摘要：在礦山和煤礦運(yùn)輸車輛設(shè)備中，制動(dòng)器對(duì)保證生產(chǎn)和人員安全具有至關(guān)重要的作用。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，礦山和煤礦現(xiàn)用運(yùn)輸車輛一律要求采用濕式制動(dòng)器，但濕式制動(dòng)器在長(zhǎng)距離大坡度制動(dòng)時(shí)容易產(chǎn)生高溫導(dǎo)致制動(dòng)器故障甚至制動(dòng)失效事故。基于此，文章研究了一種帶有冷卻腔的濕式制動(dòng)器，液壓油通過相關(guān)管路流經(jīng)該冷卻腔進(jìn)行制動(dòng)器強(qiáng)制冷卻，保證了制動(dòng)器表面溫度不超過70℃，降低了設(shè)備的使用維護(hù)費(fèi)用，提高了制動(dòng)可靠性與安全性。

　　關(guān)鍵詞：礦用機(jī)械;礦用運(yùn)輸車;制動(dòng)器;強(qiáng)制冷卻

　　1礦用制動(dòng)器發(fā)展現(xiàn)狀

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，安全生產(chǎn)問題在礦用設(shè)備領(lǐng)域日益嚴(yán)峻，也備受各方關(guān)注。在礦山機(jī)械和煤礦機(jī)械中，礦用車輛的制動(dòng)系統(tǒng)在安全性上起到關(guān)鍵性作用，不僅影響到車輛作業(yè)效率，也是保證人員安全和生產(chǎn)正常運(yùn)行的重要系統(tǒng)。路面車輛常見的開放式鉗盤制動(dòng)器或蹄式制動(dòng)器都是靠摩擦片干式摩擦制動(dòng)的干式制動(dòng)器，存在制動(dòng)抗干擾性差、制動(dòng)可靠性低、容易發(fā)生高溫失效、故障率較高等缺陷，這些缺陷對(duì)工程礦用車輛來說都是極大的安全隱患[1-2]。

　　2019年2月23日，內(nèi)蒙古錫林郭勒盟西烏旗銀漫礦業(yè)公司井下運(yùn)送工人的車輛發(fā)生翻車事故，經(jīng)過調(diào)查組和專家分析，事故發(fā)生除了主觀因素之外，還違反了煤礦安監(jiān)部門對(duì)礦用車輛的相關(guān)要求，事故車輛剎車系統(tǒng)采用的干式制動(dòng)器，在長(zhǎng)距離制動(dòng)過程中發(fā)了高溫失效。內(nèi)蒙古自治區(qū)應(yīng)急管理廳2019年2月23日通報(bào)，初步查明，事故系車輛剎車出現(xiàn)問題，失去控制，撞在輔助斜坡道四車場(chǎng)巷道幫[3-4]。

　　2015年2月，國家安監(jiān)局就發(fā)布了《關(guān)于發(fā)布金屬非金屬礦山禁止使用的設(shè)備及工藝目錄(第二批)的通知》中要求：專門用于運(yùn)輸人員、炸藥、油料的無軌膠輪車使用的干式制動(dòng)器，自文件發(fā)布之日起一年后禁用，應(yīng)采用內(nèi)置封閉式濕式制動(dòng)器[5]。《煤礦安全規(guī)程》中的第三百九十二條規(guī)定：采用無軌膠輪車運(yùn)輸時(shí)，工作制動(dòng)必須采用濕式制動(dòng)器[6-8]。濕式制動(dòng)器具有封閉的結(jié)構(gòu)，制動(dòng)元部件都密閉在制動(dòng)器殼體組成的空腔中，摩擦片工作在封閉浸油的環(huán)境里。因此濕式制動(dòng)器具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性高、制動(dòng)力矩大等優(yōu)點(diǎn)，解決了塵土、泥沙等外部污染以及干式摩擦容易高溫等問題，可以避免干式制動(dòng)器存在的缺陷和安全隱患，滿足礦用車輛安全規(guī)程要求。

