剪叉式高空作業平臺制動系統分析

謝仁軍， 劉丹， 陸進添

（三一帕爾菲格特種車輛裝備有限公司，江蘇 南通226000）

0 引 言

剪叉式高空作業平臺是高空作業的一種專用設備，其可將工作人員運送至高空進行作業或者運送貨物等，作業效率高。但作業車的行走穩定性和制動可靠性直接影響著整車的性能和作業安全。因此，需要對作業車的制動系統進行必要的分析，本文將對作業車的制動系統進行受力分析并校核制動器的制動力矩。

1 制動系統

1.1 制動系統的組成

高空作業平臺的制動系統如圖1所示，其主要由主閥、制動管、手動泵、制動器等組成。

圖1 制動系統

1.2 制動原理

圖2 制動原理

整機制動的工作原理如圖2所示，當剪叉式高空作業平臺處于行走狀態時（高低速線圈得電，換向閥10不在中位），通過優先閥8及節流口9形成背壓，壓力通過手動泵常開閥流入制動器，制動器通過背壓克服彈簧力，活塞向反方向運動，制動解除；當處于停止狀態時（高低速線圈失電，換向閥10在中位），系統管路中為低壓油，制動器的在彈簧力的作用下處于制動狀態，車輛不能行走。

2 制動系統計算

2.1 整車駐坡制動分析

剪叉式高空作業平臺主要使用環境為地面基礎已基本完成的場合，制動要求較高。其運輸狀態是固定在25%斜坡式清障車或平板式運輸車上，即剪叉式高空作業車需具備在25%斜坡上行走及駐車的能力。

其行走機構布局為：兩個制動器安裝于兩個后輪內（即后輪制動），兩個行走馬達安裝于兩個前輪內（即前輪驅動）。

整機上坡駐車時受力如圖3（a）所示，前輪力矩平衡關系為

地面與制動軸的法向反作用力為

整機上坡駐車的制動力矩為

式中：G為整機重力，N；L為整機軸距，mm；L2為整機質心至驅動軸距離，mm；Hg為整機質心高度，mm；φ為地面附著力系數，一般取0.7；R為制動車輪半徑，m；a為坡度，（°）。

整機下坡駐車時受力如圖3（b）所示。參照上述分析，整機下坡駐車的制動力矩為

由上述公式可知T1應大于T2，校核駐坡制動力矩時只需計算上坡制動力矩即可。

2.2 整車行駛制動分析

整機上坡行駛駐車受力如表1中C所示。整機制動減速度為

圖3 駐車受力情況

2.3 下降對制動影響分析

剪叉式高空作業平臺在斜坡制動時進行舉升及下降操作，舉升狀態時，電磁線圈得電，換向閥2換向（如圖4），液壓油直接進入剪叉臂油缸，不影響制動系統；下降狀態時，電磁線圈失電，換向閥2恢復初始位置，液壓油通過④、①口回油，液壓油經過主閥回油口進入液壓油箱，與大氣相通，初始壓力為0 MPa；由于油液落差的存在及出油口流速等原因，液壓油在主閥出口形成背壓ΔP0，其值等于舉升狀態的壓損ΔPb-line。壓損小于彈簧收縮力，制動器無法打開，制動狀態正常。

表1 某機型高空作業平臺制動分析參數

3 制動力矩的校核

剪叉式高空作業平臺一般采用濕式液壓制動器，濕式液壓制動器主要由彈簧、活塞、殼體、制動片、鋼壓片、輸出軸等組成。采用彈簧自動復位制動系統，集行車裝置和駐車制動裝置于一體，結構緊湊。其原理是：內外摩擦片在彈簧的作用下被壓緊以產生摩擦力矩，從而進行制動。在需要制動的輸出軸上安裝制動片，鋼壓片與殼體相連。當液壓油壓力大于彈簧收縮力時，液壓油經制動器的油口進入活塞的油腔，活塞右移，壓縮彈簧，制動片與鋼壓片脫開，輸出軸正常轉動；液壓油在失壓的情況下，彈簧力使活塞左移，摩擦片被壓緊，能夠產生足夠的摩擦力，從而達到制動效果。

摩擦片受力情況如圖5所示，摩擦制動轉矩為

圖4 升降與行走切換原理

式中：n為摩擦片面數；μ為摩擦因數；p為摩擦面上的壓力，MPa，取彈簧壓縮的壓力；R1、R2為摩擦片工作面的內外半徑，mm。

選型時，制動器制動力矩Tf應大于理論最大制動力矩T1。

圖5 摩擦片上摩擦轉矩

表2 某制動器制動力矩校核

摩擦片逐漸發生磨損，活塞行程隨之增大，于是彈簧對內外摩擦片的壓緊力逐漸變小，所以制動力矩也會減小。制動器的衰減值在實際測試結果中呈線性關系。

為深入了解濕式液壓制動器的制動力變化曲線，研究過程中對某型號制動器進行滿載臺架壽命試驗。其中剪叉式高空作業平臺全生命周期共計5 萬次制動之后，制動力衰減10%。如圖6所示，單片制動片鍍膜層平均減薄約0.05 mm，6片制動片總共減薄約0.3 mm。

圖6 摩擦片與鋼壓片試驗后照片

4 結 論

制動系統是剪叉式高空作業平臺的重要系統之一，其設計合理性直接影響使用安全，也影響操作者的使用習慣。隨著人們對安全及工作效率的重視程度不斷加深，高空作業車市場將不斷增長，制動系統的設計也將越來越完善。