鄭珍泉，張寅州，靳彥國，李長旭

（北京華德液壓工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100176）

汽車吊回轉(zhuǎn)減速機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)工作臂的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，工作臂在工作過程中不允許任意轉(zhuǎn)動，因此必須用一個鎖緊裝置將回轉(zhuǎn)減速機(jī)鎖死，減速機(jī)輸入軸端的制動器通過彈簧壓緊剎車盤可以起到停車制動的作用。當(dāng)液壓油推開剎車盤，摩擦片打開，減速機(jī)輸入軸解除制動?；剞D(zhuǎn)減速機(jī)的制動系統(tǒng)是核心部件，制動系統(tǒng)的性能好壞直接決定了工作臂的穩(wěn)定性，本文通過對制動器的參數(shù)進(jìn)行理論分析計(jì)算，并通過校核和現(xiàn)場調(diào)試確定了設(shè)計(jì)參數(shù)的合理性。

1 減速機(jī)液壓制動器的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

回轉(zhuǎn)減速機(jī)的制動器屬于常閉多片式制動器，位于減速機(jī)的輸入端，由液壓油的壓力和彈簧壓力進(jìn)行開啟和閉合，制動器主要由摩擦片、鋼片、剎車盤、星型圈、彈簧組等組成，圖1 是該減速機(jī)制動器的結(jié)構(gòu)簡圖，1 為減速機(jī)的固定后蓋；2、3 為摩擦片和鋼片，是主要的制動元件；4 為輸入軸，與鋼片嚙合；5 為制動彈簧組；6 為剎車盤，在彈簧組合高壓油的作用下可以在后蓋內(nèi)滑動；7 為星型圈，起密封作用，防止高壓油泄露。

圖1 回轉(zhuǎn)減速機(jī)制動器結(jié)構(gòu)簡圖

1.2 工作原理

如圖所示，輸入軸通過花鍵與鋼片嚙合，后蓋通過花鍵與摩擦片嚙合，當(dāng)減速機(jī)不工作時，剎車盤在組合彈簧的作用下，將鋼片和摩擦片壓緊，多組摩擦片產(chǎn)生的摩擦力使鋼片和摩擦片沒有相對運(yùn)動，所以此時可以將輸入軸制動，實(shí)現(xiàn)工作臂的固定。

當(dāng)工作臂回轉(zhuǎn)時，液壓馬達(dá)會通過減速機(jī)后蓋上的制動油口輸入一股高壓油，高壓油產(chǎn)生的壓力大于彈簧壓緊的壓力，可以將剎車盤推開，從而使得摩擦片和鋼片分離，此時鋼片可以自由轉(zhuǎn)動，輸入軸可以由液壓馬達(dá)驅(qū)動，解除制動。

該制動系統(tǒng)屬于靜態(tài)制動，停車制動時，需要先將工作臂停穩(wěn)，再切斷高壓油的輸入，實(shí)現(xiàn)制動。工作臂旋轉(zhuǎn)的時候，也需要先在制動油口輸入高壓油解除制動后，再將液壓馬達(dá)驅(qū)動，星型圈可以起到密封的作用，防止液壓油的泄露。

2 制動器的技術(shù)要求和參數(shù)設(shè)計(jì)

減速機(jī)制動器在設(shè)計(jì)的時候，首先要考慮液壓馬達(dá)的輸入轉(zhuǎn)矩和制動器所需要的開啟油壓，同時還要考慮回轉(zhuǎn)臂在工作時可能會受到的沖擊和慣性所帶來的的附加載荷，所以在保證摩擦片許用要求的同時，制動彈簧所提供的制動力越大越好。

