梅山鐵礦5 m3運(yùn)輸罐車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)改造

段保江

(南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司)

梅山鐵礦5 m3運(yùn)輸罐車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)改造

段保江

(南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司)

Normet運(yùn)輸罐車標(biāo)準(zhǔn)配備驅(qū)動(dòng)橋設(shè)計(jì)為無(wú)循環(huán)冷卻裝置，在平坦道路或重載上行工況下，各項(xiàng)設(shè)備性能指標(biāo)都很好，但在長(zhǎng)距離斜坡道重載向下行駛工況下，往往會(huì)導(dǎo)致剎車體溫度過(guò)高，設(shè)備制動(dòng)性能下降，帶來(lái)安全隱患。為提高設(shè)備制動(dòng)性能，增加制動(dòng)系統(tǒng)的冷卻效果，滿足實(shí)際工況的使用要求，通過(guò)參數(shù)計(jì)算選取凱斯勒驅(qū)動(dòng)橋代替原有橋，對(duì)橋安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，改造后完全能夠滿足實(shí)際使用的可靠性要求，實(shí)現(xiàn)罐車的安全性能優(yōu)化。

驅(qū)動(dòng)橋 無(wú)循環(huán)冷卻裝置 結(jié)構(gòu)改造

目前，國(guó)內(nèi)外大多數(shù)礦山都采用濕噴作業(yè)支護(hù)，需要運(yùn)輸罐車將混凝土砂石料運(yùn)輸?shù)絿姖{地點(diǎn)。梅山鐵礦使用Normet 5 m3運(yùn)輸罐車，用于運(yùn)輸井下巷道噴漿支護(hù)所需要的混凝土。罐車下行斜坡道距離約3 km，下坡距離長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備制動(dòng)性能要求高。2012—2014年使用期間，由于實(shí)際工況比設(shè)計(jì)工況惡劣，該設(shè)備在使用過(guò)程中，故障率較高，設(shè)備維修成本居高不下，更為嚴(yán)重的是，由于重載長(zhǎng)距離下行，制動(dòng)系統(tǒng)故障造成設(shè)備較大安全隱患，經(jīng)過(guò)分析比較，確定對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)橋改造是經(jīng)濟(jì)、有效的解決方法。

1 罐車驅(qū)動(dòng)橋結(jié)構(gòu)

Normet運(yùn)輸罐車使用Nana 176行星減速橋，是機(jī)內(nèi)(半軸)制動(dòng)器即Inboard制動(dòng)器，最大特點(diǎn)是停車制動(dòng)器與行車制動(dòng)器都布置在橋的中央；動(dòng)摩擦片通過(guò)內(nèi)花鍵與半軸相連，既可軸向移動(dòng)又可以隨半軸回轉(zhuǎn)；半軸一端通過(guò)花鍵與輪邊減速器太陽(yáng)齒輪相連，另一端通過(guò)花鍵與差速器半軸齒輪(標(biāo)準(zhǔn)齒輪)相連；靜摩擦片通過(guò)外花鍵與橋殼相連；只有軸向運(yùn)動(dòng)，無(wú)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；動(dòng)力由主傳動(dòng)的主動(dòng)錐齒輪輸入，通過(guò)半軸帶動(dòng)輪邊減速器太陽(yáng)輪回轉(zhuǎn)；油缸推動(dòng)制動(dòng)壓板，使動(dòng)摩擦片與靜摩擦片接合，從而達(dá)到制動(dòng)的目的[1]。機(jī)內(nèi)(半軸)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

Normet運(yùn)輸罐車橋在使用過(guò)程發(fā)現(xiàn)2個(gè)問(wèn)題：

(1)由于該橋采用液壓制動(dòng)彈簧釋放的行車制動(dòng)器，而運(yùn)輸罐車的主要工況是滿載長(zhǎng)時(shí)間的下坡行駛，一旦液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障或發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，運(yùn)輸罐車就會(huì)無(wú)法安全制動(dòng)，從而造成事故。

