阅读说明：本技术 带双稳态状态自持机构的混铁车制动器和控制方法 (Iron mixing car brake with bistable state self-holding mechanism and control method ) 是由 申亮 王祥龙 肖苏 陆俊杰 刘峰 相恒龙 于 2019-01-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种带双稳态状态自持机构的混铁车制动器和控制方法,该机构包括第一部件(51)、第二部件(52)、丝杠(22)和减速机(6),第一部件和第二部件套设在丝杠轴部,丝杠固定端插接入第一部件,丝杠自由端穿过第二部件并连接减速机输出轴；第一部件和第二部件均包括十字接头、端盖(15)、螺母(14)、螺母导销(17)和碟簧(12)；十字接头包括第一支撑部(21)和第二支撑部(11)；第一支撑部为套筒结构且开口套设端盖；丝杠轴部套设有螺母并与端盖上螺母导销(17)嵌套；第一部件中碟簧顶块(13)上有碟簧顶块销轴(20)和限位开关；第二部件中碟簧垫片和碟簧均套设在丝杠轴部。本发明结构简单,在制动和松闸状态无需依赖电力。(The invention relates to a torpedo car brake with a bistable state self-supporting mechanism and a control method, wherein the mechanism comprises a first component (51), a second component (52), a screw rod (22) and a speed reducer (6), the first component and the second component are sleeved on the shaft part of the screw rod, the fixed end of the screw rod is inserted into the first component, and the free end of the screw rod passes through the second component and is connected with the output shaft of the speed reducer; the first part and the second part respectively comprise a cross joint, an end cover (15), a nut (14), a nut guide pin (17) and a disc spring (12); the cross joint comprises a first supporting part (21) and a second supporting part (11); the first supporting part is of a sleeve structure, and an end cover is sleeved at the opening; the shaft part of the screw rod is sleeved with a nut and is nested with a nut guide pin (17) on the end cover; a disc spring top block pin shaft (20) and a limit switch are arranged on a disc spring top block (13) in the first component; the disc spring gasket and the disc spring in the second part are sleeved on the shaft part of the screw rod. The invention has simple structure and does not need to rely on electric power in braking and brake releasing states.)

带双稳态状态自持机构的混铁车制动器和控制方法

技术领域

本发明涉及冶金企业铁路运输车辆制动系统，特别涉及一种带双稳态状态自持机构的混铁车制动器和控制方法。

背景技术

混铁车（也称鱼雷罐车）的原始设计不带任何制动系统和装置，是依靠机车制动产生的阻力实现停车，停车后依靠人工在车轮下方放置橡胶或铁止轮器，实现混铁车制动。

铁水运输无人化后，生产现场将无人参与作业，混铁车需要实现自动制动以及制动状态和松闸状态的保持。常规的电磁制动器状态保持的方法必须在制动状态和松闸状态时向制动器供电，使得制动器在保持状态时消耗电力较多，而混铁车为无动力源的运输装备，仅安装了小容量蓄电池，限制了制动器所需的电力供应。另外，大部分自锁机构主要被使用于液压系统装置中，制动方面的应用较少；通常的自持机构是由杠杆、活塞、导板等结构组成，结构相对比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带双稳态状态自持机构的混铁车制动器和控制方法。该机构可以消除人工对混铁车制动的参与，并且制动后能保持制动力，在制动状态和松闸状态无需依赖电力。

本发明是这样实现的：

一种带双稳态状态自持机构的混铁车制动器，包括制动器本体、一对制动臂、一对制动片和双稳态状态自持机构，制动器本体的两端通过转动圆销连接在制动臂中部，制动臂一端连接有制动片且另一端与双稳态状态自持机构连接，制动器本体固定在制动器支架上；

所述机构包括第一部件、第二部件、丝杠和减速机，第一部件和第二部件套设在丝杠轴部并设置在丝杠上的丝杠螺母两侧，丝杠轴部固定端插接入第一部件，丝杠轴部自由端穿过第二部件并与减速机的输出轴连接，减速机固设在制动器支架上；

所述第一部件和第二部件均包括十字接头、端盖、螺母、螺母导销和碟簧；

所述十字接头包括第一支撑部和第二支撑部且十字交叉固接；第一支撑部为套筒结构且在靠近丝杠螺母的一端开口并套设固定有端盖，端盖上设有与丝杠轴部横截面相适应的通孔，丝杠轴部穿过通孔插接入第一支撑部内；第二支撑部与制动臂连接；

