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摘 要
無(wú)軌膠輪車的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)涉及到許多領(lǐng)域，其獨(dú)特的安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性等眾多指標(biāo)，也對(duì)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。無(wú)軌膠輪車制動(dòng)系統(tǒng)是無(wú)軌膠輪車行駛的一個(gè)重要主動(dòng)安全系統(tǒng)，其性能的好壞對(duì)無(wú)軌膠輪車的行駛安全有著重要影響。隨著無(wú)軌膠輪車的行駛速度和路面情況復(fù)雜程度的提高，更加需要高性能、長(zhǎng)壽命的制動(dòng)系統(tǒng)。
鑒于制動(dòng)系統(tǒng)的重要性，本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是運(yùn)輸車輛中的制動(dòng)器，目前廣泛使用的有鼓式、盤式、帶式三種制動(dòng)器。其中盤式制動(dòng)器較為廣泛。而其中，濕式多盤制動(dòng)器，作為無(wú)軌膠輪車制動(dòng)系統(tǒng)中的重要部件，現(xiàn)在被大家廣為運(yùn)用。而為了配合行車制動(dòng)以滿足停車制動(dòng)的性能要求，我們提出了這次的課題，即濕式多盤制動(dòng)器的設(shè)計(jì)。在接下來(lái)的設(shè)計(jì)中，我們主要介紹了濕式多盤停車制動(dòng)器的工作原理、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及各零部件的選取、校核。
關(guān)鍵詞：濕式；盤式；制動(dòng)器；停車
ABSTRACT
Design and production of the car involved in many fields，its safety，economy，comfort and other indicators，but also put forward higher requirements on the design. Automobile brake system is an important vehicle active safety system，has an important effect on the performance of the automobile driving safety. As the vehicle speed and road condition complexity，the braking system is more need for high performance，long life.
In view of the importance of the brake system，brake is the main content of this design is to transport vehicles，which are widely used at present has drum，disc brake，belt type three. One of the disc brake more and extensively. Among them，the wet multi disc brake，as an important part of automobile brake system，is now widely used. In order to cooperate with the brake to meet the performance requirements of the parking brake，we put forward this topic，namely the design of wet multi disc brake. During the design，we mainly introduced the wet multi - disc parking brake working principle，structure design and components selection，check.
Key words：wet; disc; brakes; parking
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 工程車輛制動(dòng)器的發(fā)展方向 1
