Колодочный тормоз с электромагнитом

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Анищик Виктор Михайлович Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) 1. Колодочный тормоз с электромагнитом, включающий шкив, тормозные колодки,левую и правую, стойки, левую и правую, шток, серьгу, замыкающую пружину, вспомогательную пружину, электромагнит, якорь электромагнита, который снабжен системой, содержащей электрические провода, толкатель и сигнализирующей об износе фрикционных накладок тормозных колодок, отличающийся тем, что указанная система, сигнализирующая об износе фрикционных накладок тормозных колодок, выполнена на основе двух постоянных противоположно намагниченных магнитов цилиндрической формы с осевым миниатюрным отверстием, установленных с зазором, в котором размещен механически закрепленный на толкателе магниточувствительный элемент на основе полупроводниковой структуры типа, обладающей -эффектом и -образной вольт-амперной характеристикой, причем указанные магниты выполнены изилиуказанный магниточувствительный элемент подключен одним концом к плюсовому потенциалу источника постоянного напряжения питания, а другим концом ко входу частотного преобразователя частоты колебаний частотно-импульсного сигнала в пропорциональное этой частоте напряжение, а выход указанного частотного преобразователя подключен ко входу аналогоцифрового преобразователя, выход которого подключен к бортовому компьютеру. 94452013.08.30 2. Колодочный тормоз с электромагнитом по п. 1, отличающийся тем, что величина зазора между магнитами приближенно равна удвоенной толщине неизношенной фрикционной накладки тормозной колодки или немного превышает ее.(56) 1. Александров И.П. Подъемно-транспортные машины Учеб. для машиностроит. спец. вуз. - 6-е изд., перераб. - М. Высшая школа, 1985. - С. 147-148. 2. Патент В на полезную модель 4998, МПК 60 17/18,16 66/00, 2009 (прототип). 3. Бараночников М.Л. Микромагнитоэлектроника. Т. 1. - М. ДМК Пресс, 2001. - 544 с. 4. А.с. СССР 1739402, МПК 01 29/06, 1992. Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности к колодочному тормозу с электромагнитом подъемно-транспортной машины, а точнее к автоматическому контролю степени износа его фрикционных накладок тормозных колодок. Известен колодочный тормоз с электромагнитом, включающий шкив, тормозные колодки, левую и правую, стойки, левую и правую, шток, серьгу, замыкающую пружину,вспомогательную пружину, электромагнит, якорь электромагнита 1. Недостатком данного колодочного тормоза с электромагнитом является отсутствие автоматического контроля износа толщины фрикционных накладок, что значительно снижает надежность и безопасность работы тормоза с электромагнитом. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является колодочный тормоз с электромагнитом 2, включающий шкив, тормозные колодки, левую и правую, стойки, левую и правую, шток, серьгу, замыкающую пружину, вспомогательную пружину, электромагнит, якорь электромагнита, который снабжен системой, сигнализирующей о предельном износе фрикционных накладок тормозных колодок, содержащей включатель, электрический звонок, систему электрических проводов и толкатель (прототип). Это техническое решение 2 не делает возможным проведение компьютерного диагностирования тормозной системы колодочного тормоза и проведение в динамике измерения толщины фрикционной накладки колодочного тормоза с электромагнитом. Сигнализируется только о достижении предельного износа фрикционных накладок тормозных колодок, когда толщина накладки уменьшается на 50 . Задачей, решаемой в настоящей полезной модели, является расширение функциональных возможностей и повышение надежности, безопасности работы тормоза с электромагнитом за счет непрерывного автоматического определения степени износа фрикционных накладок колодочного тормоза с электромагнитом подъемно-транспортной машины и возможности проведения компьютерной диагностики тормоза. Колодочный тормоз с электромагнитом включает шкив, тормозные колодки, левую и правую, стойки, левую и правую, шток, серьгу, замыкающую пружину, вспомогательную пружину, электромагнит, якорь электромагнита, который снабжен системой, содержащей электрические провода, толкатель и сигнализирующей об износе фрикционных накладок тормозных колодок. Он отличается тем, что указанная система, сигнализирующая об износе фрикционных накладок тормозных колодок, выполнена на основе двух постоянных противоположно