负载制动装置及其应用的起吊设备.pdf

本发明公开了一种负载制动装置，包括传动壳体主体架；所述传动壳体通过单向锁止机构设置在支座的轴部件上，所述支座固定，所述主体架与传动壳体通过叠放的摩擦盘连接；所述摩擦盘一侧的主体架上同轴套有输入齿轮和负载齿轮，所述输入齿轮与主体架可转动套装，并紧贴摩擦盘设置，所述负载齿轮与主体架固定套装；所述输入齿轮上设有轴向的第一棘轮，所述负载齿轮上相对地设有轴向的第二棘轮，所述第一棘轮和第二棘轮的棘齿沿轴向方向相互紧贴咬合，所述棘齿为单向齿，具有周向传递旋转动力的同时产生轴向推力的斜面，所述棘齿斜面的另一面为仅周向传递动力的棘齿背面；所述单向锁止机构的锁止方向与所述棘齿的斜面动力传递方向一致。

1.  负载制动装置，其特征在于：包括传动壳体(4)、主体架(5)；
所述传动壳体(4)通过单向锁止机构(3)设置在支座(1)的轴部件上，所述支座(1)固定，所述主体架(5)与传动壳体(4)通过叠放的摩擦盘连接；
所述摩擦盘一侧的主体架(5)上同轴套有输入齿轮(8)和负载齿轮(10)；
所述输入齿轮(8)与主体架(5)可转动套装，并紧贴摩擦盘设置，所述负载齿轮(10)与主体架(5)固定套装；
所述输入齿轮(8)上设有轴向的第一棘轮(12)，所述负载齿轮(10)上相对地设有轴向的第二棘轮(13)，所述第一棘轮(12)和第二棘轮(13)的棘齿(18)沿轴向方向相互紧贴咬合，所述棘齿为单向齿，具有周向传递旋转动力的同时产生轴向推力的斜面(19)，所述棘齿斜面的另一面为仅周向传递动力的棘齿背面(20)；
所述单向锁止机构的锁止方向与所述棘齿的斜面动力传递方向一致。

2.  根据权利要求1所述的负载制动装置，所述单向锁止机构(3)为超越离合器，所述超越离合器的外圈与传动壳体(4)固连，内圈与支座(1)的轴部件固连，在超越离合器两端的支座(1)和传动壳体(4)之间装配有用于滚动支撑的轴承(2)。

3.  根据权利要求2所述的负载制动装置，所述摩擦盘套装在主体架(5)的轴上，包括静摩擦盘(6)和动摩擦盘(7)，其中，所述静摩擦盘(6)外圈设有凸起，与传动壳体(4)的内壁花键槽连接，所述动摩擦盘(7)内圈设有内花键，与主体架(5)的花键槽连接，所述静摩擦盘(6)和动摩擦盘(7)交替叠放形成摩擦副，并通过输入齿轮和负载齿轮的轴向力压紧。

4.  根据权利要求3所述的负载制动装置，所述输入齿轮(8)和端部的摩擦盘之间设有碟形弹簧(21)。

5.  根据权利要求4所述的负载制动装置，所述负载齿轮(10)一端通过第一棘轮和第二棘轮连接输入齿轮(8)，另一端通过锁紧螺母(11)轴向锁定。

6.  根据权利要求5所述的负载制动装置，所述第一棘轮(12)或第二棘轮(13)设置在对应齿轮的凹槽(16)内，另一棘轮设置在对应齿轮的凸台(17)上，所述凸台和凹槽配合，实现棘轮的封闭装配。

7.  根据权利要求6中任一项所述的负载制动装置，所述输入齿轮(8)通过衬套(9)可转动套装在主体架(5)的轴上。

8.  根据权利要求1-7中任一项所述的负载制动装置，所述摩擦盘的采用湿态纸基摩擦材料。

9.  一种应用权利要求1-8中所述的负载制动装置的起吊设备，其特征在于：包括动力源、负载制动装置和卷扬机，所述动力源的输出轴通过齿轮传动系统连接至负载制动装置的输入齿轮(8)，所述卷扬机的输入轴通过齿轮传动系统连接至负载制动装置的负载齿轮(10)。

