一种用于小型飞行器的鼓式刹车装置及工作方法与流程

本发明涉及一种飞行器刹车制动装置，特别涉及一种用于小型飞行器的鼓式刹车装置。

背景技术：

摩擦式制动器按其旋转元件的形状可分为鼓式和盘式两大类，盘式制动形式因其结构形式在散热性能和排水性能的优异特性，目前大量应用在乘用车上。相比盘式制动形式，鼓式制动形式最先用于制动系统，制造技术相对更加成熟，成本低，并且因其结构形式在刹车时摩擦片与制动鼓的接触面积大，制动力更强劲。但在传统的鼓式刹车中，鼓式刹车的制动鼓在受热后直径会增大，造成踩下制动踏板的行程加大，制动时的踩踏力道较不易控制，刹车系统反应变慢，容易发生刹车反应不如预期的情况，不利于做高频率的刹车动作。目前提供给鼓式刹车装置的都是液压装置提供给制动轮缸动力使得制动蹄张开摩擦片和制动鼓摩擦产生制动力去实现刹车，但液压装置提供给制动轮缸的动力装置在使用时具有响应慢、有惯性特点，影响紧急制动效果，同时密封圈密封效果不好的话会影响制动效果。

技术实现要素：

发明目的：本发明针对尺寸、重量有严格限制的小型飞行器，提出一种给压电叠堆加电信号后的产生位移输出将电力转化为飞行器刹车制动力的刹车装置。本发明还提供了该刹车装置的工作方法。

技术方案：本发明所述的一种用于小型飞行器的鼓式刹车装置，包括底座以及通过浮动支撑安装在所述底座上的两片制动蹄；所述底座上安装有之间安装有用于驱动两片所述制动蹄相互远离的驱动机构，所述驱动机构包括放大机构，所述放大机构包括位移输入端、用于驱动两片所述制动蹄的位移输出端以及用于驱动所述位移输入端的压电叠堆组件。

所述放大机构由中心轴以及以所述中心轴为支点交错设置的两条杠杆组成；

每条所述杠杆延伸出第一端作为位移输入端，两条所述杠杆的第一端分别与所述压电叠堆组件的一个电极接触；

每条所述杠杆延伸出第二端作为位移输出端，所述第二端分别抵住对应的位于放大机构两侧的制动蹄。

所述放大机构通过浮动支撑安装在支座上，所述支座安装于所述底座上。

两片制动蹄在靠近放大机构的一端连接有用于所述制动蹄复位的复位弹簧。

两片所述制动蹄在远离所述放大机构的一端设置有一个紧急制动机构；所述紧急制动机构包括一个设置于两片所述制动蹄之间的驻车弹簧，所述驻车弹簧一端与驻车制动推杆的一端连接，所述驻车制动推杆的另一端与旋转销安装在制动蹄上，两片所述制动蹄之间设置有一个驻车制动杠杆。

每片所述制动蹄的外表面粘贴有摩擦片。

所述复位弹簧一端通过旋转支架连接，另一端与所述制动蹄连接，所述旋转支架固定于底座。

所述驻车制动杠杆位于所述制动蹄的中间位置；两片所述制动蹄与所述复位弹簧相对的一端设置有连接两片制动蹄的可调推杆。

所述摩擦片的外围套设有制动鼓。

上述用于小型飞行器的鼓式刹车制动装置的工作方法，包括以下步骤：

(a)当压电叠堆组件正负极接线柱接收直流电信号后产生伸长的位移输入，使得放大机构的位移输出端两边向外张开，放大机构绕固定在支座上的中心轴旋转，放大机构的位移输出端将产生放大的位移输出，放大机构的位移输出端分别与制动蹄浮动固定连接，输出的位移产生制动力致使贴有摩擦片的制动蹄张开与制动鼓摩擦产生摩擦力，实现制动；

刹车时，放大机构推动制动蹄张开，贴有摩擦片的制动蹄与旋转的制动鼓接触产生摩擦力，同时制动蹄可以绕可调推杆的端面转动，可调推杆两端推动安装在其内的弹簧元件，同时实现轴向伸缩；

