滚珠丝杆42旋转驱动滚珠母体43旋转的同时做直线运动。
42.优选的方案中，所述推杆45为杆状体，杆体一端的轴头直径大于杆体直径，轴头位于推杆缸41前端腔体内壁的环形槽内，由卡簧限位；滚珠丝杆42的外壁和滚珠母体43的内壁上皆设置螺旋槽，位于螺旋槽内设置滚珠。安装时，推杆45一端的轴头位于推杆缸41的环形槽内，使轴头不会脱离环形槽并能够在环形槽内转动，当推杆45与制动臂2连接后对推杆45进行了径向限位，从而避免滚珠母体43旋转时带动推杆45旋转，只能使推杆45直线运动，从而提高了推杆45运动时的稳定性。
43.优选地，位于滚珠母体43内的滚珠丝杆42的端头设置轴头限位块，轴头限位块与滚珠丝杆42内凹进的轴颈滑动配合，轴头限位块和推杆45的轴头限制滚珠母体43的行程。
44.优选地，推杆缸41的腔体末端设置碟簧压盖，碟簧压盖与齿轮箱31连接，碟簧44两端分别与滚珠母体43的轴肩和碟簧压盖抵触，从而形成预紧力；在滚珠母体43伸缩的过程中，碟簧44被压缩或伸展。
45.优选的方案中，所述推杆45的杆体上设置销轴座，接近开关46与销轴座连接位于推杆缸41外靠近推杆缸41的端头处，第一轴孔21与销轴座销轴连接。使用时，销轴座采用防松垫圈和螺母锁紧固定在推杆45的杆体上，通过销轴与力臂上的第一轴孔21连接；安装时，接近开关46和电机33与车载控制系统电性连接，接近开关46感应其与推杆缸41端头之间的距离，车载控制系统接收接近开关46的感应信号，当该距离处于车载控制系统设定的阈值范围内或阈值范围外时，车载控制系统控制电机33停止或启动及电机33的正转或反转；电机33正转或反转时，滚珠母体43伸展或复位，从而驱动制动臂2上的两个制动瓦组件24相互靠近或远离。
46.优选的方案中，如上所述的基于杠杆结合齿轮传动的轮边制动器的制动方法，包括如下步骤：s1，安装，两个制动瓦组件24夹持在移动装卸起重机设备的从动轮两侧，安装座1上的安装孔12与从动轮的轮座连接固定；接近开关46与车载控制系统电性连接；s2，调节，分别旋转两个制动臂2上的调节螺栓27使其端头与安装座1的端面抵触，直至瓦片25与从动轮的轮边靠近，且从动轮两侧的两个瓦片25与轮边之间的间隙相等；s3，传动，电机33驱动齿轮组32带动滚珠丝杆42旋转，使滚珠母体43伸出推杆缸41外或退回推杆缸41内；此步骤中，碟簧44随之压缩或伸展；s4，制动，滚珠母体43推动推杆45伸展，驱动两个制动臂2绕安装座1上的轴套11转动，使两个制动瓦组件24相互靠近，两个瓦片25逐渐夹持从动轮的轮边并与其摩擦接触；此步骤中，钩形弹簧26向一侧偏转并张开；在s3中，由于力臂上第一轴孔21和第二轴孔22之间距离大于第三轴孔23和第二轴孔22之间距离，在两个制动瓦组件24额定夹持力，即阻力不变的情况下，通过提高杠杆比，减小动作行程，精简机构防止制动失效；在s4中，由于齿轮组32的输入齿轮和输出齿轮啮合的过渡齿轮的齿数大于输入齿轮的齿数，小于输出齿轮的齿数，通过齿轮副降低转速，增大转矩，减小惯量，通过提高减速比，降低电机33的额定功率，节约能耗。
47.上述方法对移动装卸起重机设备的从动轮两侧进行制动的过程中简单，减小了动作行程，降低了转速，增大了转矩，有效防止制动失效，同时降低了电机33的额定功率，节约了能耗。
48.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。