矿用工程车辆的制动器设计及虚拟验证

2022-09-06李嘉烨邵泽伟李宁张明洁张继祥孙强伦

时代汽车 2022年18期

李嘉烨邵泽伟李宁张明洁张继祥孙强伦

台州学院航空工程学院浙江省台州市 318000

1 前言

矿用工程车上的液压制动装置是保证工作人员生命财产安全的重要装置，良好的装置不仅需要能够在矿山中恶劣的环境中保证良好的制动性，而且能够提升矿车的工作效率。但是现有矿用工程车湿式制动器受到液压力时摩擦片工作制动，当制动失效时传动不失效，不能保证矿用工程车的安全性。

本文在现有矿用工程车湿式制动器基础上，设计一种通过受压安装的弹簧结构以实现制动器不受液压力时，摩擦片处于工作状态制动，制动器受液压力时，摩擦片分离不制动的湿式制动装置。然后根据5t 工程车辆具体参数，给出了摩擦副的具体尺寸和结构图，并对长时间受压工作状态的活塞和缸体进行了有限元分析。

2 总体设计方案

该制动器通过受压安装的弹簧结构以实现，静止时通过活塞挤压摩擦片与制动片实现制动效果，运行时液压油注入抵消弹簧压力使车辆运行。制动器的结构如图1 所示。当车辆处于静止驻动状态下时，受压安装弹簧14 提供弹力及制动压力，压紧制动片17和摩擦片16 产生制动需要的摩擦力。当车辆需要运行时，液压油液由缸体21 上的油塞3所在的入口进入缸体21 内，液压油产生压力与弹簧14 产生的弹力相抵消，摩擦片16 和制动片17 分离不产生摩擦力，车辆能够平稳运行。车辆运行时遭遇紧急情况，如油液泄露，则液压油提供压力不能和弹簧14 所抵消，弹簧14 自动产生压力，压紧摩擦片16 和制动片17 产生制动所需的摩擦力，车辆能自动制动。

图1 制动结构图

该制动器有如下优势：①当车辆紧急制动时，弹簧自动产生压力，压紧摩擦片和制动片，车辆自动制动；②采用封闭的制动结构解决了矿场复杂环境中的干扰，同时多片式的设计能够提供良好的散热；③利用液压油及制动弹簧的配合，在不工作时弹簧提供常驻的制动压力，解决了旧式干式制动器在矿业等恶劣环境下造成的过热失效问题，可以很好的满足矿用工程车的需要。

3 摩擦副设计

摩擦副设计是制动器设计的重要部分，高性能有效的齿轮结构能够保证制动器制动效果的稳定。

3.1 制动片设计

根据5t 工程车辆传动轴尺寸，制动片参数如表1 所示，结构图如图2 所示。

表1 制动片齿轮参数表

图2 制动片

3.2 摩擦片设计

摩擦片是决定制动器制动效果的重要部件，摩擦片的制动效果取决于它所产生的摩擦力。摩擦力的大小则取决于摩擦片的材料和结构设计。

摩擦片的材料选用为纸基材质，纸基摩擦片的摩擦系数稳定，高温摩擦系数衰退非常小，耐烧蚀，耐摩擦性能好，热恢复性能好。

摩擦片的结构为摩擦片开槽的结构，一般有径向槽、倾斜槽、连通槽、方格槽，如图3 所示。

图3 摩擦片开槽结构

不同的开槽结构对制动器的散热效率造成不同的影响。在同种初始情况下测试，起始油液测试温度都为27℃。在若干次实验后取得平均数值如表2 所示。

表2 油槽油液温度表

由此可以看出不同的油槽结构对于散热的不同影响。径向槽和倾斜槽的油槽出口温度都较低，说明对于制动器的冷却效果较好，但也反映出其制动效果一般，热交换律低。方格槽的入口温度低，出口温度较高，说明方格槽产生的热量较多，热交换效率较高，能够产生更高效的制动效果。连通槽虽然产生较高的摩擦热量，但是最高的出入口温度容易造成制动器的过热疲劳损耗，不适宜选用。

综合以上，选用方格槽作为摩擦片的油槽结构。设计的摩擦片结构图如图4 所示，与5t 工程车辆传动轴尺寸匹配的摩擦片齿轮参数如表3 所示。