略談無軌采礦運輸車輛停車制動器的設計問題

宋筆林

摘要：在采礦作業(yè)中，礦用運輸車需要長期工作與環(huán)境條件復雜、路況惡劣的密閉或是半密閉礦洞之中，由于空氣中充斥著大量的泥水、粉塵等雜質，這對其制動裝置的設計提出了極高的要求。本文將對干式制動器和濕式多盤制動器進行對比分析，在此基礎上探討濕式多盤制動器設計相關問題，為采礦運輸作業(yè)提供幫助。

關鍵詞：采礦運輸車;濕式多盤制動器;結構原理;設計

前言：制動器是通過將機械動能轉化為熱能的方式使車輛減速或是停止的一種機械裝置。當前階段，我國礦業(yè)生產作業(yè)中使用可大量的無軌膠輪車，為了保障其行車安全，必須基于采礦作業(yè)現(xiàn)場情況，對其制動器進行合理的選擇，在滿足制動力的基礎上，具備防爆、防水、抗污染等性能。在這樣的情況下，濕式多盤制動器逐漸取代傳統(tǒng)的蹄鼓式制動器和鉗盤式制動器。

1干式制動器和濕式多盤制動器

1.1干式制動器

過去礦用運輸車廣泛使用的干式制動器具有結構簡單、價格便宜、故障率低等優(yōu)點，但由于其制動器摩擦元件暴露于空氣之中，也未配備專門的制動裝置，制動過程中機械能大量轉化為熱能所帶來的高溫不僅會使制動塊出現(xiàn)形變，影響制動效果，甚至可能產生火花，引發(fā)粉塵爆炸事故。如下圖所示，為干式制動器的一般結構。

比較常用的干式制動器包括鼓式制動器和盤式制動器兩種，前者的特點是造價便宜、體積大，相對而言其抗熱衰減能力偏弱，制動的穩(wěn)定性較差。盤式制動器的特點是穩(wěn)定性強、反應靈敏，但需要配套使用助力裝置。

1.2濕式多盤制動器

濕式多盤制動器相較于干式制動器，在結構上更具優(yōu)勢，它將摩擦元件放置于一個密閉的空間中，并在其中填充冷卻油液，這樣可以有效限制制動過程中的溫度增長。由于這類制動器通常工作于環(huán)境條件惡劣的區(qū)域，對制動系統(tǒng)有著極高的要求，因此必要時應設置一套獨立的液壓系統(tǒng)，這使得裝置的維修成本大幅度增加。

對于礦用無軌運輸車，為了確保運輸工作的安全可靠，選擇濕式多盤制動器明顯更好，其全封閉式的結構能夠有效的適應礦井下的環(huán)境條件，與傳統(tǒng)采用的制動器相比，在相同制動力矩的情況下，濕式多盤制動器的外形尺寸更小。由于冷卻液的保護，即使是長距離的連續(xù)制動也能夠將溫度維持在合理范圍內，避免失控現(xiàn)象的發(fā)生。同時，全封閉式的結構在惡劣的路況之下可以確保制動更加穩(wěn)定。

實際生產中比較常見的濕式多盤制動器主要有兩種，即普通型濕式多盤制動器和失壓型濕式多盤制動器，其中礦用無軌運輸車多采用普通型，其結構如下圖所示。除了圖中所標注的回位彈簧、摩擦片和活塞之外，還包括動殼、靜殼、壓盤等部件。運輸車的四個車輪均需要安裝制動器。在車輛行駛的過程中，若是需要制動，工作人員只需腳踏閥控制注入液壓腔的油液量，以此獲得制動力。

目前，我國礦用運輸車所采用的濕式多盤制動器大多是從一些工程車輛上移植而來的，但礦用運輸車和工程車在車速以及運行范圍等方面均存在差別，這樣必然會引發(fā)一些不適癥狀，包括但不限于高壓油密封圈泄露、制動器高溫等。對此，技術人員必須要根據實際情況進行濕式多盤制動器的設計和裝配，如此才能確保礦用運輸車的正常運行。

