浅谈汽车吊回转减速机液压制动器的设计与校核

郑珍泉，张寅州，靳彦国，李长旭

（北京华德液压工业集团有限责任公司，北京 100176）

汽车吊回转减速机由液压马达驱动，实现工作臂的回转运动，工作臂在工作过程中不允许任意转动，因此必须用一个锁紧装置将回转减速机锁死，减速机输入轴端的制动器通过弹簧压紧刹车盘可以起到停车制动的作用。当液压油推开刹车盘，摩擦片打开，减速机输入轴解除制动。回转减速机的制动系统是核心部件，制动系统的性能好坏直接决定了工作臂的稳定性，本文通过对制动器的参数进行理论分析计算，并通过校核和现场调试确定了设计参数的合理性。

1 减速机液压制动器的结构和工作原理

1.1 结构

回转减速机的制动器属于常闭多片式制动器，位于减速机的输入端，由液压油的压力和弹簧压力进行开启和闭合，制动器主要由摩擦片、钢片、刹车盘、星型圈、弹簧组等组成，图1 是该减速机制动器的结构简图，1 为减速机的固定后盖；2、3 为摩擦片和钢片，是主要的制动元件；4 为输入轴，与钢片啮合；5 为制动弹簧组；6 为刹车盘，在弹簧组合高压油的作用下可以在后盖内滑动；7 为星型圈，起密封作用，防止高压油泄露。

图1 回转减速机制动器结构简图

1.2 工作原理

如图所示，输入轴通过花键与钢片啮合，后盖通过花键与摩擦片啮合，当减速机不工作时，刹车盘在组合弹簧的作用下，将钢片和摩擦片压紧，多组摩擦片产生的摩擦力使钢片和摩擦片没有相对运动，所以此时可以将输入轴制动，实现工作臂的固定。

当工作臂回转时，液压马达会通过减速机后盖上的制动油口输入一股高压油，高压油产生的压力大于弹簧压紧的压力，可以将刹车盘推开，从而使得摩擦片和钢片分离，此时钢片可以自由转动，输入轴可以由液压马达驱动，解除制动。

该制动系统属于静态制动，停车制动时，需要先将工作臂停稳，再切断高压油的输入，实现制动。工作臂旋转的时候，也需要先在制动油口输入高压油解除制动后，再将液压马达驱动，星型圈可以起到密封的作用，防止液压油的泄露。

2 制动器的技术要求和参数设计

减速机制动器在设计的时候，首先要考虑液压马达的输入转矩和制动器所需要的开启油压，同时还要考虑回转臂在工作时可能会受到的冲击和惯性所带来的的附加载荷，所以在保证摩擦片许用要求的同时，制动弹簧所提供的制动力越大越好。

2.1 最小制动力矩的确定

（1）液压马达的输出力矩为T=105Nm。

（2）在回转减速机中，最小停车制动力矩应该等于1.3倍的输入扭矩，所以最小静态制动力矩为：

（3）制动器开启压力为P=1.8～2MPa。

2.2 摩擦片数量的确定

已知摩擦片外直径D=100mm。

摩擦片内直径d=72.5mm。

摩擦片和钢片为1 组，1 组摩擦片之间会构成两个摩擦面，即摩擦片组数：

式中：n 为摩擦片组数（1 个摩擦片和1 个钢片组合为一组）；m 为摩擦面数量；μ 为摩擦系数，该摩擦片材质为铜基烧结摩擦材料，取μ=0.09～0.11；Pp摩擦片许用压强，取Pp=3MPa。

将摩擦片尺寸参数带入式（1）中，得出：n ≥1.4，这里取n=3。

该制动器选用3 组摩擦片。

2.3 弹簧组数的确定

制动器的弹簧选用60SiMnA 材质，在保证制动力矩不变的情况下，为了节省空间，制动弹簧一般选用大弹簧套小弹簧形式的组合弹簧，减小了刹车盘的体积，为了防止弹簧发生歪斜，两个弹簧的旋向应该相反，且弹簧组数必须为偶数。下表1 为选用的组合弹簧的参数。

表1 组合弹簧参数表

摩擦片的开启距离一般为h=0.2mm，得出摩擦片的总分离距离为H=h×m=1.4mm，取弹簧行程为1.5mm。弹簧在初始压紧时，弹簧压缩至26mm，制动器打开时，弹簧压缩至24.5mm。经计算，弹簧组在压缩至26mm 时的弹力为F1=737.5，压缩至24.5mm 时的弹力为F1=834.5。

摩擦片制动扭矩所需的最小压紧力为：

刹车盘活塞外直径为147mm，内直径为112mm，则刹车盘在1.8MPa 下产生的压力为：

则所需的弹簧组数z 应满足：

得出7.9 ≤z ≤15.3，取z=12。

所以该制动器选用12 组组合弹簧。

3 制动器参数的校核

摩擦片的尺寸参数和弹簧的参数确定后，需要对所选的参数进行校核，看是否满足摩擦片的许用要求、制动器是否满足制动要求、液压油开启压力是否可以顺利打开制动器。

3.1 摩擦片面压的校核

摩擦片在初始制动作用下，受到弹簧压紧力的作用，会在摩擦片表面产生一个压强，这个压强不允许超过摩擦片的许用压强，即

摩擦片表面产生的压强为：

满足摩擦片的使用要求。

3.2 制动器初始压紧力的校核

制动器在弹簧初始压紧力的作用下，产生的制动力矩为：

式中：K1为摩擦片修正系数，当n=3 时，取K1=0.91

由式（6）可以得出：

满足初始压紧力矩的要求。

弹簧组数为12 组时，此时弹簧的初始压紧力为

3.3 制动器开启压力的校核

制动器开启时，弹簧压缩至24.5mm，此时弹簧产生的总弹力为：

通过上述的校核可以得出，摩擦片选用3 组，弹簧选用12 组时，可以满足摩擦片的许用要求，制动器的开始和锁紧也满足设计要求。

4 结语

本文对汽车吊回转减速机的液压制动器的结构和工作原理进行了分析，并对摩擦片的尺寸参数和弹簧的技术参数进行了理论分析计算，然后对设计出的参数进行校核，校核结果满足设计要求。在主机上进行现场调试的过程中，减速机刹车制动和启动效果都比较好，经理论校核和试验表明，液压制动器满足使用要求。