剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)制動(dòng)系統(tǒng)分析

謝仁軍， 劉丹， 陸進(jìn)添

（三一帕爾菲格特種車(chē)輛裝備有限公司，江蘇 南通226000）

0 引 言

剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)是高空作業(yè)的一種專(zhuān)用設(shè)備，其可將工作人員運(yùn)送至高空進(jìn)行作業(yè)或者運(yùn)送貨物等，作業(yè)效率高。但作業(yè)車(chē)的行走穩(wěn)定性和制動(dòng)可靠性直接影響著整車(chē)的性能和作業(yè)安全。因此，需要對(duì)作業(yè)車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行必要的分析，本文將對(duì)作業(yè)車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行受力分析并校核制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。

1 制動(dòng)系統(tǒng)

1.1 制動(dòng)系統(tǒng)的組成

高空作業(yè)平臺(tái)的制動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示，其主要由主閥、制動(dòng)管、手動(dòng)泵、制動(dòng)器等組成。

圖1 制動(dòng)系統(tǒng)

1.2 制動(dòng)原理

圖2 制動(dòng)原理

整機(jī)制動(dòng)的工作原理如圖2所示，當(dāng)剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)處于行走狀態(tài)時(shí)（高低速線圈得電，換向閥10不在中位），通過(guò)優(yōu)先閥8及節(jié)流口9形成背壓，壓力通過(guò)手動(dòng)泵常開(kāi)閥流入制動(dòng)器，制動(dòng)器通過(guò)背壓克服彈簧力，活塞向反方向運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)解除；當(dāng)處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)（高低速線圈失電，換向閥10在中位），系統(tǒng)管路中為低壓油，制動(dòng)器的在彈簧力的作用下處于制動(dòng)狀態(tài)，車(chē)輛不能行走。

2 制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算

2.1 整車(chē)駐坡制動(dòng)分析

剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)主要使用環(huán)境為地面基礎(chǔ)已基本完成的場(chǎng)合，制動(dòng)要求較高。其運(yùn)輸狀態(tài)是固定在25%斜坡式清障車(chē)或平板式運(yùn)輸車(chē)上，即剪叉式高空作業(yè)車(chē)需具備在25%斜坡上行走及駐車(chē)的能力。

其行走機(jī)構(gòu)布局為：兩個(gè)制動(dòng)器安裝于兩個(gè)后輪內(nèi)（即后輪制動(dòng)），兩個(gè)行走馬達(dá)安裝于兩個(gè)前輪內(nèi)（即前輪驅(qū)動(dòng)）。

整機(jī)上坡駐車(chē)時(shí)受力如圖3（a）所示，前輪力矩平衡關(guān)系為

地面與制動(dòng)軸的法向反作用力為

整機(jī)上坡駐車(chē)的制動(dòng)力矩為

式中：G為整機(jī)重力，N；L為整機(jī)軸距，mm；L2為整機(jī)質(zhì)心至驅(qū)動(dòng)軸距離，mm；Hg為整機(jī)質(zhì)心高度，mm；φ為地面附著力系數(shù)，一般取0.7；R為制動(dòng)車(chē)輪半徑，m；a為坡度，（°）。

