礦用卡車制動器的配置、種類、工作原理及性能特點

　　礦用卡車(下文簡稱礦卡)作為水利工程建設(shè)和煤炭、金屬、水泥等大型礦山的主力運輸工具，在生產(chǎn)中有至關(guān)重要的作用，礦卡的使用性能直接影響甚至決定了生產(chǎn)效率。礦卡載重量和自重很大，往往達(dá)到幾十甚至幾百噸，而實際的使用工況尤其是路面條件差，多為非修繕?biāo)槭蛘咚缮⑸惩谅访?，運行時可能經(jīng)常遇到轉(zhuǎn)彎、坡道等，如何在這樣的條件下保證安全運行，這就要求作為保障的終端執(zhí)行部件制動器要有卓越的制動能力和絕對的可靠性。礦用卡車的制動性能要求主要依據(jù)ISO3450輪胎式或高速橡膠履帶土方運輸機(jī)械制動系統(tǒng)性能和測試要求，對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)是GB/T21152土方機(jī)械輪胎式機(jī)器制動系統(tǒng)性能要求和試驗方法。
　　國外礦卡主要生產(chǎn)企業(yè)有卡特、小松、沃爾沃、利勃海爾、別拉斯等，國內(nèi)企業(yè)有內(nèi)蒙古北方重型、三一重工、徐工集團(tuán)、中冶京誠等，這些企業(yè)生產(chǎn)的全系列礦用卡車從載重量30噸到400噸共有近百種車型，這些礦卡的制動配置主要以盤式制動為主，下面將按照不同車型分類詳述。
　　礦卡盤式制動一般是液壓實施的，其中液壓實施的又分為干盤制動和濕盤制動。
　　干盤式制動
　　干盤式制動因為成本較低、安裝和維護(hù)方便、零部件重量輕和性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點，很多種經(jīng)典車型一直在使用，例如小松的630E、730E、830E系列和卡特的MT3700、MT4400、MT5500，勃海爾的T264、T274、T282和內(nèi)蒙古北方重型的NTE系列等車型。配置全干盤制動的礦卡多為電驅(qū)動，因為電驅(qū)動礦卡的電緩行功能(即車輛在高速運行時通過電控和電驅(qū)動系統(tǒng)把動能轉(zhuǎn)化成電能再經(jīng)過電阻轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉)能夠有效地降低車速(一般是降到5Km/h或者更低)，然后使用機(jī)械制動把車輛停住。下面圖示了干盤制動器的基本結(jié)構(gòu)原理，每套干盤制動器配2片剎車片(序號5)，活塞(序號3)安裝在制動器殼體(序號1)的座孔內(nèi)，制動盤(序號6)安裝在車輪上并隨車輪同步轉(zhuǎn)動，制動器安裝在車橋上;實施制動時液壓系統(tǒng)控制閥通過管路在制動器殼體和活塞之間的空間充入液壓油，高壓油推動制動器活塞，活塞推動剎車片夾緊制動盤產(chǎn)生摩擦，摩擦力阻止車輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
　　典型的干盤式制動器
　　美國卡萊公司(CarlisleBrakeandFriction)生產(chǎn)的6活塞制動器(用于前橋或者大噸位車型的后橋)，載重200噸級別或者更低噸位的車型后橋因為安裝空間所限制，一般每輪使用2套4活塞的制動器。
　　為了增大制動力矩經(jīng)常會在同一個車輪端安裝2套以上的制動器，例如小松的830E車型前橋每個車輪使用了3套制動器，卡特的MT4400和MT5500車型前橋每個車輪使用了4套制動器。
　　濕式盤制動
　　相比干盤式制動，濕式盤制動因為剎車片的數(shù)量多、制動摩擦面積大，制動器使用強(qiáng)制循環(huán)冷卻散熱以保證穩(wěn)定性，所以能提供更大的制動力矩;
　　該濕盤制動器集合了行車和駐車功能一體，制動器的殼體(序號2)使用螺栓(序號3)安裝在橋殼(序號1)上，驅(qū)動盤(序號4)通過花鍵與摩擦片(序號6)嚙合并隨車輪(序號7)帶動摩擦片同步轉(zhuǎn)動，對偶鋼片(序號9)與制動器殼體通過花鍵嚙合連接，是不轉(zhuǎn)動的。發(fā)動機(jī)熄火車輛不工作時，彈簧力推動駐車制動活塞(序號10)，駐車制動活塞再推動行車制動活塞(序號8)壓緊摩擦片和對偶鋼片產(chǎn)生摩擦力，這個摩擦力阻止驅(qū)動盤轉(zhuǎn)動，驅(qū)動盤再阻止車輪轉(zhuǎn)動實施駐車制動。車輛行走之前，液壓系統(tǒng)給制動器殼體和駐車制動活塞之間充壓力油，駐車制動活塞受液壓力壓縮彈簧，這個時候行車制動活塞也不再受駐車制動活塞推動，不再壓緊摩擦片和對偶鋼片，駐車制動解除;車輛在行走過程中，需要制動的時候行車制動活塞與制動器殼體之間充壓力油，行車制動活塞受壓力壓緊摩擦片和對偶鋼片產(chǎn)生摩擦力，這個摩擦力阻止驅(qū)動盤轉(zhuǎn)動，驅(qū)動盤再阻止車輪轉(zhuǎn)動實施行車制動。
