略谈无轨采矿运输车辆停车制动器的设计问题

宋笔林

摘要：在采矿作业中，矿用运输车需要长期工作与环境条件复杂、路况恶劣的密闭或是半密闭矿洞之中，由于空气中充斥着大量的泥水、粉尘等杂质，这对其制动装置的设计提出了极高的要求。本文将对干式制动器和湿式多盘制动器进行对比分析，在此基础上探讨湿式多盘制动器设计相关问题，为采矿运输作业提供帮助。

关键词：采矿运输车;湿式多盘制动器;结构原理;设计

前言：制动器是通过将机械动能转化为热能的方式使车辆减速或是停止的一种机械装置。当前阶段，我国矿业生产作业中使用可大量的无轨胶轮车，为了保障其行车安全，必须基于采矿作业现场情况，对其制动器进行合理的选择，在满足制动力的基础上，具备防爆、防水、抗污染等性能。在这样的情况下，湿式多盘制动器逐渐取代传统的蹄鼓式制动器和钳盘式制动器。

1干式制动器和湿式多盘制动器

1.1干式制动器

过去矿用运输车广泛使用的干式制动器具有结构简单、价格便宜、故障率低等优点，但由于其制动器摩擦元件暴露于空气之中，也未配备专门的制动装置，制动过程中机械能大量转化为热能所带来的高温不仅会使制动块出现形变，影响制动效果，甚至可能产生火花，引发粉尘爆炸事故。如下图所示，为干式制动器的一般结构。

比较常用的干式制动器包括鼓式制动器和盘式制动器两种，前者的特点是造价便宜、体积大，相对而言其抗热衰减能力偏弱，制动的稳定性较差。盘式制动器的特点是稳定性强、反应灵敏，但需要配套使用助力装置。

1.2湿式多盘制动器

湿式多盘制动器相较于干式制动器，在结构上更具优势，它将摩擦元件放置于一个密闭的空间中，并在其中填充冷却油液，这样可以有效限制制动过程中的温度增长。由于这类制动器通常工作于环境条件恶劣的区域，对制动系统有着极高的要求，因此必要时应设置一套独立的液压系统，这使得装置的维修成本大幅度增加。

对于矿用无轨运输车，为了确保运输工作的安全可靠，选择湿式多盘制动器明显更好，其全封闭式的结构能够有效的适应矿井下的环境条件，与传统采用的制动器相比，在相同制动力矩的情况下，湿式多盘制动器的外形尺寸更小。由于冷却液的保护，即使是长距离的连续制动也能够将温度维持在合理范围内，避免失控现象的发生。同时，全封闭式的结构在恶劣的路况之下可以确保制动更加稳定。

实际生产中比较常见的湿式多盘制动器主要有两种，即普通型湿式多盘制动器和失压型湿式多盘制动器，其中矿用无轨运输车多采用普通型，其结构如下图所示。除了图中所标注的回位弹簧、摩擦片和活塞之外，还包括动壳、静壳、压盘等部件。运输车的四个车轮均需要安装制动器。在车辆行驶的过程中，若是需要制动，工作人员只需脚踏阀控制注入液压腔的油液量，以此获得制动力。

目前，我国矿用运输车所采用的湿式多盘制动器大多是从一些工程车辆上移植而来的，但矿用运输车和工程车在车速以及运行范围等方面均存在差别，这样必然会引发一些不适症状，包括但不限于高压油密封圈泄露、制动器高温等。对此，技术人员必须要根据实际情况进行湿式多盘制动器的设计和装配，如此才能确保矿用运输车的正常运行。

2无轨采矿运输车辆停车制动器的设计研究

2.1确定制动参数要求

在开展设计工作之前，首先需要对采矿运输车制动参数要求进行调查确定。首先，采矿运输车辆应设置工作制动，其最大静态制动力应符合50%车辆的最大质量。其次，设置停车制动，保证车辆在承载1.5被最大负荷时可以在规定的坡道上保持静止状态。再次，车辆在额定荷载之下，其在平道上的制动距离必须保持在8m之内。