圖1 機(jī)內(nèi)(半軸)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

(2)該驅(qū)動(dòng)橋所使用的制動(dòng)器沒(méi)有強(qiáng)制冷卻功能，長(zhǎng)距離下坡時(shí)由于頻繁的制動(dòng)而使制動(dòng)器過(guò)熱，摩擦片的摩擦系數(shù)降低而無(wú)法安全制動(dòng)；另外摩擦片頻繁過(guò)熱大大降低了使用壽命，使得維修工作量大增，增加設(shè)備的維護(hù)成本，降低設(shè)備的使用效率。

從2012年7月—2015年1月，4臺(tái)罐車更換橋共計(jì)22次，其中由于橋串油故障導(dǎo)致更換的為15次，制動(dòng)不靈為6次，溫度高為1次；橋串油故障占總故障次數(shù)的68%，橋串油的大多數(shù)原因是由于剎車體溫度高，導(dǎo)致密封損壞，所以解決剎車體冷卻問(wèn)題是關(guān)鍵。根據(jù)以往的維修經(jīng)驗(yàn)，有2種方法解決：①剎車體增加強(qiáng)冷卻功能，新增設(shè)一路液壓油用于冷卻；②增大摩擦接觸面積，即增大散熱面積。結(jié)合以上兩方面，最終考慮重新選擇橋類型。

2 代用驅(qū)動(dòng)橋的選型

通過(guò)前期大量的調(diào)研，Kessler公司驅(qū)動(dòng)橋可以滿足要求，該橋制動(dòng)器的工作原理：橋使用彈簧制動(dòng)液體冷卻制動(dòng)器(Posi-stop制動(dòng)器)，該制動(dòng)器的外殼與空心主軸和橋殼固定，靜摩擦片與制動(dòng)器外殼由花鍵連接。動(dòng)摩擦片安裝在靜摩擦片之間，通過(guò)內(nèi)花鍵與輪轂相連，隨輪轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)起動(dòng)柴油機(jī)時(shí)，壓力油推動(dòng)制動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，壓緊螺旋彈簧，動(dòng)、靜摩擦片松開(kāi)，車輛運(yùn)行。當(dāng)制動(dòng)踏板踩下時(shí)，制動(dòng)油缸的壓力油流回油箱，此時(shí)活塞在彈簧的作用下，壓緊動(dòng)、靜摩擦片，制動(dòng)車輛[2]。彈簧制動(dòng)液體冷卻制動(dòng)器結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 彈簧制動(dòng)液體冷卻制動(dòng)器

2.1 驅(qū)動(dòng)橋型號(hào)

Normet原車驅(qū)動(dòng)橋的靜承載能力是24 000 kg,運(yùn)輸罐車空載質(zhì)量大約是10 670 kg，滿載質(zhì)量大約20 900 kg，空載時(shí)后橋荷重是3 890 kg，滿載時(shí)后橋荷重15 290 kg，外輪廓寬度為2 000 mm。根據(jù)要求選擇Kessler公司的D912系列驅(qū)動(dòng)橋，外輪廓寬度改為2 000 mm,單橋最大靜承能力為65 000 kg。

2.2 驅(qū)動(dòng)橋參數(shù)

2.2.1 速 比

Normet攪拌車用橋的齒數(shù)分別為差速器盤33，錐齒輪9，接盤14，行星27，太陽(yáng)輪13，齒圈68。根據(jù)一級(jí)減速和輪邊減速的傳動(dòng)比計(jì)算公式

i0=i1i2,

(1)

式中,i0為總傳動(dòng)比；i1為一級(jí)減速器的傳動(dòng)比，等于盤齒數(shù)目與錐齒數(shù)目的比值；i2為輪邊減速器的傳動(dòng)比，i2=1+齒圈數(shù)目與太陽(yáng)輪齒數(shù)的比值。

通過(guò)計(jì)算得出i0=22.3。kelsser公司D912系列驅(qū)動(dòng)橋的速比是22.4，完全可以滿足要求。

2.2.2 制動(dòng)距離

新驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)力矩為17 600 N·m，舊驅(qū)動(dòng)橋的制動(dòng)力矩為15500Nm，新橋制動(dòng)力矩大于舊橋。

