濕式多盤制動器在煤礦運輸系統(tǒng)中的應用探討

杜少敏

(陜西陜煤彬長礦業(yè)有限公司大佛寺煤礦，陜西 彬縣 713500)

0 引言

制動器是將機械動能轉化成熱能或者其他形式能量的一種裝置，車輛用制動器主要是將車輛的動能轉化成熱能，使車輛能夠減速或者停止的一種機械裝置。礦用運輸車輛經常在密閉或者半封閉的礦洞中運行，礦洞內路況惡劣，泥水及粉塵嚴重，同時空氣中彌漫著大量的易燃、易爆的瓦斯粉塵，所以對礦用運輸車尤其是制動裝置提出了更大的挑戰(zhàn)。

目前，機動車輛使用制動器主要有以下幾種：干式制動器(其中干式制動器又分鼓式制動器和盤式制動器)；濕式多盤制動器。

1 2種制動器優(yōu)缺點對比

1.1 干式制動器

如圖1所示，干式制動器結構簡單，符合傳統(tǒng)設計，且價格低廉，故障率低，因而得到廣泛的運用。但因制動器摩擦元件暴露在外面，且沒有獨立的冷卻裝配，制動時容易產生高溫，甚至火花；在不同路面上制動力變化很大，不易于掌控。而由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱量。制動塊和輪轂在高溫影響下較易發(fā)生極為復雜的變形，容易產生制動衰退和振抖現(xiàn)象，不易在礦洞或密閉的空間作業(yè)，且遇泥漿及粉塵會出現(xiàn)制動衰減甚至失效現(xiàn)象。

a-制動器圖；b-制動器原理示意圖圖1 干式制動器結構

鼓式制動器：鼓式制動器造價便宜，符合傳統(tǒng)設計，體積大，抗熱衰減能力差，制動力穩(wěn)定性差，主要應用在大型貨車，對制動穩(wěn)定性要求大，環(huán)境良好的場合。

鼓式制動器制動力矩的計算：

單個制動器的制動力矩M為M=K·P·R

其中：K—制動器效能因數(shù)；P—制動器輸入力，加于兩制動蹄的張開力的平均值；R—制動鼓的作用半徑，即制動器的工作半徑r。

制動器輸入力P=F·i·η/2

其中：F—氣室推桿推力，由配置的氣室確定，為凸輪傳動比；i=L/e(L—調整臂臂長；e—凸輪力臂，即凸輪基圓半徑)；η—傳動效率，一般取0.63。

在制動過程中，襯片(襯塊)的溫度、相對滑動速度、壓力以及濕度等因素的變化會導致摩擦系數(shù)的改變。而摩擦系數(shù)的改變則會導致制動效能即制動器因數(shù)的改變。制動器因數(shù)BF對摩擦系數(shù)f的敏感性可由dBF/df來衡量，因而dBF/df稱為制動器的敏感度。

制動器效能因數(shù)計算：

根據(jù)圖2制動器結構參數(shù)的意義，θ為最大壓力線和水平線的夾角。

圖2 結構參數(shù)意義圖

由以下公式計算μ=0.35時(μ為摩擦片與制動鼓間摩擦系數(shù))，制動器領蹄和從蹄的制動效能因數(shù)。

λ=γ+θe-θλ′=γ-θe+θ

領蹄制動效能因數(shù)

從蹄制動效能因數(shù)

制動器的總效能因數(shù)，可由領、從蹄的效能因數(shù)按如下公式計算。

盤式制動器：盤式制動器具有熱穩(wěn)定性好，水穩(wěn)定好，反應靈敏，但對制動管路要求較高，制動液壓高，必須要有助力裝置的車輛才能使用。其主要應用于小型轎車，及對制動要求較高，環(huán)境好的場合適用。