基于以上要求，对湿式多盘制动器的主要参数进行确定，包括摩擦片、活塞等参数。不仅如此，还要考虑安装空间的大小，径向应满足安装轮毂的要求，轴向上则需要考虑转向节和驱动桥的结构尺寸。

2.2湿式多盘制动器主要部件的选型设计

首先，湿式多盘制动器的摩擦片应采用钢片和带衬面的钢片，其厚度、材质、精度都要符合要求，在钢片之上还需烧结一定厚度的粉末冶金材料。目前，最常用粉末冶金材料有铜基摩擦材料和纸基摩擦材料两种，前者多用于高温、高比压环境条件下，且对噪声与结合平稳性没有过于严格的要求。后者则多用于工作噪声、接合稳定性要求较高的工况。采用纸基摩擦材料更加有利于制动器结构尺寸大小的控制，因为它拥有较高的动摩擦系数，且成本更低。除此之外，为了有效控制摩擦副的温度增长，通常会在摩擦材料表面设置数量不等、形式不一的油槽，比较常见的形式包括螺旋、弧形和径向，它们所发挥的作用除了散热之外，还有帮助接合、增大摩擦系数、排污等。在制动过程中，当冷却油经过油槽和摩擦面时会进行充分的热交换，提高冷却速率，同时油槽还可以削减摩擦面油膜的厚度。在摩擦副脱排时，油槽则能破坏摩擦界面的油膜，促使摩擦片分离，在此过程中磨损脱落的磨粒将随着油流一同排出。

其次，压力弹簧的设计。在制动器中，压力弹簧发挥的作用主要有两种，其一是对摩擦副施加压力，其二是助力摩擦副的松脱。在空间尺寸相同的条件下， 碟形弹簧的的承载能力远大于螺旋弹簧，所以若螺旋弹簧的作用压力不满足要求时，可以替换为蝶形弹簧。湿式多盘制动器的压力弹簧设计的形式通常是在摩擦片的环形面上布置多组弹簧，一组弹簧承载力要求为总压力除以组数。若压力弹簧的作用仅仅是松脱摩擦副，则承载能力的要求就相对较小，螺旋弹簧基本上可以满足要求。压力弹簧的参数设计应以其布置方案和结构为参考。

再次，浮动密封的选用。湿式多盘制动器的动、静壳体所组成的润滑油腔必须采用可靠性好、耐用性强的运动密封，这样可以更好的适应矿井下恶劣的作业环境条件，通常选用浮动密封。浮动密封的结构也有两种，分别是密封弹性体为O形的DO型以及密封弹性体为变异菱形的DF型，它们均是由两个浮动的耐磨尽数密封环和2个密封弹性体构成，它所拥有的密封功能是通过2个相对滑动的浮封环和2个密封弹性被压缩而产生的轴向作用来实现的。而浮封环密封面的预压力则来源于密封彈性体的变形量，基于此，动、静壳体浮封座腔的尺寸和安装间距大小就显得至关重要。若是预压力过大，就会加快浮动密封的磨损速度，同时产生的热量也会影响到制动系统的运行稳定。若是预压力过小，则会影响到密封严实性，导致润滑油渗漏的情况发生。在规格相同的情况下，DF型结构的尺寸明显大于DO型结构，因此技术人员在选择时必须首先考虑空间问题。

结语：综上所述，无轨采矿运输车辆的制动器设计直接影响着其矿井下运输作业的效果，基于安全性和稳定性的考虑，应结合矿井下作业环境条件对湿式多盘制动器的各类参数进行合理的设置，满足制动要求。

参考文献：

[1]杜少敏. 湿式多盘制动器在煤矿运输系统中的应用探讨[J]. 陕西煤炭，2018，37（03）：68-70.

[2]王步康，金江，袁晓明. 矿用电动无轨运输车辆发展现状与关键技术[J]. 煤炭科学技术，2015，43（01）：74-76+133.