裝載機(jī)濕式制動技術(shù)分析及用油測試

程安國，徐靜茹，杜雪嶺，華良斌

(1.中國石化潤滑油有限公司，北京 100085；2.中國龍工裝載機(jī)事業(yè)部，上海 201612)

0 引言

裝載機(jī)是工程施工中普遍采用的機(jī)種，能夠快速實現(xiàn)鏟掘、行走、運輸、重載牽引等作業(yè)。作業(yè)時其速度、負(fù)載變化大，操縱頻繁，而且工作環(huán)境復(fù)雜多變[1]。因此其操控性能、安全性能等越來越受關(guān)注。

裝載機(jī)在工作和行走時，靠制動器來控制速度和停車，制動器的可靠性、靈敏性、耐磨損性等直接影響駕駛?cè)藛T的體力、操作舒適性及操作安全性。目前廣泛應(yīng)用的制動器為夾鉗式制動器(干式制動)，夾鉗式制動器外露于空氣中，其制動器的可靠性、操作舒適性和使用壽命都不太理想[2]。而且在一些特殊的工況條件下應(yīng)用時，安全性能得不到保證，如井下、河道、磷礦等工況[3]，加之世界各國對摩擦材料環(huán)保性方面日益嚴(yán)格的要求，使得夾鉗式制動器的應(yīng)用也受限。在這種條件下，隨著新型摩擦材料的出現(xiàn)與密封技術(shù)的發(fā)展，濕式制動器取代夾鉗式制動器成為未來發(fā)展趨勢[4]。

干式制動驅(qū)動橋和濕式制動驅(qū)動橋最大的區(qū)別在于制動方式，干式制動的制動盤暴露在空氣中，依靠夾鉗的壓力產(chǎn)生摩擦力使得車輪停止轉(zhuǎn)動[5]；而濕式制動器是依靠一組浸泡在油里的離合摩擦片，制動時這組離合摩擦片壓緊，產(chǎn)生摩擦力進(jìn)而實現(xiàn)制動[6]。制動方式的變化，對驅(qū)動橋用潤滑油有了新的要求。

隨著中國工程機(jī)械制造水平的不斷提高，濕式制動驅(qū)動橋的制造技術(shù)日趨成熟，濕式制動裝載機(jī)在國內(nèi)市場和國際市場的銷量逐年增加，為有效保障濕式制動驅(qū)動橋的正常、高效、長久地運行，有必要分析驅(qū)動橋技術(shù)升級后對潤滑油的新要求，開發(fā)滿足濕式制動驅(qū)動橋潤滑要求的潤滑油。

1 裝載機(jī)驅(qū)動橋的技術(shù)發(fā)展及差異

國內(nèi)主要的裝載機(jī)制造商有龍工、柳工、山東臨工、成工、廈工等知名企業(yè)，普通的裝載機(jī)多采用夾鉗式制動器作為裝載機(jī)驅(qū)動橋的制動元件，與濕式制動驅(qū)動橋相比，其具有制造相對簡單、成本低等優(yōu)勢，但制動沖擊大、維修困難、使用壽命短的缺點也非常明顯[7]。如在云南某磷礦廠，采用傳統(tǒng)的干式制動驅(qū)動，因為磷礦粉灰塵對制動盤具有強(qiáng)腐蝕性，平均每個月跟換一次剎車盤，不僅導(dǎo)致裝載機(jī)的維護(hù)成本高，而且嚴(yán)重影響裝載機(jī)作業(yè)效率。夾鉗式制動驅(qū)動橋如圖1所示，裝載機(jī)濕式制動驅(qū)動橋如圖2所示。