(b)当需要紧急制动时，由手动阀控制，手动阀控制驻车弹簧拉紧，使得驻车制动推杆绕安装在制动蹄上的旋转销转动，同时推动驻车制动杠杆推动另一个制动蹄与制动鼓压紧产生摩擦力，实现制动。

有益效果：(1)本发明利用压电材料制作成的压电叠堆组件相比电-液控制具有精度高，频率快、响应快、整体结构紧凑等优点，作为驱动器可以弥补电-液机驱动器不足之处，配合放大机构使得压电材料的输出位移增大，适合应用在小型飞行器上；(2)本发明的刹车装置依靠压电叠堆组件输出位移产生需要的刹车力，减轻了飞行器重量、提高了刹车效率，压电叠堆组件弥补了传统鼓式刹车系统响应慢的缺陷，改善刹车反应；(3)本发明刹车装置体积小、重量轻，可以应用在对刹车制动装置尺寸和重量有相当严格限制的小型飞行器上。

附图说明

图1是本发明鼓式刹车装置的分体式结构示意图；

图2是本发明鼓式刹车装置的结构示意图；

图3是本发明鼓式刹车装置的底座结构示意图；

图4是本发明鼓式刹车装置的制动蹄结构示意图；

图5是本发明鼓式刹车装置的制动鼓结构示意图；

图6是本发明鼓式刹车装置的驱动机构结构示意图；

图7是本发明鼓式刹车装置的压电叠堆组件结构示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1-5所示，本实施例所述的一种用于小型飞行器的鼓式刹车装置，包括底座1，通过浮动支撑安装在底座1上的两片制动蹄2，在制动蹄2的一端设置有复位弹簧3，每片制动蹄2的外表面粘贴有摩擦片4。在两片制动蹄2之间设置有旋转支架5。旋转支架5固定于底座1上，旋转支架5的两侧为制动蹄2，分别设置有一个复位弹簧3，复位弹簧3的一端固定于旋转支架5上，另一端与一个制动蹄2连接，当制动蹄在驱动机构的驱动下发生位移后，复位弹簧3用于将两片制动蹄拉回至原位。在摩擦片4的外围套设有制动鼓6，两片所述制动蹄与复位弹簧3相对的一端设置有连接两片制动蹄2的可调推杆7。

如图6所示，底座1上安装有位于两片制动蹄2之间的驱动机构10，驱动机构10安装于靠近复位弹簧3的一端；驱动机构10包括放大机构101，放大机构101通过浮动支撑安装在支座102上，支座102安装于所述底座1上；此外，除了放大机构安装于支座102上，支座102，压电叠堆组件、放大机构、旋转中心轴1014均安装于支座102上。

放大机构101包括位移输入端1011、用于驱动两片所述制动蹄2的位移输出端1012以及用于驱动所述位移输入端1011的压电叠堆组件1013；放大机构101由中心轴1014以及以中心轴1014为支点交错设置的两条杠杆1015组成。每条杠杆1015延伸出第一端1016作为位移输入端1011，两条杠杆1015的第一端分别与压电叠堆组件1013的一个电极1018接触；每条杠杆1015延伸出第二端1017作为位移输出端1012，第二端1017分别抵住对应的制动蹄2。

本发明驱动机构10的设计原理为：本发明的驱动机构10通过螺栓固定连接在底座1上，属于制动装置的固定部分，制动鼓6安装在机轮上，随机轮一起转动，属于制动装置的运动部分，压电叠堆组件1013的正负极分别紧固定在放大机构101位移输入端1011，放大机构通过浮动支撑安装在支座102上，同时可以绕支座102上的固定的中心轴1014转动，支座102通过螺栓安装在底座1上，摩擦片4粘贴在制动蹄2外表面，两片制动蹄2浮动支撑在底座1上，下端与可调推杆7浮动连接，制动蹄2的上端及靠近驱动机构一端用复位弹簧3拉紧，紧靠在放大机构的位移输出端1012。

