濕式多盤(pán)制動(dòng)器在煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

杜少敏

(陜西陜煤彬長(zhǎng)礦業(yè)有限公司大佛寺煤礦，陜西 彬縣 713500)

0 引言

制動(dòng)器是將機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能或者其他形式能量的一種裝置，車(chē)輛用制動(dòng)器主要是將車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能，使車(chē)輛能夠減速或者停止的一種機(jī)械裝置。礦用運(yùn)輸車(chē)輛經(jīng)常在密閉或者半封閉的礦洞中運(yùn)行，礦洞內(nèi)路況惡劣，泥水及粉塵嚴(yán)重，同時(shí)空氣中彌漫著大量的易燃、易爆的瓦斯粉塵，所以對(duì)礦用運(yùn)輸車(chē)尤其是制動(dòng)裝置提出了更大的挑戰(zhàn)。

目前，機(jī)動(dòng)車(chē)輛使用制動(dòng)器主要有以下幾種：干式制動(dòng)器(其中干式制動(dòng)器又分鼓式制動(dòng)器和盤(pán)式制動(dòng)器)；濕式多盤(pán)制動(dòng)器。

1 2種制動(dòng)器優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

1.1 干式制動(dòng)器

如圖1所示，干式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，且價(jià)格低廉，故障率低，因而得到廣泛的運(yùn)用。但因制動(dòng)器摩擦元件暴露在外面，且沒(méi)有獨(dú)立的冷卻裝配，制動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生高溫，甚至火花；在不同路面上制動(dòng)力變化很大，不易于掌控。而由于散熱性能差，在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量。制動(dòng)塊和輪轂在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，不易在礦洞或密閉的空間作業(yè)，且遇泥漿及粉塵會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)衰減甚至失效現(xiàn)象。

a-制動(dòng)器圖；b-制動(dòng)器原理示意圖圖1 干式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

鼓式制動(dòng)器：鼓式制動(dòng)器造價(jià)便宜，符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，體積大，抗熱衰減能力差，制動(dòng)力穩(wěn)定性差，主要應(yīng)用在大型貨車(chē)，對(duì)制動(dòng)穩(wěn)定性要求大，環(huán)境良好的場(chǎng)合。

鼓式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算：

單個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩M為M=K·P·R

其中：K—制動(dòng)器效能因數(shù)；P—制動(dòng)器輸入力，加于兩制動(dòng)蹄的張開(kāi)力的平均值；R—制動(dòng)鼓的作用半徑，即制動(dòng)器的工作半徑r。

制動(dòng)器輸入力P=F·i·η/2

其中：F—?dú)馐彝茥U推力，由配置的氣室確定，為凸輪傳動(dòng)比；i=L/e(L—調(diào)整臂臂長(zhǎng)；e—凸輪力臂，即凸輪基圓半徑)；η—傳動(dòng)效率，一般取0.63。

在制動(dòng)過(guò)程中，襯片(襯塊)的溫度、相對(duì)滑動(dòng)速度、壓力以及濕度等因素的變化會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)的改變。而摩擦系數(shù)的改變則會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)效能即制動(dòng)器因數(shù)的改變。制動(dòng)器因數(shù)BF對(duì)摩擦系數(shù)f的敏感性可由dBF/df來(lái)衡量，因而dBF/df稱(chēng)為制動(dòng)器的敏感度。

制動(dòng)器效能因數(shù)計(jì)算：

根據(jù)圖2制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)的意義，θ為最大壓力線和水平線的夾角。

圖2 結(jié)構(gòu)參數(shù)意義圖

由以下公式計(jì)算μ=0.35時(shí)(μ為摩擦片與制動(dòng)鼓間摩擦系數(shù))，制動(dòng)器領(lǐng)蹄和從蹄的制動(dòng)效能因數(shù)。

λ=γ+θe-θλ′=γ-θe+θ

領(lǐng)蹄制動(dòng)效能因數(shù)

從蹄制動(dòng)效能因數(shù)

制動(dòng)器的總效能因數(shù)，可由領(lǐng)、從蹄的效能因數(shù)按如下公式計(jì)算。

盤(pán)式制動(dòng)器：盤(pán)式制動(dòng)器具有熱穩(wěn)定性好，水穩(wěn)定好，反應(yīng)靈敏，但對(duì)制動(dòng)管路要求較高，制動(dòng)液壓高，必須要有助力裝置的車(chē)輛才能使用。其主要應(yīng)用于小型轎車(chē)，及對(duì)制動(dòng)要求較高，環(huán)境好的場(chǎng)合適用。

1.2 濕式多盤(pán)制動(dòng)器

如圖3所示，濕式多盤(pán)制動(dòng)器由于摩擦元件在密閉的空間內(nèi)，同時(shí)浸泡在冷卻油液里，制動(dòng)器溫升小，制動(dòng)力矩大，制動(dòng)穩(wěn)定，可在極其惡劣的環(huán)境下工作，但對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)要求較高，必須有一套獨(dú)立的液壓系統(tǒng)才能工作。使用及維修成本比較高。其主要應(yīng)用于工程車(chē)輛，如：挖掘機(jī)，裝載機(jī)及一些工作環(huán)境惡劣的低速車(chē)輛上。

