戈超 张珂

摘 要：铰接式自卸车制动器除需满足一定的制动力外，还必须具备防爆、防水、抗污染和可靠的稳定性能，其制动形式采用多片盘式湿式制动器。文章详细介绍了铰接式自卸车湿式制动器结构与设计。

关键词：铰接式自卸车；湿式制动器；结构；设计

中图分类号：TD525 文献标志码：A 文章编号：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 湿式制动器结构

铰接式自卸车制动系统包括湿式行车制动器和湿式驻车制动器，可用于车辆驱动桥和非驱动桥的制动，特别适用于防尘、防爆等恶劣工作环境的需求湿式制动的场合[1-4]。

1.1 湿式行车制动器结构组成

湿式行车制动器结构如图1所示，主要包括：（1）摩擦片磨损检测装置和摩擦片磨损调整机构；（2）制动器外壳

体；（3）活塞座；（4）活塞；（5）压力油口；（6）回位弹簧；（7）制动器连接螺栓；（8）星型密封圈；（9）弹簧挡板；（10）主动摩擦片；（11）被动钢片；（12）挡板；（13）制动器内齿壳；（14）制动器油封；（15）轮毂。

轮毂上制有外花键，主动摩擦片通过其内花键与轮毂外花键连接，主动摩擦片可在轮毂花键上沿轴向滑动；制动器内齿壳上制有内花键，其空刀槽部位有挡板用来限位；被动钢片上的外花键与制动器内齿壳的内花键连接，沿轴向可自由滑动；主动摩擦片、被动钢片依次排列布置，主动摩擦片和被动钢片构成摩擦副；回位弹簧均匀布置在活塞周圈的安装孔内，回位弹簧的另一端与弹簧挡板接触；活塞轴向动密封采用星型密封圈密封，其与活塞一起组成压力容腔，制动器外壳体上设置有摩擦片磨损检测装置和摩擦片磨损调整机构，可用于观察和调整补偿摩擦片磨损；制动器外壳体和制动器内齿壳通过若干个在圆周方向均匀分布的制动器连接螺栓连接成一体；制动器外壳体通过螺栓与活塞座相连，然后活塞座通过螺栓将制动器总成直接固定在车桥法兰上。

1.2 湿式驻车制动器结构组成

湿式驻车制动器结构如图2所示，主要包括：（1）解除制动螺栓；（2）端盖；（3）碟簧；（4）调整垫片；（5）活塞；（6）星型圈；（7）放气塞；（8）缸体；（9）内齿圈；（10）被动钢片；（11）主动摩擦片；（12）箱体；（13）花键毂。

花键毂上的内花键与变速箱次输出轴联接，花键毂上的外花键与主动摩擦片的内花键联接，主动摩擦片可在花键毂上沿轴向自由滑动；被动钢片通过其外花键与内齿圈内花键联接，被动钢片可在内齿圈内沿轴向自由滑动；主动摩擦片、被动钢片依次排列布置，主动摩擦片和被动钢片构成摩擦副；活塞轴向动密封采用星型密封圈密封，其与活塞一起组成压力容腔，与活塞联接的螺栓，可在车辆故障時，解除制动。制动器端盖和制动器缸体通过若干个在圆周方向均匀分布的制动器连接螺栓连接成一体，端盖内部圆台为碟簧轴向运动起到导向作用，为避免端盖和活塞的过度磨损，碟簧两端应加垫圈。整套驻车制动装置通过长螺栓联接到箱体上。

2 湿式制动器的制动性能要求及设计计算

2.1 湿式制动器制动性能要求

根据国家相关标准和主机厂的产品设计要求，该铰接式自卸车的制动性能有如下要求：（1）工作制动的最大静态制动力应不小于整车最大质量的50%；（2）水平硬质路面，额定载荷、初速度20km/h工况下，制动距离不大于8m；（3）停车制动应使机车在承载1.5倍额定载荷情况下，在规定最大爬坡度坡道上保持静止状态，不产生滑移。

