摘要：分析了全封闭多盘湿式制动器的结构特点和工作原理，并对制动器主要参数的设计方法和主要件结构设计与选型作了详细地阐述。同时指出了在开发研制煤矿井下无轨辅助运输车辆制动器时应注意的几个问题。

    关键词：运输车辆；湿式制动器；摩擦片；浮动密封；制动力矩

    中图分类号：TD524   文献标志码：A   文章编号：1003-0794(2007)03-0001-03

Abstract: The structural feature and working principle of wet type multiplicity disks brake with entirely closed are analysed, it details a design method of the main parameters in the brake design and how to properly select the configuration design and construction type for main components of the brake. At the same time, it points out several problems on developing of brakes for the coal mine underground trackless auxiliary, transportation vehicles that shouhl pay attention to.

Keywords: transportation vehicle; wet brake; friction disk; floating seal; braking moment

目前，国内市场对煤矿井下轻型无轨胶轮车的需求量与日俱增，对其行车安全性的要求也在逐步提高。由于车辆在煤矿井下的特殊使用工况，运行环境恶劣，巷道路面崎岖不平，巷道内多粉尘和煤泥，常有积水，并含有瓦斯，对车辆用制动器提出了更高的要求，除需满足一定的制动力外，还必须具有防爆、防水、抗污染和稳定可靠的特性。过去广泛采用的蹄鼓式制动器和钳盘式制动器已不能完全满足对煤矿运输车辆制动性能的要求，而逐步被全封闭湿式多盘制动器所取代。

    (1)车辆应设置工作制动，工作制动的最大静态制动力应符合50％机车的最大质量。

    (2)车辆应设置停车制动，停车制动应在车辆动力运行和动力停止运行时都能起作用。停车制动装置要保证机车承载1．5倍最大负荷在规定坡道上能保持静止状态。

(3)车辆在额定载荷，初速度在20km／h的平道上制动距离应不大于8m，如果车辆的最大运行速度小于20km／h，则初速度为最大运行速度，在平道上的制动距离不大于8m。

    对煤矿井下用于辅助运输的轻型胶轮车辆，从工作的安全性和可靠性考虑，应采用湿式多盘制动器。湿式多盘制动器为全封闭式结构，特别适合于煤矿井下使用。与传统的蹄鼓式制动器和钳盘式制动器相比，全封闭多盘湿式制动器具有以下特点：

    (1)在相同制动力矩的条件下，外形尺寸较小；

    (2)能长距离连续制动，在产生较高温度时，不会引起失控和失爆；

    (3)全封闭结构，使车辆在煤矿井下泥水路面行驶时，确保制动可靠；

    (4)多片摩擦，使摩擦片上单位面积受压小，热稳定性好；

(5)改变摩擦副数量即可调节制动力矩，易于实现系列化、标准化。

    湿式多盘制动器按结构及工作原理分为2种形式：普通型湿式多盘制动器和失压型湿式多盘制动器，对轻型胶轮车辆由于受前后桥结构及轮毅内空间的限制，只能采用普通型湿式多盘制动器。其结构如图1所示，主要由动摩擦片、静摩擦片、动壳、静壳、压盘、活塞和碟簧组件等组成。制动器分别安装在4个车轮内，动、静摩擦片通过花键分别与动壳和静壳联接，两者相间排列，并均可沿花键左右移动，制动释放时，动、静摩擦片间保持一定间隙，可自由旋转。

    工作制动器采用液压制动，弹簧释放的制动形式。当活塞腔接通液压油时，油液压力推动活塞，进而压紧动、静摩擦片产生摩擦力，所产生的摩擦阻力矩使车轮制动；当活塞腔液压油卸压时，回位弹簧将活塞复位，从而使动、静摩擦片分离，摩擦阻力矩消失，解除车轮制动。

在车辆行驶过程中，需要减速或制动时，踩下脚踏阀通过控制脚踏阀的行程，从而成比例地控制了注入液压腔的油液量，获得所需的制动力。因为制动力可在一定范围内进行调控，从而保证了车辆运行的平稳性。

    湿式多盘制动器的设计根据整车所要求的制动力矩确定摩擦片和活塞等参数。同时还要考虑安装空间，即径向要满足安装轮毂的要求，轴向受转向节和驱动桥结构尺寸和整车轮距的限制。

    (1)制动器的制动力矩

    制动器的制动力矩是靠动、静摩擦片相结合的摩擦副之间形成的摩擦力来产生的。

    制动力矩

    (2)摩擦片参数

    采用多盘摩擦结构的制动器，动、静摩擦片形成的摩擦副的大径D．和小径D：主要考虑车轮轮毂的内部空间尺寸，按结构布置来决定。摩擦副的平均直径Dm=(D1+D2)/2，一般取D1≈1．25Dm， D2≈0．75Dm，或按比值D2／D1=0．58～0．68计算求得。根据整车所要求的制动力矩确定摩擦副的工作面数n，从而确定动、静摩擦片总数量。