2無軌采礦運輸車輛停車制動器的設計研究

2.1確定制動參數要求

在開展設計工作之前，首先需要對采礦運輸車制動參數要求進行調查確定。首先，采礦運輸車輛應設置工作制動，其最大靜態(tài)制動力應符合50%車輛的最大質量。其次，設置停車制動，保證車輛在承載1.5被最大負荷時可以在規(guī)定的坡道上保持靜止狀態(tài)。再次，車輛在額定荷載之下，其在平道上的制動距離必須保持在8m之內。

基于以上要求，對濕式多盤制動器的主要參數進行確定，包括摩擦片、活塞等參數。不僅如此，還要考慮安裝空間的大小，徑向應滿足安裝輪轂的要求，軸向上則需要考慮轉向節(jié)和驅動橋的結構尺寸。

2.2濕式多盤制動器主要部件的選型設計

首先，濕式多盤制動器的摩擦片應采用鋼片和帶襯面的鋼片，其厚度、材質、精度都要符合要求，在鋼片之上還需燒結一定厚度的粉末冶金材料。目前，最常用粉末冶金材料有銅基摩擦材料和紙基摩擦材料兩種，前者多用于高溫、高比壓環(huán)境條件下，且對噪聲與結合平穩(wěn)性沒有過于嚴格的要求。后者則多用于工作噪聲、接合穩(wěn)定性要求較高的工況。采用紙基摩擦材料更加有利于制動器結構尺寸大小的控制，因為它擁有較高的動摩擦系數，且成本更低。除此之外，為了有效控制摩擦副的溫度增長，通常會在摩擦材料表面設置數量不等、形式不一的油槽，比較常見的形式包括螺旋、弧形和徑向，它們所發(fā)揮的作用除了散熱之外，還有幫助接合、增大摩擦系數、排污等。在制動過程中，當冷卻油經過油槽和摩擦面時會進行充分的熱交換，提高冷卻速率，同時油槽還可以削減摩擦面油膜的厚度。在摩擦副脫排時，油槽則能破壞摩擦界面的油膜，促使摩擦片分離，在此過程中磨損脫落的磨粒將隨著油流一同排出。

其次，壓力彈簧的設計。在制動器中，壓力彈簧發(fā)揮的作用主要有兩種，其一是對摩擦副施加壓力，其二是助力摩擦副的松脫。在空間尺寸相同的條件下， 碟形彈簧的的承載能力遠大于螺旋彈簧，所以若螺旋彈簧的作用壓力不滿足要求時，可以替換為蝶形彈簧。濕式多盤制動器的壓力彈簧設計的形式通常是在摩擦片的環(huán)形面上布置多組彈簧，一組彈簧承載力要求為總壓力除以組數。若壓力彈簧的作用僅僅是松脫摩擦副，則承載能力的要求就相對較小，螺旋彈簧基本上可以滿足要求。壓力彈簧的參數設計應以其布置方案和結構為參考。

再次，浮動密封的選用。濕式多盤制動器的動、靜殼體所組成的潤滑油腔必須采用可靠性好、耐用性強的運動密封，這樣可以更好的適應礦井下惡劣的作業(yè)環(huán)境條件，通常選用浮動密封。浮動密封的結構也有兩種，分別是密封彈性體為O形的DO型以及密封彈性體為變異菱形的DF型，它們均是由兩個浮動的耐磨盡數密封環(huán)和2個密封彈性體構成，它所擁有的密封功能是通過2個相對滑動的浮封環(huán)和2個密封彈性被壓縮而產生的軸向作用來實現(xiàn)的。而浮封環(huán)密封面的預壓力則來源于密封彈性體的變形量，基于此，動、靜殼體浮封座腔的尺寸和安裝間距大小就顯得至關重要。若是預壓力過大，就會加快浮動密封的磨損速度，同時產生的熱量也會影響到制動系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。若是預壓力過小，則會影響到密封嚴實性，導致潤滑油滲漏的情況發(fā)生。在規(guī)格相同的情況下，DF型結構的尺寸明顯大于DO型結構，因此技術人員在選擇時必須首先考慮空間問題。

結語：綜上所述，無軌采礦運輸車輛的制動器設計直接影響著其礦井下運輸作業(yè)的效果，基于安全性和穩(wěn)定性的考慮，應結合礦井下作業(yè)環(huán)境條件對濕式多盤制動器的各類參數進行合理的設置，滿足制動要求。

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