负载制动装置及其应用的起吊设备
技术领域
本发明属于制动装置，具体是一种用于绞车、汽车吊以及其他各类起吊机械设备的加载制动装置及其应用的起吊设备。
背景技术
负载制动装置是应用于起重机械的卷扬机上，用于防止卷扬机的起吊重物在电机停转或切换转速的过程中，重物突然下滑，现有的卷扬机上都具备有制动组件，一般是通过摩擦盘实现自动，但是在制动时需要根据电动机或卷扬机的实际情况，在需要对起吊重物进行保持的时候，给摩擦盘加载一个轴向的压力来达到制动的目的，但在很多工况下，由于结构空间或者传动条件的限制，不适合或无法对摩擦盘轴向方向进行加载，则如何进行制动则成了难题。
公布号为CN 103332625A的中国发明专利申请，公开了一种离合制动装置和包括该装置的卷扬机及其操作方法，其通过超越离合器实现卷扬机的离合制动功能，防止卷扬机在起吊重物的作用下溜钩，但是其技术方案中的制动片的轴向加载是结合液压系统实现的，结构过于复杂，在起吊过程中需要控制额外的液压系统实现制动的分离，并且液压系统需要经常维护。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有的起重机械中负载制动装置存在的系统结构复杂的缺陷，提供一种可行性和可靠性较高、纯机械控制、控制精度高和寿命长的负载制动装置。
本发明采用如下技术方案实现：
一种负载制动装置，包括传动壳体4主体架5；
所述传动壳体4通过单向锁止机构3设置在支座1的轴部件上，所述支座1固定，所述主体架5与传动壳体4通过叠放的摩擦盘连接；
所述摩擦盘一侧的主体架5上同轴套有输入齿轮8和负载齿轮10；
所述输入齿轮8与主体架5可转动套装，并紧贴摩擦盘设置，所述负载齿轮10与主体架5固定套装；
所述输入齿轮8上设有轴向的第一棘轮12，所述负载齿轮10上相对地设有轴向的第二棘轮13，所述第一棘轮12和第二棘轮13的棘齿18沿轴向方向相互紧贴咬合，所述棘齿为单向齿，具有周向传递旋转动力的同时产生轴向推力的斜面19，所述棘齿斜面的另一面为仅周向传递动力的棘齿背面20；
所述单向锁止机构的锁止方向与所述棘齿的斜面动力传递方向一致。
进一步的，所述单向锁止机构3为超越离合器，所述超越离合器的外圈与传动壳体4固连，内圈与支座1的轴部件固连，在超越离合器两端的支座1和传动壳体4之间装配有用于滚动支撑的轴承2。
进一步的，所述摩擦盘套装在主体架5的轴上，包括静摩擦盘6和动摩擦盘7，其中，所述静摩擦盘6外圈设有凸起，与传动壳体4的内壁花键槽连接，所述动摩擦盘7内圈设有内花键，与主体架5的花键槽连接，所述静摩擦盘6和动摩擦盘7交替叠放形成摩擦副，并通过输入齿轮和负载齿轮的轴向力压紧。
进一步的，所述输入齿轮8和端部的摩擦盘之间设有碟形弹簧21，对动、静摩擦盘之间进行预压紧，实现动、静摩擦盘的紧密贴合,同时具有缓冲作用。
进一步的，所述负载齿轮10一端通过第一棘轮和第二棘轮连接输入齿轮8，另一端通过锁紧螺母11轴向锁定。
进一步的，所述第一棘轮12或第二棘轮13设置在对应齿轮的凹槽16内，另一棘轮设置在对应齿轮的凸台17上，所述凸台和凹槽配合，实现棘轮的封闭装配。