1.2 國(guó)內(nèi)外濕式多盤式制動(dòng)器發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 國(guó)內(nèi)盤式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器優(yōu)缺點(diǎn) 2
1.3.1鼓式制動(dòng)器 2
1.3.2盤式制動(dòng)器 4
1.4 本課題研究意義 5
第2章 濕式多盤制動(dòng)器概述 7
2.1 濕式多盤制動(dòng)器的種類及優(yōu)點(diǎn) 7
2.1.1 濕式多盤失壓制動(dòng)器 7
2.1.2 普通型濕式多盤制動(dòng)器 8
2.1.3 多功能濕式多盤制動(dòng)器 9
2.2 濕式多盤制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和工作原理 9
2.3 濕式多盤制動(dòng)器冷卻方式及散熱途徑 11
第3章 濕式多盤制動(dòng)器的制動(dòng)理論分析 13
3.1 制動(dòng)性能概念 13
3.2 制動(dòng)器分類、特點(diǎn)和應(yīng)用 13
3.2.1按制動(dòng)器的功用分類 13
3.2.2 按制動(dòng)器的制動(dòng)能源分類 13
3.2.3 按照制動(dòng)能量的傳輸方式分類 13
3.2.4 按工作狀態(tài)分類 13
3.2.5 按操縱方式分類 14
3.2.6 按結(jié)構(gòu)形式 14
3.3 制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo) 15
3.3.1制動(dòng)效能 15
3.3.2制動(dòng)效能恒定性 15
3.4制動(dòng)時(shí)車輪的受力分析 15
3.4.2 制動(dòng)器制動(dòng)力 16
3.4.3 附著力 17
3.4.4 附著系數(shù) 17
3.5 制動(dòng)力的分析 17
3.5.1 制動(dòng)器制動(dòng)力的概念 17
3.5.2 影響制動(dòng)器制動(dòng)力的因素 18
3.5.3 地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力與地面附著力的關(guān)系 18
3.5.4 制動(dòng)車輛制動(dòng)效能 19
第4章 濕式多盤制動(dòng)器的制動(dòng)理論分析 20
4.1濕式多盤制動(dòng)器的設(shè)計(jì)原則 20
4.2 設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù) 21
4.3 整車制動(dòng)力矩計(jì)算 21
4.4 整車制動(dòng)器所需制動(dòng)力 21
22
4.5 彈簧方案的設(shè)計(jì)計(jì)算 22
碟簧形式的校核 25
第5章 濕式多盤停車制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30
5.1濕式多盤停車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹 30
5.1.1方案一 30
5.1.2 方案二 31
如圖5.2所示，此方案為小碟簧的設(shè)計(jì)方案。 31
5.1.3 方案的選取 32
5.2 標(biāo)準(zhǔn)零件的選取 32
5.2.1 O型密封圈 32
5.2.2 軸承的選取 33
5.2.3 緊固件的選取 34
5.3 典型零件的設(shè)計(jì) 36
5.3.1 軸的設(shè)計(jì) 36
5.3.2 活塞的設(shè)計(jì) 37
5.4 摩擦材料的選擇 38
5.4.1 兩種類型的摩擦材料 38
5.4.2 結(jié)論 39
5.5 摩擦片選取與布置 39
5.6 O型圈對(duì)制動(dòng)器的性能影響 40
5.6.1 O型密封圈特點(diǎn) 40
5.6.2 O型密封圈對(duì)制動(dòng)器的影響 41
第6章 濕式多盤停車制動(dòng)器的三維建模 42
6.1軸的建模 42
6.2套蓋的建模 42
6.3動(dòng)壓殼建模 43
6.4軸承建模 44
6.5基于SolidWorks的制動(dòng)器裝配 45
6.6多盤制動(dòng)器的二維裝配圖 46
總 結(jié) 48
參考文獻(xiàn) 49
致 謝 50
第1章 緒論
1.1 工程車輛制動(dòng)器的發(fā)展方向