首先計(jì)算制動(dòng)力，然后求出制動(dòng)減速度，最后計(jì)算出車輛的制度距離。

(1)整車制動(dòng)力計(jì)算。

FB=MB/RK，

(2)

式中，F(xiàn)B為整車制動(dòng)力，N；MB為橋產(chǎn)生的制動(dòng)總力矩，按雙橋計(jì)算，35 200 N·m；RK為輪胎的滾動(dòng)半徑，0.58 m。

計(jì)算得出FB=60 689 N。

(2) 制動(dòng)加速度計(jì)算。略去空氣阻力和滾動(dòng)摩擦阻力，坡度角為0°，此時(shí)制動(dòng)負(fù)加速度J為

J= FB/G/δ0,

(3)

式中,J為制動(dòng)負(fù)加速度，m/s2；G為罐車工作質(zhì)量，20 900 kg;δo為與車輛相連的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)，1.04。

計(jì)算得出J=2.792 m/s2。

(3)制動(dòng)時(shí)間計(jì)算。

t=v/J ，

(4)

式中，v為滿載限定速度，20 km/h。

計(jì)算得出t=1.989 s。

(4)制動(dòng)距離計(jì)算。

(5)

計(jì)算得出s=5.522 m。

按照井下安全行車要求，當(dāng)滿載時(shí)速為20 km/h時(shí)，制動(dòng)距離不大于10.2 m，由此可以確定，所選驅(qū)動(dòng)橋的制動(dòng)力矩完全滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。

綜上所述，所選新橋在傳動(dòng)比、制動(dòng)性能上都能滿足要求，符合梅山鐵礦的工況及相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。

3 替代驅(qū)動(dòng)橋與罐車結(jié)合改造

替代驅(qū)動(dòng)橋與原橋尺寸相差無(wú)幾，對(duì)整體車架不需要改動(dòng)，對(duì)液壓管路和傳動(dòng)系統(tǒng)也不要變動(dòng)，只需要對(duì)前機(jī)架局部安裝位置進(jìn)行調(diào)整，以滿足替代驅(qū)動(dòng)橋與機(jī)架的可靠連接，同時(shí)滿足其他部件的安裝尺寸。

3.1 前機(jī)架的改造

前機(jī)架的改造主要是前橋擺動(dòng)架的安裝，圖3為原設(shè)備橋與機(jī)架連接方式。由于選用的驅(qū)動(dòng)橋連接方式與Normet原車車橋的連接方式完全不一樣，需重新設(shè)計(jì)加工前橋擺動(dòng)架、與前機(jī)架連接方式和結(jié)構(gòu)。按照最小改動(dòng)且適合現(xiàn)場(chǎng)改動(dòng)的原則，重新設(shè)計(jì)了前橋擺動(dòng)，改進(jìn)擺動(dòng)架擺動(dòng)軸承為耐軸向沖擊的錐滾子軸承，并防塵密封。安裝時(shí)只需現(xiàn)場(chǎng)焊4塊連接板及相應(yīng)的加強(qiáng)筋板，簡(jiǎn)單且適合在車間現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。改造后設(shè)備橋與機(jī)架連接方式見(jiàn)圖4。

3.2 后機(jī)架的改造

后機(jī)架的連接安裝只需去掉車橋連接板，根據(jù)所選車橋的連接尺寸加工連接板，現(xiàn)場(chǎng)焊接即可。

圖3 改造前原設(shè)備橋與機(jī)架連接方式

圖4 改造后設(shè)備橋與機(jī)架連接方式

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)改造后使用效果來(lái)看，運(yùn)輸罐車完全能夠滿足重載下行時(shí)的各項(xiàng)設(shè)備性能需求，制動(dòng)效果明顯改善，且罐車制動(dòng)器使用壽命延長(zhǎng)，可節(jié)約維修成本5 000～8 000元/(臺(tái)·a)，更重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)罐車的安全運(yùn)行，完全達(dá)到改造目的和要求。

[1] 張棟林.地下鏟運(yùn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[2] 李文耀.工程機(jī)械底盤構(gòu)造與維修[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

2015-05-26)

段保江(1976—)，男，工程師，碩士，210041 江蘇省南京市雨花臺(tái)區(qū)西善橋鎮(zhèn)。