滑移轉(zhuǎn)向裝載機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

薛溫光，曹 杰，傅 清

（國(guó)機(jī)重工集團(tuán)常林有限公司，江蘇 常州 213136）

近幾年來(lái)，滑移轉(zhuǎn)向裝載機(jī)在國(guó)內(nèi)得到了不少生產(chǎn)廠家的重視，獲得了快速發(fā)展。滑移轉(zhuǎn)向裝載機(jī)（以下簡(jiǎn)稱滑移裝載機(jī)）屬于小型多功能工程機(jī)械的一種，可選配多種不同的工作裝置，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，適應(yīng)性廣泛。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)主流生產(chǎn)廠家越來(lái)越重視滑移裝載機(jī)產(chǎn)品，在研究、設(shè)計(jì)和制造水平方面得到較大發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)積累和進(jìn)步。

1 制動(dòng)類型

滑移裝載機(jī)普遍采用靜液壓傳動(dòng)，故其制動(dòng)系統(tǒng)和常規(guī)裝載機(jī)不同，但從安全角度出發(fā)，也要具備行走制動(dòng)、停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)三級(jí)制動(dòng)系[1～2]。行車制動(dòng)：也稱工作制動(dòng)，用于實(shí)現(xiàn)車輛正常工作或者行駛中減速、臨時(shí)停車、保持穩(wěn)定一定車速等功能，使用最頻繁。停車制動(dòng)：實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，車輛長(zhǎng)時(shí)間可靠停車或者在坡道停車的功能，可靠性要求最高。緊急制動(dòng)：或稱為應(yīng)急制動(dòng)，當(dāng)車輛發(fā)生故障或者一些意外緊急情況下使用該功能，方便獨(dú)立操作，優(yōu)先級(jí)別高。

2 設(shè)計(jì)思路

滑移裝載機(jī)行走系統(tǒng)主要是由2個(gè)變量泵、2個(gè)定量馬達(dá)組成的靜液壓傳動(dòng)，2個(gè)泵串聯(lián)在一起，直接由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，單個(gè)泵分別控制單個(gè)馬達(dá)，而2個(gè)馬達(dá)布置在車架兩側(cè)，如此形成2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的泵、馬達(dá)系統(tǒng)。

行走速度和發(fā)動(dòng)機(jī)油門大小、泵馬達(dá)系統(tǒng)流量變化存在直接關(guān)系。加大發(fā)動(dòng)機(jī)油門，則泵主軸轉(zhuǎn)速增加，泵排量加大，輸出流量加大，馬達(dá)輸出轉(zhuǎn)速就會(huì)變大，車輛行走速度加快；反之，行走速度降低。但通常車輛工作時(shí)并不需要頻繁改變油門，而是將發(fā)動(dòng)機(jī)油門確定在一個(gè)定值上，故通常不采用改變油門的方法來(lái)調(diào)節(jié)速度，而是采用改變流量的方法來(lái)調(diào)節(jié)速度。當(dāng)變量泵的斜盤傾角加大時(shí)，泵排量增加，輸出流量加大，進(jìn)入到馬達(dá)的流量同樣加大，可使得馬達(dá)轉(zhuǎn)速提高，車輛加速；反之車輛減速；泵斜盤傾角為零時(shí)，車輛停車。因此，行車制動(dòng)可通過(guò)先導(dǎo)液壓手柄或者機(jī)械連桿方式控制泵的斜盤傾角大小來(lái)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，調(diào)速范圍廣，適應(yīng)性好。

滑移裝載機(jī)體積小，結(jié)構(gòu)布置緊湊，采用帶駐車制動(dòng)器的液壓馬達(dá)停車制動(dòng)器集成在馬達(dá)上。制動(dòng)器為機(jī)械結(jié)構(gòu)，安全可靠，常處于制動(dòng)狀態(tài)，馬達(dá)不得轉(zhuǎn)動(dòng)，只有當(dāng)制動(dòng)器釋放后馬達(dá)才可以旋轉(zhuǎn)。市場(chǎng)上以液控釋放制動(dòng)的方式居多，工作時(shí)把一定壓力的液壓油輸入到制動(dòng)器內(nèi)，使其內(nèi)部摩擦片分離，實(shí)現(xiàn)釋放制動(dòng)器。

緊急制動(dòng)在設(shè)計(jì)上可采用自鎖按鈕的電路控制形式，是一個(gè)制動(dòng)的總開(kāi)關(guān)，處于初始位置時(shí)不起作用。在緊急情況下，按下此按鈕，同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能，一個(gè)是切斷進(jìn)入到馬達(dá)制動(dòng)器的油路，使馬達(dá)制動(dòng)；二使泵斜盤回中位，使泵輸出流量為零，保護(hù)泵馬達(dá)系統(tǒng)。如果第二個(gè)功能不實(shí)現(xiàn)的話，則會(huì)出現(xiàn)雖然馬達(dá)已經(jīng)制動(dòng)，但泵可能還有油液輸出、加上機(jī)器本身的慣性，對(duì)馬達(dá)產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)推的作用，造成系統(tǒng)壓力沖擊，易縮短系統(tǒng)元件壽命，造成意外損傷。如果再次按動(dòng)該按鈕，可恢復(fù)到初始位置。