2.2 湿式行车制动器设计计算

2.2.1 制动转矩容量的确定

为满足最大制动减速度的要求，总制动力Fb应为：

= >50%（1）

式中：a-最大制动减速度（m/s2），g-重力加速度（m/s2），G-整机质量（kg），W-额定载重（kg），单个制动器的制动力矩M为：

M= （G+W）Rd（2）

式中：Rd-轮胎动力半径。

2.2.2 制动器制动力计算

任取宽度为dr圆环做微圆，制动活塞的轴推力：

F= Pa2πrdr= Pa（D -d ） （3）

式中：Pa-液压系统的压力（MPa），D1-行车制动活塞外径（m），d1-行车制动活塞内径（m），摩擦片圆环上单位面积的压力：

p= （4）

式中：Dm-摩擦片工作外径（m），dm-摩擦片工作内径（m）。

单个摩擦副的摩擦力矩为：

M1= 2πr2pμdr= μ1pπ（D -d ） （5）

式中：μ1-摩擦副的摩擦系数，铜基动摩擦系数0.08静摩擦系数0.14。

则制动力矩为：

MB=nkM1 （6）

式中：n-摩擦副数，k-压紧力损失系数，k=0.92。

2.2.3 制动距离的校核

制动减速度：a1= （7）

式中：δ-回转质量换算系数，δ≈1.1；Rd-车轮回转半径；

制动距离：S= + （8）

式中：V0-制动前速度，根据标准取V0=20km/h；t1-制动系统滞后时间，取t1=0.2s。

2.3 湿式驻车制动器设计计算

2.3.1 制动转矩容量的确定

使用驻车制动时，驻车所需要提供的最大制动力矩为：

M= （9）

式中：α-最大坡度25%，f-滚动阻力系数，i1-驱动桥总速比，i2-变速箱末级传动速比。

2.3.2 制动器制动力计算

制动活塞的轴推力按式（3）计算，为保证活塞能够完全推开碟簧，需满足F>Fλmax；碟簧采用对合组合方式，轴向变形为λ时的承载能力：

式中C1为 的函数，C2为 的函数，d-碟簧内径，D-碟簧外径，λ-碟簧压缩量，t-碟簧厚度，h-碟簧压平时的变形量，μ-泊松比，E-弹性模量。其余计算同（4）（5）（6）。

2.4 某型号铰接式自卸车湿式多片制动器设计实例

初步确定整机满载重量160kN，行车制动压力7MPa，驻车制动压力5MPa，Rd=0.45m。行车摩擦片参数：D1=0.345，d1=0.305，Dm=0.342，dm=0.253。驻车摩擦片参数：D1=0.165，d1=0.135，Dm=0.145，dm=0.1135；驻车碟簧外径D=140，碟簧最小压缩量λ取1.3；i1=14.36，i2=1.41。

由（2）（6）式求得n=5.98，取摩擦片的数量为6片；由（7）（8）式求得S=4.29m<8m，行車制动器符合要求。当λ=1.3时，求得n=7.78，取摩擦片数量为8片，考虑摩擦片磨损，取初始压缩量为1.5mm，驻车制动器符合要求。

3 结束语

湿式多盘制动器制具有制动柔和，安全性好，易于实现系列化，对于长期工作在恶劣环境条件下的井下防爆胶轮车是一种理想的选择，另外笔者认为湿式制动器在国内应用起步较晚，但其经济效益较好，各公司投入较大，发展很快，随着湿式制动器的可靠性增加，其必然成为轮式工程机械制动系统的发展方向。

参考文献：

[1]余志生.汽车理论[M].机械工业出版社，2000.

[2]于建华.矿用湿式多盘制动器工作原理及冷却系统的设计[J].煤矿机械，2011（11）.

[3]于升，张光伟，郑智良，等.井下凿岩机停车制动器的结构设计[J].机械传动，2014（12）.

[4]王义斌.矿用汽车制动系统参数化软件设计[J].露天采矿技术，2018（3）.