劉祥

(江蘇省金象傳動(dòng)設(shè)備股份有限公司，江蘇 淮安 2 2 3 0 0 1)

行走減速機(jī)停車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及其故障分析

劉祥

(江蘇省金象傳動(dòng)設(shè)備股份有限公司，江蘇 淮安 2 2 3 0 0 1)

針對(duì)行走減速機(jī)制動(dòng)性能差，故障頻發(fā)的問(wèn)題，對(duì)行走減速機(jī)的停車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)理論分析和計(jì)算方法的研究，并結(jié)合產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用對(duì)該制動(dòng)系統(tǒng)的常見(jiàn)故障進(jìn)行了分析，提出了具體的解決措施。

行走減速機(jī)；制動(dòng)；摩擦片；故障分析

行走減速機(jī)是一種封閉式差動(dòng)行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、承載能力強(qiáng)、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于挖掘機(jī)、掘進(jìn)機(jī)、起重機(jī)等工程機(jī)械的履帶及輪邊驅(qū)動(dòng)裝置。停車制動(dòng)系統(tǒng)是行走減速機(jī)的核心部件，也是行走減速機(jī)的故障高發(fā)點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)眾多廠家已經(jīng)引進(jìn)了國(guó)外的先進(jìn)產(chǎn)品進(jìn)行拆機(jī)測(cè)繪，由于缺乏設(shè)計(jì)理論依據(jù)，所模仿的結(jié)構(gòu)只能做到“形似而神不似”，其制動(dòng)性能很難達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品要求。本文針對(duì)行走減速機(jī)停車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)理論分析和計(jì)算方法的研究，并對(duì)該制動(dòng)系統(tǒng)的常見(jiàn)故障進(jìn)行分析。

1 結(jié)構(gòu)形式和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)形式

圖1所示為行走減速機(jī)的停車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。該制動(dòng)系統(tǒng)是一種內(nèi)置于減速機(jī)的常閉多片式濕式制動(dòng)器，主要由固定法蘭、摩擦片、鋼片、活塞等組成。其中，摩擦片采用銅基粉末冶金；鋼片采用彈簧鋼并經(jīng)淬火處理；摩擦片通過(guò)花鍵與固定法蘭連接，鋼片通過(guò)花鍵與花鍵套連接；花鍵套左端連接馬達(dá)，右端連接輸入齒軸；活塞與固定法蘭之間通過(guò)密封圈形成油腔；活塞左端面有數(shù)對(duì)盲孔，每個(gè)盲孔內(nèi)裝大小彈簧各一只，形成組合彈簧。

1.2 工作原理

當(dāng)工程機(jī)械停止行走或停于坡道上時(shí)，內(nèi)置于活塞的彈簧組驅(qū)動(dòng)活塞向右運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)活塞右端面壓緊摩擦片和鋼片，在各組摩擦片和鋼片之間摩擦力的作用下，使花鍵套和固定法蘭之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的停車制動(dòng)。當(dāng)工程機(jī)械行走時(shí)，通過(guò)固定法蘭端面的制動(dòng)油口向油腔內(nèi)注入高壓油，驅(qū)動(dòng)活塞壓縮彈簧并向左運(yùn)動(dòng)，摩擦片和鋼片分離，從而解除制動(dòng)。另外，需要說(shuō)明的是：由于該制動(dòng)系統(tǒng)屬于靜態(tài)制動(dòng)，需要設(shè)備停穩(wěn)方可進(jìn)行制動(dòng)，設(shè)備行進(jìn)時(shí)解除制動(dòng)要先于輸入馬達(dá)的加載。

圖1 行走減速機(jī)的停車制動(dòng)系統(tǒng)

2 停車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 確定最小靜態(tài)制動(dòng)力矩

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，最小靜態(tài)制動(dòng)力矩

其中，1T為減速機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩，Nm；

2.2 計(jì)算摩擦轉(zhuǎn)矩

根據(jù)制動(dòng)條件可知，摩擦轉(zhuǎn)矩μT應(yīng)大于等于最小靜態(tài)制動(dòng)力矩，即：

摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩如圖2所示，具體公式為：

其中，Z為摩擦片和鋼片的結(jié)合面數(shù)，即摩擦片數(shù)量為Z+1，鋼片數(shù)量為Z；μ為摩擦系數(shù)；P為結(jié)合面上的壓力，小于摩擦片的許用壓力，MP a；R1、R2為摩擦片的內(nèi)外半徑，mm。