3 設(shè)計(jì)方案

以市場(chǎng)上Rexroth公司專門為滑移裝載機(jī)開(kāi)發(fā)的液壓泵、馬達(dá)、先導(dǎo)操作元件為例，結(jié)合前面所述思路，繪制出制動(dòng)系統(tǒng)的液壓原理圖（圖1）和電氣原理圖（圖2）。

圖1 制動(dòng)系統(tǒng)液壓原理圖

圖2 制動(dòng)系統(tǒng)電氣原理圖

圖1中，三聯(lián)泵是由兩個(gè)工作泵、一個(gè)補(bǔ)油泵串接在一起。x11、x12、x21、x22四個(gè)位置連接在行走先導(dǎo)手柄上的輸出上，分別控制兩個(gè)工作泵的斜盤傾角位置。系統(tǒng)中行走馬達(dá)自帶滿足設(shè)計(jì)需要的制動(dòng)器。泵G口對(duì)應(yīng)系統(tǒng)補(bǔ)油壓力，通過(guò)制動(dòng)電磁閥的切換使壓力油進(jìn)入到馬達(dá)的制動(dòng)器中，用于實(shí)現(xiàn)制動(dòng)釋放。

開(kāi)始工作前，首先需要解除馬達(dá)的制動(dòng)狀態(tài)。即圖2中觸碰開(kāi)關(guān)通電，制動(dòng)電磁閥得電，壓力油液進(jìn)入到馬達(dá)制動(dòng)器中，釋放制動(dòng)，使馬達(dá)可以旋轉(zhuǎn)。在滑移裝載機(jī)上，觸碰開(kāi)關(guān)由駕駛室內(nèi)安全桿控制，工作時(shí)安全桿必須處于指定位置，就可使觸碰開(kāi)關(guān)通電。當(dāng)結(jié)束工作的時(shí)候，移開(kāi)安全桿，觸碰開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，制動(dòng)電磁閥斷電，馬達(dá)制動(dòng)器中的油液回油箱，壓力油釋放，內(nèi)部摩擦片在彈簧作用下壓緊，馬達(dá)恢復(fù)制動(dòng)狀態(tài)，如此便實(shí)現(xiàn)了停車制動(dòng)。

工作中，操縱人員通過(guò)對(duì)行走先導(dǎo)手柄前、后、左、右位置及行程幅度的控制，改變進(jìn)入到x11、x12、x21、x22內(nèi)的油液壓力，從而使泵斜盤傾角處于不同位置，改變了泵輸出流量，就改變了馬達(dá)的輸出速度；當(dāng)無(wú)操縱時(shí)，行走手柄自動(dòng)回中位，對(duì)應(yīng)泵斜盤位置也在中位，無(wú)油液輸出，馬達(dá)停止旋轉(zhuǎn)，如此便可實(shí)現(xiàn)行車制動(dòng)。

在緊急情況下，操作人員按下緊急制動(dòng)按鈕，使圖2中電路閉合，則常通繼電器斷開(kāi)，制動(dòng)電磁閥處于失電狀態(tài)，馬達(dá)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；同時(shí)，常斷繼電器閉合，使兩個(gè)緊急制動(dòng)閥得電，x11和x12相通、x21和x22相通，使兩個(gè)工作泵斜盤傾角處于零位，切斷油液輸出，行走系統(tǒng)失去動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)。

4 注意事項(xiàng)

1）總體性能計(jì)算 要對(duì)整車進(jìn)行計(jì)算分析，保證制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，制動(dòng)力矩大小合適，滿足要求。

2）制動(dòng)元件匹配 保證制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)元件之間壓力、流量、電壓電流等相互匹配，可靠安全，例如馬達(dá)制動(dòng)器打開(kāi)時(shí)所需要的壓力范圍、流量大小等參數(shù)必須滿足。還有，需要注意各電磁閥位置機(jī)能不同，對(duì)應(yīng)電路設(shè)計(jì)通斷控制形式也不同。

3）與整機(jī)電液系統(tǒng)相結(jié)合 滑移裝載機(jī)整體結(jié)構(gòu)空間小，故要考慮各元件的總體布局，要易裝配、易維修、操作方便；需要把制動(dòng)系統(tǒng)與整機(jī)液壓電氣原理進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合，考慮相互作用影響。

4）加強(qiáng)試驗(yàn)檢測(cè) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)試制完成后，按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行制動(dòng)性能方面的試驗(yàn)，并及時(shí)改進(jìn)，保證制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。

5）緊急制動(dòng)是否保留 考慮到滑移裝載機(jī)的工況相對(duì)較好，大部分情況下，行車和駐車制動(dòng)就可以滿足使用安全要求，故當(dāng)前國(guó)內(nèi)不少同類產(chǎn)品并無(wú)緊急制動(dòng)這個(gè)功能，或者即使有，也無(wú)前面所述的“使泵斜盤回中位”的功能。因此，是否在產(chǎn)品上保留緊急制動(dòng)還有待進(jìn)一步討論。