намагниченных магнитов цилиндрической формы с осевым миниатюрным отверстием,установленных с зазором, в котором размещен механически закрепленный на толкателе магниточувствительный элемент на основе полупроводниковой структуры типа, обладающей -эффектом 3, 4 и -образной вольт-амперной характеристикой, причем указанные магниты выполнены изилиуказанный магниточувствительный элемент подключен одним концом к плюсовому потенциалу источника постоянного напряжения питания, а другим концом ко входу частотного преобразователя частоты колебаний час 2 94452013.08.30 тотно-импульсного сигнала в пропорциональное этой частоте напряжение, а выход указанного частотного преобразователя подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к бортовому компьютеру. Он отличается тем, что величина зазора между магнитами приближенно равна удвоенной толщине неизношенной фрикционной накладки тормозной колодки или немного превышает ее. Это условие предопределяет простоту технического решения для микроэлектроники по распознанию сигнала и его технической обработки. Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что заявителем не обнаружено аналога, характеризующегося признаками, тождественными всем признакам заявляемой полезной модели, а определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, комплексный анализ изложенных отличительных признаков конструкции датчика давления показывает, что они являются существенными и находятся в прямой причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом. Из уровня техники не выявлено технических решений, отличительные признаки которых в совокупности обеспечивают решение поставленной задачи в заявляемой полезной модели. По мнению авторов, колодочный тормоз с электромагнитом содержит вышеприведенный ряд новых и отличительных элементов, позволяющих реализовать выполнение поставленной комплексной задачи. Следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию новизна по действующему законодательству. Заявляемая полезная модель поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 схематично изображен колодочный тормоз с электромагнитом. На фиг. 2 приведена схема расположения магнитов относительно магниточувствительного элемента. На фиг. 3 приведена функциональная электрическая схема подключения магниточувствительного элемента, выполненного в виде полупроводниковой структуры, обладающей-эффектом. Колодочный тормоз с электромагнитом включает шкив 1, тормозные колодки, левую 2 и правую 3, стойки, левую 4 и правую 5, фрикционные накладки 6, шток 7, серьгу 8, замыкающую пружину 9, вспомогательную пружину 10, электромагнит 11, якорь электромагнита 12,регулировочные гайки 13, постоянные магниты 14, 15 (разнесенные на расстояние ,внешний радиус магнитов - , внутренний радиус - ), установленные на левой стойке 4,магниточувствительный элемент 16, закрепленный на толкателе 17, установленный на серьге 8. Магниты 14, 15 вставлены в немагнитную трубку, например, из меди 18. Магниточувствительный элемент 16 через резистор нагрузки н подключен к источнику постоянного питающего напряжения п (источник питающего напряжения выполнен с функцией постоянной ЭДС, обычно 5-25 В) с соблюдением полярности. Плюс источника питания подключен к -области. Магниточувствительный элемент выполнен в виде полупроводниковой структуры, обладающей -эффектом 4, 5 с -образной вольтамперной характеристикой, частотно-импульсным выходным сигналом при величине индукции магнитного поля 0, превышающей 50 мТл. Способ формирования - и -областей такой структуры подробно описан в 4. Вектор индукция магнитного поля 0 прикладывается в плоскости, параллельной плоскости раздела - и - областей. Такие структуры поставляются фирмой, Россия, г. Москва (Институт проблем управления). Полезный сигнал магниточувствительного элемента 16 поступает на вход частотного преобразователя 19, преобразующего частоту колебаний частотно-импульсного сигнала в пропорциональное ей напряжение, которое подается на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 20, выход которого подключен к бортовому компьютеру (БК) 21. 3 94452013.08.30 Колодочный тормоз с электромагнитом работает следующим образом с помощью регулировочных гаек 13 устанавливают требуемое усилие сжатия замыкающей пружины 9,которая одним торцом через гайки 13 воздействует на шток 7, который через левую стойку 4 прижимает к шкиву левую колодку 2, вторым торцом замыкающая пружина 9 воздействует на серьгу 8, которая через правую стойку 5 прижимает к шкиву 1 правую колодку 3. Растормаживание производится электромагнитом 11. При неизношенных фрикционных накладках 6 магниточувствительный элемент 16(при юстировке, т.