戈超 張珂

摘 要：鉸接式自卸車制動(dòng)器除需滿足一定的制動(dòng)力外，還必須具備防爆、防水、抗污染和可靠的穩(wěn)定性能，其制動(dòng)形式采用多片盤式濕式制動(dòng)器。文章詳細(xì)介紹了鉸接式自卸車濕式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：鉸接式自卸車；濕式制動(dòng)器；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TD525 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）36-0090-02

Abstract： The brake of articulated dump truck not only must satisfy certain braking force， but also must have anti-explosion， waterproof， anti-pollution and reliable stability performance， and its brake form is multi-disc wet brake. This paper introduces the structure and design of wet brake of articulated dump truck in detail.

Keywords： articulated dump truck； wet brake； structure； design

1 濕式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

鉸接式自卸車制動(dòng)系統(tǒng)包括濕式行車制動(dòng)器和濕式駐車制動(dòng)器，可用于車輛驅(qū)動(dòng)橋和非驅(qū)動(dòng)橋的制動(dòng)，特別適用于防塵、防爆等惡劣工作環(huán)境的需求濕式制動(dòng)的場(chǎng)合[1-4]。

1.1 濕式行車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)組成

濕式行車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括：（1）摩擦片磨損檢測(cè)裝置和摩擦片磨損調(diào)整機(jī)構(gòu)；（2）制動(dòng)器外殼

體；（3）活塞座；（4）活塞；（5）壓力油口；（6）回位彈簧；（7）制動(dòng)器連接螺栓；（8）星型密封圈；（9）彈簧擋板；（10）主動(dòng)摩擦片；（11）被動(dòng)鋼片；（12）擋板；（13）制動(dòng)器內(nèi)齒殼；（14）制動(dòng)器油封；（15）輪轂。

輪轂上制有外花鍵，主動(dòng)摩擦片通過(guò)其內(nèi)花鍵與輪轂外花鍵連接，主動(dòng)摩擦片可在輪轂花鍵上沿軸向滑動(dòng)；制動(dòng)器內(nèi)齒殼上制有內(nèi)花鍵，其空刀槽部位有擋板用來(lái)限位；被動(dòng)鋼片上的外花鍵與制動(dòng)器內(nèi)齒殼的內(nèi)花鍵連接，沿軸向可自由滑動(dòng)；主動(dòng)摩擦片、被動(dòng)鋼片依次排列布置，主動(dòng)摩擦片和被動(dòng)鋼片構(gòu)成摩擦副；回位彈簧均勻布置在活塞周圈的安裝孔內(nèi)，回位彈簧的另一端與彈簧擋板接觸；活塞軸向動(dòng)密封采用星型密封圈密封，其與活塞一起組成壓力容腔，制動(dòng)器外殼體上設(shè)置有摩擦片磨損檢測(cè)裝置和摩擦片磨損調(diào)整機(jī)構(gòu)，可用于觀察和調(diào)整補(bǔ)償摩擦片磨損；制動(dòng)器外殼體和制動(dòng)器內(nèi)齒殼通過(guò)若干個(gè)在圓周方向均勻分布的制動(dòng)器連接螺栓連接成一體；制動(dòng)器外殼體通過(guò)螺栓與活塞座相連，然后活塞座通過(guò)螺栓將制動(dòng)器總成直接固定在車橋法蘭上。

1.2 濕式駐車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)組成

濕式駐車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要包括：（1）解除制動(dòng)螺栓；（2）端蓋；（3）碟簧；（4）調(diào)整墊片；（5）活塞；（6）星型圈；（7）放氣塞；（8）缸體；（9）內(nèi)齒圈；（10）被動(dòng)鋼片；（11）主動(dòng)摩擦片；（12）箱體；（13）花鍵轂。

花鍵轂上的內(nèi)花鍵與變速箱次輸出軸聯(lián)接，花鍵轂上的外花鍵與主動(dòng)摩擦片的內(nèi)花鍵聯(lián)接，主動(dòng)摩擦片可在花鍵轂上沿軸向自由滑動(dòng)；被動(dòng)鋼片通過(guò)其外花鍵與內(nèi)齒圈內(nèi)花鍵聯(lián)接，被動(dòng)鋼片可在內(nèi)齒圈內(nèi)沿軸向自由滑動(dòng)；主動(dòng)摩擦片、被動(dòng)鋼片依次排列布置，主動(dòng)摩擦片和被動(dòng)鋼片構(gòu)成摩擦副；活塞軸向動(dòng)密封采用星型密封圈密封，其與活塞一起組成壓力容腔，與活塞聯(lián)接的螺栓，可在車輛故障時(shí)，解除制動(dòng)。制動(dòng)器端蓋和制動(dòng)器缸體通過(guò)若干個(gè)在圓周方向均勻分布的制動(dòng)器連接螺栓連接成一體，端蓋內(nèi)部圓臺(tái)為碟簧軸向運(yùn)動(dòng)起到導(dǎo)向作用，為避免端蓋和活塞的過(guò)度磨損，碟簧兩端應(yīng)加墊圈。整套駐車制動(dòng)裝置通過(guò)長(zhǎng)螺栓聯(lián)接到箱體上。