目前，大型工程機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有兩個(gè)方面的趨勢(shì)。其一：行車制動(dòng)由干式制動(dòng)器向濕式封閉式全盤式制動(dòng)器的方向發(fā)展。這種制動(dòng)器不但防水，防塵，耐磨損，制動(dòng)性能穩(wěn)定，沒(méi)有調(diào)整，壽命長(zhǎng)，散熱效果好，摩擦副間的溫度降低顯著，而且容易實(shí)現(xiàn)系列化，標(biāo)準(zhǔn)化。其二：制動(dòng)器的傳動(dòng)裝置由氣頂液制動(dòng)系統(tǒng)向全液壓動(dòng)力制動(dòng)的方向發(fā)展。這種制動(dòng)裝置的制動(dòng)踏板直接操縱制動(dòng)液壓閥，可以省去氣動(dòng)元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，而且冬季不會(huì)因?yàn)榈蜏囟鴥鼋Y(jié)，不需放水進(jìn)行保養(yǎng)，閥體和管路不會(huì)銹蝕，提高了制動(dòng)的可靠性和安全性，所以在輪式裝載機(jī)以及礦用車的制動(dòng)系統(tǒng)等大型工程車中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。現(xiàn)在工程車輛通常使用的制動(dòng)器有鼓式制動(dòng)器、盤式制動(dòng)器及濕式多盤式制動(dòng)器。前面的兩種為干式制動(dòng)器，而后面的一種為濕式制動(dòng)器。目前干式制動(dòng)器用于各種機(jī)動(dòng)車輛，而濕式多盤式制動(dòng)器則主要應(yīng)用于那些工作環(huán)境惡劣或使用條件苛刻的工程車輛，如裝載機(jī)、挖掘機(jī)、運(yùn)載機(jī)、礦用無(wú)軌膠輪車、水陸兩用車以及其他特用工程車輛。在國(guó)外的工程車輛采用濕式多盤式制動(dòng)器已很普遍，整車如沃爾沃自卸車；專門生產(chǎn)配有濕式多盤式制動(dòng)器車橋的公司有美國(guó)美弛車橋公司，德國(guó)凱賽爾車橋公司等。然而，在國(guó)內(nèi)工程車輛也是初次使用的濕式多盤制動(dòng)器為制動(dòng)裝置開(kāi)始，山東跑專用無(wú)軌膠輪車制造公司，生力油田工程機(jī)械廠制造的運(yùn)輸車和天津工程機(jī)械制造廠的石油勘探和開(kāi)發(fā)中使用的整平機(jī)公路建設(shè)，又在不久的將來(lái)會(huì)是一個(gè)新的濕式多盤制動(dòng)器類型的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)安裝在廈門叉車廠制造大噸位叉車，叉車轉(zhuǎn)向液壓回路和濕式多盤制動(dòng)器共享。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，我國(guó)工程車輛濕式多片制動(dòng)器取代干式制動(dòng)器是必然趨勢(shì)。
其獨(dú)特之處在于：
(1)為完全封閉的結(jié)構(gòu)，環(huán)形工作的面積較大，并且防止了泥、水、油的浸入，從而制動(dòng)穩(wěn)定，在使用壽命期內(nèi)一般無(wú)需調(diào)整和維修。
(2)采用多片結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)在較小的襯片壓力下獲得較大的制動(dòng)力矩，而元件承受的壓力降低，摩擦片的單位面積受壓力小。
(3) 隨著摩擦材料的發(fā)展，濕態(tài)摩擦系數(shù)也會(huì)得到相應(yīng)的改善， 改變摩擦副的數(shù)目即可調(diào)節(jié)制動(dòng)扭矩的大小，易于實(shí)現(xiàn)摩擦偶件的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。
(4)采用單一的制動(dòng)活塞推動(dòng)結(jié)構(gòu)，耦合摩擦受力均勻，圓盤空間和重型長(zhǎng)坡制動(dòng)條件允許沒(méi)有凋整并準(zhǔn)許滑轉(zhuǎn)傳遞扭矩扭矩，特別適合重載且長(zhǎng)坡制動(dòng)的工況。
(5) 油循環(huán)冷卻降溫，液壓傳動(dòng)，具有良好的保溫性能，減少維修，延長(zhǎng)使用壽命。根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度選擇執(zhí)行或冷卻，其冷卻的方法。，潤(rùn)滑差速器和邊行星齒輪減速器油的輪子之間可以直接流制動(dòng)器的制動(dòng)盤，以達(dá)到冷卻效果。
