鐘云濤

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

關(guān)健詞：MCC400A自卸礦用車；前輪制動(dòng)故障；前輪制動(dòng)系統(tǒng)；制動(dòng)盤；改進(jìn)方案

1 引言

目前德興銅礦共有中冶京誠(chéng)湘潭分公司生產(chǎn)的MCC400A自卸礦用車11臺(tái)，主要用于礦石及剝離巖石土方的運(yùn)輸任務(wù)。MCC400A自卸礦用車的額定載重量為220t。礦用車自2013年在德興銅礦投入生產(chǎn)以來，由于作業(yè)環(huán)境存在全年降雨量較大、道路條件差、雨水偏酸性等不利情況，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，在設(shè)備載重運(yùn)行過程中前輪制動(dòng)器故障現(xiàn)象頻發(fā)。此故障發(fā)生后，將導(dǎo)致制動(dòng)器活塞密封漏油、制動(dòng)卡鉗損壞，甚至引起電動(dòng)輪前輪著火，會(huì)造成較大經(jīng)濟(jì)損失。前輪制動(dòng)器作為礦用車制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，能否正常工作將直接影響到礦車的行駛安全，因此，對(duì)前輪制動(dòng)故障進(jìn)行分析及優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)保障礦車的安全運(yùn)行具有非常重要的意義。

2 故障概述

2.1 故障部件

MCC400A自卸礦用車裝有全液壓控制的干盤行駛制動(dòng)系統(tǒng)［2］，制動(dòng)系統(tǒng)由恒壓變量柱塞泵提供的高壓油施加制動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)的主要功能是減速或在盡可能短的距離內(nèi)停住卡車，確保自卸車的行駛安全。而制動(dòng)器是制動(dòng)系統(tǒng)中最重要的執(zhí)行部件［3］，將制動(dòng)系統(tǒng)傳導(dǎo)過來的壓力油轉(zhuǎn)換成輪胎減速所需的制動(dòng)力。

2.2 故障現(xiàn)象

MCC400A自卸礦車在使用過程中，前輪制動(dòng)器故障頻發(fā)，主要故障現(xiàn)象有：制動(dòng)片、制動(dòng)盤異常磨損。通過對(duì)比額定載荷同為220t的小松830E自卸礦用車，MCC400A自卸礦車的前輪制動(dòng)器故障率遠(yuǎn)高于小松自卸礦用車。據(jù)統(tǒng)計(jì)，MCC400A自卸礦車的前輪制動(dòng)器平均故障檢修次數(shù)是4次/年。而在相同工況下運(yùn)行，且額定載荷相同的小松830E自卸礦用車的前輪制動(dòng)器平均故障檢修次數(shù)是1次/年。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，MCC400A自卸礦用車的前輪制動(dòng)器故障率明顯高于830E礦車。且在對(duì)故障時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析后，發(fā)現(xiàn)MCC400A礦車的前輪制動(dòng)器故障發(fā)生時(shí)間呈現(xiàn)一定的周期性。如此可以推測(cè)MCC400A自卸礦車的制動(dòng)系統(tǒng)可能存在設(shè)計(jì)上的缺陷。

3 前輪制動(dòng)原理及結(jié)構(gòu)

3.1 制動(dòng)系統(tǒng)概述

MCC400A自卸礦車的制動(dòng)控制系統(tǒng)由兩臺(tái)恒壓變量柱塞泵提供所需液壓油。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由裝在發(fā)動(dòng)機(jī)后面的萬向驅(qū)動(dòng)軸與泵驅(qū)動(dòng)裝置輸入端相連，其輸出帶動(dòng)兩個(gè)恒壓變量柱塞泵，為制動(dòng)系統(tǒng)提供液壓高壓油。從恒壓變量柱塞泵輸出的高壓油通過高壓過濾器、轉(zhuǎn)向制動(dòng)控制集成閥、進(jìn)入兩個(gè)制動(dòng)蓄能器、輔助制動(dòng)電磁閥和制動(dòng)踏板閥，控制制動(dòng)器的施加、釋放，完成制動(dòng)動(dòng)作。

制動(dòng)系統(tǒng)包括工作制動(dòng)、裝載制動(dòng)、駐車制動(dòng)三種主要功能，以滿足自卸礦車正常工作中不同工況的需要。工作制動(dòng)是通過控制雙油路踏板閥［4］的行程使行駛中的車輛減速或在最短的距離內(nèi)停車的一種制動(dòng)功能。裝載制動(dòng)是通過控制“裝載制動(dòng)開關(guān)”使車輛在裝載或卸載過程中使其不能自動(dòng)滑動(dòng)的一種制動(dòng)功能。駐車制動(dòng)是通過操縱“駐車制動(dòng)開關(guān)”使已經(jīng)停駛的車輛駐留原地不動(dòng)的一種制動(dòng)功能。

