矿用卡车制动系统的制作方法

交叉引用

本申请要求2017年7月26日提交的美国临时专利申请62/537,153(未决)的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。

本发明涉及一种制动系统，并且更具体地，涉及一种用于柴油电动车辆的制动系统，该柴油电动车辆包括诸如矿用卡车之类的大型非公路装备车辆以及其它装备。

背景技术：

矿用卡车和其它大型非公路装备车辆通常被配置成柴油电动车辆。柴油电动车辆使用柴油发动机发电，该柴油发动机用于为多个电动机提供动力以推动车辆。电动机也可以在再生模式下运行，在该模式下，电动机用于发电。在再生模式下，电动机充当制动器，使车辆缓速或减速。电动机在制动过程中产生的电能然后可以存储在电池中，也可以作为废热丢弃。

由于该推进系统，柴油电动车辆上的机械制动器具有两个主要功能。首先，机械制动器可以用作紧急制动器。为此，万一发生电气或电动机故障，机械制动器必须能够阻止全速行驶的超载车辆。要求车辆满足iso3450规范的要求。第二，机械制动器可以提供车辆的最终制动。就这一点而言，在低速(例如，低于10km/hr)下，电动机在使车辆减速或缓速方面不那么有效。因此，机械制动器用于使车辆完全停止。通常，这些停止的能量非常低。

用于柴油电动车辆的常规机械制动器具有两种设计之一。通常，对于小型到中型卡车(例如，小于或等于大约200-300吨)，通常使用干式卡钳制动器。这种制动器由卡钳、一组制动衬块和钢制或铸铁转子组成。尽管这些制动器价格相对便宜，但高磨损率可能需要每6-12个月更换一次制动衬块。此外，当用于重型车辆时，这些制动器不能通过iso3450紧急停止规范。在这方面，当能量和温度不期望地变高时，导致磨损增加和/或系数衰减。

对于中型到大型卡车(例如，大于或等于大约200-300吨)，通常使用湿式制动器。这种制动器由一组摩擦盘和相对的钢板组成。摩擦盘包括粘合到钢芯两侧的纸基摩擦材料。沟槽也切入摩擦材料，以帮助油的流动和分配。摩擦盘可包括切入内径的花键，而相对的钢板可包括切入外径的花键。通常，摩擦盘旋转，而相对的板不旋转。盘被封闭在壳体中，壳体的一侧具有致动活塞。壳体可以部分填充有油，或者油可以通过泵在壳体中循环。当需要制动时，活塞被致动，从而挤压所有相对的摩擦盘以产生制动扭矩。尽管这些制动器的使用寿命可能较长，并且可以轻松通过iso3450规范和紧急停车，但当制动器脱离接合时，由制动器中的油的流动引起的寄生阻力会带走发动机的动力，并导致燃油效率下降。而且，这些制动器比干式卡钳制动器大得多并且更复杂，需要油泵、油箱、热交换器和其它部件，从而导致更大的费用和重量。

因此，需要一种克服上述常规制动系统的缺点的用于诸如矿用卡车的非公路装备车辆的改进的制动系统。

技术实现要素：

在一个实施方式中，一种用于一件装备的制动系统，装备具有框架和相对于框架可旋转的轴，制动系统包括一系列的转子和定子，其包括被配置成可操作地耦接到轴并且被配置成与轴相对于框架旋转的多个转子，以及被配置成可操作地耦接到框架并且被配置成以相对于框架不可旋转的方式固定的多个定子。制动系统还包括第一制动致动器，其包括定位在第一腔室内的至少一个第一活塞，使得第一腔室的加压导致至少一个第一活塞可操作地接合转子或定子中的至少一个，使得转子和定子被挤压在一起，并且从而产生制动扭矩。制动系统可以进一步包括第二制动致动器，其包括至少一个弹簧，该至少一个弹簧可操作地耦接到定位在第二腔室内的至少一个第二活塞，使得第二腔室的减压导致至少一个第二活塞可操作地接合转子或定子中的至少一个，使得转子和定子被挤压在一起，从而产生制动扭矩。