(6) 固定盤和制動(dòng)殼通過(guò)花鍵連接，摩擦盤裝在固定盤之間，隨著車輪旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)時(shí)，固定盤壓向摩擦片，摩擦片減速，以降低車輪轉(zhuǎn)速，以達(dá)到制動(dòng)的目的。
1.2 國(guó)內(nèi)外濕式多盤式制動(dòng)器發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外高度重視濕式多盤式制動(dòng)器的研究，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了各種形式的濕式多盤式制動(dòng)器，而且應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。國(guó)外幾大工程機(jī)械公司，已在整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用濕式多盤式制動(dòng)器。叉車，裝載機(jī)等，已廣泛用于濕式多盤制動(dòng)器，煤礦井下的自行式車輛也開(kāi)始采用濕多盤式制動(dòng)系統(tǒng)。近年來(lái)，又開(kāi)發(fā)了全封閉彈簧制動(dòng)液壓制動(dòng)盤式制動(dòng)器，制動(dòng)更加安全可靠，使用壽命更長(zhǎng)，且?guī)缀醪恍枰S護(hù)?？梢詫?shí)現(xiàn)工作制動(dòng)，停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)，從而大大簡(jiǎn)化了液壓制動(dòng)系統(tǒng)，以促進(jìn)整體布局。手動(dòng)剎車泵，當(dāng)無(wú)軌膠輪車發(fā)生動(dòng)力故障可以被其他車輛牽引，濕式多盤式制動(dòng)器代替干式制動(dòng)器將成為一種必然的趨勢(shì)
大多數(shù)外國(guó)非道路車輛制動(dòng)系統(tǒng)都配備濕式多盤制動(dòng)器，而在國(guó)內(nèi)濕式多盤式制動(dòng)器的研究和開(kāi)發(fā)工作才剛剛開(kāi)始，應(yīng)用程序是不是很常見(jiàn)，沒(méi)有很成熟的技術(shù)，需要不斷的開(kāi)拓。國(guó)內(nèi)應(yīng)用的濕式多盤式制動(dòng)器中有自行研制的也有從國(guó)外引進(jìn)的。雖然國(guó)內(nèi)濕式多盤式制動(dòng)器的應(yīng)用起步較晚，但其應(yīng)用前景十分可觀。隨著工程機(jī)械向大型化，高性能性能和自動(dòng)化方向發(fā)展，人們對(duì)制動(dòng)控制裝置的可操作性，穩(wěn)定性，可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求也越來(lái)越高，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到：濕式多盤式制動(dòng)器技術(shù)的制動(dòng)性能，效率高，安全性好，不需要調(diào)整和維修，制動(dòng)性能優(yōu)于干式制動(dòng)。為了提高設(shè)備的性能和生產(chǎn)力，設(shè)計(jì)時(shí)候會(huì)普遍采用濕式多盤式制動(dòng)器。濕式多盤式制動(dòng)器代替干式制動(dòng)是勢(shì)在必行。
1.3 國(guó)內(nèi)盤式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器優(yōu)缺點(diǎn)
1.3.1鼓式制動(dòng)器
鼓式制動(dòng)也叫塊式制動(dòng)，是靠制動(dòng)塊在制動(dòng)輪上壓緊來(lái)實(shí)現(xiàn)剎車的。鼓式制動(dòng)是早期設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)鼓設(shè)計(jì)，于1902年，已在馬車運(yùn)輸中使用，直到大約1920年在無(wú)軌膠輪車行業(yè)被廣泛使用?，F(xiàn)在鼓式制動(dòng)器的主流是內(nèi)張式，制動(dòng)塊（剎車蹄）位于制動(dòng)輪內(nèi)側(cè)里面的剎車時(shí)，在剎車的時(shí)候制動(dòng)塊向外張開(kāi)，剎車片摩擦制動(dòng)輪，達(dá)到制動(dòng)的目的。