輪胎式液壓挖掘機制動系統設計

李 耀，鄭 華，夏 炎，宗 波

（徐州徐工挖掘機械有限公司，江蘇 徐州 221004）

輪胎式液壓挖掘機作為能夠快速轉場的挖掘設備，因在公路行駛，其制動系統的設計可靠性及安全性對挖掘機的安全操作至關重要。在徐工挖機輪胎式液壓挖掘機的系列化設計過程中，總結出一套輪胎式液壓挖掘機制動系統設計的理論經驗。輪胎式液壓挖掘機采用兩橋設計，四個車輪。制動器為濕式油冷盤式制動，理論和結構設計完全符合GB/T 21152-2007標準要求。

輪胎式液壓挖掘機的制動系統由供能裝置，傳動裝置，控制裝置和制動執行元件四部分組成。供能裝置通過液壓泵，蓄能器充液閥向蓄能器供油，積蓄能量，傳動裝置將制動踏板控制的動力源傳遞給制動執行元件。

1 制動系統設計

制動設計通常是主機廠家將整車的重量，設計速度，前后橋重量分布，輪胎規格提供給車橋廠家，車橋廠家根據提供的參數及制動器參數進行制動系統計算，確定制動系統的使用壓力及制動力。根據車橋廠家的制動計算報告，主機廠家確定制動系統參數，根據整車參數進行制動校核，最終確定制動系統設計方案，在設計過程中主機廠與車橋配套廠家對設計參數互相校核，保證設計參數的正確性，確保整機制動系統的安全性。

制動裝置的工作原理（圖1）介紹如下。

圖1 制動系統液壓原理圖

1）制動壓力存儲工作過程 發動機開啟，蓄能器沒有存儲足夠壓力，壓力開關工作。開啟制動指示燈和警報。存儲足夠壓力后（設定90kgf/cm2以上），壓力開關切斷，關閉指示燈和報警。當蓄能器壓力低于120kgf/cm2，制動泵的工作油P經充液閥進入蓄能器R2，當蓄能器充滿工作用油制動泵繼續供油，油路內壓力上升。當油路壓力高于155kgf/cm2，卸載閥開啟，對油路進行卸壓，保護油路內的蓄能器等功能部件

2）制動裝置驅動工作過程 踩下剎車踏板，蓄能器存儲的工作油壓力傳遞到濕式盤式制動裝置后進行制動，壓力開關工作，制動指示燈點亮。蓄能器釋放工作油，壓力下降，即導致制動油路內壓力下降，推動卸載閥的力變小，制動油路的回油油路被切斷。此時，制動泵重新對蓄能器進行壓力存儲，如此反復，蓄能器始終可以存儲一定的壓力，在任意時刻都可以制動。

2 制動計算

輪胎式液壓挖掘機的制動系統須符合GB/T21152-2007才可以在市場推廣應用。設計時以此標準要求進行理論計算，下面以XE150W的制動系統理論設計為例來介紹輪胎式液壓挖掘機制動系統設計的方法。

2.1 制動性能校核

根據GB/T 21152-2007要求，通過計算求出允許最大制動距離。

式中V0=35km/h=9.72(m/s)

前后軸所需最大制動力，即地面所能提供最大制動力。

根據理想制動力計算公式：

前軸所需制動力為

后軸所需制動力為

式中，m為整車滿載總質量，N；g為重力加速度，取9.8m/s2；hg=1461mm為滿載質心高度；a=2.93m/s2為整車的減速度；ψ為地面附著系數，通常取0.8；a=1565mm、b=1235mm，分別為質心距前后軸距離；L=2800mm為軸距。見圖2。

圖2 輪胎式挖掘機質心分布示意圖

2.2 制動器制動力校核

制動器油缸活塞軸向推力F

式中Pa——制動器液壓系統壓力，6MPa;

D——油缸活塞外徑0.18m；

d——油缸活塞內徑0.13m；

摩擦盤圓環面上單位面積壓力

一對摩擦面上的摩擦力矩M1

制動器產生的制動力矩

制動力為

式中

D1——制動盤外徑，0.208m；

d1——制動盤內徑，0.14m。

f——摩擦盤摩擦系數，0.1；

n——摩擦面數，n=s+m-1=29；

s——摩擦盤數，15；

m——固定盤數，15；

k——折減系數，k=0.98。

R——輪胎半徑，0.506m。

因整車4個制動器相同，所以給每個橋可以提供的制動力為91887N，大于整車需要的制動力，制動性能滿足設計要求

3 總 結

輪胎式液壓挖掘機制動系統設計過程可以分為幾個階段：①標準要求分析，根據此過程分析需求參數，包括整機載荷，車輛參數，標準要求，驗證方式等；②結合整車的制動器參數與液壓系統供給，計算制動器可以提供的制動力矩，看是否滿足設計需求。