进一步的，所述输入齿轮8通过衬套9可转动套装在主体架5的轴上。
在本发明中，所述摩擦盘的采用湿态纸基摩擦材料。
本发明还公开了一种应用上述负载制动装置的起吊设备，包括动力源、负载制动装置和卷扬机，所述动力源的输出轴通过齿轮传动系统连接至负载制动装置的输入齿轮8，所述卷扬机的输入轴通过齿轮传动系统连接至负载制动装置的负载齿轮10。
本发明能够完成重物起吊时动力传递过程中的状态保持，巧妙地利用了两个相对运动齿轮上棘轮棘齿的斜面发生轴向运动趋势，由负载齿轮施加扭矩，通过棘爪的斜面，将扭矩转化为一个垂直于摩擦面的轴向加载力，给动、静摩擦盘之间施加压紧力，将转矩转换成摩擦盘之间的轴向加载力，动摩擦盘和静摩擦盘之间产生摩擦力，连接传动壳体和主体架，结合单向锁止机构实现自锁和逆止功能，防止逆转。单向锁止机构采用超越离合器实现单向传递力矩，超越离合器的外圈与传动壳体连接，超越离合器的内圈与支座上的轴连接，使得传动壳体只能单向传递力矩，同时还可利用主、从动部分相对运动速度变化或旋转方向的改变使超越离合器自动结合/脱开，完成在快速进给机械中实现快、慢速转换超越状态的功能。该装置体积小巧，设计精妙，转矩转化为轴向力的灵敏度很高，结合采用湿式纸基的摩擦材料作为摩擦盘，摩擦材料的摩擦、磨损性能优良，使用寿命长，且控制精度高。
本发明为一种负载制动装置，适用于绞车、汽车吊以及其他各类起吊机械 设备，负载制动装置将转矩转换成轴向加载力，通过摩擦盘配合单向锁止机构，自主加载，防止起吊重物逆转，实现起吊设备的自锁和逆止功能，利用超越离合器在机械传动中由主、从动部分相对运动速度变化或旋转方向的改变使其自动结合或脱开的特殊功能，完成在快速进给机械中实现快、慢速转换超越状态。
由上所述，本发明采用的负载制动装置采用纯机械结构，体积小巧、通过负载传递的扭矩转换成自锁的轴向压紧力，构思巧妙，控制灵敏，保障了应用其的起吊设备安全性能。
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为实施例1中负载制动装置的内部示意图。
图2为实施例1中的输入齿轮的结构示意图。
图3为实施例1中的负载齿轮的结构示意图。
图4为实施例1中的输入齿轮和负载齿轮之间的部分棘轮咬合示意图。
图5为实施例2中应用负载制动装置的起吊设备的机构简图。
图6为实施例2中的起吊设备的工作原理图。
图中标号：1-支座，2-轴承，3-单向锁止机构，4-传动壳体，5-主体架，6-静摩擦盘，7-动摩擦盘，8-输入齿轮，9-衬套，10-负载齿轮，11-锁紧螺母，12-第一棘轮，13-第二棘轮，14-卷扬机，15-电动机，16-凹槽，17-凸台，18-棘齿，19-斜面，20-背面，21-碟形弹簧。
具体实施方式
实施例1
参见图1，一种负载制动装置，包括支座1、单向锁止机构3、传动壳体4、 主体架5、输入齿轮8和负载齿轮10。
传动壳体4通过单向锁止机构3设置在支座1的轴部件上，支座1固定，本实施例中，所述单向锁止机构3为超越离合器，所述超越离合器的外圈与传动壳体4固连，内圈与支座1的轴部件固连，在超越离合器两端的支座1和传动壳体4之间装配有用于滚动支撑的轴承2。