相對(duì)于盤式制動(dòng)器，鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)性能和散熱要差很多了，鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力穩(wěn)定性差，不同的道路上制動(dòng)力變化很大，不容易控制。由于散熱性能差，制動(dòng)過(guò)程中收集了大量的熱量。制動(dòng)塊和輪鼓在高溫下極易發(fā)生非常復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，導(dǎo)致降低制動(dòng)效能的影響，更容易出現(xiàn)高溫。此外，鼓式制動(dòng)器在使用一段時(shí)間后，要定期調(diào)整制動(dòng)蹄差距，甚至要把整個(gè)剎車鼓拆出清理累積在內(nèi)的剎車粉。當(dāng)然，鼓式制動(dòng)器并非一無(wú)是處，它的成本比較便宜，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)。四輪無(wú)軌膠輪車的制動(dòng)過(guò)程中，由于前輪負(fù)載的作用慣性通常占70％-80％的所有無(wú)軌膠輪車的負(fù)載，就采用前盤后鼓的制動(dòng)方式，后輪輔助制動(dòng)的效果，因此無(wú)軌膠輪車制造商為了節(jié)省成本，剎車前盤后鼓。然而，由于重型車輛的車速一般不是很高，剎車蹄的耐用程度也比盤式制動(dòng)器高，所以很多重型車輛仍使用四鼓設(shè)計(jì)。
1）鼓式制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：鼓式剎車，因?yàn)閯x車由于剎車片外張，甚至與制動(dòng)鼓外張的輪旋轉(zhuǎn)扭曲一個(gè)角度，剎車制動(dòng)力越大，這種情況更為明顯。一般大型工程車輛還是使用鼓式剎車，除了成本較低，大型車和小型車鼓剎車，差別可能只有大型采氣動(dòng)輔助，而小型車采用真空協(xié)助，以幫助剎車。成本較低：鼓式制動(dòng)器制造技術(shù)水平較低，并且最早在制動(dòng)系統(tǒng)中使用，所以比盤式制動(dòng)器的制造成本要低。
2）鼓式剎車的缺點(diǎn)，由于鼓式制動(dòng)器的摩擦片在制動(dòng)鼓中密封，導(dǎo)致剎車片磨損碎屑不能被驅(qū)散，制動(dòng)鼓及墊片，接觸面影響制動(dòng)性能。鼓式制動(dòng)器的最大缺點(diǎn)是陰雨天，浸雨水會(huì)打滑，導(dǎo)致剎車失靈。這是最可怕的。
圖1.1 鼓式制動(dòng)器
1.3.2盤式制動(dòng)器
在盤式制動(dòng)器摩擦副的旋轉(zhuǎn)組件稱為制動(dòng)盤，與金屬板的兩端。它的固定部分是各種結(jié)構(gòu)類型可以分為兩類。一個(gè)是工作區(qū)的摩擦塊和金屬后剎車塊，每個(gè)制動(dòng)有4到2制動(dòng)塊。夾緊支架制動(dòng)塊及其驅(qū)動(dòng)裝置安裝在制動(dòng)盤的兩側(cè)，制動(dòng)卡鉗。制動(dòng)盤和制動(dòng)卡鉗制動(dòng)稱為鉗盤式制動(dòng)器的。另一個(gè)要素是固定的金屬背板與摩擦盤為圓盤形，所有制動(dòng)盤的摩擦接觸面，剎車被稱為全制動(dòng)。在過(guò)去的中央制動(dòng)器的制動(dòng)輪，但更多的無(wú)軌膠輪車和卡車使用各級(jí)鉗盤式制動(dòng)器。整體式制動(dòng)器的無(wú)軌膠輪車只有少數(shù)的車輪制動(dòng)器。鉗盤式制動(dòng)器可分為兩種類型的固定夾盤和浮鉗盤式。
摩擦盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)摩擦助勢(shì)作用，所以對(duì)制動(dòng)性能的摩擦系數(shù)的影響較小，性能更加穩(wěn)定；浸水性能下降較少。只有一個(gè)或兩個(gè)制動(dòng)可以恢復(fù)情況正常；對(duì)制動(dòng)盤的厚度方向的熱膨脹量很小，以及制動(dòng)鼓制動(dòng)間隙的熱膨脹；制動(dòng)相同，一般規(guī)模小、轉(zhuǎn)矩輸出結(jié)果的質(zhì)量是提高制動(dòng)踏板行程過(guò)大，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)間隙的調(diào)整，對(duì)護(hù)理操作更加簡(jiǎn)單的維修和保養(yǎng)。對(duì)于鉗盤式制動(dòng)器，因?yàn)橹苿?dòng)盤外露，有良好的散熱優(yōu)勢(shì)。盤式制動(dòng)器的缺點(diǎn)是不太有效，所以驅(qū)動(dòng)液壓制動(dòng)系統(tǒng)管路壓力較高，一般使用的伺服裝置。