2 濕式制動(dòng)器的制動(dòng)性能要求及設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 濕式制動(dòng)器制動(dòng)性能要求

根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和主機(jī)廠的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，該鉸接式自卸車的制動(dòng)性能有如下要求：（1）工作制動(dòng)的最大靜態(tài)制動(dòng)力應(yīng)不小于整車最大質(zhì)量的50%；（2）水平硬質(zhì)路面，額定載荷、初速度20km/h工況下，制動(dòng)距離不大于8m；（3）停車制動(dòng)應(yīng)使機(jī)車在承載1.5倍額定載荷情況下，在規(guī)定最大爬坡度坡道上保持靜止?fàn)顟B(tài)，不產(chǎn)生滑移。

2.2 濕式行車制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算

2.2.1 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩容量的確定

為滿足最大制動(dòng)減速度的要求，總制動(dòng)力Fb應(yīng)為：

= >50%（1）

式中：a-最大制動(dòng)減速度（m/s2），g-重力加速度（m/s2），G-整機(jī)質(zhì)量（kg），W-額定載重（kg），單個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩M為：

M= （G+W）Rd（2）

式中：Rd-輪胎動(dòng)力半徑。

2.2.2 制動(dòng)器制動(dòng)力計(jì)算

任取寬度為dr圓環(huán)做微圓，制動(dòng)活塞的軸推力：

F= Pa2πrdr= Pa（D -d ） （3）

式中：Pa-液壓系統(tǒng)的壓力（MPa），D1-行車制動(dòng)活塞外徑（m），d1-行車制動(dòng)活塞內(nèi)徑（m），摩擦片圓環(huán)上單位面積的壓力：

p= （4）

式中：Dm-摩擦片工作外徑（m），dm-摩擦片工作內(nèi)徑（m）。

單個(gè)摩擦副的摩擦力矩為：

M1= 2πr2pμdr= μ1pπ（D -d ） （5）

式中：μ1-摩擦副的摩擦系數(shù)，銅基動(dòng)摩擦系數(shù)0.08靜摩擦系數(shù)0.14。

則制動(dòng)力矩為：

MB=nkM1 （6）

式中：n-摩擦副數(shù)，k-壓緊力損失系數(shù)，k=0.92。

2.2.3 制動(dòng)距離的校核

制動(dòng)減速度：a1= （7）

式中：δ-回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，δ≈1.1；Rd-車輪回轉(zhuǎn)半徑；

制動(dòng)距離：S= + （8）

式中：V0-制動(dòng)前速度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取V0=20km/h；t1-制動(dòng)系統(tǒng)滯后時(shí)間，取t1=0.2s。

2.3 濕式駐車制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算

2.3.1 制動(dòng)轉(zhuǎn)矩容量的確定

使用駐車制動(dòng)時(shí)，駐車所需要提供的最大制動(dòng)力矩為：

M= （9）

式中：α-最大坡度25%，f-滾動(dòng)阻力系數(shù)，i1-驅(qū)動(dòng)橋總速比，i2-變速箱末級(jí)傳動(dòng)速比。

2.3.2 制動(dòng)器制動(dòng)力計(jì)算

制動(dòng)活塞的軸推力按式（3）計(jì)算，為保證活塞能夠完全推開(kāi)碟簧，需滿足F>Fλmax；碟簧采用對(duì)合組合方式，軸向變形為λ時(shí)的承載能力：

式中C1為 的函數(shù)，C2為 的函數(shù)，d-碟簧內(nèi)徑，D-碟簧外徑，λ-碟簧壓縮量，t-碟簧厚度，h-碟簧壓平時(shí)的變形量，μ-泊松比，E-彈性模量。其余計(jì)算同（4）（5）（6）。

2.4 某型號(hào)鉸接式自卸車濕式多片制動(dòng)器設(shè)計(jì)實(shí)例

初步確定整機(jī)滿載重量160kN，行車制動(dòng)壓力7MPa，駐車制動(dòng)壓力5MPa，Rd=0.45m。行車摩擦片參數(shù)：D1=0.345，d1=0.305，Dm=0.342，dm=0.253。駐車摩擦片參數(shù)：D1=0.165，d1=0.135，Dm=0.145，dm=0.1135；駐車碟簧外徑D=140，碟簧最小壓縮量λ取1.3；i1=14.36，i2=1.41。

由（2）（6）式求得n=5.98，取摩擦片的數(shù)量為6片；由（7）（8）式求得S=4.29m<8m，行車制動(dòng)器符合要求。當(dāng)λ=1.3時(shí)，求得n=7.78，取摩擦片數(shù)量為8片，考慮摩擦片磨損，取初始?jí)嚎s量為1.5mm，駐車制動(dòng)器符合要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

濕式多盤制動(dòng)器制具有制動(dòng)柔和，安全性好，易于實(shí)現(xiàn)系列化，對(duì)于長(zhǎng)期工作在惡劣環(huán)境條件下的井下防爆膠輪車是一種理想的選擇，另外筆者認(rèn)為濕式制動(dòng)器在國(guó)內(nèi)應(yīng)用起步較晚，但其經(jīng)濟(jì)效益較好，各公司投入較大，發(fā)展很快，隨著濕式制動(dòng)器的可靠性增加，其必然成為輪式工程機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。

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