在一个实施方式中，转子或定子中的至少一个包括整体件。在另一实施方式中，转子或定子中的至少一个包括碳-碳。多个定子可以以与多个转子交替的顺序布置。

在另一个实施方式中，制动系统还包括毂，其被配置成安装至轴以与其一起旋转，其中，多个转子被配置成经由毂可操作地耦接到轴。多个转子中的每一个包括键或键槽中的至少一个，并且毂包括键或键槽中另一种的至少一个，用于接合转子的至少一个键或键槽，以使多个转子与毂和轴一起旋转。

在一个实施方式中，制动系统还包括壳体，该壳体被配置成安装到框架并以相对于框架不可旋转的方式固定，其中，多个定子中的每一个包括凹口或脊中的至少一个，并且壳体包括凹口或脊中另一种的至少一个，用于接合定子的至少一个凹口或脊，以固定多个定子以防止相对于框架旋转。

在另一实施方式中，制动系统还包括负载分配板，该负载分配板位于至少一个第一活塞与一系列转子和定子之间，用于当至少一个第一活塞可操作地接合转子或定子中的至少一个时，对多个转子和定子提供均匀的挤压。在一实施方式中，多个转子和定子被配置成无油流。

在又一实施方式中，一件装备包括框架、相对于框架可旋转的轴和制动系统。制动系统包括一系列的转子和定子，其包括：可操作地耦接到轴并且可相对于框架与轴一起旋转的多个转子；以及可操作地耦接到框架并且以相对于框架不可旋转的方式固定的多个定子。制动系统还包括第一制动致动器，其包括定位在第一腔室内的至少一个第一活塞，使得第一腔室的加压导致至少一个第一活塞可操作地接合转子或定子中的至少一个，使得转子和定子被挤压在一起，并且从而产生制动扭矩以抵抗轴相对于框架的旋转。制动系统还可包括第二制动致动器，其包括至少一个弹簧，该至少一个弹簧可操作地耦接到定位在第二腔室内的至少一个第二活塞，使得第二腔室的减压导致至少一个第二活塞可操作地接合转子或定子中的至少一个，使得转子和定子被挤压在一起，从而产生制动扭矩以抵抗轴相对于框架的旋转。

在一个实施方式中，轴是轮轴。在另一个实施方式中，轴是主轴。该件装备可以进一步包括至少一个车轮，该至少一个车轮安装到轴上并且可以随其旋转。

在一个实施方式中，转子或定子中的至少一个包括整体件。在另一实施方式中，转子或定子中的至少一个包括碳-碳。多个定子可以以与多个转子交替的顺序布置。

在又一个实施方式中，一种用于一件装备的制动系统，装备具有框架，制动系统包括：

一系列的转子和定子，其包括：被配置成相对于框架可旋转的多个转子，以及被配置成可操作地耦接到框架并且被配置成以相对于框架不可旋转的方式固定的多个定子。制动系统还包括第一制动致动器，其包括定位在第一腔室内的至少一个第一活塞，使得第一腔室的加压导致至少一个第一活塞可操作地接合转子或定子中的至少一个，使得转子和定子被挤压在一起，并且从而产生制动扭矩。制动系统还可以包括第二制动致动器，其包括至少一个弹簧，该至少一个弹簧可操作地耦接到定位在第二腔室内的至少一个第二活塞，使得第二腔室的减压导致至少一个第二活塞可操作地接合转子或定子中的至少一个，使得转子和定子被挤压在一起，从而产生制动扭矩。

