段保江

(南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司)

梅山鐵礦5 m3運輸罐車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)改造

段保江

(南京梅山冶金發(fā)展有限公司礦業(yè)分公司)

Normet運輸罐車標(biāo)準(zhǔn)配備驅(qū)動橋設(shè)計為無循環(huán)冷卻裝置，在平坦道路或重載上行工況下，各項設(shè)備性能指標(biāo)都很好，但在長距離斜坡道重載向下行駛工況下，往往會導(dǎo)致剎車體溫度過高，設(shè)備制動性能下降，帶來安全隱患。為提高設(shè)備制動性能，增加制動系統(tǒng)的冷卻效果，滿足實際工況的使用要求，通過參數(shù)計算選取凱斯勒驅(qū)動橋代替原有橋，對橋安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，改造后完全能夠滿足實際使用的可靠性要求，實現(xiàn)罐車的安全性能優(yōu)化。

驅(qū)動橋 無循環(huán)冷卻裝置 結(jié)構(gòu)改造

目前，國內(nèi)外大多數(shù)礦山都采用濕噴作業(yè)支護(hù)，需要運輸罐車將混凝土砂石料運輸?shù)絿姖{地點。梅山鐵礦使用Normet 5 m3運輸罐車，用于運輸井下巷道噴漿支護(hù)所需要的混凝土。罐車下行斜坡道距離約3 km，下坡距離長，對設(shè)備制動性能要求高。2012—2014年使用期間，由于實際工況比設(shè)計工況惡劣，該設(shè)備在使用過程中，故障率較高，設(shè)備維修成本居高不下，更為嚴(yán)重的是，由于重載長距離下行，制動系統(tǒng)故障造成設(shè)備較大安全隱患，經(jīng)過分析比較，確定對設(shè)備驅(qū)動橋改造是經(jīng)濟(jì)、有效的解決方法。

1 罐車驅(qū)動橋結(jié)構(gòu)

Normet運輸罐車使用Nana 176行星減速橋，是機(jī)內(nèi)(半軸)制動器即Inboard制動器，最大特點是停車制動器與行車制動器都布置在橋的中央；動摩擦片通過內(nèi)花鍵與半軸相連，既可軸向移動又可以隨半軸回轉(zhuǎn)；半軸一端通過花鍵與輪邊減速器太陽齒輪相連，另一端通過花鍵與差速器半軸齒輪(標(biāo)準(zhǔn)齒輪)相連；靜摩擦片通過外花鍵與橋殼相連；只有軸向運動，無回轉(zhuǎn)運動；動力由主傳動的主動錐齒輪輸入，通過半軸帶動輪邊減速器太陽輪回轉(zhuǎn)；油缸推動制動壓板，使動摩擦片與靜摩擦片接合，從而達(dá)到制動的目的[1]。機(jī)內(nèi)(半軸)制動器結(jié)構(gòu)見圖1。

Normet運輸罐車橋在使用過程發(fā)現(xiàn)2個問題：

(1)由于該橋采用液壓制動彈簧釋放的行車制動器，而運輸罐車的主要工況是滿載長時間的下坡行駛，一旦液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障或發(fā)動機(jī)熄火，運輸罐車就會無法安全制動，從而造成事故。

圖1 機(jī)內(nèi)(半軸)制動器結(jié)構(gòu)

(2)該驅(qū)動橋所使用的制動器沒有強(qiáng)制冷卻功能，長距離下坡時由于頻繁的制動而使制動器過熱，摩擦片的摩擦系數(shù)降低而無法安全制動；另外摩擦片頻繁過熱大大降低了使用壽命，使得維修工作量大增，增加設(shè)備的維護(hù)成本，降低設(shè)備的使用效率。

從2012年7月—2015年1月，4臺罐車更換橋共計22次，其中由于橋串油故障導(dǎo)致更換的為15次，制動不靈為6次，溫度高為1次；橋串油故障占總故障次數(shù)的68%，橋串油的大多數(shù)原因是由于剎車體溫度高，導(dǎo)致密封損壞，所以解決剎車體冷卻問題是關(guān)鍵。根據(jù)以往的維修經(jīng)驗，有2種方法解決：①剎車體增加強(qiáng)冷卻功能，新增設(shè)一路液壓油用于冷卻；②增大摩擦接觸面積，即增大散熱面積。結(jié)合以上兩方面，最終考慮重新選擇橋類型。

2 代用驅(qū)動橋的選型

通過前期大量的調(diào)研，Kessler公司驅(qū)動橋可以滿足要求，該橋制動器的工作原理：橋使用彈簧制動液體冷卻制動器(Posi-stop制動器)，該制動器的外殼與空心主軸和橋殼固定，靜摩擦片與制動器外殼由花鍵連接。動摩擦片安裝在靜摩擦片之間，通過內(nèi)花鍵與輪轂相連，隨輪轂一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)起動柴油機(jī)時，壓力油推動制動活塞向右運動，壓緊螺旋彈簧，動、靜摩擦片松開，車輛運行。當(dāng)制動踏板踩下時，制動油缸的壓力油流回油箱，此時活塞在彈簧的作用下，壓緊動、靜摩擦片，制動車輛[2]。彈簧制動液體冷卻制動器結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 彈簧制動液體冷卻制動器