主体架5与传动壳体4通过叠放的摩擦盘实现动力连接；摩擦盘套装在主体架5的轴上，包括静摩擦盘6和动摩擦盘7，其中，静摩擦盘6与传动壳体4固连并一起转动，动摩擦盘7与主体架5固连并一起转动，静摩擦盘6外圈设有凸起，与传动壳体4的内壁花键槽连接，动摩擦盘7内圈设有内花键，与主体架5的花键槽连接，静摩擦盘6和动摩擦盘7交替叠放形成摩擦副，摩擦盘之间相互接触，在没有轴向压紧力的作用下，可相互滑动，不影响主体架和传动壳体之间的相对转动，静摩擦盘6和动摩擦盘7通过输入齿轮和负载齿轮的轴向力压紧。
输入齿轮8和负载齿轮10同轴套装在摩擦盘一侧的主体架5上，其中，输入齿轮8采用衬套9可转动套装在主体架5上，并紧贴摩擦盘设置，负载齿轮10与主体架5固定套装，可采用键连接。
结合参见图2和图3，输入齿轮8上设有轴向的第一棘轮12，负载齿轮10上相对地设有轴向的第二棘轮13，参见图4，所述第一棘轮12和第二棘轮13的棘齿18沿轴向方向相互紧贴咬合，所述棘齿18为单向齿，具有周向传递旋转动力的同时产生轴向推力的斜面19，所述棘齿斜面的另一面为仅周向传递动力的棘齿背面20，棘齿背面20与斜面19形成钩齿，其结构可参见普通棘轮棘爪的单向钩齿齿形；负载齿轮10一端通过第一棘轮和第二棘轮连接输入齿轮8， 输入齿轮8相当于摩擦盘的压紧盘，在输入齿轮8与端部的静摩擦盘6之间设有碟形弹簧21，用于对动、静摩擦盘之间进行预加载，保持动、静摩擦盘之间的紧密接触。负载齿轮10的另一端主体架上螺接有锁紧螺母11轴向锁定两个齿轮，输入齿轮8相对于摩擦盘仅有施加轴向力的趋势，在具体装配中并不产生实际位移。
如图2和图3所示，第一棘轮12或第二棘轮13设置在对应齿轮的凹槽16内，另一棘轮设置在对应齿轮的凸台17上，凸台和凹槽配合，实现棘轮的封闭装配。
在装配中，单向锁止机构的锁止方向与棘齿的斜面动力传递方向一致。
本实施例的负载制动装置满足以下要求(以下转动方向为图1所示从右向左观测)：
a)沿逆时针方向，首先，负载齿轮10连接的负载通过棘齿斜面19接触传递扭矩至输入齿轮8，并产生轴向挤压摩擦盘的压紧力，同时，负载齿轮10应当连接一定的负载扭矩，在通过输入齿轮8沿逆时针方向转动时，输入齿轮8通过棘齿的背面20会逐渐降低负载齿轮10所受的负载扭矩，此时摩擦盘之间的摩擦力被弱化，主体架可相对传动壳体转动，输入齿轮8逆时针转动，负载齿轮10在负载的作用下沿逆时针方向可自由转动；
b)沿顺时针方向，如果输入齿轮8无驱动转矩时，同样的，负载齿轮连接的负载对负载齿轮10施加转矩MF，此时负载齿轮10通过棘齿斜面19向输入齿轮以及摩擦盘施加轴向压力，挤压摩擦盘产生摩擦力将传动壳体和主体架连成一体，此时由于超越离合器反向锁止，传动壳体不能在转矩MF作用下转动，可保持负载齿轮10锁止；如果对输入齿轮8施加顺时针方向转矩MQ，输入齿 轮8和负载齿轮10之间的棘齿斜面接触传递扭矩，此时输入齿轮8和负载齿轮10之间产生的轴向压紧力也增大，当输入齿轮8的顺时针输入转矩MQ达到X1.MF时，动、静摩擦盘之间产生相对滑动，当输入齿轮8转动时的输入转矩MQ达到X2.MF时，动、静摩擦盘产生连续滑动，此时输入齿轮8直接通过棘轮棘齿的斜面19直接带动负载齿轮10顺时针转动。其中X1、X2为转化系数，且X2＞X1，X1，X2可通过更改棘轮棘爪、平面轴承(即衬套)的斜面角度以及摩擦材料的性能参数来调节大小。