　　但是，隨著我國采礦工業(yè)的深入發(fā)展，礦井開采越來越深，距離井口也越來越遠(yuǎn)，井下運(yùn)輸巷道的距離和坡度也逐步增加，僅僅依靠濕式制動(dòng)的形式已經(jīng)不能滿足長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)的安全要求。運(yùn)輸車輛在長(zhǎng)距離大坡度工況下運(yùn)輸時(shí)，存在制動(dòng)頻繁和制動(dòng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的問題，會(huì)使得制動(dòng)器產(chǎn)生大量的熱量，即使采用的是濕式制動(dòng)，由于累積的熱量太多，也難以通過自然散熱的方式保證制動(dòng)器不產(chǎn)生高溫。

　　一旦長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)導(dǎo)致的制動(dòng)器溫度不斷上升，難免會(huì)超過液壓油的許用溫度，造成制動(dòng)器液壓油變質(zhì)、密封件老化失效等問題。不僅會(huì)造成制動(dòng)性能下降，也大大降低了設(shè)備使用周期，持續(xù)高溫嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)�造成摩擦片燒結(jié)而制動(dòng)失效，引發(fā)安全事故。因此，為了提高礦用車輛在長(zhǎng)距離坡道時(shí)長(zhǎng)期制動(dòng)時(shí)的設(shè)備可靠性，在濕式制動(dòng)的基礎(chǔ)上還需要開發(fā)強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，通過流動(dòng)的液壓油帶走熱量，強(qiáng)制冷卻制動(dòng)器。國外幾大工程機(jī)械公司,如美國的克拉克公司(CLARK)、卡特彼勒公司(CATERPILLAR)、朗克威爾公司(RONKWELL)、瑞典的沃爾沃公司(VOLVO)、德國的凱斯勒公司(KESSLER)、日本小松公司(KOMATSU)等于20世紀(jì)80年代初開始研制開發(fā)全封閉多盤濕式制動(dòng)器，并應(yīng)用于工程機(jī)械和礦山機(jī)械中[9-10]。

　　近年國外的工程驅(qū)動(dòng)橋，尤其是重型驅(qū)動(dòng)橋中的濕式制動(dòng)器都配有強(qiáng)制冷卻功能。我國在20世紀(jì)90年代就開始研制開發(fā)濕式制動(dòng)器，根據(jù)安監(jiān)及管理部門的要求，現(xiàn)在強(qiáng)制礦山運(yùn)輸車輛必須使用全封閉的濕式多盤制動(dòng)器，但是對(duì)于強(qiáng)制冷卻功能，還沒有相關(guān)規(guī)定和要求。隨著國內(nèi)礦用車輛大型化和重型化發(fā)展，以及井下運(yùn)輸工況長(zhǎng)距離大坡度的新變化，為了提高礦用車輛的安全可靠性并適應(yīng)市場(chǎng)需求，設(shè)計(jì)開發(fā)國產(chǎn)化的帶有強(qiáng)制冷卻功能的濕式制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)橋具有重要意義。

　　2強(qiáng)制冷卻濕式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)

　　為了解決以上技術(shù)問題，設(shè)計(jì)一種帶有冷卻腔的濕式制動(dòng)器，該濕式制動(dòng)器內(nèi)部設(shè)計(jì)了一個(gè)密閉的冷卻腔，冷卻液壓油可以通過該冷卻腔不斷循環(huán)帶走制動(dòng)器內(nèi)部熱量，可以一直冷卻驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器，防止制動(dòng)器長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)累積高溫。相對(duì)于現(xiàn)有的濕式制動(dòng)器，該設(shè)計(jì)進(jìn)一步避免了制動(dòng)器過熱失效，提高了制動(dòng)安全和可靠性。

　　殼體1與殼體2裝配在一起，其中有一個(gè)較大的空腔，在殼體的外部環(huán)形均布安裝了若干個(gè)殼體緊固螺栓將殼體兩部分緊固。殼體2中安裝了一組靜摩擦片，靜摩擦片的外圓上加工了花鍵，與殼體2內(nèi)側(cè)的花鍵配合，保證靜摩擦片可以在殼體2中沿軸向運(yùn)動(dòng)。動(dòng)摩擦片內(nèi)圈上加工了花鍵，該花鍵可與驅(qū)動(dòng)軸外圈上的花鍵配合將兩者安裝在一起，動(dòng)摩擦片和靜摩擦片每片間隔安裝。