整機(jī)下坡駐車(chē)時(shí)受力如圖3（b）所示。參照上述分析，整機(jī)下坡駐車(chē)的制動(dòng)力矩為

由上述公式可知T1應(yīng)大于T2，校核駐坡制動(dòng)力矩時(shí)只需計(jì)算上坡制動(dòng)力矩即可。

2.2 整車(chē)行駛制動(dòng)分析

整機(jī)上坡行駛駐車(chē)受力如表1中C所示。整機(jī)制動(dòng)減速度為

圖3 駐車(chē)受力情況

2.3 下降對(duì)制動(dòng)影響分析

剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)在斜坡制動(dòng)時(shí)進(jìn)行舉升及下降操作，舉升狀態(tài)時(shí)，電磁線圈得電，換向閥2換向（如圖4），液壓油直接進(jìn)入剪叉臂油缸，不影響制動(dòng)系統(tǒng)；下降狀態(tài)時(shí)，電磁線圈失電，換向閥2恢復(fù)初始位置，液壓油通過(guò)④、①口回油，液壓油經(jīng)過(guò)主閥回油口進(jìn)入液壓油箱，與大氣相通，初始?jí)毫? MPa；由于油液落差的存在及出油口流速等原因，液壓油在主閥出口形成背壓ΔP0，其值等于舉升狀態(tài)的壓損ΔPb-line。壓損小于彈簧收縮力，制動(dòng)器無(wú)法打開(kāi)，制動(dòng)狀態(tài)正常。

表1 某機(jī)型高空作業(yè)平臺(tái)制動(dòng)分析參數(shù)

3 制動(dòng)力矩的校核

剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)一般采用濕式液壓制動(dòng)器，濕式液壓制動(dòng)器主要由彈簧、活塞、殼體、制動(dòng)片、鋼壓片、輸出軸等組成。采用彈簧自動(dòng)復(fù)位制動(dòng)系統(tǒng)，集行車(chē)裝置和駐車(chē)制動(dòng)裝置于一體，結(jié)構(gòu)緊湊。其原理是：內(nèi)外摩擦片在彈簧的作用下被壓緊以產(chǎn)生摩擦力矩，從而進(jìn)行制動(dòng)。在需要制動(dòng)的輸出軸上安裝制動(dòng)片，鋼壓片與殼體相連。當(dāng)液壓油壓力大于彈簧收縮力時(shí)，液壓油經(jīng)制動(dòng)器的油口進(jìn)入活塞的油腔，活塞右移，壓縮彈簧，制動(dòng)片與鋼壓片脫開(kāi)，輸出軸正常轉(zhuǎn)動(dòng)；液壓油在失壓的情況下，彈簧力使活塞左移，摩擦片被壓緊，能夠產(chǎn)生足夠的摩擦力，從而達(dá)到制動(dòng)效果。

摩擦片受力情況如圖5所示，摩擦制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為

圖4 升降與行走切換原理

式中：n為摩擦片面數(shù)；μ為摩擦因數(shù)；p為摩擦面上的壓力，MPa，取彈簧壓縮的壓力；R1、R2為摩擦片工作面的內(nèi)外半徑，mm。

選型時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)力矩Tf應(yīng)大于理論最大制動(dòng)力矩T1。

圖5 摩擦片上摩擦轉(zhuǎn)矩

表2 某制動(dòng)器制動(dòng)力矩校核

摩擦片逐漸發(fā)生磨損，活塞行程隨之增大，于是彈簧對(duì)內(nèi)外摩擦片的壓緊力逐漸變小，所以制動(dòng)力矩也會(huì)減小。制動(dòng)器的衰減值在實(shí)際測(cè)試結(jié)果中呈線性關(guān)系。

為深入了解濕式液壓制動(dòng)器的制動(dòng)力變化曲線，研究過(guò)程中對(duì)某型號(hào)制動(dòng)器進(jìn)行滿載臺(tái)架壽命試驗(yàn)。其中剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)全生命周期共計(jì)5 萬(wàn)次制動(dòng)之后，制動(dòng)力衰減10%。如圖6所示，單片制動(dòng)片鍍膜層平均減薄約0.05 mm，6片制動(dòng)片總共減薄約0.3 mm。

圖6 摩擦片與鋼壓片試驗(yàn)后照片

4 結(jié) 論

制動(dòng)系統(tǒng)是剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)的重要系統(tǒng)之一，其設(shè)計(jì)合理性直接影響使用安全，也影響操作者的使用習(xí)慣。隨著人們對(duì)安全及工作效率的重視程度不斷加深，高空作業(yè)車(chē)市場(chǎng)將不斷增長(zhǎng)，制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也將越來(lái)越完善。