所述丝杠轴部套设有螺母且螺纹配合，螺母一端贴近端盖并与端盖内侧面上的螺母导销嵌套；

所述第一部件中螺母另一端设置有碟簧顶块上，碟簧顶块与第一支撑部套筒内腔截面相适应；碟簧顶块上固设碟簧顶块销轴，碟簧套设在碟簧顶块销轴上且被第一支撑部套筒内腔底部限制，碟簧顶块销轴顶端安装有限位开关；

所述第二部件与第一部件的结构和功能相同，丝杠轴部依次套设有端盖、螺母、碟簧垫片、碟簧和第一支撑部；

所述第一部件和第二部件中螺母的螺纹方向相反。

所述减速机输入端与直流电机连接。

所述直流电机上设有手轮。

所述制动器支架架设在混铁车侧架上。

一种带双稳态状态自持机构的混铁车制动器的控制方法，通过控制系统给直流电机通电正转，减速机输出轴转动并带动丝杠转动，丝杠带动第一部件和第二部件的螺母沿螺母导销分别向两侧作轴向运动，螺母顶着碟簧顶块压缩碟簧，碟簧产生弹力并施加在第一支撑部，第一支撑部通过第二支撑部带动制动臂向内侧转动，将力传递给制动片，实现车轮制动；

碟簧压缩到预设行程后，碟簧顶块销轴触动限位开关，通过控制系统给直流电机断电，丝杠停止转动，螺母随即停止运动，碟簧顶块保持压缩碟簧，实现制动状态保持。

通过控制系统使直流电机通电反转，减速机输出轴转动带动丝杠反向转动，第一部件和第二部件中的螺母沿螺母导销分别向中间作轴向运动，碟簧上压力得到缓解，螺母推动端盖从而带动第一支撑部向中间作轴向运动，第一支撑部通过第二支撑部带动制动臂向外侧转动，使得制动片离开车轮，直流电机断电，实现松闸状态。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：由双稳态状态自持机构配合直流电机和减速器工作将碟簧产生的弹力转换呈制动力实现车辆制动，在制动过程和松闸过程完成后，直流电机即断电，由该机构维持制动状态和松闸状态，解决了原有制动系统依赖于电力资源保持状态的问题。

本发明将双稳态状态自持机构应用于混铁车的制动系统中，可以有效消除人工对于混铁车制动过程的参与，而且在状态保持阶段无需电力资源，结构简单可靠。

附图说明

图1为本发明带双稳态状态自持机构的混铁车制动器的立体结构示意图；

图2为本发明的双稳态状态自持机构的内部结构示意图；

图3为本发明安装在混铁车侧架的结构示意图；

图中，1混铁车侧架，2制动片，3制动臂，4转动圆销，5双稳态状态自持机构，51第一部件，52第二部件，6减速机，7直流电机，8手轮，9制动器支架，10制动器本体，11第二支撑部，12碟簧，13碟簧顶块，14螺母，15端盖，16 O型圈，17螺母导销，18密封圈，19丝杠螺母，20碟簧顶块轴销，21第一支撑部，22丝杠，23螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，一种带双稳态状态自持机构的混铁车制动器，包括制动器本体10、一对制动臂3、一对制动片2和双稳态状态自持机构5，制动器本体10的两端通过转动圆销4连接在制动臂3中部，制动臂3一端连接有制动片2且另一端与双稳态状态自持机构5连接，制动器本体10通过螺栓固定在制动器支架9上。

双稳态状态自持机构5包括第一部件51、第二部件52、丝杠22、减速机6和直流电机7，第一部件51和第二部件52套设在丝杠22轴部并设置在丝杠22上的丝杠螺母19两侧，丝杠22轴部固定端插接入第一部件51，丝杠22轴部自由端穿过第二部件52并通过平键与减速机6的输出轴连接，接收减速机6传递来的扭矩；减速机6输入端与直流电机7连接，减速机6固设在制动器支架9上。

第一部件51和第二部件52均包括十字接头、端盖15、螺母14、螺母导销17和碟簧12。

十字接头包括第一支撑部21和第二支撑部11且十字交叉固接；第一支撑部21为套筒结构且在靠近丝杠螺母19的一端开口并套设固定有端盖15，端盖15通过螺栓23固定在第一支撑部21开口处，端盖15上设有与丝杠22轴部横截面相适应的通孔，丝杠22轴部穿过通孔插接入第一支撑部21内；第二支撑部11与制动臂3通过转动圆销4连接。

