宋筆林

摘要：在采礦作業(yè)中，礦用運(yùn)輸車需要長(zhǎng)期工作與環(huán)境條件復(fù)雜、路況惡劣的密閉或是半密閉礦洞之中，由于空氣中充斥著大量的泥水、粉塵等雜質(zhì)，這對(duì)其制動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)提出了極高的要求。本文將對(duì)干式制動(dòng)器和濕式多盤制動(dòng)器進(jìn)行對(duì)比分析，在此基礎(chǔ)上探討濕式多盤制動(dòng)器設(shè)計(jì)相關(guān)問題，為采礦運(yùn)輸作業(yè)提供幫助。

關(guān)鍵詞：采礦運(yùn)輸車;濕式多盤制動(dòng)器;結(jié)構(gòu)原理;設(shè)計(jì)

前言：制動(dòng)器是通過將機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的方式使車輛減速或是停止的一種機(jī)械裝置。當(dāng)前階段，我國(guó)礦業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中使用可大量的無軌膠輪車，為了保障其行車安全，必須基于采礦作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)其制動(dòng)器進(jìn)行合理的選擇，在滿足制動(dòng)力的基礎(chǔ)上，具備防爆、防水、抗污染等性能。在這樣的情況下，濕式多盤制動(dòng)器逐漸取代傳統(tǒng)的蹄鼓式制動(dòng)器和鉗盤式制動(dòng)器。

1干式制動(dòng)器和濕式多盤制動(dòng)器

1.1干式制動(dòng)器

過去礦用運(yùn)輸車廣泛使用的干式制動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、故障率低等優(yōu)點(diǎn)，但由于其制動(dòng)器摩擦元件暴露于空氣之中，也未配備專門的制動(dòng)裝置，制動(dòng)過程中機(jī)械能大量轉(zhuǎn)化為熱能所帶來的高溫不僅會(huì)使制動(dòng)塊出現(xiàn)形變，影響制動(dòng)效果，甚至可能產(chǎn)生火花，引發(fā)粉塵爆炸事故。如下圖所示，為干式制動(dòng)器的一般結(jié)構(gòu)。

比較常用的干式制動(dòng)器包括鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器兩種，前者的特點(diǎn)是造價(jià)便宜、體積大，相對(duì)而言其抗熱衰減能力偏弱，制動(dòng)的穩(wěn)定性較差。盤式制動(dòng)器的特點(diǎn)是穩(wěn)定性強(qiáng)、反應(yīng)靈敏，但需要配套使用助力裝置。

1.2濕式多盤制動(dòng)器

濕式多盤制動(dòng)器相較于干式制動(dòng)器，在結(jié)構(gòu)上更具優(yōu)勢(shì)，它將摩擦元件放置于一個(gè)密閉的空間中，并在其中填充冷卻油液，這樣可以有效限制制動(dòng)過程中的溫度增長(zhǎng)。由于這類制動(dòng)器通常工作于環(huán)境條件惡劣的區(qū)域，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)有著極高的要求，因此必要時(shí)應(yīng)設(shè)置一套獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，這使得裝置的維修成本大幅度增加。

對(duì)于礦用無軌運(yùn)輸車，為了確保運(yùn)輸工作的安全可靠，選擇濕式多盤制動(dòng)器明顯更好，其全封閉式的結(jié)構(gòu)能夠有效的適應(yīng)礦井下的環(huán)境條件，與傳統(tǒng)采用的制動(dòng)器相比，在相同制動(dòng)力矩的情況下，濕式多盤制動(dòng)器的外形尺寸更小。由于冷卻液的保護(hù)，即使是長(zhǎng)距離的連續(xù)制動(dòng)也能夠?qū)囟染S持在合理范圍內(nèi)，避免失控現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，全封閉式的結(jié)構(gòu)在惡劣的路況之下可以確保制動(dòng)更加穩(wěn)定。

實(shí)際生產(chǎn)中比較常見的濕式多盤制動(dòng)器主要有兩種，即普通型濕式多盤制動(dòng)器和失壓型濕式多盤制動(dòng)器，其中礦用無軌運(yùn)輸車多采用普通型，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。除了圖中所標(biāo)注的回位彈簧、摩擦片和活塞之外，還包括動(dòng)殼、靜殼、壓盤等部件。運(yùn)輸車的四個(gè)車輪均需要安裝制動(dòng)器。在車輛行駛的過程中，若是需要制動(dòng)，工作人員只需腳踏閥控制注入液壓腔的油液量，以此獲得制動(dòng)力。

目前，我國(guó)礦用運(yùn)輸車所采用的濕式多盤制動(dòng)器大多是從一些工程車輛上移植而來的，但礦用運(yùn)輸車和工程車在車速以及運(yùn)行范圍等方面均存在差別，這樣必然會(huì)引發(fā)一些不適癥狀，包括但不限于高壓油密封圈泄露、制動(dòng)器高溫等。對(duì)此，技術(shù)人員必須要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行濕式多盤制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和裝配，如此才能確保礦用運(yùn)輸車的正常運(yùn)行。

2無軌采礦運(yùn)輸車輛停車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)研究

2.1確定制動(dòng)參數(shù)要求

在開展設(shè)計(jì)工作之前，首先需要對(duì)采礦運(yùn)輸車制動(dòng)參數(shù)要求進(jìn)行調(diào)查確定。首先，采礦運(yùn)輸車輛應(yīng)設(shè)置工作制動(dòng)，其最大靜態(tài)制動(dòng)力應(yīng)符合50%車輛的最大質(zhì)量。其次，設(shè)置停車制動(dòng)，保證車輛在承載1.5被最大負(fù)荷時(shí)可以在規(guī)定的坡道上保持靜止?fàn)顟B(tài)。再次，車輛在額定荷載之下，其在平道上的制動(dòng)距離必須保持在8m之內(nèi)。