3.2 制動(dòng)工作原理

可控制前輪制動(dòng)器的是工作制動(dòng)、裝載制動(dòng)。這兩種制動(dòng)形式的工作過程如下。

（1）工作制動(dòng)：操作人員通過控制制動(dòng)踏板行程來改變制動(dòng)踏板閥閥芯的開啟量，從而控制系統(tǒng)和制動(dòng)蓄能器的供油量，最終達(dá)到控制前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力大小的目的。當(dāng)踏板被踩下時(shí)，雙油路踏板閥內(nèi)的各閥同時(shí)將各自蓄能器的油輸送至車輪制動(dòng)器（以與兩個(gè)制動(dòng)踏板行程成比例的壓力）。踏板被踩下得越多，制動(dòng)力則越大，從而是操作人員有很強(qiáng)的控制感。正常情況下，在車輛速度低于5km/h時(shí)才能使用液壓制動(dòng)，特殊、緊急情況下可使用工作制動(dòng)實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)。

（2）裝載制動(dòng)：裝載制動(dòng)的主要功能是在卡車裝載或卸載時(shí)固定住卡車。制動(dòng)器鎖定施加前、后輪制動(dòng)器。在雙油路踏板閥故障或當(dāng)車速低于5km/h時(shí)，它還提供一種停住卡車的輔助方式。裝載制動(dòng)時(shí)，打開儀表臺(tái)上的“裝載制動(dòng)開關(guān)”，控制輔助制動(dòng)集成閥組的裝載制動(dòng)電磁閥的通斷，由系統(tǒng)及制動(dòng)蓄能器供壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)向制動(dòng)集成閥組后，經(jīng)過輔助制動(dòng)集成閥組中的裝載制動(dòng)電磁閥流入雙油路踏板閥先導(dǎo)腔，操作踏板柱塞下壓。在雙油路踏板閥中有2個(gè)閥，一個(gè)提供用于前制動(dòng)器的壓力，另一個(gè)閥提供用于后制動(dòng)器的壓力。當(dāng)踏板柱塞下壓時(shí)，提供前、后制動(dòng)器壓力的兩個(gè)閥同時(shí)將動(dòng)作，其壓力油輸送至制動(dòng)器，前、后制動(dòng)器同時(shí)工作（見圖1）。工作制動(dòng)、裝載制動(dòng)共用一套制動(dòng)裝置。裝載制動(dòng)主要是車輛在裝卸時(shí)使用，不能用作駐車制動(dòng)，因?yàn)樵谑褂醚b載制動(dòng)時(shí)，油壓有所消耗，如果發(fā)動(dòng)機(jī)短時(shí)停機(jī)，使油壓下降，最終導(dǎo)致制動(dòng)失效。

3.3 前輪制動(dòng)器結(jié)構(gòu)

前輪制動(dòng)器包括左、右前輪制動(dòng)器（圖2）。左、右前輪制動(dòng)器大小、結(jié)構(gòu)相同，對(duì)稱分布于左、右前輪，每邊前輪制動(dòng)器總成右四副制動(dòng)鉗，每副制動(dòng)鉗包含三對(duì)活塞，進(jìn)入制動(dòng)活塞腔內(nèi)的壓力油推動(dòng)活塞壓制動(dòng)蹄片，使其鉗住制動(dòng)盤而起制動(dòng)作用。

4 故障原因分析

根據(jù)MCC400A自卸礦車的前輪制動(dòng)器結(jié)構(gòu)及工作原理，并通過對(duì)前輪制動(dòng)器故障件的檢測(cè)分析，得出可能的故障原因如下。

圖1 裝載制動(dòng)控制原理圖

圖2 前制動(dòng)器總成

（1）制動(dòng)盤與制動(dòng)片的配合尺寸不合理，導(dǎo)致制動(dòng)片、制動(dòng)盤的異常磨損。礦車在釋放制動(dòng)的情況下正常行駛，因前輪制動(dòng)盤與制動(dòng)片配合間隙過小，在釋放制動(dòng)力的情況下，制動(dòng)盤與制動(dòng)片仍存在接觸摩擦［5］。為了證實(shí)上述推測(cè)，實(shí)驗(yàn)人員在確保安全的情況下，斷開了一臺(tái)MCC400A自卸礦車的前輪制動(dòng)控制油路，保留后輪制動(dòng)控制系統(tǒng)，使得礦車在使用工作制動(dòng)、或裝載制動(dòng)時(shí)只能施加后輪制動(dòng)，而無法施加前輪制動(dòng)。然后讓駕駛員操作該自卸礦車行駛一段距離，當(dāng)?shù)V車?yán)煤筝喼苿?dòng)系統(tǒng)停車后，實(shí)驗(yàn)人員用測(cè)溫儀器檢測(cè)了此時(shí)礦車前輪制動(dòng)盤的溫度，發(fā)現(xiàn)在釋放前輪制動(dòng)的情況下，前制動(dòng)盤仍然有80℃左右的溫度存在［6］，這就證明了上述推測(cè)是成立的，制動(dòng)盤與制動(dòng)片在前制動(dòng)釋放的情況下仍存在接觸摩擦。

