新型分體式氣動全盤制動器

吳媛媛

摘要：氣動全盤制動器是為工業(yè)重負(fù)荷應(yīng)用而設(shè)計的，以彈簧制動，壓力氣釋放，集制動盤、氣缸、制動系統(tǒng)、連接軸于一體的集成化產(chǎn)品。與其他制動器設(shè)計相比較，摩擦材料接觸面積大，允許磨損容量大，抗磨損性能好，熱容量高，且增加制動盤數(shù)量可成倍提高其制動力距。因其結(jié)構(gòu)緊湊，制動力矩大而被廣泛應(yīng)用于各種電鏟、液壓挖掘機、壓力機、傳送機上。

關(guān)鍵詞：氣動全盤制動器;結(jié)構(gòu);原理

隨著我國改革開放的深入、發(fā)展，國民經(jīng)濟高速增長及市場競爭日益激烈，與世界各國貿(mào)易交往日益頻繁。在引進(jìn)各國的先進(jìn)設(shè)備，主機廠在配套各種采礦用電鏟和繩索拉鏟設(shè)備、液壓挖掘機、裝載機、升降機、剪切機械等各種機構(gòu)的設(shè)備配件時，該結(jié)構(gòu)形式氣動、液動全盤制動器被逐步引入，受制于國外核心技術(shù)，我國一直依賴進(jìn)口，不但價格昂貴而且供貨周期長，相關(guān)設(shè)備制造業(yè)亦深受影響。

在此背景下， 應(yīng)勢而變，開發(fā)適應(yīng)各種行業(yè)且具有世界先進(jìn)水平的高性能、高質(zhì)量的高端制動產(chǎn)品已成為企業(yè)新的經(jīng)濟增長點，同時可替代國外進(jìn)口減少外匯支出，提高配套行業(yè)整體水平，積極推進(jìn)行業(yè)產(chǎn)品的國產(chǎn)化率有著深遠(yuǎn)意義。因而開發(fā)出具有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)、核心技術(shù)的先進(jìn)全盤制動器已迫在眉睫。

一、結(jié)構(gòu)簡介和工作原理

經(jīng)市場初步調(diào)研，相關(guān)信息查詢、收集、對比分析后，決定以具有氣動全盤制動器前沿技術(shù)水平的美國E.T產(chǎn)品為依托，確立該項目主要技術(shù)方案。

該制動器主要由基座、連接輪、制動盤、制動系統(tǒng)和氣缸等五大部分組成。連接輪內(nèi)孔通過鍵與動力系統(tǒng)軸配合連接，外與制動盤通過外花鍵配合。當(dāng)系統(tǒng)壓力氣通過進(jìn)氣口進(jìn)入氣缸后，氣缸及通過螺桿，中間管相連的壓力盤在氣壓作用下克服制動彈簧力，一起向遠(yuǎn)離基座安裝板方向移動，壓力盤將彈簧緊壓在彈簧室（即活塞）上，使施加于制動盤上的夾緊力松開，兩制動盤及中間盤在盤自動隨位裝置作用下復(fù)位，動力系統(tǒng)軸自由轉(zhuǎn)動。當(dāng)壓力氣釋放時，彈簧壓向壓力盤，壓力盤、制動盤、制動系統(tǒng)中的中間盤在彈簧力作用下作相對軸向運動，從而夾緊制動盤，將高速旋轉(zhuǎn)的動力系統(tǒng)軸制動。

二、具體研發(fā)過程：

1.深入調(diào)查研究，為確立方案提供有力理論依據(jù)

該項目立項后，積極搜集國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料及資訊，了解國際相關(guān)技術(shù)前沿水平，設(shè)計理念立足于優(yōu)化產(chǎn)品性能，以用戶實際需求為重心，挖掘潛能;以國際前沿技術(shù)水平美國E.T氣動全盤制動器為依托，消化吸收國外先進(jìn)設(shè)計理念，結(jié)合實踐，初步制訂制動器的整體結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)及各項外形尺寸等。

2.制定具體設(shè)計方案

依據(jù)調(diào)研結(jié)果，初步確定技術(shù)方案，以國際前沿技術(shù)水平為依托，在吸收消化國外先進(jìn)技術(shù)和結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，開發(fā)研制這種新型結(jié)構(gòu)理念的氣動全盤制動器：

1）該產(chǎn)品整機結(jié)構(gòu)采用創(chuàng)新分體、緊密嵌合式結(jié)構(gòu)設(shè)計，首次將氣缸、活塞式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于全盤式制動器，改變傳統(tǒng)整體氣囊式結(jié)構(gòu)，變動活塞、靜氣缸式運動為靜活塞、往復(fù)動氣缸式運作，整機結(jié)構(gòu)及工作原理科學(xué)可行，制動效果顯著，在滿足市場和用戶需求的前提下，從根本上解決生產(chǎn)加工、安裝維護(hù)等問題，大大延長制動器使用壽命和提高系列配套化程度。