基于以上要求，對(duì)濕式多盤制動(dòng)器的主要參數(shù)進(jìn)行確定，包括摩擦片、活塞等參數(shù)。不僅如此，還要考慮安裝空間的大小，徑向應(yīng)滿足安裝輪轂的要求，軸向上則需要考慮轉(zhuǎn)向節(jié)和驅(qū)動(dòng)橋的結(jié)構(gòu)尺寸。

2.2濕式多盤制動(dòng)器主要部件的選型設(shè)計(jì)

首先，濕式多盤制動(dòng)器的摩擦片應(yīng)采用鋼片和帶襯面的鋼片，其厚度、材質(zhì)、精度都要符合要求，在鋼片之上還需燒結(jié)一定厚度的粉末冶金材料。目前，最常用粉末冶金材料有銅基摩擦材料和紙基摩擦材料兩種，前者多用于高溫、高比壓環(huán)境條件下，且對(duì)噪聲與結(jié)合平穩(wěn)性沒有過于嚴(yán)格的要求。后者則多用于工作噪聲、接合穩(wěn)定性要求較高的工況。采用紙基摩擦材料更加有利于制動(dòng)器結(jié)構(gòu)尺寸大小的控制，因?yàn)樗鼡碛休^高的動(dòng)摩擦系數(shù)，且成本更低。除此之外，為了有效控制摩擦副的溫度增長(zhǎng)，通常會(huì)在摩擦材料表面設(shè)置數(shù)量不等、形式不一的油槽，比較常見的形式包括螺旋、弧形和徑向，它們所發(fā)揮的作用除了散熱之外，還有幫助接合、增大摩擦系數(shù)、排污等。在制動(dòng)過程中，當(dāng)冷卻油經(jīng)過油槽和摩擦面時(shí)會(huì)進(jìn)行充分的熱交換，提高冷卻速率，同時(shí)油槽還可以削減摩擦面油膜的厚度。在摩擦副脫排時(shí)，油槽則能破壞摩擦界面的油膜，促使摩擦片分離，在此過程中磨損脫落的磨粒將隨著油流一同排出。

其次，壓力彈簧的設(shè)計(jì)。在制動(dòng)器中，壓力彈簧發(fā)揮的作用主要有兩種，其一是對(duì)摩擦副施加壓力，其二是助力摩擦副的松脫。在空間尺寸相同的條件下， 碟形彈簧的的承載能力遠(yuǎn)大于螺旋彈簧，所以若螺旋彈簧的作用壓力不滿足要求時(shí)，可以替換為蝶形彈簧。濕式多盤制動(dòng)器的壓力彈簧設(shè)計(jì)的形式通常是在摩擦片的環(huán)形面上布置多組彈簧，一組彈簧承載力要求為總壓力除以組數(shù)。若壓力彈簧的作用僅僅是松脫摩擦副，則承載能力的要求就相對(duì)較小，螺旋彈簧基本上可以滿足要求。壓力彈簧的參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)以其布置方案和結(jié)構(gòu)為參考。

再次，浮動(dòng)密封的選用。濕式多盤制動(dòng)器的動(dòng)、靜殼體所組成的潤(rùn)滑油腔必須采用可靠性好、耐用性強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)密封，這樣可以更好的適應(yīng)礦井下惡劣的作業(yè)環(huán)境條件，通常選用浮動(dòng)密封。浮動(dòng)密封的結(jié)構(gòu)也有兩種，分別是密封彈性體為O形的DO型以及密封彈性體為變異菱形的DF型，它們均是由兩個(gè)浮動(dòng)的耐磨盡數(shù)密封環(huán)和2個(gè)密封彈性體構(gòu)成，它所擁有的密封功能是通過2個(gè)相對(duì)滑動(dòng)的浮封環(huán)和2個(gè)密封彈性被壓縮而產(chǎn)生的軸向作用來實(shí)現(xiàn)的。而浮封環(huán)密封面的預(yù)壓力則來源于密封彈性體的變形量，基于此，動(dòng)、靜殼體浮封座腔的尺寸和安裝間距大小就顯得至關(guān)重要。若是預(yù)壓力過大，就會(huì)加快浮動(dòng)密封的磨損速度，同時(shí)產(chǎn)生的熱量也會(huì)影響到制動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。若是預(yù)壓力過小，則會(huì)影響到密封嚴(yán)實(shí)性，導(dǎo)致潤(rùn)滑油滲漏的情況發(fā)生。在規(guī)格相同的情況下，DF型結(jié)構(gòu)的尺寸明顯大于DO型結(jié)構(gòu)，因此技術(shù)人員在選擇時(shí)必須首先考慮空間問題。

結(jié)語：綜上所述，無軌采礦運(yùn)輸車輛的制動(dòng)器設(shè)計(jì)直接影響著其礦井下運(yùn)輸作業(yè)的效果，基于安全性和穩(wěn)定性的考慮，應(yīng)結(jié)合礦井下作業(yè)環(huán)境條件對(duì)濕式多盤制動(dòng)器的各類參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)置，滿足制動(dòng)要求。

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