附图说明

图1是包括根据本发明原理的示例性制动系统的矿用卡车的侧视图。

图2是图1的矿用卡车的详细截面图，示出了示例性的制动系统，该制动系统耦接到矿用卡车的框架和可旋转轴。

图3是图2的制动系统的分解图。

图4是图2的制动系统的局部分解图，示出了制动系统的液压流体路径。

图5是图2的制动系统的局部分解图，示出了制动系统的各种互锁特征。

图6是图2的制动系统的立体图。

图7a是沿图6的剖面线7a-7a截取的剖视图，示出了处于缩回位置的制动系统的第一活塞。

图7b是类似于图7a的剖视图，示出了处于伸出位置的第一活塞。

图8a是沿图6的剖面线8a-8a截取的剖视图，示出了处于伸出位置的制动系统的第二活塞。

图8b是类似于图8a的剖视图，示出了处于缩回位置的第二活塞。

具体实施方式

现在参考附图，并且特别是参考图1和图2，非公路装备的车辆，例如被配置成柴油电动车辆的矿用卡车10，包括根据本发明原理的示例性制动系统12。虽然示出了矿用卡车10，但是制动系统12可以被配置成用于任何合适的非公路装备车辆或其它装备零部件，诸如连续轨道车辆。所示的矿用卡车10包括框架14、可相对于框架14旋转的轴16，诸如前轴或后轴或主轴、以及至少一个安装在轴16上以便与其一起旋转的车轮18。如下面更详细地阐述的，制动系统12的各个部件可操作地耦接到框架14和/或轴16，以提供对轴16和车轮18的旋转以及因此对矿用卡车10的运动的阻力。制动系统12可提供具有湿式制动器的许多优点同时避免了湿式制动器的许多缺点的改进的制动性能。例如，制动系统12可以表现出低的磨损率，并且因此具有长的寿命，而没有由湿式制动器中的油引起的寄生阻力并且具有降低的复杂性、重量和成本。制动系统12的特征在下面进一步详细阐述，以阐明本公开中提供的这些功能优点和其它益处中的每一个。

现在参考图2和图3，制动系统12包括基部20、保持架部(cageportion)22、液压分隔器板24和盖部26，其固定地耦接在一起以形成壳体并且被配置成安装到矿用卡车10的框架14，以及制动系统包括被配置成安装到轴16的毂28。为此，毂28包括具有花键32的中心孔30，该花键32用于机械地接合轴16的对应的花键34，使得毂28可以随着轴16的旋转而旋转。

所示的基部20包括大致环形的板40和大致环形的平台42，该平台从板40朝保持架部22延伸并且限定用于接收矿用卡车10的轴16的中心孔44。基部20被配置成可操作地耦接到矿用卡车10的框架14，从而以相对于框架14不可移动的方式固定。为此，所示的基部20包括设置在板中的多个通孔46，用于接收诸如螺栓48的紧固件，以将基部20耦接到框架14。可以在平台42的外围设置凹口(未示出)，以容纳螺栓48的头部。所示的基部20还包括设置在平台42中的多个带螺纹的盲孔50，用于螺纹地接收诸如螺栓52的紧固件，以将保持架部22耦接到基部20。出于下面讨论的原因，如图所示，平台42在其外围处或附近可包括多个气流槽54。

所示的保持架部22包括下环60和上主体62，它们隔开并通过多个支撑件64耦接在一起，所述多个支撑件64通过开口66彼此分开。上主体62大致是环形的，并限定了中心孔68用于与基部20的中心孔44对准并接收矿用卡车10的轴16。下环60、上主体62和支撑件64一起限定了用于接收毂28和/或其它部件的大致内部空间70，其可以至少部分地由基部20的平台42包围在与下环60相邻的一侧。为此，保持架部22的下环60包括多个通孔72，用于接收用于与基部20耦接的螺栓52。如图所示，通孔72的一部分延伸穿过支撑件64，并且沉孔74可设置在与该通孔72同心的支撑件64中，以用于接收将保持架部22耦接到基部20的螺栓52的头部。另外或可替代地，凹口76可设置在下环60的外围，以容纳将基部20耦接到框架14的螺栓48的头部。

现在参考图4，并继续参考图2和图3，保持架部22的上主体62包括在上主体62的第一表面84和第二表面86之间延伸的多个第一腔室80和第二腔室82，使得每个腔室80、82向第一表面84和第二表面86中的每个敞开。在所示的保持架部22中，多个第一腔室80包括三个第一腔室80，并且多个第二腔室82包括六个第二腔室82，其成对布置在第一腔室80之间。然而，应当理解，可以使用腔室80、82的其它数量和/或布置。如图所示，第一和第二流体排放通道90、92沿着上主体62的第一表面84延伸，用于分别从多个第一和第二腔室80、82中排出液压流体。腔室80、82和排放通道90、92的功能和目的在下面更详细地讨论。在任何情况下，所示的保持架部22包括设置在上主体中的多个带螺纹的盲孔94，用于螺纹地接收紧固件，诸如螺栓96和/或双头螺栓98，以将分隔器板24和/或盖部26耦接到保持架部22。