进一步说明，凡是通过更改棘齿、平面轴承斜面角度、摩擦材料的参数来更改转换系数(X1，X2)的设计均属于本发明保护的范畴。
本实施例的摩擦盘的摩擦材料为湿态纸基无磨损材料，由于摩擦材料的特殊性，摩擦材料应在润滑油的工作环境下工作，其磨损量极小，可避免污染润滑油。
实施例2
参见图5，本发明还公开了一种应用实施例1中负载制动装置的起吊设备，包括动力源、负载制动装置和卷扬机，本实施例以电动机驱动的起吊设备为例，动力源为电动机15，电动机15的输出轴通过齿轮传动系统连接至负载制动装置的输入齿轮8，卷扬机14的输入轴通过齿轮传动系统连接至负载制动装置的负载齿轮10。
负载制动装置的工作原理如实施例1，当两个齿轮逆时针转动时，它们之间通过棘齿背面20可以自由转动，用于下放重物；反过来，当负载齿轮10承受一定的负载MF时，有两种情况，一是输入齿轮8有顺时针的驱动转矩，二是输入齿轮8无驱动转矩。输入齿轮8无驱动转矩时，自主加载制动装置中的动、 静摩擦盘在斜面产生的轴向压紧力作用下压紧，传动壳体及主体架在超越离合器的作用下锁止；当输入齿轮8有驱动转矩时，两个齿轮通过之间的棘齿的斜面19传递扭矩，并同时克服之前摩擦盘压紧的摩擦力，最终实现两个齿轮之间的棘齿直接传递扭矩。
结合参见图6，起吊设备的具体工作原理如下：电动机15通过负载制动装置连接卷扬机14，卷扬机通过旋转把钢丝绳悬挂的重物吊起或放下。
放下重物时，输入齿轮8和负载齿轮10通过棘齿背面20接触，首先，负载齿轮10在重物产生的逆时针的力矩，同时作用输入齿轮8压紧摩擦盘，同时，输入齿轮8的逆时针驱动力矩可抵消负载齿轮10的力矩，通过背面20传递扭矩逐渐削减摩擦盘的轴向压紧力，使摩擦盘之间可相对滑动，实现输入齿轮和负载齿轮在逆时针方向可自由转动。
起吊重物时，超越离合器传递力矩，负载齿轮10承受重物所产生的逆时针转矩，此时的转矩通过输入齿轮和负载齿轮之间棘齿斜面转化成轴向的正压力，给动、静摩擦盘施加刹车力，使得动、静盘之间保持一定的摩擦力矩。
当电动机无驱动力矩使重物上升时，被吊物体将保持在一定的状态，传动壳体与超越离合器连接在一起，被超越离合器逆止，不能转动。此时的传动壳体相当于是固定体，而输入齿轮8又无驱动力矩，所以重物施加在齿轮10上的转矩就会转化成轴向压紧力；
当电动机开始工作，即起吊时，电动机的顺时针驱动力矩施加在输入齿轮8上，输入齿轮8通过棘齿斜面19带动负载齿轮10转动。根据设计中设定的参数，当驱动力矩MQ＝X1.MF时，静、动摩擦盘开始相对滑动，当MQ＝X2.MF时，静、动摩擦盘连续滑动，即完成起吊工作。
超越离合器还具有当输入齿轮8和负载齿轮10相对运动速度变化或旋转方向的改变使超越离合器自动结合/脱开的特殊功能，完成在快速进给机械中实现快、慢速转换超越状态的功能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。