一種直線導(dǎo)軌氣動(dòng)制動(dòng)裝置

姚 鶴，詹 勁

（1.蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司，甘肅 蘭州 730314；2.甘肅省大型快鍛液壓設(shè)備工程技術(shù)研究中心,甘肅 蘭州730314）

在機(jī)械設(shè)備中，直線導(dǎo)軌用來引導(dǎo)和支撐運(yùn)動(dòng)部件，可在高負(fù)載工況下實(shí)現(xiàn)高精度直線運(yùn)動(dòng)。在直線導(dǎo)軌上行走的設(shè)備，不但要在一定的條件下工作，還要及時(shí)停止行走，并防止設(shè)備在軌道上滑動(dòng)，保證安全。這就需要一種機(jī)構(gòu)來滿足設(shè)備的制動(dòng)要求，并克服外力沿軌道方向的分力。目前，常用的直線導(dǎo)軌制動(dòng)裝置有液壓式、齒條式等。但對(duì)于質(zhì)量小、直線運(yùn)動(dòng)速度慢的設(shè)備而言，這些裝置的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，安裝、維護(hù)不易，成本也較高。

本文介紹了一種直線導(dǎo)軌氣動(dòng)制動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、環(huán)保節(jié)能，特別適用于在直線導(dǎo)軌上行走的質(zhì)量小、直線運(yùn)動(dòng)速度慢的設(shè)備。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該氣動(dòng)制動(dòng)裝置主要包括膜片式夾緊氣缸、左右制動(dòng)臂、制動(dòng)片、彈簧、支架、底板、壓蓋等。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

兩個(gè)膜片式夾緊氣缸2用螺栓和銷子分別固定在左、右制動(dòng)臂上部；左制動(dòng)臂1和右制動(dòng)臂3通過定位銷軸6安裝在支架5上，支架5通過螺栓和銷子與底板4連接成整體；彈簧7兩端分別安裝于左、右制動(dòng)臂內(nèi)側(cè)，位于銷軸6下部；兩個(gè)制動(dòng)片8通過螺釘和銷子分別安裝在左、右制動(dòng)臂下部，同時(shí)，與直線導(dǎo)軌11兩側(cè)梯形槽配合；壓蓋9用螺釘固定在支架5上；整個(gè)制動(dòng)裝置裝配完成、調(diào)整好位置后，焊接在設(shè)備安裝基板上。

圖1 氣動(dòng)制動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖（a）正視圖 （b）A-A 剖視圖

2 工作原理

該制動(dòng)裝置主要是通過兩個(gè)膜片式氣缸夾緊帶動(dòng)左、右制動(dòng)臂夾緊，從而帶動(dòng)兩個(gè)制動(dòng)片夾緊直線導(dǎo)軌來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。制動(dòng)片與直線導(dǎo)軌的安裝關(guān)系如圖2所示。

如圖1所示，在初始位置，兩個(gè)膜片式氣缸之間有間隙Δt,兩個(gè)制動(dòng)片和直線導(dǎo)軌之間有間隙Δh。

圖2 X局部放大圖

工作時(shí)，通過氣動(dòng)控制系統(tǒng)向膜片式氣缸加壓，推動(dòng)兩膜片靠攏直至夾緊。即兩膜片之間的間隙Δt逐漸減小，直至為零。兩膜片夾緊，產(chǎn)生相互作用力F，推動(dòng)左、右制動(dòng)臂繞銷軸反向旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)制動(dòng)片與導(dǎo)軌靠攏，直至壓緊。即制動(dòng)片和直線導(dǎo)軌之間的間隙Δh逐漸減小，直至為零。此時(shí)，彈簧被壓縮，制動(dòng)片對(duì)直線導(dǎo)軌施加夾緊力F1。夾緊力F1沿摩擦面及其垂直方向分解，沿摩擦面方向的分力即為制動(dòng)片與導(dǎo)軌之間的摩擦力，通過這個(gè)摩擦力實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。使用時(shí)，將這個(gè)氣動(dòng)制動(dòng)裝置安裝在直線導(dǎo)軌上行走的設(shè)備底部，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該設(shè)備的制動(dòng)。

設(shè)備需運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過氣動(dòng)控制系統(tǒng)使膜片式氣缸泄壓，兩膜片還原到初始位置。彈簧開始復(fù)原，在其作用下，制動(dòng)片向遠(yuǎn)離直線導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)，直至返回到初始位置。制動(dòng)片與直線導(dǎo)軌脫開，制動(dòng)解除。

3 選型計(jì)算

3.1 夾緊力F1

式中：F——?dú)飧鬃畲髪A緊力，N；

L1——?dú)飧讑A緊力臂長(zhǎng)度，mm；

L2——制動(dòng)片力臂長(zhǎng)度，mm。

3.2 制動(dòng)片對(duì)導(dǎo)軌的壓緊力F′

3.3 單個(gè)制動(dòng)片摩擦面與導(dǎo)軌之間的摩擦力f1

其中：μ——制動(dòng)片和直線導(dǎo)軌間摩擦系數(shù)。

3.4 總摩擦力f

由3.4中的計(jì)算式可知，制動(dòng)片和直線導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù)μ、氣缸的夾緊力F、氣缸到回轉(zhuǎn)銷軸的力臂長(zhǎng)度L1、制動(dòng)片到回轉(zhuǎn)銷軸6力臂長(zhǎng)度L2均可影響該制動(dòng)裝置的制動(dòng)力。其中，摩擦系數(shù)μ與制動(dòng)片的材料有關(guān)，夾緊力F與氣缸的規(guī)格型號(hào)有關(guān)，氣缸力臂長(zhǎng)度L1和制動(dòng)片力臂長(zhǎng)度L2與制動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)。因此，通過改變制動(dòng)片材料、氣缸型號(hào)和制動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)和尺寸可實(shí)現(xiàn)較大調(diào)節(jié)范圍的制動(dòng)力。

4 優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用

4.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）制動(dòng)力范圍較大，能夠適應(yīng)不同工況條件下的制動(dòng)要求，因此，應(yīng)用范圍也較廣；

（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝和維護(hù)極其方便；

（3）采用氣動(dòng)控制形式，以空氣作為工作介質(zhì)，環(huán)保節(jié)能、安全可靠、成本低。

4.2 缺點(diǎn)

膜片式氣缸夾緊力不太大，因此，該裝置不適用于質(zhì)量大、直線運(yùn)動(dòng)速度快的設(shè)備。

4.3 應(yīng)用

適合用于在直線導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)質(zhì)量較小、速度較慢的設(shè)備的制動(dòng)，可用于較多行業(yè)中。目前，該制動(dòng)裝置已應(yīng)用于作者研發(fā)設(shè)計(jì)的20MN智能矯直機(jī)中，用于左右托輥的制動(dòng)。

[1] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2] 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè).機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[3] 吳 筠.氣動(dòng)工程手冊(cè)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

[4] 姚 鶴，馬 建，付 蓉.直線導(dǎo)軌氣動(dòng)制動(dòng)裝置以[P].中國(guó)：CN 206429578 U，2017-08-22.