周 輝

（晉能集團(tuán)金辛達(dá)煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

在礦井開采中防爆無軌膠輪車被廣泛使用，它是一種高性能、高效率、占用人員少及安全性更高的輔助運輸工具。煤礦開采的地域不同，環(huán)境復(fù)雜程度不一，為了解決傳統(tǒng)運輸中行駛速度緩慢、效率較低及環(huán)境適應(yīng)性差等問題，防爆無軌膠輪車大量投入使用。由于濕式多盤制動器的特殊結(jié)構(gòu)及具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，非常符合防爆無軌膠輪車的使用要求，在防爆無軌膠輪車中得到廣泛應(yīng)用。因此，對無軌膠輪車輪邊的多盤制動器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而使無軌膠輪車的制動更加安全可靠。

1 無軌膠輪車的特點

防爆無軌膠輪車的運輸系統(tǒng)分為機車運行巷道、運行路面、設(shè)備、無軌運輸系統(tǒng)硐室、配套設(shè)施以及安全裝備等。其中機車運行巷道中車輛距巷道兩側(cè)的附著物的突出部分大于等于0.6 m，距頂板吊掛物的突出部分大于等于0.3 m。機車的運行路面分為天然路面和人工路面。

無軌膠輪車的設(shè)備按運輸能力和用途可分為重型支架搬運車、中型多用途車及自卸車、小型多用途車及客貨兩用車等。

由于防爆無軌膠輪車的無軌道的限制，具有設(shè)備性能優(yōu)良、適應(yīng)性較強、靈活性高、安全可靠的特點[1-2]。防爆無軌膠輪車較傳統(tǒng)的輔助運輸方式而言，其最主要的優(yōu)勢是運速快、運輸能力大、占用人員少且運輸效率高，可實現(xiàn)一次裝載后的直達(dá)運輸，從地面至采區(qū)工作面或從井口到采區(qū)工作面不經(jīng)轉(zhuǎn)載[3]。同時還具有很多優(yōu)點，例如車型較多、應(yīng)用范圍廣泛、爬坡能力強、載重性能好、運輸成本低、不受軌道限制、通過能力大、減人增效、初期投資費用低等[4]。

2 制動器的分析

2.1 制動器的設(shè)計原則

1）車輛需設(shè)置工作制動，并且該制動的最大靜態(tài)制動力必須符合50%機車的最大質(zhì)量。

2）車輛需設(shè)置停車制動，該制動在車輛的動力運行及動力停止運行時可以起作用。該裝置保證機車在規(guī)定的坡道上承載1.5 倍最大負(fù)荷時，可以保持靜止?fàn)顟B(tài)。

3）車輛額定載荷，初始速度為20 km/h 的平道上的制動距離應(yīng)小于等于8 m,若車輛的最大運行速度小于20 km/h，再流動損失，總壓也隨流動遞減[5-7]。

2.2 制動器的作用

1）駕駛員可使行駛的礦車強行減速甚至停車；

2）在各種道路上可使得已停駛的礦車穩(wěn)定駐車；

3）可使得正下坡行駛的礦車速度保持穩(wěn)定。

2.3 制動器的分類

制動器可分為塊式制動器及盤式制動器兩種。

2.3.1 塊式制動器

塊式制動器也稱鼓式制動器，它是通過制動塊在制動輪上壓緊來實現(xiàn)制動的?，F(xiàn)今的鼓式制動器主要是內(nèi)張式，它的制動塊位于制動輪的內(nèi)側(cè)，在制動的時候制動塊向外張開，摩擦制動輪的內(nèi)側(cè)，達(dá)到制動的目的。該制動器的優(yōu)點是具有良好的剎車性能。但在下雨天沾染雨水后容易發(fā)生打滑現(xiàn)象，嚴(yán)重時會造成剎車失靈的狀況[8-10]。

2.3.2 盤式制動器

盤式制動器又可稱為碟式制動器。它是由液壓控制，制動盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動。該制動器的特點是散熱快、重量較輕、制動效果穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、高負(fù)載時耐高溫性能好等。和鼓式制動器相比，它沒有摩擦助勢作用而且輸出制動力矩相同的情況下，尺寸和質(zhì)量一般較??；制動盤沿厚度方向的熱膨脹量也很小。唯一的不足是它的成本較高。

但由于礦山使用的機械車輛通常在路面極差（坡度陡、彎道多、經(jīng)常有積水等）的煤礦井下工作，運行環(huán)境較為惡劣，巷道路面多崎嶇不平，巷道內(nèi)粉塵和煤泥比較多，且常有積水，還含有瓦斯，因而其使用的制動器除需滿足一定的制動力外，還必須防水、防爆、抗污染和穩(wěn)定可靠[11]；而且車輛本身質(zhì)量和負(fù)載很大，為了使工作效率更高，必須對制動器的性能要求更加嚴(yán)格。

由于制動器性能的優(yōu)劣直接影響到整車的性能。而其中盤式制動器中的全封閉式實施多盤制動器非常適合煤礦井下作業(yè)。相對于傳統(tǒng)的蹄鼓式制動器和鉗盤式制動器，全封閉多盤濕式制動器有以下的優(yōu)點[12-13]:

1）工作面積較大，在比較小的體積下仍有非常大的制動力矩，元件承受的壓力相對較低；

2）可以保持長距離的連續(xù)制動，在產(chǎn)生較高溫度時，也不會引起失控和失爆；

3）由于其為全封閉結(jié)構(gòu),因此車輛在泥水路面行駛時,制動性能好；

4）其為多片摩擦，使得摩擦片上單位面積受壓小，熱穩(wěn)定性能好；摩擦片還可浸在油中冷卻，散熱性好，使其使用壽命大大提高；

5）容易實現(xiàn)系列化及標(biāo)準(zhǔn)化；通過簡單地改變摩擦片的數(shù)目，可得到許多不同制動力矩的制動器；

6）使用維修都很方便，不需要調(diào)整間隙。

因此，全封閉濕式多盤制動器將替代傳統(tǒng)的蹄鼓式制動器，能徹底解決井下泥水多引起的制動失靈及失效的難題，實現(xiàn)無軌膠輪車輛的制動系統(tǒng)的防爆與安全，極大地改善車輛制動的平穩(wěn)性和對煤礦井下惡劣環(huán)境的適應(yīng)性。

3 濕式多盤式制動器的設(shè)計方案

3.1 制動器的總體結(jié)構(gòu)

圖1 為制動器的總體結(jié)構(gòu)，由高壓油腔和潤滑油腔兩部分組成，其主要零件為靜殼、活塞、靜壓盤、鋼片、粉片、動殼、動壓盤、碟簧組等。其工作原理是通過彈簧制動，液壓釋放；通過幾組碟形彈簧組壓縮作用到壓盤，使動壓盤移動，將彈簧力傳遞到摩擦片上，使得粉片和鋼片壓緊，從而使車輛產(chǎn)生制動；當(dāng)活塞腔充液后，活塞就會產(chǎn)生右移，會再次壓縮碟形彈簧組，這時鋼片和粉片就會逐漸脫離接觸，車輛解除制動。

隨著再生水大規(guī)模利用，在下游直接和間接使用達(dá)標(biāo)排放污水的用水戶與上游再生水使用者之間、各種再生水利用途徑之間會發(fā)生競爭，部分用戶的水權(quán)會受到影響。美國的水權(quán)制度對再生水利用的水權(quán)規(guī)定，傾向于不將污水的使用權(quán)納入原來的水權(quán)體系，即作為獨立的水資源種類在原有水權(quán)體系之外加以管理。只要不違反原有水權(quán)對排放地點的規(guī)定，且排放減少不造成下游經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的嚴(yán)重?fù)p失，一些州規(guī)定污水可以由污水處理廠再生利用，另一些州則規(guī)定可以在排入河道后發(fā)放許可證由其他用戶再生利用。

3.2 局部零件設(shè)計方案

3.2.1 摩擦片選取及布置

摩擦材料選取的要求：工作溫度不易過高；摩擦因數(shù)越高越穩(wěn)定；耐磨性好，受壓能力強；具有一定的耐油、耐濕、抗腐蝕及抗膠合性能；具有一定的機械強度和良好的制造工藝性等。

圖1 設(shè)計的制動器整體結(jié)構(gòu)方案

本設(shè)計的摩擦片材料為銅基粉末，壓強可達(dá)2.74～3.92 MPa。通過計算可知摩擦片共有7 個，粉片和鋼片是相間排列的，鋼片要比粉片多一個，所以粉片需要3 個，鋼片需要4 個，它們的排列結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 摩擦片

3.2.2 動殼零件的設(shè)計

鋼片外花鍵應(yīng)該應(yīng)和動殼的內(nèi)花鍵相匹配。并且在動殼和靜殼接觸處也要安裝浮封環(huán)進(jìn)行密封，其結(jié)構(gòu)如下圖3 所示。

圖3 動殼結(jié)構(gòu)

3.2.3 活塞零件的設(shè)計

粉片的內(nèi)花鍵應(yīng)和活塞的外花鍵相匹配。

3.2.4 動壓盤和靜壓盤零件設(shè)計

摩擦片兩側(cè)的鋼片要和壓盤7、11 緊貼著，動壓盤和靜壓盤的最大徑向尺寸和粉片外徑相關(guān)，靜壓盤和動壓盤的最小徑向尺寸和鋼片內(nèi)徑相關(guān)，靜壓盤緊貼靜殼并與之為一體，動壓盤和活塞緊貼用螺栓為一體。

3.2.5 靜殼零件的設(shè)計

在靜殼上有與活塞腔相通的進(jìn)油接口和排空嘴。而且需有與靜壓盤相通的通氣孔，最后留有與法蘭相接的螺栓孔。

3.2.6 碟簧組分布

碟簧組有10 組。疊在一起的碟形彈簧組通過螺栓來連接，碟簧組兩側(cè)分別壓在彈簧腔底和動壓盤上，同時用螺栓來固定，則碟簧組分布如圖4 所示。

圖4 10 組碟簧組分布圖

在潤滑油腔內(nèi)設(shè)計進(jìn)油接口和放油塞。安裝制動器時不僅要求動殼和輪轂連接，靜殼也需與法蘭用螺栓相連接。在設(shè)計過程中所需要一些標(biāo)準(zhǔn)零件如螺栓、墊圈、O 型圈等都需要查設(shè)計手冊來完成，而且在設(shè)計零件時還要查出它們所需的形位公差。

3.3 典型零件校核

3.3.1 活塞上花鍵校核

活塞（圖5）和摩擦片的花鍵副INT/EXT 105z×3 m×30P×7H/7h。GB/T 3478.1—1995：制動器輸入轉(zhuǎn)矩T=6 990 N·m，活塞外花鍵結(jié)合長度L=40 mm,所選條件是45 號鋼，硬度（HRC）為45～52 ，屈服強度為σ0.2=265 MPa，抗拉強度σb=520 MPa。

3.3.2 螺栓的校核

螺栓組的結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的是合理的確定螺栓的數(shù)目和布置形式，分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目應(yīng)取成偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時分度和劃線。

4 結(jié)論

無軌膠輪車的濕式多盤制動器，可提高并且保障制動器工作性能的可靠性，使得防爆無軌膠車的制動性能大幅度提升，提升生產(chǎn)效率。

圖5 活塞