行走减速机停车制动系统的设计及其故障分析

刘祥

(江苏省金象传动设备股份有限公司，江苏 淮安 2 2 3 0 0 1)

行走减速机停车制动系统的设计及其故障分析

刘祥

(江苏省金象传动设备股份有限公司，江苏 淮安 2 2 3 0 0 1)

针对行走减速机制动性能差，故障频发的问题，对行走减速机的停车制动系统进行了设计理论分析和计算方法的研究，并结合产品的实际应用对该制动系统的常见故障进行了分析，提出了具体的解决措施。

行走减速机；制动；摩擦片；故障分析

行走减速机是一种封闭式差动行星齿轮传动机构，具有结构紧凑、传动比大、承载能力强、传动效率高等优点，广泛应用于挖掘机、掘进机、起重机等工程机械的履带及轮边驱动装置。停车制动系统是行走减速机的核心部件，也是行走减速机的故障高发点。目前，国内众多厂家已经引进了国外的先进产品进行拆机测绘，由于缺乏设计理论依据，所模仿的结构只能做到“形似而神不似”，其制动性能很难达到国外同类产品要求。本文针对行走减速机停车制动系统进行设计理论分析和计算方法的研究，并对该制动系统的常见故障进行分析。

1 结构形式和工作原理

1.1 结构形式

图1所示为行走减速机的停车制动系统结构简图。该制动系统是一种内置于减速机的常闭多片式湿式制动器，主要由固定法兰、摩擦片、钢片、活塞等组成。其中，摩擦片采用铜基粉末冶金；钢片采用弹簧钢并经淬火处理；摩擦片通过花键与固定法兰连接，钢片通过花键与花键套连接；花键套左端连接马达，右端连接输入齿轴；活塞与固定法兰之间通过密封圈形成油腔；活塞左端面有数对盲孔，每个盲孔内装大小弹簧各一只，形成组合弹簧。

1.2 工作原理

当工程机械停止行走或停于坡道上时，内置于活塞的弹簧组驱动活塞向右运动，推动活塞右端面压紧摩擦片和钢片，在各组摩擦片和钢片之间摩擦力的作用下，使花键套和固定法兰之间没有相对运动，实现工程机械的停车制动。当工程机械行走时，通过固定法兰端面的制动油口向油腔内注入高压油，驱动活塞压缩弹簧并向左运动，摩擦片和钢片分离，从而解除制动。另外，需要说明的是：由于该制动系统属于静态制动，需要设备停稳方可进行制动，设备行进时解除制动要先于输入马达的加载。

图1 行走减速机的停车制动系统

2 停车制动系统的设计计算

2.1 确定最小静态制动力矩

根据经验公式，最小静态制动力矩

其中，1T为减速机的输入转矩，Nm；

2.2 计算摩擦转矩

根据制动条件可知，摩擦转矩µT应大于等于最小静态制动力矩，即：

摩擦片上的摩擦转矩如图2所示，具体公式为：

其中，Z为摩擦片和钢片的结合面数，即摩擦片数量为Z+1，钢片数量为Z；μ为摩擦系数；P为结合面上的压力，小于摩擦片的许用压力，MP a；R1、R2为摩擦片的内外半径，mm。

图2 摩擦片上的摩擦转矩

2.3 计算摩擦片和钢片结合的轴向力

其中，P值由公式（1）和（2）确定。

2.4 计算活塞推力

2.5 弹簧的设计计算

因摩擦片和钢片结合所需的轴向压力较大，且安装空间受限制，因此采用组合弹簧。

具体方案是在活塞左端均布铣削数对盲孔，每个盲孔内套装大小弹簧各一只，形成组合弹簧。

组合弹簧在设计时应注意以下事项：

（1）为了保证活塞的平稳推进，盲孔数量n必须是偶数。

（2）大小弹簧的强度和变形量要接近相等。

（3）为了保证组合弹簧的同心关系，防止大小弹簧产生歪斜现象，两个弹簧的旋向应相反，即一个右旋，另一个左旋。

（4）根据制动系统的工作原理及图3所示的弹簧工作示意图可得：

因此，在弹簧的设计和选择应满足公式（3）和（4）（图3）。

3 常见故障分析及解决措施

行走减速机在工作时，经常会发生设备溜车或无法停车，减速机渗出液压油等故障。通过对配套于徐州徐工基础工程机械有限公司的X R2 8 0 D型旋挖钻机的行走减速机进行拆机检查，并根据公司售后服务的反馈数据，针对制动系统的故障原因进行了分析，同时提出了解决措施。

（1）摩擦片烧毁。由于该制动系统属于湿式制动，摩擦片和钢片必须浸入油中，因此，减速机在使用过程中要经常检查润滑油液位，防止发生摩擦片干烧，造成制动失效。

（2）制动弹簧疲劳失效，造成摩擦片结合的轴向压力不够，需要更换制动弹簧。

（3）摩擦片长期工作会导致其表面磨损，摩擦系数下降，甚至造成活塞自由往复距离增大，致使制动弹簧力不足。这时需要更换摩擦片或增加调整环厚度。

（4）有异物进入油缸，造成活塞卡死，无法自由移动；将制动活塞拆除并清洗和过滤液压系统液压油，提高液压油清洁度。

（5）在制动时，如果油缸内有背压会损耗一部分制动弹簧力，致使摩擦片结合的轴向压力不足；检测方法为在行走减速机制动器接管处用压力表检测是否有压力，若有压力可通过检查液压系统解决此问题。

图3 大弹簧、小弹簧的工作示意图

4 结语

本文设计了一种符合行走减速机的停车制动系统，对该系统常见的故障做了有效分析，并提出了针对性的解决方案。该制动系统有着传递扭矩大，体积小，无冲击，起动和闭合平稳，可频繁结合等优点。同时，该制动系统对摩擦片材料的耐磨性，弹簧的疲劳强度，油缸的密封性等有着更高的要求。

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