盤式制動(dòng)器的主要缺點(diǎn)是難以完全避免污垢和鐵銹；也可以作為停車制動(dòng)，需要額外的停車制動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，因此一些無(wú)軌膠輪車前輪盤式后輪制動(dòng)系統(tǒng)的使用；此外，由于自身增長(zhǎng)動(dòng)力效應(yīng)缺乏，制動(dòng)效率低和中小型無(wú)軌膠輪車的使用需要增壓裝置
盤式制動(dòng)器的制動(dòng)性能和穩(wěn)定性而干燥，能夠承受的溫度，水和車速的影響，良好的抗衰退性能的優(yōu)點(diǎn)，但只有一個(gè)制動(dòng)盤，摩擦小體積，高壓力下的單位面積，冷卻條件。因此，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，非常嚴(yán)格的施工機(jī)械設(shè)備的制動(dòng)性能要求，干盤式制動(dòng)器逐漸被更好的制動(dòng)性能的濕式多盤制動(dòng)器取代。在第二十世紀(jì)80年代中期，國(guó)外地下裝載機(jī)的技術(shù)引進(jìn)和消化吸收開(kāi)始于濕式多盤制動(dòng)器的研究。在第二十世紀(jì)80年代末開(kāi)始發(fā)展無(wú)軌膠輪車濕式多盤制動(dòng)器產(chǎn)品，開(kāi)發(fā)了液壓制動(dòng)，彈簧制動(dòng)液壓制動(dòng)和彈簧制動(dòng)液壓制動(dòng)，多功能和非驅(qū)動(dòng)橋產(chǎn)品已在車輛使用效果良好。
圖1.2 盤式制動(dòng)器
1.4 本課題研究意義
濕式多盤制動(dòng)器具有制動(dòng)力矩大、使用壽命長(zhǎng)、抗衰退及抗污染能力強(qiáng)、免維修等優(yōu)點(diǎn)。廣泛用于需要制動(dòng)力矩大或工作環(huán)境惡劣的設(shè)備。因此，在較大型或特殊工況使用的工程車輛上，濕式多盤制動(dòng)器取代其它形式制動(dòng)器已成為必然趨勢(shì)。?
隨著人們對(duì)濕式多盤制動(dòng)器技術(shù)的了解不斷加深，?以及基于其制動(dòng)性能好、安全、效率高。制動(dòng)器不需要調(diào)整和維護(hù)，維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低等特點(diǎn)，因此濕式多盤制動(dòng)器的前景是非常廣闊的。除此之外，近年來(lái)，隨著用戶對(duì)濕式多盤制動(dòng)器制動(dòng)性能和使用壽命要求的不斷提高，我們有必要對(duì)濕式多盤制動(dòng)器進(jìn)行更近一步的改進(jìn)與更新，所以有關(guān)濕式多盤制動(dòng)器設(shè)計(jì)原則、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及破壞機(jī)理等一系列基礎(chǔ)理論方面的研究正在逐步進(jìn)行和不斷完善。
煤炭行業(yè)在我國(guó)不斷發(fā)展的同時(shí)，也給我國(guó)人民生活水平的提高及國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展貢獻(xiàn)了不可磨滅的力量。眾所周知，濕式多盤制動(dòng)器對(duì)于煤炭行業(yè)意味著什么，它是煤炭行業(yè)最不可缺少的。因此，研究濕式多盤制動(dòng)器有著非常重要的意義。
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第2章 濕式多盤制動(dòng)器概述
2.1 濕式多盤制動(dòng)器的種類及優(yōu)點(diǎn)
濕式多盤制動(dòng)器按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為普通型濕式多盤制動(dòng)器、濕式多盤失壓制動(dòng)器、多功能濕式多盤制動(dòng)器三種形式。
濕式多盤制動(dòng)器是一種全封閉結(jié)構(gòu)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：