丝杠22轴部套设有螺母14且螺纹配合，螺母14位于第一支撑部21套筒内腔中，螺母14一端贴近端盖15并与端盖15内侧面上的螺母导销17嵌套。

第一部件51中螺母14另一端设置有碟簧顶块13上，碟簧顶块13与第一支撑部21套筒内腔截面相适应；碟簧顶块13上固设碟簧顶块销轴20，碟簧12套设在碟簧顶块销轴20上且被第一支撑部21套筒内腔底部限制，碟簧顶块销轴20顶端安装有限位开关；当碟簧12被压缩到一定的行程后产生预设的压力，碟簧顶块销轴20即触动限位开关，通过控制系统给直流电机7断电。

第二部件52与第一部件51的结构和功能相同，第一支撑部21套筒内腔中在丝杠22轴部自由端依次套设端盖15、螺母14、碟簧垫片和碟簧，碟簧12被第一支撑部21套筒内腔底部限制，第一支撑部21底部开设有与丝杠22轴部横截面相适应的通孔，丝杠22轴部自由端穿过第二部件52与减速机6输出轴连接。

第一部件51和第二部件52中螺母14的螺纹方向分别是左旋螺纹和右旋螺纹，确保丝杠22转动时，第一部件51和第二部件52同时向两侧运动或同时向中间运动。

直流电机7上设有手轮8。

端盖15与第一支撑部21之间设有O型圈16。丝杠22与端盖15通孔之间设有密封圈18。

参见图3，制动器支架9架设在混铁车侧架1上，一对制动片2设置在车轮两侧对车轮施加制动力。

在本实施例中，本发明的控制方法如下：

通过控制系统给直流电机7通电正转，在直流电机7的作用下减速机6的输出轴产生转动，带动与减速机6输出轴连接的丝杠22转动，丝杠22带动第一部件51和第二部件52的螺母14沿螺母导销17分别向左和向右作轴向运动（即同时向外侧移动），螺母14顶着碟簧顶块13压缩碟簧12，碟簧12产生弹力并施加在第一支撑部21上，第一支撑部21通过第二支撑部11带动制动臂3向内侧转动，制动片2将碟簧12产生的弹力转换成制动力传递给车轮，实现制动。

碟簧12压缩到预设行程后，碟簧顶块销轴20会触动限位开关，通过控制系统给直流电机7断电，丝杠22停止转动，螺母14随即停止运动，碟簧顶块13保持压缩碟簧12的状态。碟簧12产生的弹力，一方面通过第一支撑部21、制动臂3和制动片2传递给车轮，另一方面弹簧顶块13将弹力传递给螺母14和丝杠22，使得螺母14和丝杠22的螺纹上产生压力形成摩擦力，确保螺母14和丝杠22不会发生相对移动，保持碟簧12的压缩状态，且保证弹力不变，最终使得传递给车轮的制动力不变，实现制动状态的保持。

当控制系统使直流电机7通电反转时，减速机6输出轴带动丝杠22随之反向转动，第一部件51和第二部件52中的螺母14沿螺母导销17分别向右和向左作轴向运动（即同时向中间移动），碟簧12上压力得到缓解，螺母14会沿螺母导销17继续向中间作轴向运动顶着端盖15，端盖15通过螺栓固定在第一支撑部21上，因而带动第一支撑部21也向中间运动，带动制动臂3绕着转动圆销4向外侧转动，使得制动片2离开车轮，施加在车轮上的制动力即被撤销，实现松闸状态，同时直流电机7断电。

根据上述本发明的控制方法，混铁车的制动和松闸过程如下：

制动器需要制动时，直流电机7通电后转动产生扭矩，通过减速机6降速增扭作用后，转速降低扭矩增大，扭矩通过双稳态状态自持机构5传递至制动臂3，产生作用力，制动臂3绕着转动圆销4转动，将作用力传递至制动片2，最终将作用力通过制动片2施加在车轮上，实现制动；混铁车制动过程（动作时间约为5s~8s）完成后，直流电机7断电，停止转动，制动器在双稳态状态自持机构5的作用下保持制动状态。

制动器需要松闸时，直流电机7通电反转，通过减速机6、双稳态状态自持机构5和制动臂3缓解施加在车轮上的制动力，释放制动力即松闸过程（动作时间约为5s~8s）完成后，直流电机7断电，停止转动，制动器在双稳态状态自持机构5的作用下保持松闸状态。

本发明在混铁车的制动系统中加入双稳态状态自持机构，不仅可实现自动制动，而且可以在保持制动状态和松闸状态时无需依赖电力资源，结构简单可靠，为现场的无人操作奠定了硬件基础。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。