淺談汽車(chē)吊回轉(zhuǎn)減速機(jī)液壓制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與校核

鄭珍泉，張寅州，靳彥國(guó)，李長(zhǎng)旭

（北京華德液壓工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100176）

汽車(chē)吊回轉(zhuǎn)減速機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工作臂在工作過(guò)程中不允許任意轉(zhuǎn)動(dòng)，因此必須用一個(gè)鎖緊裝置將回轉(zhuǎn)減速機(jī)鎖死，減速機(jī)輸入軸端的制動(dòng)器通過(guò)彈簧壓緊剎車(chē)盤(pán)可以起到停車(chē)制動(dòng)的作用。當(dāng)液壓油推開(kāi)剎車(chē)盤(pán)，摩擦片打開(kāi)，減速機(jī)輸入軸解除制動(dòng)?；剞D(zhuǎn)減速機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)是核心部件，制動(dòng)系統(tǒng)的性能好壞直接決定了工作臂的穩(wěn)定性，本文通過(guò)對(duì)制動(dòng)器的參數(shù)進(jìn)行理論分析計(jì)算，并通過(guò)校核和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試確定了設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。

1 減速機(jī)液壓制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)減速機(jī)的制動(dòng)器屬于常閉多片式制動(dòng)器，位于減速機(jī)的輸入端，由液壓油的壓力和彈簧壓力進(jìn)行開(kāi)啟和閉合，制動(dòng)器主要由摩擦片、鋼片、剎車(chē)盤(pán)、星型圈、彈簧組等組成，圖1 是該減速機(jī)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，1 為減速機(jī)的固定后蓋；2、3 為摩擦片和鋼片，是主要的制動(dòng)元件；4 為輸入軸，與鋼片嚙合；5 為制動(dòng)彈簧組；6 為剎車(chē)盤(pán)，在彈簧組合高壓油的作用下可以在后蓋內(nèi)滑動(dòng)；7 為星型圈，起密封作用，防止高壓油泄露。

圖1 回轉(zhuǎn)減速機(jī)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 工作原理

如圖所示，輸入軸通過(guò)花鍵與鋼片嚙合，后蓋通過(guò)花鍵與摩擦片嚙合，當(dāng)減速機(jī)不工作時(shí)，剎車(chē)盤(pán)在組合彈簧的作用下，將鋼片和摩擦片壓緊，多組摩擦片產(chǎn)生的摩擦力使鋼片和摩擦片沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以此時(shí)可以將輸入軸制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工作臂的固定。

當(dāng)工作臂回轉(zhuǎn)時(shí)，液壓馬達(dá)會(huì)通過(guò)減速機(jī)后蓋上的制動(dòng)油口輸入一股高壓油，高壓油產(chǎn)生的壓力大于彈簧壓緊的壓力，可以將剎車(chē)盤(pán)推開(kāi)，從而使得摩擦片和鋼片分離，此時(shí)鋼片可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，輸入軸可以由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，解除制動(dòng)。

該制動(dòng)系統(tǒng)屬于靜態(tài)制動(dòng)，停車(chē)制動(dòng)時(shí)，需要先將工作臂停穩(wěn)，再切斷高壓油的輸入，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。工作臂旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，也需要先在制動(dòng)油口輸入高壓油解除制動(dòng)后，再將液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，星型圈可以起到密封的作用，防止液壓油的泄露。

2 制動(dòng)器的技術(shù)要求和參數(shù)設(shè)計(jì)

減速機(jī)制動(dòng)器在設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先要考慮液壓馬達(dá)的輸入轉(zhuǎn)矩和制動(dòng)器所需要的開(kāi)啟油壓，同時(shí)還要考慮回轉(zhuǎn)臂在工作時(shí)可能會(huì)受到的沖擊和慣性所帶來(lái)的的附加載荷，所以在保證摩擦片許用要求的同時(shí)，制動(dòng)彈簧所提供的制動(dòng)力越大越好。

2.1 最小制動(dòng)力矩的確定

（1）液壓馬達(dá)的輸出力矩為T(mén)=105Nm。

（2）在回轉(zhuǎn)減速機(jī)中，最小停車(chē)制動(dòng)力矩應(yīng)該等于1.3倍的輸入扭矩，所以最小靜態(tài)制動(dòng)力矩為：

