B30型停車制動器的結構改進

我廠生產的B30型停車制動器用于某型井下裝載機。1臺該型井下裝載機在進行裝車試驗時，試驗人員發現該型停車制動器因制動力矩不足，無法實現坡道停車，因此我們決定對原停車制動器進行改進。

1.改進前的結構和原理

該停車制動器制動鼓安裝于變速器高速軸上，轉臂和2個制動蹄總成采用浮動方式。連板1和連板2的一端鉸接在制動底板總成上，只能在底板平面上擺動；另一端分別裝在2個制動蹄總成的長圓形滑槽內。轉臂左端鉸接在連板1的擺動端，轉臂右側斜邊靠在軸套外圓上。軸套套在連板2的擺動端，與連板2為間隙配合。改進前停車制動器結構如圖1所示。

停車制動時，制動連桿機構給轉臂右端施加一個向上的拉力F。此時轉臂通過軸套，驅動連板2繞其鉸接點順時鐘擺動，連板2則通過滑槽，將右蹄向右壓向制動鼓。與此同時，連板2給轉臂一個向左的反作用力，驅使轉臂驅動連板1繞其鉸接點順時鐘擺動，連板1則通過滑槽將左蹄向左壓向制動鼓，從而實現制動。由于轉臂和制動蹄都是浮動的，使得兩蹄壓向制動鼓的壓力大體相等，因此這是一個對稱平衡式停車制動器。

2.確定故障原因

分析認為，造成停車制動器制動力矩不足的原因主要有：轉臂輸入的F力不足，制動蹄與制動鼓間隙太大；摩擦片的摩擦系數偏低，摩擦片的摩擦性能變差或有油污；轉臂動作時卡滯；停車制動器結構不合理等。

根據停車制動器制動力矩不足的原因分析，逐一進行檢查，檢查結果如下：轉臂施加的F力符合設計要求；該摩擦片的摩擦系數符合設計要求，摩擦片的摩擦性能尚可，且表面無油污；轉臂浮動過程中沒有卡滯現象。

但是檢查中發現以下2個問題：一是測量制動蹄與制動鼓間隙太大（最小處為2.6mm，最大處為3.7mm），需要進行調整；二是通過繪圖方法分析制動器相關運動件的受力情況，得知連板2的鉸接位置不合理。連板2受力分析如圖2所示。

當停車制動終了時，摩擦片與制動鼓貼實后，轉臂左端鉸接點可以看作固定鉸接點。轉臂繞該點擺動時，其通過轉臂右邊的斜邊壓向連板2擺動端，連板2通過右蹄上的滑槽將右蹄沿x軸方向壓緊在制動鼓內壁上。由此可知，連板2的施加壓力決定了制動蹄與制動鼓之間的壓緊力。

當轉臂右端施加力一定時，轉臂斜邊對連板2擺動端的壓力f的大小和方向是定值，此時合力N1的大小取決于f1的大小和方向。由圖2可知，f1力的分量fn朝向x軸的負向，由此斷定f1削弱了合力N1。

進一步分析認為，當摩擦片磨損后，制助時連板2將沿順時針方向擺過更大的角度，f1力的分量fn將更大，這樣會進一步削弱合力N1。要想減小f1力的分量fn對合力N1產生的削弱作用，只有對連板2的鉸接位置進行改進。

3.改進過程

針對檢查中發現的2個問題和原因分析，經研究提出的改進方案，主要是改進連板2的鉸接位置。為了在改進制動蹄結構時，能時制動力矩進行測試，我們設計并制造了1臺制動力矩試驗臺。

（1）改進制動蹄結構

首先，將制動蹄半徑加大1.5mm，以見效制動蹄與制動鼓間隙、（縮短制動空行程）。在試驗臺上測試，此項改進雖能使制動力矩提高到295N·m，但未達到設計要求的510N·m。

其次，將摩擦片更換成摩擦性能較高的石棉材質的摩擦片，經測試其制動力矩雖能提高到330N·m，但仍未達到設計要求。

再次，將摩擦片史換成高性能摩擦片，經測試其制動力矩雖能提高到370N·m，但制動力矩與設計要求仍有一定差距。

我們對上述試驗進行分析，認為還需改進連板2的餃接位置，才可繼續提高制動力矩，使其達到設計要求。

（2）改進連板的鉸接位置

根據對連板2受力分析結果，我們決定將連板2鉸接位置由x軸下方移到x軸上方。改進后連板2受力分析如圖3所示。

由圖3可知，由于改變了連板2的鉸接位置，制動時制動底板對連板2的力f1由拉力變為支撐力。連板2逆時鐘擺動時，f1力的分量fn朝向x軸的正向，因此在施加力F相同的情況下，f1使得合力N1有所增大。當摩擦片磨損后，制動時連板2將沿逆時鐘方向擺過更大的角度，f1力的分量fn將史大，會進一步加大合力N1。

合力N1的增大，提高了右蹄摩擦片與制動鼓內壁的正壓力。與此同時，浮動的轉臂將左蹄摩擦片壓向制動鼓內壁，使得左、右蹄摩擦片與制動鼓內壁的正壓力都得到提高，從而提高了制動器的整體制動力矩。

4.改進效果

按圖3所示改進連板2的鉸接位置，并且使用高性能摩擦片后，將制動器裝上試驗臺進行測試，結果測得制動力矩為520N·m，滿足了整機停年制動的要求。將改進后的停車制動器應用于2臺同型號裝載機，結果制動效果良好，滿足了施工現場停車制動要求。

（作者地址：陜西省寶雞市巨福路36號寶雞合力叉車廠渭濱工廠研究所721001）