圖2 摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩

2.3 計(jì)算摩擦片和鋼片結(jié)合的軸向力

其中，P值由公式（1）和（2）確定。

2.4 計(jì)算活塞推力

2.5 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算

因摩擦片和鋼片結(jié)合所需的軸向壓力較大，且安裝空間受限制，因此采用組合彈簧。

具體方案是在活塞左端均布銑削數(shù)對(duì)盲孔，每個(gè)盲孔內(nèi)套裝大小彈簧各一只，形成組合彈簧。

組合彈簧在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）為了保證活塞的平穩(wěn)推進(jìn)，盲孔數(shù)量n必須是偶數(shù)。

（2）大小彈簧的強(qiáng)度和變形量要接近相等。

（3）為了保證組合彈簧的同心關(guān)系，防止大小彈簧產(chǎn)生歪斜現(xiàn)象，兩個(gè)彈簧的旋向應(yīng)相反，即一個(gè)右旋，另一個(gè)左旋。

（4）根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理及圖3所示的彈簧工作示意圖可得：

因此，在彈簧的設(shè)計(jì)和選擇應(yīng)滿足公式（3）和（4）（圖3）。

3 常見(jiàn)故障分析及解決措施

行走減速機(jī)在工作時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生設(shè)備溜車或無(wú)法停車，減速機(jī)滲出液壓油等故障。通過(guò)對(duì)配套于徐州徐工基礎(chǔ)工程機(jī)械有限公司的X R2 8 0 D型旋挖鉆機(jī)的行走減速機(jī)進(jìn)行拆機(jī)檢查，并根據(jù)公司售后服務(wù)的反饋數(shù)據(jù)，針對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的故障原因進(jìn)行了分析，同時(shí)提出了解決措施。

（1）摩擦片燒毀。由于該制動(dòng)系統(tǒng)屬于濕式制動(dòng)，摩擦片和鋼片必須浸入油中，因此，減速機(jī)在使用過(guò)程中要經(jīng)常檢查潤(rùn)滑油液位，防止發(fā)生摩擦片干燒，造成制動(dòng)失效。

（2）制動(dòng)彈簧疲勞失效，造成摩擦片結(jié)合的軸向壓力不夠，需要更換制動(dòng)彈簧。

（3）摩擦片長(zhǎng)期工作會(huì)導(dǎo)致其表面磨損，摩擦系數(shù)下降，甚至造成活塞自由往復(fù)距離增大，致使制動(dòng)彈簧力不足。這時(shí)需要更換摩擦片或增加調(diào)整環(huán)厚度。

（4）有異物進(jìn)入油缸，造成活塞卡死，無(wú)法自由移動(dòng)；將制動(dòng)活塞拆除并清洗和過(guò)濾液壓系統(tǒng)液壓油，提高液壓油清潔度。

（5）在制動(dòng)時(shí)，如果油缸內(nèi)有背壓會(huì)損耗一部分制動(dòng)彈簧力，致使摩擦片結(jié)合的軸向壓力不足；檢測(cè)方法為在行走減速機(jī)制動(dòng)器接管處用壓力表檢測(cè)是否有壓力，若有壓力可通過(guò)檢查液壓系統(tǒng)解決此問(wèn)題。

圖3 大彈簧、小彈簧的工作示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種符合行走減速機(jī)的停車制動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)常見(jiàn)的故障做了有效分析，并提出了針對(duì)性的解決方案。該制動(dòng)系統(tǒng)有著傳遞扭矩大，體積小，無(wú)沖擊，起動(dòng)和閉合平穩(wěn)，可頻繁結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)摩擦片材料的耐磨性，彈簧的疲勞強(qiáng)度，油缸的密封性等有著更高的要求。

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