（3）制動(dòng)器開(kāi)啟壓力為P=1.8～2MPa。

2.2 摩擦片數(shù)量的確定

已知摩擦片外直徑D=100mm。

摩擦片內(nèi)直徑d=72.5mm。

摩擦片和鋼片為1 組，1 組摩擦片之間會(huì)構(gòu)成兩個(gè)摩擦面，即摩擦片組數(shù)：

式中：n 為摩擦片組數(shù)（1 個(gè)摩擦片和1 個(gè)鋼片組合為一組）；m 為摩擦面數(shù)量；μ 為摩擦系數(shù)，該摩擦片材質(zhì)為銅基燒結(jié)摩擦材料，取μ=0.09～0.11；Pp摩擦片許用壓強(qiáng)，取Pp=3MPa。

將摩擦片尺寸參數(shù)帶入式（1）中，得出：n ≥1.4，這里取n=3。

該制動(dòng)器選用3 組摩擦片。

2.3 彈簧組數(shù)的確定

制動(dòng)器的彈簧選用60SiMnA 材質(zhì)，在保證制動(dòng)力矩不變的情況下，為了節(jié)省空間，制動(dòng)彈簧一般選用大彈簧套小彈簧形式的組合彈簧，減小了剎車(chē)盤(pán)的體積，為了防止彈簧發(fā)生歪斜，兩個(gè)彈簧的旋向應(yīng)該相反，且彈簧組數(shù)必須為偶數(shù)。下表1 為選用的組合彈簧的參數(shù)。

表1 組合彈簧參數(shù)表

摩擦片的開(kāi)啟距離一般為h=0.2mm，得出摩擦片的總分離距離為H=h×m=1.4mm，取彈簧行程為1.5mm。彈簧在初始?jí)壕o時(shí)，彈簧壓縮至26mm，制動(dòng)器打開(kāi)時(shí)，彈簧壓縮至24.5mm。經(jīng)計(jì)算，彈簧組在壓縮至26mm 時(shí)的彈力為F1=737.5，壓縮至24.5mm 時(shí)的彈力為F1=834.5。

摩擦片制動(dòng)扭矩所需的最小壓緊力為：

剎車(chē)盤(pán)活塞外直徑為147mm，內(nèi)直徑為112mm，則剎車(chē)盤(pán)在1.8MPa 下產(chǎn)生的壓力為：

則所需的彈簧組數(shù)z 應(yīng)滿足：

得出7.9 ≤z ≤15.3，取z=12。

所以該制動(dòng)器選用12 組組合彈簧。

3 制動(dòng)器參數(shù)的校核

摩擦片的尺寸參數(shù)和彈簧的參數(shù)確定后，需要對(duì)所選的參數(shù)進(jìn)行校核，看是否滿足摩擦片的許用要求、制動(dòng)器是否滿足制動(dòng)要求、液壓油開(kāi)啟壓力是否可以順利打開(kāi)制動(dòng)器。

3.1 摩擦片面壓的校核

摩擦片在初始制動(dòng)作用下，受到彈簧壓緊力的作用，會(huì)在摩擦片表面產(chǎn)生一個(gè)壓強(qiáng)，這個(gè)壓強(qiáng)不允許超過(guò)摩擦片的許用壓強(qiáng)，即

摩擦片表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)為：

滿足摩擦片的使用要求。

3.2 制動(dòng)器初始?jí)壕o力的校核

制動(dòng)器在彈簧初始?jí)壕o力的作用下，產(chǎn)生的制動(dòng)力矩為：

式中：K1為摩擦片修正系數(shù)，當(dāng)n=3 時(shí)，取K1=0.91

由式（6）可以得出：

滿足初始?jí)壕o力矩的要求。

彈簧組數(shù)為12 組時(shí)，此時(shí)彈簧的初始?jí)壕o力為

3.3 制動(dòng)器開(kāi)啟壓力的校核

制動(dòng)器開(kāi)啟時(shí)，彈簧壓縮至24.5mm，此時(shí)彈簧產(chǎn)生的總彈力為：

通過(guò)上述的校核可以得出，摩擦片選用3 組，彈簧選用12 組時(shí)，可以滿足摩擦片的許用要求，制動(dòng)器的開(kāi)始和鎖緊也滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)汽車(chē)吊回轉(zhuǎn)減速機(jī)的液壓制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析，并對(duì)摩擦片的尺寸參數(shù)和彈簧的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了理論分析計(jì)算，然后對(duì)設(shè)計(jì)出的參數(shù)進(jìn)行校核，校核結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。在主機(jī)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的過(guò)程中，減速機(jī)剎車(chē)制動(dòng)和啟動(dòng)效果都比較好，經(jīng)理論校核和試驗(yàn)表明，液壓制動(dòng)器滿足使用要求。