2）提供摩擦盤分離裝置保證制動器充分松開，避免制動器松開時摩擦片在制動盤表面的非正常磨損。

3） 創(chuàng)新研究磨擦材料磨損后內(nèi)部動盤和靜盤補償調(diào)整的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保機構(gòu)磨損后一定范圍內(nèi)較穩(wěn)定的制動力距值及動、靜盤間的退距值。

其具體方案如下：

（1）為保證氣動全盤制動器摩擦片的有效磨損厚度及加工、使用維護(hù)的便利，提高制動器整機壽命，動力源采用氣缸、活塞式結(jié)構(gòu)，大大增加其有效行程，且較傳統(tǒng)整體氣囊式結(jié)構(gòu)更易于加工控制，使用壽命長。

（2） 產(chǎn)品整機結(jié)構(gòu)改傳統(tǒng)整體式設(shè)計為創(chuàng)新分體、緊密嵌合式結(jié)構(gòu)設(shè)計，從根本上解決加工、安裝等問題，大大延長制動器使用壽命。

（3） 設(shè)計初期立足優(yōu)化產(chǎn)品性能，在產(chǎn)品內(nèi)部配有轉(zhuǎn)盤對中心定位裝置，摩擦盤自動分離裝置，確保制動器松開時兩邊退距均等。

（4） 易于加工、更換摩擦片結(jié)構(gòu)設(shè)計，且摩擦片需固定在靜盤上。

（5）探索研究大型全盤制動器領(lǐng)域磨擦材料磨損后內(nèi)部動盤和靜盤補償調(diào)整的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保機構(gòu)一定范圍內(nèi)較穩(wěn)定的制動力距值及動、靜盤間的退距值。

（6） 所有產(chǎn)品部件都由螺栓疊裝固定，可以即時觀察摩擦盤和制動盤的磨損程度及其間隙情況，且散熱性能好。

（7）以制動彈簧數(shù)量的不同，來調(diào)整優(yōu)化其制動力矩。制動彈簧被包容在易拆卸的組件中，日常維修無需取出。

3.樣機設(shè)計及試制

結(jié)構(gòu)方案經(jīng)總體優(yōu)化初定， 而如何在最小空間位置內(nèi)實現(xiàn)較大制動力距是本次研發(fā)重點;如何把優(yōu)化性能理念結(jié)合整機結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成實際科學(xué)可行的具體結(jié)構(gòu)方案，以滿足用戶潛在需求是本次設(shè)計難點。

滿足外形尺寸要求下的具體相關(guān)結(jié)構(gòu)布局：

1）內(nèi)部加裝盤自動隨位裝置及動盤、靜盤補償調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計;

2）為滿足性能要求下密封圈的選取;

3）18根制動彈簧及內(nèi)部兩種付彈簧（16根）在有限空間位置實現(xiàn)較大制動力距的調(diào)整設(shè)計;

4）氣缸、活塞式結(jié)構(gòu)動力裝置與制動系統(tǒng)緊密嵌合的結(jié)構(gòu)設(shè)計;

主要方案設(shè)計過程中，考慮到該產(chǎn)品使用場合的特殊性限制，為克服較大的電機軸向顫動，保證靜止的摩擦盤和制動盤在制動器松開時無相對摩擦，為用戶著想，大大增加摩擦片使用壽命，減少維修費用，針對制動器兩個動盤和靜盤間間隙值需設(shè)計較大，因而動力源的工作行程需取較大值，在滿足其他結(jié)構(gòu)尺寸前提下，關(guān)鍵就是動力源結(jié)構(gòu)中兩密封圈的選取。

經(jīng)收集密封圈相關(guān)技術(shù)資料，并與各廠家技術(shù)人員溝通交流，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有國內(nèi)能選用的密封圈寬度都太大，難以滿足使用要求，后經(jīng)反復(fù)篩選，與國內(nèi)某密封圈生產(chǎn)廠家技術(shù)人員深入探討，發(fā)現(xiàn)并選購到了合適的密封圈。

根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，摩擦片材質(zhì)需選用耐磨性能好，熱傳導(dǎo)性能好且盡量避免對制動盤的非正常損耗。結(jié)構(gòu)采用扇形設(shè)計，表面有明顯磨損標(biāo)記槽，方便日常加工、裝配維修。

樣機試制問題：

（1）彈簧室與氣缸均為鑄件，由于該結(jié)構(gòu)為分體、緊密嵌合式，首件入廠檢查，外形尺寸超出正常范圍，難以相互嵌合，重新返工。

（2）整機裝配時，中間盤、壓力盤上12個均布連接配鉆孔難以裝配，隨又協(xié)調(diào)檢查人員查找原因，發(fā)現(xiàn)由于現(xiàn)有設(shè)備加工精度的局限性，導(dǎo)致12個均布孔的位置度不合要求，裝配時需有方向性，雙盤外形對稱均布，也較難識別各對應(yīng)孔。因而在后續(xù)圖紙設(shè)計中，需對其外圓形狀稍做改動，以便識別各對應(yīng)孔位。

