輪胎式液壓挖掘機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李 耀，鄭 華，夏 炎，宗 波

（徐州徐工挖掘機(jī)械有限公司，江蘇 徐州 221004）

輪胎式液壓挖掘機(jī)作為能夠快速轉(zhuǎn)場的挖掘設(shè)備，因在公路行駛，其制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可靠性及安全性對挖掘機(jī)的安全操作至關(guān)重要。在徐工挖機(jī)輪胎式液壓挖掘機(jī)的系列化設(shè)計(jì)過程中，總結(jié)出一套輪胎式液壓挖掘機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論經(jīng)驗(yàn)。輪胎式液壓挖掘機(jī)采用兩橋設(shè)計(jì)，四個(gè)車輪。制動(dòng)器為濕式油冷盤式制動(dòng)，理論和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全符合GB/T 21152-2007標(biāo)準(zhǔn)要求。

輪胎式液壓挖掘機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)由供能裝置，傳動(dòng)裝置，控制裝置和制動(dòng)執(zhí)行元件四部分組成。供能裝置通過液壓泵，蓄能器充液閥向蓄能器供油，積蓄能量，傳動(dòng)裝置將制動(dòng)踏板控制的動(dòng)力源傳遞給制動(dòng)執(zhí)行元件。

1 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

制動(dòng)設(shè)計(jì)通常是主機(jī)廠家將整車的重量，設(shè)計(jì)速度，前后橋重量分布，輪胎規(guī)格提供給車橋廠家，車橋廠家根據(jù)提供的參數(shù)及制動(dòng)器參數(shù)進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算，確定制動(dòng)系統(tǒng)的使用壓力及制動(dòng)力。根據(jù)車橋廠家的制動(dòng)計(jì)算報(bào)告，主機(jī)廠家確定制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)整車參數(shù)進(jìn)行制動(dòng)校核，最終確定制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在設(shè)計(jì)過程中主機(jī)廠與車橋配套廠家對設(shè)計(jì)參數(shù)互相校核，保證設(shè)計(jì)參數(shù)的正確性，確保整機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的安全性。

制動(dòng)裝置的工作原理（圖1）介紹如下。

圖1 制動(dòng)系統(tǒng)液壓原理圖

1）制動(dòng)壓力存儲(chǔ)工作過程 發(fā)動(dòng)機(jī)開啟，蓄能器沒有存儲(chǔ)足夠壓力，壓力開關(guān)工作。開啟制動(dòng)指示燈和警報(bào)。存儲(chǔ)足夠壓力后（設(shè)定90kgf/cm2以上），壓力開關(guān)切斷，關(guān)閉指示燈和報(bào)警。當(dāng)蓄能器壓力低于120kgf/cm2，制動(dòng)泵的工作油P經(jīng)充液閥進(jìn)入蓄能器R2，當(dāng)蓄能器充滿工作用油制動(dòng)泵繼續(xù)供油，油路內(nèi)壓力上升。當(dāng)油路壓力高于155kgf/cm2，卸載閥開啟，對油路進(jìn)行卸壓，保護(hù)油路內(nèi)的蓄能器等功能部件

2）制動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)工作過程 踩下剎車踏板，蓄能器存儲(chǔ)的工作油壓力傳遞到濕式盤式制動(dòng)裝置后進(jìn)行制動(dòng)，壓力開關(guān)工作，制動(dòng)指示燈點(diǎn)亮。蓄能器釋放工作油，壓力下降，即導(dǎo)致制動(dòng)油路內(nèi)壓力下降，推動(dòng)卸載閥的力變小，制動(dòng)油路的回油油路被切斷。此時(shí)，制動(dòng)泵重新對蓄能器進(jìn)行壓力存儲(chǔ)，如此反復(fù)，蓄能器始終可以存儲(chǔ)一定的壓力，在任意時(shí)刻都可以制動(dòng)。

2 制動(dòng)計(jì)算

輪胎式液壓挖掘機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)須符合GB/T21152-2007才可以在市場推廣應(yīng)用。設(shè)計(jì)時(shí)以此標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行理論計(jì)算，下面以XE150W的制動(dòng)系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)為例來介紹輪胎式液壓挖掘機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。

2.1 制動(dòng)性能校核

根據(jù)GB/T 21152-2007要求，通過計(jì)算求出允許最大制動(dòng)距離。

式中V0=35km/h=9.72(m/s)

前后軸所需最大制動(dòng)力，即地面所能提供最大制動(dòng)力。

根據(jù)理想制動(dòng)力計(jì)算公式：

前軸所需制動(dòng)力為

后軸所需制動(dòng)力為

式中，m為整車滿載總質(zhì)量，N；g為重力加速度，取9.8m/s2；hg=1461mm為滿載質(zhì)心高度；a=2.93m/s2為整車的減速度；ψ為地面附著系數(shù)，通常取0.8；a=1565mm、b=1235mm，分別為質(zhì)心距前后軸距離；L=2800mm為軸距。見圖2。

圖2 輪胎式挖掘機(jī)質(zhì)心分布示意圖

2.2 制動(dòng)器制動(dòng)力校核

制動(dòng)器油缸活塞軸向推力F

式中Pa——制動(dòng)器液壓系統(tǒng)壓力，6MPa;

D——油缸活塞外徑0.18m；

d——油缸活塞內(nèi)徑0.13m；

摩擦盤圓環(huán)面上單位面積壓力

一對摩擦面上的摩擦力矩M1

制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力矩

制動(dòng)力為

式中

D1——制動(dòng)盤外徑，0.208m；

d1——制動(dòng)盤內(nèi)徑，0.14m。

f——摩擦盤摩擦系數(shù)，0.1；

n——摩擦面數(shù)，n=s+m-1=29；

s——摩擦盤數(shù)，15；

m——固定盤數(shù)，15；

k——折減系數(shù)，k=0.98。

R——輪胎半徑，0.506m。

因整車4個(gè)制動(dòng)器相同，所以給每個(gè)橋可以提供的制動(dòng)力為91887N，大于整車需要的制動(dòng)力，制動(dòng)性能滿足設(shè)計(jì)要求

3 總 結(jié)

輪胎式液壓挖掘機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程可以分為幾個(gè)階段：①標(biāo)準(zhǔn)要求分析，根據(jù)此過程分析需求參數(shù)，包括整機(jī)載荷，車輛參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)要求，驗(yàn)證方式等；②結(jié)合整車的制動(dòng)器參數(shù)與液壓系統(tǒng)供給，計(jì)算制動(dòng)器可以提供的制動(dòng)力矩，看是否滿足設(shè)計(jì)需求。