如图所示，分隔器板24大致是环形的，并且限定了中心孔100，该中心孔100与基部和保持架部20、22的中心孔44、68对准，并用于接收矿用卡车10的轴16。分隔器板24包括多个腔室孔102，其被配置成与保持架部22的多个第二腔室82对准；以及多个流体供应开口104，其与多个第一腔室80对准，使得分隔器板24部分地覆盖每个第一腔室80，并且流体供应开口104允许液压流体从分隔器板24与保持架部22相反的一侧进入每个第一腔室80。所示的分隔器板24还包括多个通孔106，其用于接收将分隔器板24耦接到保持架部22和/或盖部26的螺栓96和/或双头螺栓98。

当耦接到保持架部22的上主体62时，分隔器板24界定上主体62的第一表面84中的第一和第二流体排放通道90、92，以将液压流体大体上保留在其中。如图所示，分隔器板24包括流体排放开口108，用于允许液压流体离开第一和第二流体排放路径90、92到达分隔器板24的与保持架部22相反的一侧。

所示的盖部26包括大致环形的板110，该板110具有第一表面112和第二表面114，以及从第二表面114延伸离开保持架部22的多个第一塔架116和第二塔架118。板110限定中心孔120，其与基部20、保持架部22和分隔器板24的中心孔44、68、100对准，并接收矿用卡车10的轴16。成对的盲孔122从板110的第二表面114延伸进入每个第二塔架118，并被配置成与分隔器板24的腔室孔102和保持架部22的第二腔室82对准。如图所示，第一和第二流体供应通道130、132沿板110的第二表面114延伸，用于分别向多个第一腔室80和第二腔室82供应液压流体。第一和第二液压流体入口端口140、142设置在第一塔架116中的一个中，并且分别与第一和第二流体供应通道130、132流体连通。类似地，第一和第二液压排放端口144、146设置在第一塔架116中的一个中，并分别与第一和第二排放通道90、92流体连通。

如图所示，盖部26包括设置在板110中的多个通孔148，用于接收将盖部26耦接到分隔器板24和/或保持架部22的螺栓96和/或双头螺栓98。当盖部26耦接到分隔器板24时，分隔器板24界定板110的第二表面114中的第一和第二流体供应通道130、132以将液压流体大体上保持在其中。分隔器板24中的流体供应开口104允许流体从流体入口端口140、142行进至对应的腔室80、82。

现在参考图5，继续参考图2和图3，制动系统12包括一系列或一组150的大体盘形的转子152和定子154，转子152和定子154容置在保持架部22的内部空间70内。转子152可操作地耦接到轴16并且被配置成与轴16相对于框架14旋转。为此，每个转子152都包括中心孔160，该中心孔160具有多个键162，所述键被配置成由毂28的对应键槽164接收。当轴16和毂28一起旋转时，键槽164可以机械地接合对应的键162，从而使转子152与毂28和轴16一起旋转。将理解的是，转子152可以以各种其它方式耦接到轴16上而不脱离本发明的范围。

定子154可操作地耦接到框架14，并且被配置成以相对于框架14不可旋转的方式固定。为此，每个定子154沿其外围包括凹口170，用于接收保持架部22的对应脊172，并且每个定子包括中心孔174，中心孔的尺寸适合于清除毂28。以这种方式，当轴16旋转时，脊172和凹口170之间的接合可防止定子154相对于框架14旋转，而毂28和/或轴16可在中心孔174内自由旋转。在所示的实施方式中，脊172设置在保持架部22的支撑件64的内表面上。将理解的是，定子154可以各种其它方式被耦接到框架，不脱离本发明的范围。

转子152和定子154沿着轴16的轮轴自由地略微移动，使得当转子152和定子154彼此间隔开时，允许转子152随轴16自由旋转，使得当转子152和定子154被挤压或夹紧在一起时，可以通过在转子152和定子154之间产生的摩擦来产生制动转矩，从而抵抗转子152的旋转。就这一点而言，转子152和/或定子154中的每一个可由适合制动应用的摩擦材料构成。例如，转子152和/或定子154可包括在通常称为碳纤维增强碳或碳-碳的碳基质中的碳纤维增强件的整体件。应当理解，碳-碳可以表现出低的磨损率，并且从而为转子152和定子154提供耐用性，并且整体件构造可以允许每个转子152和定子154的大部分厚度可用作制动过程中的可用材料。然而，任何其它合适的材料和/或合适的构造(例如，非整体式)可以用于转子152和/或定子154。例如，转子152和/或定子154可以包括粘结在钢芯两侧或制成整体件的基于金属的烧结摩擦材料。在一实施方式中，多个转子152和定子154被配置成在使用期间无油流。在任何情况下，通过挤压转子152和定子154产生的制动扭矩可以通过键162和键槽164从转子152传递到毂28，并且可以通过花键32、34从毂28传递到轴16以抵抗轴16和轮18的旋转。