圖1 裝載機(jī)夾鉗式制動器驅(qū)動橋

圖2 裝載機(jī)濕式制動驅(qū)動橋

濕式制動器為全封閉濕式多盤制動器，該制動器釆用封閉的結(jié)構(gòu)，防止外界塵土、沙粒等污染物的侵入，保證制動的可靠性。摩擦片浸泡在冷卻油液中，工作時，絕大多數(shù)情況是以油的剪切作用傳遞轉(zhuǎn)矩來代替摩擦材料的直接接觸。這樣不僅使制動過程比較平緩，制動性能比較穩(wěn)定，且使摩擦材料的磨損顯著減少，從而使用壽命明顯增加。由于該制動器是利用油液膜層間不大的剪切力來傳遞轉(zhuǎn)矩，就要求摩擦片有較大的工作面積，采用多片組合的方式就有可能以較小的單位油壓來推動壓緊活塞以獲得所需的總壓力。在不改變系統(tǒng)制動壓力的前提下，還可通過改變摩擦片面積或摩擦副數(shù)量而獲得不同的制動力矩，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，容易形成系列化[8]。摩擦片磨損的減少使總的摩擦副間隙變化甚微，使用過程中幾乎不需調(diào)整，能夠大大減少制動器的維修保養(yǎng)工作。因此，濕式制動驅(qū)動橋越來越受到裝載機(jī)行業(yè)的青睞。

干式制動器和濕式制動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3、4所示。濕式制動驅(qū)動橋和干式制動驅(qū)動橋的主要差別在于制動器的結(jié)構(gòu)、材料和安裝形式。這些改變，給濕式制動驅(qū)動橋帶來了與干式制動器許多不同之處。從驅(qū)動橋潤滑的角度來看，干式制動器與濕式制動器驅(qū)動橋有相同的潤滑油部位，如：橋包主減速器、輪邊減速器[6]；不同的潤滑部位是制動器部位，干式制動的制動器不需要潤滑，而濕式制動的摩擦副不僅需要潤滑，而且需要潤滑油與摩擦副要有良好的匹配性[9]，否則影響濕式制動器的制動穩(wěn)定性及使用壽命；干式制動器和濕式制動器主要差異見表1。

圖3 干制動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖4 濕式制動器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

項目干式制動濕式制動制動扭矩傳遞依靠制動器的干摩擦傳遞扭矩依靠潤滑油的剪切力傳遞扭矩摩擦副潤滑不需要潤滑浸泡在潤滑油中,在制動時多盤式摩擦副需良好的潤滑保護(hù),否則直接影響制動效果和摩擦副的使用壽命制動器的散熱自然對流進(jìn)行散熱依靠潤滑油將熱量帶走,如果制動產(chǎn)生的熱量不能及時帶出,熱量集聚導(dǎo)致油品高溫及制動失效

2 濕式制動驅(qū)動橋用油的開發(fā)

根據(jù)溫度、扭矩等條件，裝載機(jī)驅(qū)動橋多使用GL-5 80W-90、85W-90、80W-140等級的車輛齒輪油[10]。在與某裝載機(jī)生產(chǎn)商技術(shù)交流時，裝載機(jī)濕式制動驅(qū)動橋出廠裝填某國外品牌的GL-5 80W-90齒輪油，裝載機(jī)在工作時容易出現(xiàn)制動距離長、制動異響、制動器高溫、油品氧化快、摩擦片過早磨損等問題。為解決此問題，分析了濕式制動橋的結(jié)構(gòu)和摩擦材料的特點，結(jié)合以往驅(qū)動橋油的開發(fā)經(jīng)驗，研發(fā)了濕式橋?qū)Ｓ糜汀?/p>

2.1 油品性能分析

濕式制動驅(qū)動橋用潤滑油除滿足橋包主減速器和輪邊減速器的潤滑保護(hù)外，仍需滿足以下性能：

(1)良好的摩擦適應(yīng)性。多片式摩擦副的制動過程是由滑動摩擦向靜摩擦轉(zhuǎn)換的過程，如果摩擦因數(shù)小，摩擦力不足造成摩擦副打滑，導(dǎo)致裝載機(jī)制動遲緩，制動距離變長、甚至制動失敗；如果摩擦因數(shù)大，制動沖擊大，裝載機(jī)操作有挫頓感，也極易損壞摩擦副。另外，如果摩擦特性不匹配，容易產(chǎn)生制動異響、油溫異常的現(xiàn)象。因此專用油與濕式制動驅(qū)動橋的摩擦副之間要有良好的適應(yīng)性。

(2)良好的抗剪切性能。濕式制動是依靠油的剪切力傳遞扭矩，意味著在制動時，摩擦副會對油品進(jìn)行強(qiáng)剪切，因此專用油必須具有良好的剪切穩(wěn)定性，保證專用油具有良好的黏度保持能力，避免使用過程中因為黏度下降而導(dǎo)致油膜保持能力下降造成部件過早的磨損。