1.2 濕式多盤制動器

如圖3所示，濕式多盤制動器由于摩擦元件在密閉的空間內，同時浸泡在冷卻油液里，制動器溫升小，制動力矩大，制動穩(wěn)定，可在極其惡劣的環(huán)境下工作，但對制動系統(tǒng)要求較高，必須有一套獨立的液壓系統(tǒng)才能工作。使用及維修成本比較高。其主要應用于工程車輛，如：挖掘機，裝載機及一些工作環(huán)境惡劣的低速車輛上。

圖3 濕式多盤制動器結構

濕式多盤制動器制動力矩計算：

行車制動活塞面積

式中：D1—制動器活塞工作外徑；d1—制動器工作活塞內徑。

摩擦片工作面積

式中：Dm—摩擦片工作外徑；dm—摩擦片工作內徑。

制動器所能產生的制動力矩

T1=2μF1R0Z1K1

式中：μ—摩擦副的摩擦系數(shù)；F1—作用在摩擦片上的壓緊力。

F1=P0×S1-Fk

式中：P0—液壓油的壓強；Fk—作用在摩擦面上的回程彈簧的彈力。

摩擦片的等效半徑

式中：Z1—摩擦副數(shù)量；K1—考慮摩擦花鍵連接的摩擦阻力對壓力力影響的修正系數(shù)。

2 礦用運輸車制動器使用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

2.1 礦用運輸車制動器使用現(xiàn)狀

目前我國礦用運輸車濕式多盤制動器主要是由一些工程車輛(挖掘機，裝載機)濕式多盤制動器經過簡單移植而運用于礦用運輸車輛上，由于工程車輛車速相對較低(0～10 km/h)，作業(yè)運行范圍較小，而礦用運輸車輛車速相對較高(0～36 km/h)，將低速車輛制動器運用于相對高速車輛中，必然會出現(xiàn)一些不適癥狀。如：浮動油封漏油、高壓油密封圈泄露、制動器高溫、摩擦片燒蝕等情況。要徹底解決這些問題，必須因地制宜，從礦用無軌膠輪運輸車的實際使用工況入手。調整浮動油封的裝配及設計參數(shù)，更改密封方式及設計技術標準，使之能夠適應于礦用無軌膠輪運輸車輛中。

2.2 未來濕式多盤制動器的發(fā)展趨勢

礦用無軌膠輪車濕式多盤制動器的發(fā)展主要是制動器動力源的發(fā)展，從最原始的液壓制動(必須要獨立的中央制動器單元，供車輛駐車使用，不便于整車布置)到行駐一體式濕式多盤制動器(行車制動器與駐車制動器集成于一體，省去了中央駐車制動器布置上的繁瑣)，再到現(xiàn)在的彈簧制動液壓解除式濕式多盤制動器。

礦用無軌膠輪車濕式多盤制動器發(fā)展至今，雖然制動的動力源進行了轉移，可不依賴于液壓系統(tǒng)的壓力進行制動，提高了行車中制動的安全性，避免了液壓系統(tǒng)的突發(fā)故障而引起的行車事故。但由于其過高的使用成本，頻發(fā)的故障，及昂貴的售后維修成本，仍令許多人對此望而卻步。礦用無軌膠輪車濕式多盤制動器現(xiàn)階段還只是個雛形，未來的發(fā)展必將向著低成本、低故障率、高可靠性方向發(fā)展。

3 結語

近年來，礦用無軌膠輪運輸車濕式制動器的性能雖趨于穩(wěn)定，但其復雜的液壓系統(tǒng)，較高的使用成本，以及較短的維修保養(yǎng)周期仍與干式制動器不可同日而語，未來的濕式多盤制動器必將融合鼓式制動器的優(yōu)點，摒棄二者的缺點而衍生一種以壓縮氣體作為動力源，摩擦元件仍然浸泡在冷卻油里的氣動濕式多盤制動器。此制動器將同時具備濕式多盤制動器防爆、低溫、濕式、性能穩(wěn)定、可在惡劣環(huán)境中作業(yè)等優(yōu)點，又具備鼓式制動器的系統(tǒng)可靠性高、故障率低、保養(yǎng)維修周期長、成本低等優(yōu)點。

參考文獻：(略)