湿式多盘制动器在煤矿运输系统中的应用探讨

杜少敏

(陕西陕煤彬长矿业有限公司大佛寺煤矿，陕西 彬县 713500)

0 引言

制动器是将机械动能转化成热能或者其他形式能量的一种装置，车辆用制动器主要是将车辆的动能转化成热能，使车辆能够减速或者停止的一种机械装置。矿用运输车辆经常在密闭或者半封闭的矿洞中运行，矿洞内路况恶劣，泥水及粉尘严重，同时空气中弥漫着大量的易燃、易爆的瓦斯粉尘，所以对矿用运输车尤其是制动装置提出了更大的挑战。

目前，机动车辆使用制动器主要有以下几种：干式制动器(其中干式制动器又分鼓式制动器和盘式制动器)；湿式多盘制动器。

1 2种制动器优缺点对比

1.1 干式制动器

如图1所示，干式制动器结构简单，符合传统设计，且价格低廉，故障率低，因而得到广泛的运用。但因制动器摩擦元件暴露在外面，且没有独立的冷却装配，制动时容易产生高温，甚至火花；在不同路面上制动力变化很大，不易于掌控。而由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量。制动块和轮毂在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，不易在矿洞或密闭的空间作业，且遇泥浆及粉尘会出现制动衰减甚至失效现象。

a-制动器图；b-制动器原理示意图图1 干式制动器结构

鼓式制动器：鼓式制动器造价便宜，符合传统设计，体积大，抗热衰减能力差，制动力稳定性差，主要应用在大型货车，对制动稳定性要求大，环境良好的场合。

鼓式制动器制动力矩的计算：

单个制动器的制动力矩M为M=K·P·R

其中：K—制动器效能因数；P—制动器输入力，加于两制动蹄的张开力的平均值；R—制动鼓的作用半径，即制动器的工作半径r。

制动器输入力P=F·i·η/2

其中：F—气室推杆推力，由配置的气室确定，为凸轮传动比；i=L/e(L—调整臂臂长；e—凸轮力臂，即凸轮基圆半径)；η—传动效率，一般取0.63。

在制动过程中，衬片(衬块)的温度、相对滑动速度、压力以及湿度等因素的变化会导致摩擦系数的改变。而摩擦系数的改变则会导致制动效能即制动器因数的改变。制动器因数BF对摩擦系数f的敏感性可由dBF/df来衡量，因而dBF/df称为制动器的敏感度。

制动器效能因数计算：

根据图2制动器结构参数的意义，θ为最大压力线和水平线的夹角。

图2 结构参数意义图

由以下公式计算μ=0.35时(μ为摩擦片与制动鼓间摩擦系数)，制动器领蹄和从蹄的制动效能因数。

λ=γ+θe-θλ′=γ-θe+θ

领蹄制动效能因数

从蹄制动效能因数

制动器的总效能因数，可由领、从蹄的效能因数按如下公式计算。

盘式制动器：盘式制动器具有热稳定性好，水稳定好，反应灵敏，但对制动管路要求较高，制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用。其主要应用于小型轿车，及对制动要求较高，环境好的场合适用。

1.2 湿式多盘制动器

如图3所示，湿式多盘制动器由于摩擦元件在密闭的空间内，同时浸泡在冷却油液里，制动器温升小，制动力矩大，制动稳定，可在极其恶劣的环境下工作，但对制动系统要求较高，必须有一套独立的液压系统才能工作。使用及维修成本比较高。其主要应用于工程车辆，如：挖掘机，装载机及一些工作环境恶劣的低速车辆上。

图3 湿式多盘制动器结构

湿式多盘制动器制动力矩计算：

行车制动活塞面积

式中：D1—制动器活塞工作外径；d1—制动器工作活塞内径。

摩擦片工作面积

式中：Dm—摩擦片工作外径；dm—摩擦片工作内径。

制动器所能产生的制动力矩

T1=2μF1R0Z1K1

式中：μ—摩擦副的摩擦系数；F1—作用在摩擦片上的压紧力。

F1=P0×S1-Fk

式中：P0—液压油的压强；Fk—作用在摩擦面上的回程弹簧的弹力。

摩擦片的等效半径

式中：Z1—摩擦副数量；K1—考虑摩擦花键连接的摩擦阻力对压力力影响的修正系数。

2 矿用运输车制动器使用现状与发展趋势

2.1 矿用运输车制动器使用现状

目前我国矿用运输车湿式多盘制动器主要是由一些工程车辆(挖掘机，装载机)湿式多盘制动器经过简单移植而运用于矿用运输车辆上，由于工程车辆车速相对较低(0～10 km/h)，作业运行范围较小，而矿用运输车辆车速相对较高(0～36 km/h)，将低速车辆制动器运用于相对高速车辆中，必然会出现一些不适症状。如：浮动油封漏油、高压油密封圈泄露、制动器高温、摩擦片烧蚀等情况。要彻底解决这些问题，必须因地制宜，从矿用无轨胶轮运输车的实际使用工况入手。调整浮动油封的装配及设计参数，更改密封方式及设计技术标准，使之能够适应于矿用无轨胶轮运输车辆中。

2.2 未来湿式多盘制动器的发展趋势

矿用无轨胶轮车湿式多盘制动器的发展主要是制动器动力源的发展，从最原始的液压制动(必须要独立的中央制动器单元，供车辆驻车使用，不便于整车布置)到行驻一体式湿式多盘制动器(行车制动器与驻车制动器集成于一体，省去了中央驻车制动器布置上的繁琐)，再到现在的弹簧制动液压解除式湿式多盘制动器。

矿用无轨胶轮车湿式多盘制动器发展至今，虽然制动的动力源进行了转移，可不依赖于液压系统的压力进行制动，提高了行车中制动的安全性，避免了液压系统的突发故障而引起的行车事故。但由于其过高的使用成本，频发的故障，及昂贵的售后维修成本，仍令许多人对此望而却步。矿用无轨胶轮车湿式多盘制动器现阶段还只是个雏形，未来的发展必将向着低成本、低故障率、高可靠性方向发展。

3 结语

近年来，矿用无轨胶轮运输车湿式制动器的性能虽趋于稳定，但其复杂的液压系统，较高的使用成本，以及较短的维修保养周期仍与干式制动器不可同日而语，未来的湿式多盘制动器必将融合鼓式制动器的优点，摒弃二者的缺点而衍生一种以压缩气体作为动力源，摩擦元件仍然浸泡在冷却油里的气动湿式多盘制动器。此制动器将同时具备湿式多盘制动器防爆、低温、湿式、性能稳定、可在恶劣环境中作业等优点，又具备鼓式制动器的系统可靠性高、故障率低、保养维修周期长、成本低等优点。

参考文献：(略)