鉸接式自卸車濕式制動器結構與設計

戈超 張珂

摘 要：鉸接式自卸車制動器除需滿足一定的制動力外，還必須具備防爆、防水、抗污染和可靠的穩定性能，其制動形式采用多片盤式濕式制動器。文章詳細介紹了鉸接式自卸車濕式制動器結構與設計。

關鍵詞：鉸接式自卸車；濕式制動器；結構；設計

中圖分類號：TD525 文獻標志碼：A 文章編號：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 濕式制動器結構

鉸接式自卸車制動系統包括濕式行車制動器和濕式駐車制動器，可用于車輛驅動橋和非驅動橋的制動，特別適用于防塵、防爆等惡劣工作環境的需求濕式制動的場合[1-4]。

1.1 濕式行車制動器結構組成

濕式行車制動器結構如圖1所示，主要包括：（1）摩擦片磨損檢測裝置和摩擦片磨損調整機構；（2）制動器外殼

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

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

1.2 濕式駐車制動器結構組成

濕式駐車制動器結構如圖2所示，主要包括：（1）解除制動螺栓；（2）端蓋；（3）碟簧；（4）調整墊片；（5）活塞；（6）星型圈；（7）放氣塞；（8）缸體；（9）內齒圈；（10）被動鋼片；（11）主動摩擦片；（12）箱體；（13）花鍵轂。

花鍵轂上的內花鍵與變速箱次輸出軸聯接，花鍵轂上的外花鍵與主動摩擦片的內花鍵聯接，主動摩擦片可在花鍵轂上沿軸向自由滑動；被動鋼片通過其外花鍵與內齒圈內花鍵聯接，被動鋼片可在內齒圈內沿軸向自由滑動；主動摩擦片、被動鋼片依次排列布置，主動摩擦片和被動鋼片構成摩擦副；活塞軸向動密封采用星型密封圈密封，其與活塞一起組成壓力容腔，與活塞聯接的螺栓，可在車輛故障時，解除制動。制動器端蓋和制動器缸體通過若干個在圓周方向均勻分布的制動器連接螺栓連接成一體，端蓋內部圓臺為碟簧軸向運動起到導向作用，為避免端蓋和活塞的過度磨損，碟簧兩端應加墊圈。整套駐車制動裝置通過長螺栓聯接到箱體上。

2 濕式制動器的制動性能要求及設計計算

2.1 濕式制動器制動性能要求

根據國家相關標準和主機廠的產品設計要求，該鉸接式自卸車的制動性能有如下要求：（1）工作制動的最大靜態制動力應不小于整車最大質量的50%；（2）水平硬質路面，額定載荷、初速度20km/h工況下，制動距離不大于8m；（3）停車制動應使機車在承載1.5倍額定載荷情況下，在規定最大爬坡度坡道上保持靜止狀態，不產生滑移。

2.2 濕式行車制動器設計計算

2.2.1 制動轉矩容量的確定

為滿足最大制動減速度的要求，總制動力Fb應為：

= >50%（1）

式中：a-最大制動減速度（m/s2），g-重力加速度（m/s2），G-整機質量（kg），W-額定載重（kg），單個制動器的制動力矩M為：

M= （G+W）Rd（2）

式中：Rd-輪胎動力半徑。

2.2.2 制動器制動力計算

任取寬度為dr圓環做微圓，制動活塞的軸推力：

F= Pa2πrdr= Pa（D -d ） （3）

式中：Pa-液壓系統的壓力（MPa），D1-行車制動活塞外徑（m），d1-行車制動活塞內徑（m），摩擦片圓環上單位面積的壓力：

p= （4）

式中：Dm-摩擦片工作外徑（m），dm-摩擦片工作內徑（m）。

單個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，銅基動摩擦系數0.08靜摩擦系數0.14。

則制動力矩為：

MB=nkM1 （6）

式中：n-摩擦副數，k-壓緊力損失系數，k=0.92。

2.2.3 制動距離的校核

制動減速度：a1= （7）

式中：δ-回轉質量換算系數，δ≈1.1；Rd-車輪回轉半徑；

制動距離：S= + （8）

式中：V0-制動前速度，根據標準取V0=20km/h；t1-制動系統滯后時間，取t1=0.2s。

2.3 濕式駐車制動器設計計算

2.3.1 制動轉矩容量的確定

使用駐車制動時，駐車所需要提供的最大制動力矩為：

M= （9）

式中：α-最大坡度25%，f-滾動阻力系數，i1-驅動橋總速比，i2-變速箱末級傳動速比。

2.3.2 制動器制動力計算

制動活塞的軸推力按式（3）計算，為保證活塞能夠完全推開碟簧，需滿足F>Fλmax；碟簧采用對合組合方式，軸向變形為λ時的承載能力：

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

2.4 某型號鉸接式自卸車濕式多片制動器設計實例

初步確定整機滿載重量160kN，行車制動壓力7MPa，駐車制動壓力5MPa，Rd=0.45m。行車摩擦片參數：D1=0.345，d1=0.305，Dm=0.342，dm=0.253。駐車摩擦片參數：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，取摩擦片的數量為6片；由（7）（8）式求得S=4.29m<8m，行車制動器符合要求。當λ=1.3時，求得n=7.78，取摩擦片數量為8片，考慮摩擦片磨損，取初始壓縮量為1.5mm，駐車制動器符合要求。

3 結束語

濕式多盤制動器制具有制動柔和，安全性好，易于實現系列化，對于長期工作在惡劣環境條件下的井下防爆膠輪車是一種理想的選擇，另外筆者認為濕式制動器在國內應用起步較晚，但其經濟效益較好，各公司投入較大，發展很快，隨著濕式制動器的可靠性增加，其必然成為輪式工程機械制動系統的發展方向。

參考文獻：

[1]余志生.汽車理論[M].機械工業出版社，2000.

[2]于建華.礦用濕式多盤制動器工作原理及冷卻系統的設計[J].煤礦機械，2011（11）.

[3]于升，張光偉，鄭智良，等.井下鑿巖機停車制動器的結構設計[J].機械傳動，2014（12）.

[4]王義斌.礦用汽車制動系統參數化軟件設計[J].露天采礦技術，2018（3）.