50 吨矿用自卸车制动系统的设计＊

张玉印，王玉，殷永博，时元腾，陈玉鹏，张坤

（山东华宇工学院 汽车工程学院，山东 德州 253034）

引言

矿山产业对国家经济建设提供了重要的支撑，从建国至2014 年，我国煤炭资源的消费量增长了90 倍，粗钢的消费增加了1240 倍，铝消费量增长了6000 倍。由此可看出，矿山产业对于中华民族的伟大复兴和我国的现代化建设做出了历史性的贡献，更对我国人民生活水平的提高和经济的飞速发展起到了重要作用。

矿用自卸车承担着运输与开采的任务，虽然行驶车速较低，但由于工作环境之恶劣，所以车辆的安全问题非常重要。随着矿山开采深度的增加，规模的扩大，矿车经常需要满载上下坡，矿用自卸车的各系统长时间处于高负荷运行状态，并且下长坡时需要长时间连续制动，车辆制动性能不但会影响生产效率，而且还会对人身及车辆安全造成严重威胁，良好的制动性能是矿用自卸车安全行驶的重要保障。本文对该50 吨矿车制动系统的研究有利于改善整车制动系统的性能、提升整车制动时的安全性以及方向稳定性。本文对该矿车制动系统的设计方法也为其他矿车制动系统的设计提供了思路，具有很强的借鉴意义。

1 整车技术参数

本文研究的50 吨矿用自卸车整车参数如表1 所示。

燃油箱、散热器、空滤器、传动轴等各部件的质量及其距前桥的距离如表2 所示。设前桥中心线中点的位置为原点，以原点为中心，设靠近车尾的方向为正，靠近车头的方向为负，以此建立坐标轴。

表1 50 吨矿用自卸车整车参数

表2 50 吨矿用自卸车质量分布

由于矿用自卸车空载制动时，质心位置变化不大，而满载制动时质心位置变化较大[1]，故本文只对该矿车满载的情况进行研究。当车辆满载时，将表2 中各部件的质量及其与前桥的距离代入下式可得质心距离前桥的距离。

式中：a—满载时质心距离前轴的距离；

mn—各部件的质量；

ln—各部件与前桥的距离；

M—各部件的质量总和。

该50 吨矿用自卸车中、后桥采用平衡悬架装置，中、后桥载荷相同，故把6×4 力学模型等效为4×2 力学模型[2]。如图1，该矿用自卸车一二轴的轴距为3.615m，二三轴的轴距为1.5m。故满载时，质心至中、后桥平衡悬架中心线的距离。

图1

2 最大制动力矩的计算

在制动时前、后车轮同时抱死拖滑，可以避免跑偏、侧滑等现象的发生，有利于提高车辆对附着条件的利用程度，提高车辆的方向稳定性[3]。由于该矿车未安装ABS 防抱死系统，因此前、后轮同时抱死拖滑是最理想的情况。为保证制动时后桥和前桥车轮同时抱死滑移[4]，前轮制动器产生的最大制动力矩：

式中：G—车辆重量；

rk—车轮滚动半径，rk=0.665m；

φ—路面附着系数，φ=0.5；

L—前桥至中、后桥平衡悬架中心轴线的距离。

后轮产生的最大制动力矩。

式中：Mμ2max—后桥最大制动力矩。

3 制动器制动力矩计算及部件选型

本矿用自卸车采用30/30 制动气室型号，其参数如表3所示。

在制动气压为0.8MPa 时，推杆力：

式中：P—制动压力；

S—制动盘和摩擦片的接触面积

表3 制动气室主要参数

根据《GBT 21152—2007 土方机械轮胎式机器制动系统的性能要求和实验方法》的制动标准[5]，并保证制动性能的恒定性，储气筒容积应为240L，根据整车布置前桥可选用2个容积为60L 的储气筒，后桥可选用一个40L、一个80L 的储气筒。

4 结论

本文通过50 吨矿用自卸车的整体参数来计算制动系统 的最大制动力矩、制动器制动力矩等来选型结果如表4 所示。

表4 制动系统部件的选型