圖3 濕式多盤(pán)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

濕式多盤(pán)制動(dòng)器制動(dòng)力矩計(jì)算：

行車(chē)制動(dòng)活塞面積

式中：D1—制動(dòng)器活塞工作外徑；d1—制動(dòng)器工作活塞內(nèi)徑。

摩擦片工作面積

式中：Dm—摩擦片工作外徑；dm—摩擦片工作內(nèi)徑。

制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩

T1=2μF1R0Z1K1

式中：μ—摩擦副的摩擦系數(shù)；F1—作用在摩擦片上的壓緊力。

F1=P0×S1-Fk

式中：P0—液壓油的壓強(qiáng)；Fk—作用在摩擦面上的回程彈簧的彈力。

摩擦片的等效半徑

式中：Z1—摩擦副數(shù)量；K1—考慮摩擦花鍵連接的摩擦阻力對(duì)壓力力影響的修正系數(shù)。

2 礦用運(yùn)輸車(chē)制動(dòng)器使用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

2.1 礦用運(yùn)輸車(chē)制動(dòng)器使用現(xiàn)狀

目前我國(guó)礦用運(yùn)輸車(chē)濕式多盤(pán)制動(dòng)器主要是由一些工程車(chē)輛(挖掘機(jī)，裝載機(jī))濕式多盤(pán)制動(dòng)器經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單移植而運(yùn)用于礦用運(yùn)輸車(chē)輛上，由于工程車(chē)輛車(chē)速相對(duì)較低(0～10 km/h)，作業(yè)運(yùn)行范圍較小，而礦用運(yùn)輸車(chē)輛車(chē)速相對(duì)較高(0～36 km/h)，將低速車(chē)輛制動(dòng)器運(yùn)用于相對(duì)高速車(chē)輛中，必然會(huì)出現(xiàn)一些不適癥狀。如：浮動(dòng)油封漏油、高壓油密封圈泄露、制動(dòng)器高溫、摩擦片燒蝕等情況。要徹底解決這些問(wèn)題，必須因地制宜，從礦用無(wú)軌膠輪運(yùn)輸車(chē)的實(shí)際使用工況入手。調(diào)整浮動(dòng)油封的裝配及設(shè)計(jì)參數(shù)，更改密封方式及設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使之能夠適應(yīng)于礦用無(wú)軌膠輪運(yùn)輸車(chē)輛中。

2.2 未來(lái)濕式多盤(pán)制動(dòng)器的發(fā)展趨勢(shì)

礦用無(wú)軌膠輪車(chē)濕式多盤(pán)制動(dòng)器的發(fā)展主要是制動(dòng)器動(dòng)力源的發(fā)展，從最原始的液壓制動(dòng)(必須要獨(dú)立的中央制動(dòng)器單元，供車(chē)輛駐車(chē)使用，不便于整車(chē)布置)到行駐一體式濕式多盤(pán)制動(dòng)器(行車(chē)制動(dòng)器與駐車(chē)制動(dòng)器集成于一體，省去了中央駐車(chē)制動(dòng)器布置上的繁瑣)，再到現(xiàn)在的彈簧制動(dòng)液壓解除式濕式多盤(pán)制動(dòng)器。

礦用無(wú)軌膠輪車(chē)濕式多盤(pán)制動(dòng)器發(fā)展至今，雖然制動(dòng)的動(dòng)力源進(jìn)行了轉(zhuǎn)移，可不依賴(lài)于液壓系統(tǒng)的壓力進(jìn)行制動(dòng)，提高了行車(chē)中制動(dòng)的安全性，避免了液壓系統(tǒng)的突發(fā)故障而引起的行車(chē)事故。但由于其過(guò)高的使用成本，頻發(fā)的故障，及昂貴的售后維修成本，仍令許多人對(duì)此望而卻步。礦用無(wú)軌膠輪車(chē)濕式多盤(pán)制動(dòng)器現(xiàn)階段還只是個(gè)雛形，未來(lái)的發(fā)展必將向著低成本、低故障率、高可靠性方向發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，礦用無(wú)軌膠輪運(yùn)輸車(chē)濕式制動(dòng)器的性能雖趨于穩(wěn)定，但其復(fù)雜的液壓系統(tǒng)，較高的使用成本，以及較短的維修保養(yǎng)周期仍與干式制動(dòng)器不可同日而語(yǔ)，未來(lái)的濕式多盤(pán)制動(dòng)器必將融合鼓式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)，摒棄二者的缺點(diǎn)而衍生一種以壓縮氣體作為動(dòng)力源，摩擦元件仍然浸泡在冷卻油里的氣動(dòng)濕式多盤(pán)制動(dòng)器。此制動(dòng)器將同時(shí)具備濕式多盤(pán)制動(dòng)器防爆、低溫、濕式、性能穩(wěn)定、可在惡劣環(huán)境中作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，又具備鼓式制動(dòng)器的系統(tǒng)可靠性高、故障率低、保養(yǎng)維修周期長(zhǎng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：(略)