　　殼體1上通過壓緊座螺栓安裝了一個(gè)壓緊座。制動(dòng)壓緊盤安裝在殼體2內(nèi)部，制動(dòng)壓緊盤與殼體2之間形成一個(gè)制動(dòng)空腔，在這個(gè)空腔的兩側(cè)的制動(dòng)壓緊盤的外圈上加工有凹槽用于安裝密封圈，在制動(dòng)油口的油壓下制動(dòng)壓緊盤可以在殼體2內(nèi)部沿著軸向方向運(yùn)動(dòng)。制動(dòng)壓緊盤上環(huán)形均布四個(gè)由回位螺塞、回位彈簧組成的回位機(jī)構(gòu)，回位彈簧安裝在回位螺塞和制動(dòng)壓緊盤之間，回位螺塞的一側(cè)通過螺紋安裝在殼體2上，在制動(dòng)壓緊盤在殼體2中運(yùn)動(dòng)時(shí)，回位彈簧進(jìn)行壓緊和釋放運(yùn)動(dòng)。殼體1與殼體2的中心穿過一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸與兩個(gè)殼體通過兩端的軸承安裝在一起，該驅(qū)動(dòng)軸中間具有外花鍵，與動(dòng)摩擦片法蘭的內(nèi)花鍵配合安裝。

　　驅(qū)動(dòng)軸可通過花鍵帶動(dòng)動(dòng)摩擦片法蘭和動(dòng)摩擦片在殼體1與殼體2中轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)軸兩端的軸承保證機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定和可靠。兩邊的軸承外側(cè)安裝了其防塵和密閉作用的蓋板，蓋板通過蓋板螺栓安裝在殼體上，在蓋板外側(cè)安裝了黃油嘴，可為軸承加注潤滑油。

　　殼體1、殼體2及動(dòng)摩擦片法蘭之間安裝了浮動(dòng)密封環(huán)和橡膠密封圈。浮動(dòng)密封環(huán)和橡膠密封圈的作用是密閉這個(gè)冷卻腔，阻止冷卻油從縫隙中流出制動(dòng)器。該制動(dòng)器在非制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，靜摩擦片和動(dòng)摩擦片沒有壓緊，有一定空隙，保證兩者可以自由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也即是驅(qū)動(dòng)軸可以在殼體中正常旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)時(shí)壓力油從制動(dòng)油口進(jìn)入制動(dòng)空腔，在油壓的作用下，制動(dòng)壓緊盤向壓緊座方向運(yùn)動(dòng)，靜摩擦片和動(dòng)摩擦片逐漸壓緊，直至無法相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)軸相對(duì)于殼體也停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成制動(dòng)工作。

　　當(dāng)制動(dòng)停止時(shí)，制動(dòng)油口失壓，在回位彈簧的作用下制動(dòng)壓緊盤往殼體2方向運(yùn)動(dòng)，制動(dòng)空腔中的制動(dòng)油通過管路流向液壓油箱，靜摩擦片和動(dòng)摩擦片不再壓緊在一起，逐漸恢復(fù)間隙之后兩者可以再次旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軸即可恢復(fù)旋轉(zhuǎn)。冷卻油通過冷卻油口1和冷卻油口2進(jìn)出殼體1與殼體2形成的空腔，在冷卻油不斷流動(dòng)的過程中，制動(dòng)產(chǎn)生的熱量被逐步帶走。

　　3工藝與裝配

　　3.1關(guān)鍵零部件制造

　　制動(dòng)器中的殼體、驅(qū)動(dòng)軸、動(dòng)摩擦片法蘭等零部件因?yàn)橐�求安裝密封件，對(duì)其工藝尺寸和安裝面粗糙度要求高，加工精度高，加工工序多，工藝較復(fù)雜。加工期間，需要改進(jìn)工藝，優(yōu)化使用刀具，避免加工過程出現(xiàn)返工甚至報(bào)廢，加工出符合設(shè)計(jì)和裝配要求的零部件。