　　因為礦車滿載時前后橋分擔(dān)的重量一般分別是總重量的33%和67%，使用濕盤制動器比起干盤制動能提供更大的制動扭矩，所以最經(jīng)典的卡特777、特雷克斯TR100、三一的SRT95等這些車型使用了經(jīng)濟(jì)有效的前干盤后濕盤的制動配置;
　　例如TR100車型前橋上使用了2套卡萊公司的J6型號制動器，能夠提供的制動力矩計算如下
　　T=K×P×Rf×i×NC×ND×NW
　　=1.378×110bar×428.8mm×1×1×2=129995Nm
　　其中，K是綜合了制動器活塞面積和剎車片與制動盤之間摩擦系數(shù)的綜合因數(shù)，是這個型號制動器的固定性能參數(shù);P是制動壓力油的壓強(qiáng);Rf是有效摩擦半徑;i是制動盤安裝位置與車輪之間的傳動比;NC是每個制動盤上使用的制動器數(shù)量;ND是每個車輪上使用的制動盤的數(shù)量;NW是每車橋上參與制動的車輪數(shù)量。
　　后橋2套濕盤制動器能提供的制動力矩計算如下：
　　T=μ×F×Rcp×2NE×NH
　　=0.12×260000×0.32×26×2=520000Nm
　　其中，μ是制動器中摩擦片與對偶鋼片之間的摩擦系數(shù)，這是由摩擦片使用的材料和環(huán)境溫度決定的;F是活塞對摩擦片的正壓力;Rcp是有效摩擦半徑;NE是每套制動器中摩擦片的數(shù)量，每一片摩擦片有2個面參與制動;NH是每臺車使用濕盤制動器的數(shù)量。
　　而小松的930E、960E和卡特793、795車型整車四個輪都是使用全濕盤制動器，這樣的高端配置近些年來在載重300噸以上的超大型礦卡上越來越受到重視，國內(nèi)中冶京誠的MCC600D和湘電集團(tuán)SF35100也是整車前后輪都配置了全濕盤制動器;其優(yōu)勢是實現(xiàn)的制動力矩大，車輛制動效率高。制動器總成是主機(jī)廠自己研發(fā)設(shè)計制造的，制動器中的關(guān)鍵核心零件剎車片(包括紙基摩擦片、對偶鋼片和減震片)一般使用美國卡萊(CarlisleBrakeandFriction)公司制造的。
　　這些車型濕盤制動器與TR100后輪濕盤制動器的制動力矩計算方法是一樣的。
　　礦用卡車的駐車制動器都是彈簧實施、液壓釋放的，即車輛停止時靠制動器內(nèi)的彈簧推動活塞和剎車片夾緊制動盤實施駐車制動，車輛行駛前靠液壓系統(tǒng)提供的壓力油推動活塞壓縮彈簧，剎車片脫離開制動盤解除駐車制動;下面是2種典型的，即單一式和多片式駐車制動器的結(jié)構(gòu)原理：
　　單盤式駐車制動器在卡特MT系列電驅(qū)動礦卡、小松630E730E830E車型、國內(nèi)內(nèi)蒙古北方重型的NTE系列車型、中冶京誠和湘潭電機(jī)等各家電驅(qū)動礦卡上應(yīng)用廣泛，例如MT4400礦卡使用了2套美國卡萊G2-7型干盤駐車制動器，全新狀態(tài)時最終實現(xiàn)的制動力矩按如下方法計算：
　　T=K×Rf×NC×ND×i
　　=56.98×266.7×2×31.8=966501Nm
　　其中，K是這個型號的制動器施加給制動盤的摩擦力;Rf是有效摩擦半徑;
　　NC是每個制動盤上使用的制動器數(shù)量;ND是每個車輪上使用的制動盤的數(shù)量;i是制動盤安裝位置與車輪之間的傳動比。
　　多片式駐車制動器在結(jié)構(gòu)上因為剎車片的數(shù)量多、面積大所以能提供更大的制動力矩，在小松的860E、930E、960E車型上使用，制動力矩計算方法與濕盤式行車制動器計算方法相同。
　　盤式行車制動器，其液壓油的供給是由安裝在駕駛室底板上的制動踏板閥控制油路的通斷和壓力大小的;如果車輛配置了全干盤制動，因為單次制動需要的液壓油排量較小，制動踏板閥即可以控制;如果使用了濕盤制動器，推動活塞需要的液壓油量比較大，需要有大排量的繼動閥來配合。
　　結(jié)束語：
　　礦用卡車作為一種特殊而又重要的運輸工具，制動器的合理配置和使用是安全生產(chǎn)的保障，盤式制動在各種車型上得到了廣泛有效的應(yīng)用。本文對礦卡制動器的介紹可以為礦卡制造業(yè)和用戶提供基本參考。

                

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