应当理解，在转子152和定子154产生制动扭矩的过程中，可能会产生大量的热量。基部20的平台42中的空气流槽54可以帮助将这些热量从制动器传递出去。另外或可替代地，保持架部22的支撑件64之间的开口66可帮助将热量从制动系统12转移走。

如图所示，大体上v型片簧180可以在相邻定子154的外围或附近定位在相邻定子154之间，以使定子154彼此偏置，从而当制动扭矩是不希望的时防止定子154不当地将转子152夹在其间，这将导致寄生阻力。例如，片簧180可以耦接到定位在定子154上方的外围金属夹182上。这种夹182可以是承重的，以避免由片簧180在定子154之间承载的负载下损坏定子154。在所示的实施方式中，三个转子152和四个定子154以定子154开始和结束的交替顺序布置。然而，可以以任何合适的顺序布置其它数量的各种转子和定子。例如，可以以交替的顺序布置四个转子和五个定子。在一个实施方式中，由于后轮的转矩要求较低，诸如当后制动系统在齿轮箱后面运行时，矿用卡车的每个前轮可配备有比后轮的制动系统具有更多的转子和定子的制动系统。例如，后制动系统可包含三个转子和四个定子，而前制动系统可包含四个转子和五个定子。

现在参考图6、图7a和图7b，继续参考图3，制动系统12包括伺服制动致动器200，其可用于在矿用卡车10的操作期间将转子152和定子154挤压在一起。在所示实施方式中，伺服制动致动器200包括位于保持架部22的三个第一腔室80内的三个第一活塞202。分别与第一流体供应和排放通道130、90流体连通的第一流体入口和出口204、206设置在每个第一活塞202的与转子152和定子154相反的一侧上，从而通过液压油经由第一流体供应通道130对第一腔室80进行加压，使第一活塞202从缩回位置(图7a)朝向转子152和定子154延伸至伸出位置(图7b)。尽管未示出，但是应当理解，第一腔室80的加压可以通过经由诸如制动踏板之类的控制器打开阀以允许液压流体从储液器通过第一流体供应通道130流到第一腔室80而实现。如图所示，可以在每个第一活塞202和相应的第一腔室80之间设置垫圈208，以防止液压流体泄漏到保持架部22的内部空间70中。在任何情况下，当处于伸出位置时，第一活塞202可以可操作地接合转子152和/或定子154中的至少一个，以将转子152和定子154挤压或夹紧在一起以抵靠基部20的平台42，以产生制动扭矩以抵抗轴16的旋转。

在所示实施方式中，负载分配板210位于第一活塞202与转子152和定子154的组150之间，使得第一活塞202与转子152和/或定子154之间的操作接合经由负载分配板210实现。负载分配板210可以以相对于框架14不可旋转的方式固定，并且可以稍微类似于定子154。特别地，负载分配板210可以包括沿其外围的凹口212(图3)，用于接收保持架部22的对应脊172，以及包括中央孔214，该中央孔的尺寸设计成可清除毂28。以这种方式，负载分配板210可提供转子152和定子154在其各自的表面积上的大体上均匀的挤压，以获得一致且可靠的制动扭矩。附加地或替代地，隔热盘216可以经由诸如螺栓218之类的紧固件耦接到第一活塞202，以便使第一活塞202和腔室80与在产生制动扭矩期间产生的热量隔离。

