轮胎式液压挖掘机制动系统设计

李 耀，郑 华，夏 炎，宗 波

（徐州徐工挖掘机械有限公司，江苏 徐州 221004）

轮胎式液压挖掘机作为能够快速转场的挖掘设备，因在公路行驶，其制动系统的设计可靠性及安全性对挖掘机的安全操作至关重要。在徐工挖机轮胎式液压挖掘机的系列化设计过程中，总结出一套轮胎式液压挖掘机制动系统设计的理论经验。轮胎式液压挖掘机采用两桥设计，四个车轮。制动器为湿式油冷盘式制动，理论和结构设计完全符合GB/T 21152-2007标准要求。

轮胎式液压挖掘机的制动系统由供能装置，传动装置，控制装置和制动执行元件四部分组成。供能装置通过液压泵，蓄能器充液阀向蓄能器供油，积蓄能量，传动装置将制动踏板控制的动力源传递给制动执行元件。

1 制动系统设计

制动设计通常是主机厂家将整车的重量，设计速度，前后桥重量分布，轮胎规格提供给车桥厂家，车桥厂家根据提供的参数及制动器参数进行制动系统计算，确定制动系统的使用压力及制动力。根据车桥厂家的制动计算报告，主机厂家确定制动系统参数，根据整车参数进行制动校核，最终确定制动系统设计方案，在设计过程中主机厂与车桥配套厂家对设计参数互相校核，保证设计参数的正确性，确保整机制动系统的安全性。

制动装置的工作原理（图1）介绍如下。

图1 制动系统液压原理图

1）制动压力存储工作过程 发动机开启，蓄能器没有存储足够压力，压力开关工作。开启制动指示灯和警报。存储足够压力后（设定90kgf/cm2以上），压力开关切断，关闭指示灯和报警。当蓄能器压力低于120kgf/cm2，制动泵的工作油P经充液阀进入蓄能器R2，当蓄能器充满工作用油制动泵继续供油，油路内压力上升。当油路压力高于155kgf/cm2，卸载阀开启，对油路进行卸压，保护油路内的蓄能器等功能部件

2）制动装置驱动工作过程 踩下刹车踏板，蓄能器存储的工作油压力传递到湿式盘式制动装置后进行制动，压力开关工作，制动指示灯点亮。蓄能器释放工作油，压力下降，即导致制动油路内压力下降，推动卸载阀的力变小，制动油路的回油油路被切断。此时，制动泵重新对蓄能器进行压力存储，如此反复，蓄能器始终可以存储一定的压力，在任意时刻都可以制动。

2 制动计算

轮胎式液压挖掘机的制动系统须符合GB/T21152-2007才可以在市场推广应用。设计时以此标准要求进行理论计算，下面以XE150W的制动系统理论设计为例来介绍轮胎式液压挖掘机制动系统设计的方法。

2.1 制动性能校核

根据GB/T 21152-2007要求，通过计算求出允许最大制动距离。

式中V0=35km/h=9.72(m/s)

前后轴所需最大制动力，即地面所能提供最大制动力。

根据理想制动力计算公式：

前轴所需制动力为

后轴所需制动力为

式中，m为整车满载总质量，N；g为重力加速度，取9.8m/s2；hg=1461mm为满载质心高度；a=2.93m/s2为整车的减速度；ψ为地面附着系数，通常取0.8；a=1565mm、b=1235mm，分别为质心距前后轴距离；L=2800mm为轴距。见图2。

图2 轮胎式挖掘机质心分布示意图

2.2 制动器制动力校核

制动器油缸活塞轴向推力F

式中Pa——制动器液压系统压力，6MPa;

D——油缸活塞外径0.18m；

d——油缸活塞内径0.13m；

摩擦盘圆环面上单位面积压力

一对摩擦面上的摩擦力矩M1

制动器产生的制动力矩

制动力为

式中

D1——制动盘外径，0.208m；

d1——制动盘内径，0.14m。

f——摩擦盘摩擦系数，0.1；

n——摩擦面数，n=s+m-1=29；

s——摩擦盘数，15；

m——固定盘数，15；

k——折减系数，k=0.98。

R——轮胎半径，0.506m。

因整车4个制动器相同，所以给每个桥可以提供的制动力为91887N，大于整车需要的制动力，制动性能满足设计要求

3 总 结

轮胎式液压挖掘机制动系统设计过程可以分为几个阶段：①标准要求分析，根据此过程分析需求参数，包括整机载荷，车辆参数，标准要求，验证方式等；②结合整车的制动器参数与液压系统供给，计算制动器可以提供的制动力矩，看是否满足设计需求。