2.1 驅(qū)動橋型號

Normet原車驅(qū)動橋的靜承載能力是24 000 kg,運輸罐車空載質(zhì)量大約是10 670 kg，滿載質(zhì)量大約20 900 kg，空載時后橋荷重是3 890 kg，滿載時后橋荷重15 290 kg，外輪廓寬度為2 000 mm。根據(jù)要求選擇Kessler公司的D912系列驅(qū)動橋，外輪廓寬度改為2 000 mm,單橋最大靜承能力為65 000 kg。

2.2 驅(qū)動橋參數(shù)

2.2.1 速 比

Normet攪拌車用橋的齒數(shù)分別為差速器盤33，錐齒輪9，接盤14，行星27，太陽輪13，齒圈68。根據(jù)一級減速和輪邊減速的傳動比計算公式

i0=i1i2,

(1)

式中,i0為總傳動比；i1為一級減速器的傳動比，等于盤齒數(shù)目與錐齒數(shù)目的比值；i2為輪邊減速器的傳動比，i2=1+齒圈數(shù)目與太陽輪齒數(shù)的比值。

通過計算得出i0=22.3。kelsser公司D912系列驅(qū)動橋的速比是22.4，完全可以滿足要求。

2.2.2 制動距離

新驅(qū)動橋制動力矩為17 600 N·m，舊驅(qū)動橋的制動力矩為15500Nm，新橋制動力矩大于舊橋。

首先計算制動力，然后求出制動減速度，最后計算出車輛的制度距離。

(1)整車制動力計算。

FB=MB/RK，

(2)

式中，F(xiàn)B為整車制動力，N；MB為橋產(chǎn)生的制動總力矩，按雙橋計算，35 200 N·m；RK為輪胎的滾動半徑，0.58 m。

計算得出FB=60 689 N。

(2) 制動加速度計算。略去空氣阻力和滾動摩擦阻力，坡度角為0°，此時制動負(fù)加速度J為

J= FB/G/δ0,

(3)

式中,J為制動負(fù)加速度，m/s2；G為罐車工作質(zhì)量，20 900 kg;δo為與車輛相連的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)，1.04。

計算得出J=2.792 m/s2。

(3)制動時間計算。

t=v/J ，

(4)

式中，v為滿載限定速度，20 km/h。

計算得出t=1.989 s。

(4)制動距離計算。

(5)

計算得出s=5.522 m。

按照井下安全行車要求，當(dāng)滿載時速為20 km/h時，制動距離不大于10.2 m，由此可以確定，所選驅(qū)動橋的制動力矩完全滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。

綜上所述，所選新橋在傳動比、制動性能上都能滿足要求，符合梅山鐵礦的工況及相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。

3 替代驅(qū)動橋與罐車結(jié)合改造

替代驅(qū)動橋與原橋尺寸相差無幾，對整體車架不需要改動，對液壓管路和傳動系統(tǒng)也不要變動，只需要對前機(jī)架局部安裝位置進(jìn)行調(diào)整，以滿足替代驅(qū)動橋與機(jī)架的可靠連接，同時滿足其他部件的安裝尺寸。

3.1 前機(jī)架的改造

前機(jī)架的改造主要是前橋擺動架的安裝，圖3為原設(shè)備橋與機(jī)架連接方式。由于選用的驅(qū)動橋連接方式與Normet原車車橋的連接方式完全不一樣，需重新設(shè)計加工前橋擺動架、與前機(jī)架連接方式和結(jié)構(gòu)。按照最小改動且適合現(xiàn)場改動的原則，重新設(shè)計了前橋擺動，改進(jìn)擺動架擺動軸承為耐軸向沖擊的錐滾子軸承，并防塵密封。安裝時只需現(xiàn)場焊4塊連接板及相應(yīng)的加強(qiáng)筋板，簡單且適合在車間現(xiàn)場進(jìn)行。改造后設(shè)備橋與機(jī)架連接方式見圖4。

3.2 后機(jī)架的改造

后機(jī)架的連接安裝只需去掉車橋連接板，根據(jù)所選車橋的連接尺寸加工連接板，現(xiàn)場焊接即可。

圖3 改造前原設(shè)備橋與機(jī)架連接方式

圖4 改造后設(shè)備橋與機(jī)架連接方式

4 結(jié) 語

根據(jù)改造后使用效果來看，運輸罐車完全能夠滿足重載下行時的各項設(shè)備性能需求，制動效果明顯改善，且罐車制動器使用壽命延長，可節(jié)約維修成本5 000～8 000元/(臺·a)，更重要的是能夠?qū)崿F(xiàn)罐車的安全運行，完全達(dá)到改造目的和要求。

[1] 張棟林.地下鏟運[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[2] 李文耀.工程機(jī)械底盤構(gòu)造與維修[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

2015-05-26)

段保江(1976—)，男，工程師，碩士，210041 江蘇省南京市雨花臺區(qū)西善橋鎮(zhèn)。