　　3.2制動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)橋輪轂之間的密封

　　制動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)橋輪轂之間均采用浮動(dòng)油封密封，采用浮動(dòng)密封環(huán)+O型圈的密封形式。因?yàn)橹苿?dòng)器與驅(qū)動(dòng)橋輪轂之間有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，浮動(dòng)密封環(huán)要求耐磨，材質(zhì)可選用CrMo合金鑄鐵;O型圈要求耐溫、耐油、耐壓等，材質(zhì)可選用氟橡膠，要根據(jù)O型圈及浮動(dòng)密封環(huán)的比壓選定O型圈的壓縮模量和彈性模量。對(duì)選定零部件進(jìn)行高壓、耐油、耐溫、壓縮回復(fù)、比壓試驗(yàn)及空載磨合試驗(yàn)，確定產(chǎn)品性能要求。

　　3.3浮動(dòng)密封環(huán)比壓與安裝尺寸的確定

　　內(nèi)外密封的浮動(dòng)密封環(huán)位置不同，其比壓也不同。經(jīng)過多次比壓測(cè)試與試驗(yàn)，確定浮動(dòng)密封環(huán)的比壓，通過調(diào)整相應(yīng)零件尺寸，達(dá)到安裝要求。

　　3.4制動(dòng)器的裝配

　　兩端浮動(dòng)密封環(huán)裝配合并時(shí)，為了防止浮動(dòng)密封環(huán)在制動(dòng)器重力壓力下受力不均勻而產(chǎn)生一側(cè)受壓，在其外部四周增加磁性限位塊，保證平衡裝配。

　　礦山機(jī)械論文投稿刊物：《南方農(nóng)機(jī)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1970年，由江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所、江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站、江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)主辦。主要讀者群為南方15省市各級(jí)農(nóng)機(jī)工作者及廣大農(nóng)林機(jī)手、拖拉機(jī)駕駛員。涵蓋面廣、發(fā)行量大，是貴單位宣傳企業(yè)形象、擴(kuò)大知名度、特別是產(chǎn)品迅速占領(lǐng)市場(chǎng)、擴(kuò)大市場(chǎng)份額的最佳媒體。

　　4結(jié)束語

　　該強(qiáng)制冷卻濕式制動(dòng)器經(jīng)過生產(chǎn)裝配，進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)時(shí)經(jīng)測(cè)試，在下坡路段連續(xù)制動(dòng)20min，濕式制動(dòng)器表面溫度不超過70℃，濕式制動(dòng)器無漏油現(xiàn)象出現(xiàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。該強(qiáng)制冷卻濕式制動(dòng)器設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行可靠，在降低制動(dòng)溫度的同時(shí)減少了摩擦片的磨損，并提高了密封圈的使用周期，降低了設(shè)備的使用維護(hù)費(fèi)用。此外，該制動(dòng)器的研發(fā)成功大大提高了現(xiàn)有工程、礦用機(jī)械運(yùn)輸設(shè)備制動(dòng)的可靠性與安全性。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]鮑文，袁夢(mèng).長(zhǎng)大下坡重型貨車制動(dòng)器溫升模型分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2020，51(10)：9+20.

　　[2]鄒新斌.新型后橋擺動(dòng)架綜述[J].南方農(nóng)機(jī)，2014，45(5)：43-44.

　　[3]趙影剛.駕駛?cè)瞬痪哔Y質(zhì)操作不當(dāng)掛三擋報(bào)廢車超期服役制動(dòng)不靈撞上墻：內(nèi)蒙古西烏珠穆沁旗銀漫礦業(yè)有限責(zé)任公司“2.23”井下車輛傷害重大生產(chǎn)安全事故分析[J].吉林勞動(dòng)保護(hù)，2019(12)：36-39.

　　[4]宋鵬飛，夏永波.內(nèi)蒙古礦難為礦山運(yùn)輸安全敲響警鐘[J].消防界(電子版)，2019，5(4)：12-16.

　　[5]國家安全監(jiān)管總局關(guān)于發(fā)布金屬非金屬礦山禁止使用的設(shè)備及工藝目錄(第二批)的通知[J].國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局國家煤礦安全監(jiān)察局公告，2015(3)：25-26.

　　作者：陸紀(jì)文