е. в начальном положении) располагают вблизи магнита 14, при этом его выходной сигнал, снимаемый с электросопротивления нагрузки н, является импульсно-частотным, причем его частотаопределяется величиной индукции магнитного поля 0 в точке расположения элемента 16. В процессе износа фрикционных накладок 6 тормозных колодок, левой 2 и правой 3,замыкающая пружина 9 уменьшает расстояние между серьгой 8 и левой стойкой 4, при этом толкатель 17, укрепленный на серьге 8, передвигает магниточувствительный элемент 16,расположенный у магнита 14, в направлении геометрического центра магнитов 14, 15(вдоль оси ). При этом величина индукции магнитного поля 0 уменьшается. Следует отметить, что в геометрическом центре зазора магнитов 14 и 15 индукция магнитного поля 00 вследствие компенсирующего действия противоположно намагниченных магнитов 14 и 15. При движении элемента 16 в направлении геометрического центра зазора магнитов 14 и 15, т.е. при уменьшении 0, частотавыходного (полезного) сигнала, поступающая на вход частотного преобразователя 19, плавно уменьшается по закону, близкому к линейному, поскольку величина 0 уменьшается практически линейно для данного расположения магнитов 14, 15. При этом электрические колебания с частотойпоступают через частотный преобразователь 19, преобразующий частоту колебаний в пропорциональное ей напряжение, в аналого-цифровой преобразователь 20 и на экран бортового компьютера 21, на котором высвечивается процент износа фрикционных накладок 6 тормозных колодок. Таким образом, степень износа фрикционных накладок колодочного тормоза с электромагнитом в процентах бортовой компьютер 21 вычисляет на основе частоты выходного сигнала с магниточувствительного элемента 16. Обычно работа колодочного тормоза допускается до 50 износа фрикционных накладок 6, при этом магниточувствительный элемент 16 не должен доходить до геометрического центра магнитов 14 и 15 (поскольку при 030 мТл выходной сигнал с магниточувствительного элемента 16 становится аналоговым). Следует отметить, что явление управляемой скачковой проводимости (-эффект) возникает в структурах с -образной вольт-амперной характеристикой и заключается в том,что при определенных значениях питающего напряжения и внешнего магнитного поля проводимость полупроводниковой структуры (в прямом направлении) и, соответственно,амплитуда протекающего через нее тока меняются скачком со временем переходного процесса 1-5 мкс. Изменение проводимости, подобно структурам с -образной вольтамперной характеристикой, сопровождается возникновением шнура тока, но с иными физическими свойствами, основным из которых является постоянство плотности тока в шнуре при изменении напряжения на структуре. Основной особенностью магниточувствительного элемента 16 является способность не только воспринимать внешнее магнитное поле, но и производить его преобразование на молекулярном уровне в объеме кристалла без дополнительных электронных схем. Следовательно, заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, в частности к колодочному тормозу с электромагнитом подъемно-транспортной машины, а точнее к автоматическому контролю степени износа его фрикционных накладок тормозных колодок и может использоваться для проведения его компьютерного диагностирования, что повышает безопасность исполнительных механизмов в целом. Таким образом, решение поставленной комплексной задачи достигается тем, что в предложенном устройстве, вследствие применения магниточувствительного элемента с 4 94452013.08.30 эффектом, генерируется помехозащищенный частотно-импульсный выходной сигнал высокой амплитуды (до 50 от напряжения питания) без применения электронных схем преобразования, а использованная конструкция магнитной системы позволяет создать в квазизамкнутом объеме (зазоре) высокоградиентное магнитное поле, на несколько порядков превышающее уровни электромагнитных помех. Исходя из вышеизложенного, для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в приведенной формуле, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов, поэтому заявляемое устройство соответствует требованию промышленная применимость по действующему законодательству. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5