如图所示，在每个第一活塞202与第一活塞202的与转子152和定子154相同的一侧上的相应第一腔室80的表面之间设置有多个弹簧220，以使第一活塞202偏置远离转子152和定子154。因此，可能需要对第一腔室80进行阈值加压以克服弹簧220的偏压，以使第一活塞202朝向转子152和定子154伸展。这可以防止第一活塞202意外地将转子152和定子154挤压在一起，并且这些弹簧220提供残余压力，以允许液压松弛调节器的操作来调节活塞冲程，从而基于摩擦磨损实现理想的应用延迟。当第一腔室80减压时，诸如通过减少或停止第一流体供应通道130中的流体流动并允许压力通过第一流体入口204排出，弹簧220可推动第一活塞202远离转子152和定子154以及片簧180可推动定子154彼此远离以松开转子152并停止产生制动扭矩。

现在参考图8a和图8b，继续参考图3和图6，制动系统12还包括紧急或停车制动致动器230，其可以用于在矿用卡车10的操作期间，诸如在紧急情况下或当矿用卡车10停用时将转子152和定子154挤压在一起。在一个实施方式中，停车制动致动器230可包括弹簧施加的液压释放(sahr)制动器。如图所示，停车制动致动器230包括位于保持架部22的六个对应的第二腔室82内的六个第二活塞232，以及位于三个对应的塔架118的盲孔122内的第二活塞232上方的六个弹簧234，以便朝向转子152和定子154偏置第二活塞232。以这种方式，第二活塞232可以可操作地接合转子152和/或定子154中的至少一个，以将转子152和定子154挤压或夹紧在一起，以抵靠基部20的平台42以产生制动扭矩以抵抗轴16的旋转。

在所示的实施方式中，负载分配板210以与以上关于伺服制动致动器200所讨论的方式相似的方式定位在第二活塞232与一系列转子152和定子154之间。另外或替代地，隔热盘236可以经由紧固件238耦接到第二活塞232，以便使第二活塞232和腔室82与在产生制动扭矩期间产生的热量隔离。

在每个第二活塞232的与转子152和定子154相同的一侧上设置有分别与第二流体供应和排放通道132、92流体连通的第二流体入口和出口240、242，使得利用液压流体经由第二流体通道132对第二腔室82的足以克服弹簧234偏压的加压导致第二活塞232远离转子152和定子154伸展。在矿用卡车10的正常操作期间，第二腔室82可被加压以将第二活塞232保持在伸出位置(图8a)，以防止第二活塞232无意中将转子152和定子154挤压在一起。当停放矿用卡车10时或在紧急情况期间，第二腔室82可被减压，从而允许弹簧234将第二活塞232朝向转子152和定子154推动以产生制动扭矩(图8b)。尽管未示出，但是应当理解，第二腔室82的减压可以通过经由诸如停车制动杆之类的控制器关闭阀以减慢或防止从储液器通过第二流体供应通道132向第二腔室82的液压流体流而实现。如图所示，垫圈244可设置在每个第二活塞232与相应的第二腔室82之间，以防止液压流体泄漏到保持架部22的内部空间70中。另外或替代地，可以在每个第二活塞232和相应的腔室82之间设置一个或多个o形圈246、248，以在它们之间提供液密密封。

在所示的实施方式中，柱体250设置在塔架118的每个盲孔122内，并且大致与相应的弹簧234同心。在弹簧压缩和/或伸展期间，柱体250的外表面可以为弹簧234提供定心并引导弹簧234。另外或替代地，柱体250可以至少部分地是中空的，并且柱体250的内表面可以在第二活塞232的缩回和/或伸展期间引导第二活塞232。柱体250的靠近相应的第二活塞232的端面可以限制第二活塞232的伸展，以在弹簧234变得过度压缩和/或损坏之前停止第二活塞232。

因此，制动系统12可提供改进的制动性能，其具有湿式制动器的许多优点同时避免了湿式制动器的许多缺点。例如，制动系统12可以表现出低的磨损率，从而具有长的使用寿命。在保持架部22的内部空间70中和/或在转子152和定子154上没有油，避免了由湿式制动器中的油引起的寄生阻力，并且进一步避免了对复杂且重油循环装备的需求。

尽管已经通过本发明的一个或多个实施方式的描述示出了本发明，并且尽管已经相当详细地描述了实施方式，但是它们并不旨在将所附权利要求的范围限制或以任何方式限制于这样的细节。其它优点和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和描述的具体细节、代表性设备和方法以及说明性示例。因此，可以在不脱离本发明的情况下偏离这些细节。