    对湿式制动器，通常取n=4～16，摩擦副脱开的间隙δ=0．2～0．4mm。摩擦面的允许比压P与其工作线速度v有关，即设计的P．v值不得大于许用值[P．v]，当线速度v≤5 m/s时，一般按允许比压[P]来取值。摩擦衬面为铜基粉末冶金材质，[P]≤4MPa；纸基粉末冶金，[P]≤3MPa。制动器的总压力由液压缸或弹簧压缩力提供。为增加制动器的散热性，润滑油池的有效容积应尽可能加大，工作时的最高油温应控制在100℃以下。5湿式多盘制动器主要件的设计与选型

    (1)摩擦片的结构和材质

    制动器摩擦副一般由钢片和带衬面的钢片(粉片)组成，均由专业厂家制造。钢片材质为45或65Mn，经淬火处理后硬度HRCA0～50，厚度为2～4 mm，带衬面的钢片材质与钢片相同，钢片上烧结的粉末冶金材料单面厚度为0．5～1mm。目前，应用最广泛的湿式粉末冶金材料为铜基摩擦材料和纸基摩擦材料。湿式铜基摩擦材料一般用于高温、高比压、对工作噪声和接合平稳性要求不很高的工况，尤其适合于冷却效果不好的工况。而纸基摩擦材料一般用于要求接合平稳柔和、无冲击和噪声的工况，其高动摩擦系数的特征使制动器的结构可以小型化，且成本较低。

    为限制摩擦副的温升，往往在摩擦材料表面设计加工出各种各样的油槽，主要有螺旋槽、双圆弧槽、径向槽等，用来散热、增加摩擦系数、帮助接合和脱排及排污。当摩擦副接合时，冷却油经过油槽与摩擦界面进行充分的热交换，使摩擦界面快速冷却；油槽的刮油作用能有效地降低摩擦界面油膜厚度，从而增加摩擦系数；在摩擦副接合过程中，油槽能使两摩擦片尽快贴合，在摩擦副脱排过程中，油槽能迅速破坏摩擦界面油膜，帮助两摩擦片分离；同时，油槽还将磨损脱落的磨粒收集进来随油流排出，防止了对摩擦表面产生磨粒磨损。

    摩擦片与轴、壳体联接的内外齿，多采用标准渐开线花键齿，而矩形花键、3～6齿的键槽式齿和渐开线齿轮花键齿使用较少。

    (2)压力弹簧的设计

    压力弹簧的作用主要是对制动器的摩擦副施加压力，或用于摩擦副的松脱，在相同的空间尺寸下，碟形弹簧的承载能力要比螺旋弹簧大得多，因此螺旋弹簧作用压力不能满足制动器摩擦副所需的总压力时，应采用碟形弹簧。设计制动器弹簧一般在摩擦片的环形面上布置多组弹簧。因而每组弹簧的承载力为总压力除以组数。如果仅是起松脱摩擦副和液压缸复位的作用，所需的弹簧承载能力和工作行程都较小，约为几毫米，因此，采用螺旋弹簧和碟形弹簧均能满足总压力的要求。弹簧的主要参数按其总体布置和结构来确定。

    (3)浮动密封的选用

    制动器动、静壳体组成的润滑油腔必须放置可靠耐用的运动密封，一般选用浮动密封，应根据总体结构布置选用标准系列规格并向专业厂家成套订购。常见的浮动密封结构有2种：DO型(密封弹性体为O形)和DF型(密封弹性体为变异菱形)浮动密封，均由2个浮动的耐磨金属密封环(简称浮封环)和2个密封弹性体，分别安装在2个浮封座腔内构成。其中2个相对滑动的浮封环是在2个密封弹性体被压缩而产生的轴向力作用下实现密封功能的。浮封环密封面的预压力由密封弹性体的变形量来保证，因此，动壳和静壳的浮封座腔尺寸和安装间距的控制尤为关键。预压力太大，浮动密封磨损较快，且产生大量的热量，对制动系统的高速稳定运行不利；预压力小，则会导致密封不严，润滑油外渗。

同一规格的浮动密封，DF型结构的径向尺寸和轴向尺寸都比DO型结构大，故在选择浮动密封结构形式时，应首先考虑安装空间大小。若安装空间允许，由于DF型浮动密封的座腔容易加工，安装方便，应首选；若安装空间受到限制，则选用DO型浮动密封，因为其结构尺寸较小更容易布置。

制动器性能的优劣直接影响到整车的性能。全封闭湿式多盘制动器，鉴于其所具有的安全性、稳定性、良好的抗污染性，在煤矿井下无轨胶轮车中得到了广泛的应用。全封闭湿式多盘制动器替代传统的蹄鼓式制动器，彻底解决了井下多泥水引起的制动失灵、失效的难题，从真正意义上实现了胶轮车辆制动系统的防爆与安全，可以极大地改善车辆制动的平稳性和对煤矿井下恶劣环境的适应性。

参考文献：[1]戴志晔．煤矿井下胶轮车辆用制动器的设计[J]．煤矿机械，2005，26(4)：24—27．

[2]曹会海．矿山机械底盘设计[M]．北京：机械工业出版社．1997．