50 噸礦用自卸車制動系統的設計＊

張玉印，王玉，殷永博，時元騰，陳玉鵬，張坤

（山東華宇工學院 汽車工程學院，山東 德州 253034）

引言

礦山產業對國家經濟建設提供了重要的支撐，從建國至2014 年，我國煤炭資源的消費量增長了90 倍，粗鋼的消費增加了1240 倍，鋁消費量增長了6000 倍。由此可看出，礦山產業對于中華民族的偉大復興和我國的現代化建設做出了歷史性的貢獻，更對我國人民生活水平的提高和經濟的飛速發展起到了重要作用。

礦用自卸車承擔著運輸與開采的任務，雖然行駛車速較低，但由于工作環境之惡劣，所以車輛的安全問題非常重要。隨著礦山開采深度的增加，規模的擴大，礦車經常需要滿載上下坡，礦用自卸車的各系統長時間處于高負荷運行狀態，并且下長坡時需要長時間連續制動，車輛制動性能不但會影響生產效率，而且還會對人身及車輛安全造成嚴重威脅，良好的制動性能是礦用自卸車安全行駛的重要保障。本文對該50 噸礦車制動系統的研究有利于改善整車制動系統的性能、提升整車制動時的安全性以及方向穩定性。本文對該礦車制動系統的設計方法也為其他礦車制動系統的設計提供了思路，具有很強的借鑒意義。

1 整車技術參數

本文研究的50 噸礦用自卸車整車參數如表1 所示。

燃油箱、散熱器、空濾器、傳動軸等各部件的質量及其距前橋的距離如表2 所示。設前橋中心線中點的位置為原點，以原點為中心，設靠近車尾的方向為正，靠近車頭的方向為負，以此建立坐標軸。

表1 50 噸礦用自卸車整車參數

表2 50 噸礦用自卸車質量分布

由于礦用自卸車空載制動時，質心位置變化不大，而滿載制動時質心位置變化較大[1]，故本文只對該礦車滿載的情況進行研究。當車輛滿載時，將表2 中各部件的質量及其與前橋的距離代入下式可得質心距離前橋的距離。

式中：a—滿載時質心距離前軸的距離；

mn—各部件的質量；

ln—各部件與前橋的距離；

M—各部件的質量總和。

該50 噸礦用自卸車中、后橋采用平衡懸架裝置，中、后橋載荷相同，故把6×4 力學模型等效為4×2 力學模型[2]。如圖1，該礦用自卸車一二軸的軸距為3.615m，二三軸的軸距為1.5m。故滿載時，質心至中、后橋平衡懸架中心線的距離。

圖1

2 最大制動力矩的計算

在制動時前、后車輪同時抱死拖滑，可以避免跑偏、側滑等現象的發生，有利于提高車輛對附著條件的利用程度，提高車輛的方向穩定性[3]。由于該礦車未安裝ABS 防抱死系統，因此前、后輪同時抱死拖滑是最理想的情況。為保證制動時后橋和前橋車輪同時抱死滑移[4]，前輪制動器產生的最大制動力矩：

式中：G—車輛重量；

rk—車輪滾動半徑，rk=0.665m；

φ—路面附著系數，φ=0.5；

L—前橋至中、后橋平衡懸架中心軸線的距離。

后輪產生的最大制動力矩。

式中：Mμ2max—后橋最大制動力矩。

3 制動器制動力矩計算及部件選型

本礦用自卸車采用30/30 制動氣室型號，其參數如表3所示。

在制動氣壓為0.8MPa 時，推桿力：

式中：P—制動壓力；

S—制動盤和摩擦片的接觸面積

表3 制動氣室主要參數

根據《GBT 21152—2007 土方機械輪胎式機器制動系統的性能要求和實驗方法》的制動標準[5]，并保證制動性能的恒定性，儲氣筒容積應為240L，根據整車布置前橋可選用2個容積為60L 的儲氣筒，后橋可選用一個40L、一個80L 的儲氣筒。

4 結論

本文通過50 噸礦用自卸車的整體參數來計算制動系統 的最大制動力矩、制動器制動力矩等來選型結果如表4 所示。

表4 制動系統部件的選型