50 噸礦用自卸車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)＊

張玉印，王玉，殷永博，時(shí)元騰，陳玉鵬，張坤

（山東華宇工學(xué)院 汽車工程學(xué)院，山東 德州 253034）

引言

礦山產(chǎn)業(yè)對(duì)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了重要的支撐，從建國至2014 年，我國煤炭資源的消費(fèi)量增長了90 倍，粗鋼的消費(fèi)增加了1240 倍，鋁消費(fèi)量增長了6000 倍。由此可看出，礦山產(chǎn)業(yè)對(duì)于中華民族的偉大復(fù)興和我國的現(xiàn)代化建設(shè)做出了歷史性的貢獻(xiàn)，更對(duì)我國人民生活水平的提高和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展起到了重要作用。

礦用自卸車承擔(dān)著運(yùn)輸與開采的任務(wù)，雖然行駛車速較低，但由于工作環(huán)境之惡劣，所以車輛的安全問題非常重要。隨著礦山開采深度的增加，規(guī)模的擴(kuò)大，礦車經(jīng)常需要滿載上下坡，礦用自卸車的各系統(tǒng)長時(shí)間處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，并且下長坡時(shí)需要長時(shí)間連續(xù)制動(dòng)，車輛制動(dòng)性能不但會(huì)影響生產(chǎn)效率，而且還會(huì)對(duì)人身及車輛安全造成嚴(yán)重威脅，良好的制動(dòng)性能是礦用自卸車安全行駛的重要保障。本文對(duì)該50 噸礦車制動(dòng)系統(tǒng)的研究有利于改善整車制動(dòng)系統(tǒng)的性能、提升整車制動(dòng)時(shí)的安全性以及方向穩(wěn)定性。本文對(duì)該礦車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法也為其他礦車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了思路，具有很強(qiáng)的借鑒意義。

1 整車技術(shù)參數(shù)

本文研究的50 噸礦用自卸車整車參數(shù)如表1 所示。

燃油箱、散熱器、空濾器、傳動(dòng)軸等各部件的質(zhì)量及其距前橋的距離如表2 所示。設(shè)前橋中心線中點(diǎn)的位置為原點(diǎn)，以原點(diǎn)為中心，設(shè)靠近車尾的方向?yàn)檎拷囶^的方向?yàn)樨?fù)，以此建立坐標(biāo)軸。

表1 50 噸礦用自卸車整車參數(shù)

表2 50 噸礦用自卸車質(zhì)量分布

由于礦用自卸車空載制動(dòng)時(shí)，質(zhì)心位置變化不大，而滿載制動(dòng)時(shí)質(zhì)心位置變化較大[1]，故本文只對(duì)該礦車滿載的情況進(jìn)行研究。當(dāng)車輛滿載時(shí)，將表2 中各部件的質(zhì)量及其與前橋的距離代入下式可得質(zhì)心距離前橋的距離。

式中：a—滿載時(shí)質(zhì)心距離前軸的距離；

mn—各部件的質(zhì)量；

ln—各部件與前橋的距離；

M—各部件的質(zhì)量總和。

該50 噸礦用自卸車中、后橋采用平衡懸架裝置，中、后橋載荷相同，故把6×4 力學(xué)模型等效為4×2 力學(xué)模型[2]。如圖1，該礦用自卸車一二軸的軸距為3.615m，二三軸的軸距為1.5m。故滿載時(shí)，質(zhì)心至中、后橋平衡懸架中心線的距離。

圖1

2 最大制動(dòng)力矩的計(jì)算

在制動(dòng)時(shí)前、后車輪同時(shí)抱死拖滑，可以避免跑偏、側(cè)滑等現(xiàn)象的發(fā)生，有利于提高車輛對(duì)附著條件的利用程度，提高車輛的方向穩(wěn)定性[3]。由于該礦車未安裝ABS 防抱死系統(tǒng)，因此前、后輪同時(shí)抱死拖滑是最理想的情況。為保證制動(dòng)時(shí)后橋和前橋車輪同時(shí)抱死滑移[4]，前輪制動(dòng)器產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩：

式中：G—車輛重量；

rk—車輪滾動(dòng)半徑，rk=0.665m；

φ—路面附著系數(shù)，φ=0.5；

L—前橋至中、后橋平衡懸架中心軸線的距離。

后輪產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩。

式中：Mμ2max—后橋最大制動(dòng)力矩。

3 制動(dòng)器制動(dòng)力矩計(jì)算及部件選型

本礦用自卸車采用30/30 制動(dòng)氣室型號(hào)，其參數(shù)如表3所示。

在制動(dòng)氣壓為0.8MPa 時(shí)，推桿力：

式中：P—制動(dòng)壓力；

S—制動(dòng)盤和摩擦片的接觸面積

表3 制動(dòng)氣室主要參數(shù)

根據(jù)《GBT 21152—2007 土方機(jī)械輪胎式機(jī)器制動(dòng)系統(tǒng)的性能要求和實(shí)驗(yàn)方法》的制動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)[5]，并保證制動(dòng)性能的恒定性，儲(chǔ)氣筒容積應(yīng)為240L，根據(jù)整車布置前橋可選用2個(gè)容積為60L 的儲(chǔ)氣筒，后橋可選用一個(gè)40L、一個(gè)80L 的儲(chǔ)氣筒。

4 結(jié)論

本文通過50 噸礦用自卸車的整體參數(shù)來計(jì)算制動(dòng)系統(tǒng) 的最大制動(dòng)力矩、制動(dòng)器制動(dòng)力矩等來選型結(jié)果如表4 所示。

表4 制動(dòng)系統(tǒng)部件的選型