（3）彈簧室、壓力盤、中間盤和基座板上均布的12個關(guān)聯(lián)孔的加工，由于加工時只注重兩盤的配鉆孔，而未與彈簧室、基座板相應(yīng)底孔配鉆，造成裝配時雙頭螺桿傾斜別勁，帶動夾管傾斜，嚴(yán)重影響整機動作。重又返修中間盤、壓力盤的12個配作孔，加大其間隙值，同時返修12根夾管，盡量彌補前期加工誤差。

經(jīng)完善、改進(jìn)，完成樣機試制工作，并通過了河南省制動器工程技術(shù)研究中心組織的產(chǎn)品檢測，各項性能參數(shù)均達(dá)到設(shè)計要求，為后序相關(guān)系列產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計及試制加工打下了良好的基礎(chǔ)。

三、技術(shù)特征：

本項目創(chuàng)新點首先是產(chǎn)品設(shè)計理念的突破，具體如下：

（1） 動力裝置采用靜活塞、往復(fù)缸動式結(jié)構(gòu)設(shè)計。將氣缸、活塞式結(jié)構(gòu)應(yīng)用于全盤式制動器，改變傳統(tǒng)動活塞、靜氣缸式運動為靜活塞、往復(fù)動氣缸式運作，整機結(jié)構(gòu)及工作原理科學(xué)可行，制動效果顯著。

（2）產(chǎn)品整機結(jié)構(gòu)改傳統(tǒng)整體式設(shè)計思路為創(chuàng)新分體、緊密嵌合式結(jié)構(gòu)設(shè)計，制動盤、氣缸、制動系統(tǒng)、連接軸等各大部件各成一體，緊密嵌合，加工、安裝、使用維護(hù)，無需整機拆卸，且標(biāo)準(zhǔn)化程度高，操作簡便，大大延長制動器使用壽命，且散熱性能良好;

其次是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，具體如下：

（1） 在產(chǎn)品內(nèi)部配有轉(zhuǎn)盤對中心定位裝置，摩擦盤自動分離裝置，確保制動器松開時兩邊退距均等。

（2） 易于加工、更換摩擦片結(jié)構(gòu)設(shè)計。分裂式摩擦片固定在靜盤上，有明顯的磨損標(biāo)記槽。

（3） 創(chuàng)新研究磨擦材料磨損后內(nèi)部動盤和靜盤補償調(diào)整的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保機構(gòu)一定范圍內(nèi)較穩(wěn)定的制動力距值及動、靜盤間的退距值。

（4） 所有產(chǎn)品部件都由螺栓疊裝固定，可以即時觀察摩擦盤和制動盤的磨損程度及其間隙情況，且散熱性能好。

四、目前該產(chǎn)品在生產(chǎn)、應(yīng)用中有待提高之處：

（1） 彈簧室與氣缸均為鑄件，外協(xié)加工配合面粗糙度需進(jìn)一步提高。

（2） 彈簧室、壓力盤、中間盤和基座板上均布的12個關(guān)聯(lián)孔的加工需配作，且注意方向性，不易加工。

（3） 對摩擦片材質(zhì)性能要求較高。

針對以上問題，需進(jìn)一步完善加工工藝，不斷優(yōu)化產(chǎn)品各項性能，提高整機質(zhì)量，以取得更大的經(jīng)濟效益和社會效益。

結(jié)論：

本文研究了一種新型的為工業(yè)重負(fù)荷應(yīng)用而設(shè)計的氣動全盤制動器，是以彈簧制動，壓力氣釋放，集制動盤、氣缸、制動系統(tǒng)、連接軸于一體的集成化產(chǎn)品。與其他制動器設(shè)計相比較，摩擦材料接觸面積大，允許磨損容量大，抗磨損性能好，熱容量高，且增加制動盤數(shù)量可成倍提高其制動力距。因其結(jié)構(gòu)緊湊，制動力矩大而被廣泛應(yīng)用于各種電鏟、液壓挖掘機、壓力機、傳送機上。

該產(chǎn)品在技術(shù)上經(jīng)過不斷改進(jìn)、創(chuàng)新，實踐中不斷完善，其性能優(yōu)越，性價比高，在結(jié)構(gòu)與性能上都遠(yuǎn)優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品，總體性能水平與制造技術(shù)目前處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。該制動器水平代表著全盤制動器發(fā)展的前沿方向，與美國E.T氣動全盤制動器性能相當(dāng)，可完全替代進(jìn)口產(chǎn)品，因此產(chǎn)品市場開發(fā)潛力較大，推廣應(yīng)用前景十分廣闊。