（2）施加裝載制動(dòng)時(shí)，前輪制動(dòng)同時(shí)施加，增加了前輪制動(dòng)的使用頻率，加速了前輪制動(dòng)片、制動(dòng)盤的磨損。對(duì)比與MCC400A礦車額定載荷、前后輪制動(dòng)器型號(hào)規(guī)格、及控制壓力基本相同的小松83OE型礦車，830E礦車在施加裝載制動(dòng)時(shí)，只施加后輪制動(dòng)器，且在滿載的情況下，仍能為礦車提供足夠的制動(dòng)力，固定住礦車。為了證實(shí)MCC400A礦車的后輪制動(dòng)器提供的制動(dòng)力足以固定住重載時(shí)的礦車，實(shí)驗(yàn)人員在確保安全的情況下，斷開礦車的前輪制動(dòng)器控制油路，使得礦車在使用裝載制動(dòng)時(shí)，前輪制動(dòng)無法施加。然后觀察滿載的礦車在只施加后輪制動(dòng)的情況下，能否按要求固定住礦車。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使在只有后輪制動(dòng)施加的情況下，滿載狀態(tài)的礦車依舊能被固定住。由此證明，MCC400A礦車在使用裝載制動(dòng)時(shí)，同時(shí)施加的前輪制動(dòng)力是冗余的，施加后輪制動(dòng)所提供的制動(dòng)力足以滿足固定住礦車的需求。

5 優(yōu)化改進(jìn)方案及效果

5.1 改進(jìn)方案

根據(jù)故障分析結(jié)果，針對(duì)MCC400A礦車前輪制動(dòng)系統(tǒng)提出以下改進(jìn)措施：

（1）重新設(shè)計(jì)前輪制動(dòng)盤與制動(dòng)片的配合尺寸。根據(jù)科學(xué)的計(jì)算、分析，調(diào)整制動(dòng)盤與制動(dòng)片的配合間隙，防止礦車在正常行駛中制動(dòng)盤與制動(dòng)片發(fā)生接觸摩擦，改善前輪制動(dòng)盤、制動(dòng)片的異常磨損情況。具體調(diào)整方案如下。

在不修改制動(dòng)片尺寸的情況下，將原制動(dòng)盤的厚度調(diào)整到合適尺寸，以確保在制動(dòng)活塞縮回時(shí)，制動(dòng)片與制動(dòng)盤處于非接觸的狀態(tài)。同時(shí)增大的間隙量也不會(huì)影響活塞伸出時(shí)，制動(dòng)盤與制動(dòng)片產(chǎn)生的摩擦力。

（2）重新設(shè)計(jì)裝載制動(dòng)控制系統(tǒng)，切斷作用在前輪制動(dòng)的制動(dòng)壓力，使得裝載制動(dòng)施加時(shí)，只是控制后輪制動(dòng)器作用。具體設(shè)計(jì)方案如下。

更改裝載制動(dòng)電磁閥控制雙油路踏板閥的油路，將連接在雙油路踏板閥的一端改接到后制動(dòng)器的控制油路上。這樣，原本流入雙油路踏板閥先導(dǎo)腔的壓力油經(jīng)裝載制動(dòng)電磁閥控制后，進(jìn)入后輪工作制動(dòng)器（見圖3）。

圖3 改造后的裝載制動(dòng)控制原理圖

5.2 實(shí)施效果

采用上述方案對(duì)MCC400A自卸礦車的前輪制動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)后，對(duì)前輪制動(dòng)盤、制動(dòng)片的使用情況進(jìn)行了為期兩年的跟蹤記錄。結(jié)果表明前輪制動(dòng)盤、制動(dòng)片未再出現(xiàn)異常磨損情況，MCC400A自卸礦車的前輪制動(dòng)器平均故障檢修次數(shù)由4次/年下降到0.5次/年。前輪制動(dòng)盤、制動(dòng)片的使用周期已達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過重新設(shè)計(jì)前輪制動(dòng)盤與制動(dòng)片的配合尺寸、裝載制動(dòng)控制系統(tǒng)方案實(shí)施的成效來看，前輪制動(dòng)盤、制動(dòng)片異常磨損情況得到了有效的改善，

前輪制動(dòng)故障率的降低，確保了礦車的行駛安全。生產(chǎn)廠家對(duì)MCC400A型2代自卸礦車的前輪制動(dòng)控制系統(tǒng)改進(jìn)后，經(jīng)過兩年的運(yùn)行測(cè)試，前輪制動(dòng)器使用正常，沒有再出現(xiàn)前輪制動(dòng)盤、制動(dòng)片異常磨損的情況，改進(jìn)效果明顯。