梅山铁矿5 m3运输罐车驱动桥结构改造

2015-01-17段保江

现代矿业 2015年10期

关键词：花键罐车梅山

段保江

(南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司)

梅山铁矿5 m3运输罐车驱动桥结构改造

段保江

(南京梅山冶金发展有限公司矿业分公司)

Normet运输罐车标准配备驱动桥设计为无循环冷却装置，在平坦道路或重载上行工况下，各项设备性能指标都很好，但在长距离斜坡道重载向下行驶工况下，往往会导致刹车体温度过高，设备制动性能下降，带来安全隐患。为提高设备制动性能，增加制动系统的冷却效果，满足实际工况的使用要求，通过参数计算选取凯斯勒驱动桥代替原有桥，对桥安装结构进行改造，改造后完全能够满足实际使用的可靠性要求，实现罐车的安全性能优化。

驱动桥无循环冷却装置结构改造

目前，国内外大多数矿山都采用湿喷作业支护，需要运输罐车将混凝土砂石料运输到喷浆地点。梅山铁矿使用Normet 5 m3运输罐车，用于运输井下巷道喷浆支护所需要的混凝土。罐车下行斜坡道距离约3 km，下坡距离长，对设备制动性能要求高。2012—2014年使用期间，由于实际工况比设计工况恶劣，该设备在使用过程中，故障率较高，设备维修成本居高不下，更为严重的是，由于重载长距离下行，制动系统故障造成设备较大安全隐患，经过分析比较，确定对设备驱动桥改造是经济、有效的解决方法。

1 罐车驱动桥结构

Normet运输罐车使用Nana 176行星减速桥，是机内(半轴)制动器即Inboard制动器，最大特点是停车制动器与行车制动器都布置在桥的中央；动摩擦片通过内花键与半轴相连，既可轴向移动又可以随半轴回转；半轴一端通过花键与轮边减速器太阳齿轮相连，另一端通过花键与差速器半轴齿轮(标准齿轮)相连；静摩擦片通过外花键与桥壳相连；只有轴向运动，无回转运动；动力由主传动的主动锥齿轮输入，通过半轴带动轮边减速器太阳轮回转；油缸推动制动压板，使动摩擦片与静摩擦片接合，从而达到制动的目的[1]。机内(半轴)制动器结构见图1。

Normet运输罐车桥在使用过程发现2个问题：

(1)由于该桥采用液压制动弹簧释放的行车制动器，而运输罐车的主要工况是满载长时间的下坡行驶，一旦液压系统出现故障或发动机熄火，运输罐车就会无法安全制动，从而造成事故。

图1 机内(半轴)制动器结构

(2)该驱动桥所使用的制动器没有强制冷却功能，长距离下坡时由于频繁的制动而使制动器过热，摩擦片的摩擦系数降低而无法安全制动；另外摩擦片频繁过热大大降低了使用寿命，使得维修工作量大增，增加设备的维护成本，降低设备的使用效率。

从2012年7月—2015年1月，4台罐车更换桥共计22次，其中由于桥串油故障导致更换的为15次，制动不灵为6次，温度高为1次；桥串油故障占总故障次数的68%，桥串油的大多数原因是由于刹车体温度高，导致密封损坏，所以解决刹车体冷却问题是关键。根据以往的维修经验，有2种方法解决：①刹车体增加强冷却功能，新增设一路液压油用于冷却；②增大摩擦接触面积，即增大散热面积。结合以上两方面，最终考虑重新选择桥类型。

2 代用驱动桥的选型

通过前期大量的调研，Kessler公司驱动桥可以满足要求，该桥制动器的工作原理：桥使用弹簧制动液体冷却制动器(Posi-stop制动器)，该制动器的外壳与空心主轴和桥壳固定，静摩擦片与制动器外壳由花键连接。动摩擦片安装在静摩擦片之间，通过内花键与轮毂相连，随轮毂一起转动。当起动柴油机时，压力油推动制动活塞向右运动，压紧螺旋弹簧，动、静摩擦片松开，车辆运行。当制动踏板踩下时，制动油缸的压力油流回油箱，此时活塞在弹簧的作用下，压紧动、静摩擦片，制动车辆[2]。弹簧制动液体冷却制动器结构见图2。

图2 弹簧制动液体冷却制动器

2.1 驱动桥型号

Normet原车驱动桥的静承载能力是24 000 kg,运输罐车空载质量大约是10 670 kg，满载质量大约20 900 kg，空载时后桥荷重是3 890 kg，满载时后桥荷重15 290 kg，外轮廓宽度为2 000 mm。根据要求选择Kessler公司的D912系列驱动桥，外轮廓宽度改为2 000 mm,单桥最大静承能力为65 000 kg。

2.2 驱动桥参数

2.2.1 速比

Normet搅拌车用桥的齿数分别为差速器盘33，锥齿轮9，接盘14，行星27，太阳轮13，齿圈68。根据一级减速和轮边减速的传动比计算公式

i0=i1i2,

(1)

式中,i0为总传动比；i1为一级减速器的传动比，等于盘齿数目与锥齿数目的比值；i2为轮边减速器的传动比，i2=1+齿圈数目与太阳轮齿数的比值。

通过计算得出i0=22.3。kelsser公司D912系列驱动桥的速比是22.4，完全可以满足要求。

2.2.2 制动距离

新驱动桥制动力矩为17 600 N·m，旧驱动桥的制动力矩为15500Nm，新桥制动力矩大于旧桥。

首先计算制动力，然后求出制动减速度，最后计算出车辆的制度距离。

(1)整车制动力计算。

FB=MB/RK，

(2)

式中，FB为整车制动力，N；MB为桥产生的制动总力矩，按双桥计算，35 200 N·m；RK为轮胎的滚动半径，0.58 m。

计算得出FB=60 689 N。

(2) 制动加速度计算。略去空气阻力和滚动摩擦阻力，坡度角为0°，此时制动负加速度J为

J= FB/G/δ0,

(3)

式中,J为制动负加速度，m/s2；G为罐车工作质量，20 900 kg;δo为与车辆相连的旋转质量系数，1.04。

计算得出J=2.792 m/s2。

(3)制动时间计算。

t=v/J ，

(4)

式中，v为满载限定速度，20 km/h。

计算得出t=1.989 s。

(4)制动距离计算。

(5)

计算得出s=5.522 m。

按照井下安全行车要求，当满载时速为20 km/h时，制动距离不大于10.2 m，由此可以确定，所选驱动桥的制动力矩完全满足安全标准的要求。

综上所述，所选新桥在传动比、制动性能上都能满足要求，符合梅山铁矿的工况及相关安全标准。

3 替代驱动桥与罐车结合改造

替代驱动桥与原桥尺寸相差无几，对整体车架不需要改动，对液压管路和传动系统也不要变动，只需要对前机架局部安装位置进行调整，以满足替代驱动桥与机架的可靠连接，同时满足其他部件的安装尺寸。

3.1 前机架的改造

前机架的改造主要是前桥摆动架的安装，图3为原设备桥与机架连接方式。由于选用的驱动桥连接方式与Normet原车车桥的连接方式完全不一样，需重新设计加工前桥摆动架、与前机架连接方式和结构。按照最小改动且适合现场改动的原则，重新设计了前桥摆动，改进摆动架摆动轴承为耐轴向冲击的锥滚子轴承，并防尘密封。安装时只需现场焊4块连接板及相应的加强筋板，简单且适合在车间现场进行。改造后设备桥与机架连接方式见图4。

3.2 后机架的改造

后机架的连接安装只需去掉车桥连接板，根据所选车桥的连接尺寸加工连接板，现场焊接即可。