2.1 最小制動力矩的確定

（1）液壓馬達(dá)的輸出力矩為T=105Nm。

（2）在回轉(zhuǎn)減速機(jī)中，最小停車制動力矩應(yīng)該等于1.3倍的輸入扭矩，所以最小靜態(tài)制動力矩為：

（3）制動器開啟壓力為P=1.8～2MPa。

2.2 摩擦片數(shù)量的確定

已知摩擦片外直徑D=100mm。

摩擦片內(nèi)直徑d=72.5mm。

摩擦片和鋼片為1 組，1 組摩擦片之間會構(gòu)成兩個摩擦面，即摩擦片組數(shù)：

式中：n 為摩擦片組數(shù)（1 個摩擦片和1 個鋼片組合為一組）；m 為摩擦面數(shù)量；μ 為摩擦系數(shù)，該摩擦片材質(zhì)為銅基燒結(jié)摩擦材料，取μ=0.09～0.11；Pp摩擦片許用壓強(qiáng)，取Pp=3MPa。

將摩擦片尺寸參數(shù)帶入式（1）中，得出：n ≥1.4，這里取n=3。

該制動器選用3 組摩擦片。

2.3 彈簧組數(shù)的確定

制動器的彈簧選用60SiMnA 材質(zhì)，在保證制動力矩不變的情況下，為了節(jié)省空間，制動彈簧一般選用大彈簧套小彈簧形式的組合彈簧，減小了剎車盤的體積，為了防止彈簧發(fā)生歪斜，兩個彈簧的旋向應(yīng)該相反，且彈簧組數(shù)必須為偶數(shù)。下表1 為選用的組合彈簧的參數(shù)。

表1 組合彈簧參數(shù)表

摩擦片的開啟距離一般為h=0.2mm，得出摩擦片的總分離距離為H=h×m=1.4mm，取彈簧行程為1.5mm。彈簧在初始壓緊時，彈簧壓縮至26mm，制動器打開時，彈簧壓縮至24.5mm。經(jīng)計(jì)算，彈簧組在壓縮至26mm 時的彈力為F1=737.5，壓縮至24.5mm 時的彈力為F1=834.5。

摩擦片制動扭矩所需的最小壓緊力為：

剎車盤活塞外直徑為147mm，內(nèi)直徑為112mm，則剎車盤在1.8MPa 下產(chǎn)生的壓力為：

則所需的彈簧組數(shù)z 應(yīng)滿足：

得出7.9 ≤z ≤15.3，取z=12。

所以該制動器選用12 組組合彈簧。

3 制動器參數(shù)的校核

摩擦片的尺寸參數(shù)和彈簧的參數(shù)確定后，需要對所選的參數(shù)進(jìn)行校核，看是否滿足摩擦片的許用要求、制動器是否滿足制動要求、液壓油開啟壓力是否可以順利打開制動器。

3.1 摩擦片面壓的校核

摩擦片在初始制動作用下，受到彈簧壓緊力的作用，會在摩擦片表面產(chǎn)生一個壓強(qiáng)，這個壓強(qiáng)不允許超過摩擦片的許用壓強(qiáng)，即

摩擦片表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)為：

滿足摩擦片的使用要求。

3.2 制動器初始壓緊力的校核

制動器在彈簧初始壓緊力的作用下，產(chǎn)生的制動力矩為：

式中：K1為摩擦片修正系數(shù)，當(dāng)n=3 時，取K1=0.91

由式（6）可以得出：

滿足初始壓緊力矩的要求。

彈簧組數(shù)為12 組時，此時彈簧的初始壓緊力為

3.3 制動器開啟壓力的校核

制動器開啟時，彈簧壓縮至24.5mm，此時彈簧產(chǎn)生的總彈力為：

通過上述的校核可以得出，摩擦片選用3 組，彈簧選用12 組時，可以滿足摩擦片的許用要求，制動器的開始和鎖緊也滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

本文對汽車吊回轉(zhuǎn)減速機(jī)的液壓制動器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析，并對摩擦片的尺寸參數(shù)和彈簧的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了理論分析計(jì)算，然后對設(shè)計(jì)出的參數(shù)進(jìn)行校核，校核結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。在主機(jī)上進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試的過程中，減速機(jī)剎車制動和啟動效果都比較好，經(jīng)理論校核和試驗(yàn)表明，液壓制動器滿足使用要求。