飞行器着陆时，机轮带动制动鼓6绕轮轴旋转(机轮和轮轴通过轴承连接)，需要刹车时，放大机,101两端的压电叠堆组件1013正负极接受直流电信号输入，压电叠堆组件1013中压电叠堆的外壳安装在支座102上，当压电叠堆组件1013正负极接线柱接收直流电信号后产生伸长的位移输入，使得放大机构的位于输入端1011的两边向外张开，因放大机构可以绕固定在支座上的中心轴1014旋转，应用杠杆放大原理，放大机构101上面的两端作为位移输出端1012将产生放大的位移输出。放大机构的位移输出端1012两端分别与制动蹄2浮动固定连接，输出的位移产生制动力致使贴有摩擦片4的制动蹄2张开与制动鼓6摩擦产生摩擦力，实现制动，即当压电叠堆伸长产生水平位移输出，驱动放大机构绕中心轴旋转张开，产生水平位移输出带动放大机构在支座平面内运动，将贴有摩擦片的制动蹄与制动鼓压紧，贴有摩擦片的制动蹄与制动鼓接触摩擦，产生摩擦力从而使飞行器刹停。在放大机构推动制动蹄2张开同时，贴有摩擦片的制动蹄与旋转的制动鼓接触产生摩擦力，同时制动蹄可以绕可调推杆的端面转动，可调推杆两端推动安装在其内的弹簧元件，实现轴向伸缩。

复位弹簧3一端与旋转支架5连接，另一端与制动蹄2连接，当结束制动动作后，复位弹簧3利用在制动过程中蓄势的能量辅助制动蹄恢复原位，并且是保证两个制动蹄处于浮动状态的装置。

本发明的刹车装置还设置了一个紧急制动机构20，具体为，两片所述制动蹄2在于放大机构101相对的一端设置有一个紧急制动机构20；紧急制动机构20包括一个设置于所述制动蹄2之间的驻车弹簧201，驻车弹簧201一端与驻车制动推杆202的一端连接，驻车制动推杆202的另一端与旋转销203安装在制动蹄2上，两片制动蹄2之间设置有一个驻车制动杠杆204，制动蹄2的相应位置设置有一个凹槽用于安装卡合驻车制动杠杆204。

需要紧急刹车或驻车制动时，由手动阀控制，通过驻车弹簧、驻车制动推杆；驻车制动杠杆联动，联动方式：驻车弹簧201一端与驻车制动推杆202相连，另一端与手动驻车阀相连，驻车制动推杆202一端与旋转销203安装在制动蹄2上，另一端与驻车弹簧201相连。手动阀控制驻车弹簧201蓄势拉紧，使得驻车制动推杆202绕安装在制动蹄上的旋转销203转动，同时推动驻车制动杠杆204推动另一个制动蹄与制动鼓压紧产生摩擦力，实现制动。

本发明的鼓式刹车装置的工作方法，包括以下步骤：

(a)当压电叠堆组件1013正负极接线柱接收直流电信号后产生伸长的位移输入，使得放大机构101的位移输出端1012两边向外张开，放大机构绕固定在支座上的中心轴1014旋转，放大机构的位移输出端1012将产生放大的位移输出，放大机构101的位移输出端1012分别与制动蹄2浮动固定连接，输出的位移产生制动力致使贴有摩擦片4的制动蹄2张开与制动鼓摩擦产生摩擦力，实现制动；

刹车时，放大机构101推动制动蹄2张开，贴有摩擦片的制动蹄与旋转的制动鼓接触产生摩擦力，同时制动蹄可以绕可调推杆的端面转动，可调推杆两端推动安装在其内的弹簧元件，同时实现轴向伸缩；

(b)当需要紧急制动时，由手动阀控制，手动阀控制驻车弹簧201拉紧，使得驻车制动推杆202绕安装在制动蹄上的旋转销203转动，同时推动驻车制动杠杆204推动另一个制动蹄与制动鼓压紧产生摩擦力，实现制动。

为了进一步说明本发明的刹车装置的工作状态，本发明的刹车装置还包括车速传感器、制动踏板行程传感器、间隙监测传感器(监测在相同的踏板行程时，摩擦片和制动鼓之间的间隙)和制动控制单元。刹车时产生的制动热量使得制动鼓热膨胀直径增大，导致制动鼓和摩擦片之间的间隙变大，同样的制动效果就需要更大的制动行程，致使制动性能降低。安装间隙监测传感器后，间隙监测传感器检测到制动鼓和摩擦片之间的间隙变化后，制动系统按照间隙监测传感器采集的信息调制控制电压信号，改善刹车时产生的热量影响制动效果。