(3)良好的氧化穩(wěn)定性。干式制動產(chǎn)生的熱量依靠空氣對流進(jìn)行散熱，而濕式制動器制動產(chǎn)生的熱量是依靠潤滑油進(jìn)行冷卻，這無疑會對潤滑油的氧化安定性產(chǎn)生影響。如果潤滑油的氧化安定性不足，濕式制動時產(chǎn)生的高溫會導(dǎo)致油品的快速老化，一方面會導(dǎo)致潤滑失效，造成驅(qū)動橋部件的損壞；另一方面會縮短潤滑油的換油周期，增加裝載機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)成本[11]。

2.2 專用油的行車測試

按照上述分析，專用油開發(fā)成功后，將其裝入新的濕式制動驅(qū)動橋中，裝載機(jī)進(jìn)入選沙場并進(jìn)行作業(yè)測試，結(jié)合裝載機(jī)保養(yǎng)規(guī)則和中石化潤滑油實車測試經(jīng)驗，試驗計劃為：運行200 h進(jìn)行首次換油保養(yǎng)。首次保養(yǎng)后開始計時，作業(yè)1 000 h。作業(yè)中，觀察制動時是否有異響、制動遲緩、油溫過高、制動距離變長等問題。測試結(jié)束后，對濕式制動驅(qū)動橋進(jìn)行拆解分析，觀察各部件的狀況，如果部件狀況良好，而且運行中無異響、漏油等異常，說明油品能夠為濕式制動驅(qū)動橋提供良好的潤滑保護(hù)，滿足使用要求。如果運行中出現(xiàn)漏油、異響、高溫等異常，或者拆卸后，有部件出現(xiàn)異常的摩擦磨損，說明專用油不滿足濕式制動驅(qū)動橋的使用要求。

2.3 專用油的行車測試結(jié)果分析

在整個運行作業(yè)期間，濕式制動驅(qū)動橋沒有出現(xiàn)漏油、制動異響、油品高溫報警、制動距離明顯變長等異常狀況。完成1 000 h測試運行后，對驅(qū)動橋進(jìn)行了拆解。輪邊減速器狀況如圖5所示。

圖5 輪邊減速器外觀

由圖5可知，輪邊減速器的太陽輪、行星輪、大齒圈的整體潤滑狀態(tài)良好，齒面光亮無變色，均無異常磨損和點蝕等異響現(xiàn)象，無油泥沉積現(xiàn)象。

由圖6可知，濕式摩擦片齒轂整體狀態(tài)完好，無異常磨損、變色等，且油道無油泥沉積物。

圖6 濕式摩擦片齒轂外觀

由圖7可知，濕式制動器的摩擦片及對偶片狀態(tài)良好，無任何過度磨損、脫落、發(fā)黑等失效現(xiàn)象。

圖7 濕式制動器的摩擦副外觀

由圖8可知，主減速器從動、主動齒輪嚙合區(qū)域合理，無異常磨損和失效現(xiàn)象，整體狀態(tài)良好；差速器齒輪整體狀態(tài)良好，無異常磨損。主減速器整體潤滑狀態(tài)良好，無油泥沉積。

圖8 主減速器從動、主動齒輪外觀

在1 000 h實際作業(yè)測試中，采用某公司開發(fā)的專用油的濕式制動裝載機(jī)，運行狀態(tài)良好，沒有出現(xiàn)制動異響、制動遲緩、制動距離變長、驅(qū)動橋高溫等異?，F(xiàn)象。完成1 000 h測試后，橋包主減速器、輪邊減速器、濕式制動器的各個部件狀態(tài)良好，沒有出現(xiàn)異常的摩擦磨損，證明該公司開發(fā)的專用油的性能能夠滿足濕式制動裝載機(jī)的使用要求，保證濕式制動裝載機(jī)安全、高效的運行作業(yè)。

3 結(jié)語

裝載機(jī)濕式制動和干式制動的差異導(dǎo)致其對驅(qū)動橋的用油有新的要求，通過增加潤滑油的摩擦特性、抗剪切穩(wěn)定性、氧化安定性等關(guān)鍵性能，解決了濕式制動裝載機(jī)制動異響、制動遲緩、制動高溫等問題，保證濕式制動裝載機(jī)安全、高效的作業(yè)，為中國的裝備制造升級發(fā)展保駕護(hù)航。