①環(huán)形面積大，其結(jié)構(gòu)可以在較小的李寧壓力大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩分量條件下承受的壓力相應(yīng)減少，摩擦的單位壓力和摩擦材料的發(fā)展，大大提高濕摩擦系數(shù)。原來(lái)的銅的動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)的濕式盤式制動(dòng)器粉末冶金摩擦材料μ=0.06-0.1，現(xiàn)在又開(kāi)發(fā)了紙基摩擦材料，其動(dòng)摩擦系數(shù)μ=0.1-0.14，抗壓強(qiáng)度也隨之提高。
②完全密封，徹底避免了水衰退現(xiàn)象，免受外界濕度及粉塵的影響，工作性能穩(wěn)定磨損甚微，能自動(dòng)補(bǔ)償片間間隙，使用壽命期間一般免調(diào)整、免維護(hù)，使整機(jī)的維護(hù)成本大大降低。
③摩擦片浸在油中進(jìn)冷卻，散熱條件好，可顯著降低工作溫度，使用壽命顯著提高。
④改變摩擦副數(shù)目即可調(diào)節(jié)制動(dòng)力矩，易于實(shí)現(xiàn)系列化。
2.1.1 濕式多盤失壓制動(dòng)器
濕式多盤制動(dòng)器的壓力損失是一種安全型濕式多盤制動(dòng)器如圖2.1所示，它除了具有普通濕式多盤制動(dòng)器，也可以使液壓制動(dòng)系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，不需要第二制動(dòng)系統(tǒng)。工作制動(dòng)，停車制動(dòng)和緊急制動(dòng)，因此沒(méi)有額外的制動(dòng)，停車制動(dòng)的需要，在總體布置帶來(lái)方便。濕式多盤制動(dòng)器的壓力損失在結(jié)構(gòu)上采用彈簧制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)管壓力達(dá)到額定值時(shí)，推動(dòng)活塞壓縮彈簧鑄造制動(dòng)。當(dāng)制動(dòng)踏板踏，壓力油排出，與彈簧立即推動(dòng)活塞按制動(dòng)摩擦盤..當(dāng)剎車線無(wú)論壓力引起，制動(dòng)器自動(dòng)制動(dòng)，保證車輛的行駛安全性。但由于制動(dòng)采用彈簧制動(dòng)，制動(dòng)不軟彈簧長(zhǎng)期承受疲勞載荷，所以剛度和疲勞強(qiáng)度要求較高。
1-法蘭 2-前殼 3-殼體 4-碟簧組 5-動(dòng)壓盤 6-排空嘴 7-活塞
8-透氣塞 9-進(jìn)油口 10-鋼片 11-粉片 12-軸 13-碟簧螺栓
圖2.1 濕式多盤失壓制動(dòng)器
2.1.2 普通型濕式多盤制動(dòng)器
普通濕式多盤制動(dòng)器系統(tǒng)，如圖2.2，氣壓制動(dòng)，從制動(dòng)的制動(dòng)彈簧釋放。壓力油進(jìn)入制動(dòng)器油腔，作用在大活塞，從而推動(dòng)活塞壓緊摩擦盤式制動(dòng)器。這種通用型濕式盤式制動(dòng)器一般安裝在各種車輛的車輪，以驅(qū)動(dòng)制動(dòng)。
它需要一個(gè)液壓系統(tǒng)來(lái)控制制動(dòng)作用，一旦管道破裂，這是不可能實(shí)現(xiàn)的制動(dòng)，并對(duì)車輛行駛安全的威脅。此外，為了停車后，確保車輛的安全性可以是安全的，也有一個(gè)停車制動(dòng)器。停車制動(dòng)器制動(dòng)總。兩套剎車，確保車輛安全，但車輛的零部件數(shù)量增加。
1-動(dòng)殼 2-鋼片 3-粉片 4-靜殼 5-活塞 6-透氣塞 7-進(jìn)油口 8-彈簧
圖2.2 普通型濕式多盤制動(dòng)器
2.1.3 多功能濕式多盤制動(dòng)器
多功能濕式多盤制動(dòng)器采用濕式多盤制動(dòng)器兩種以上特征的綜合，它在結(jié)構(gòu)上與雙活塞和制動(dòng)方法。制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)控制壓力油，壓力油進(jìn)入制動(dòng)器油室，在制動(dòng)活塞，從而推動(dòng)壓緊活塞摩擦制動(dòng)片，由回位彈簧松開(kāi)駐車制動(dòng)器制動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)故障和爆管后卸載，制動(dòng)液壓系統(tǒng)卸荷，壓縮彈簧推動(dòng)壓緊活塞立即停車制動(dòng)摩擦片。其制動(dòng)軟的，安全的，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。
2.2 濕式多盤制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和工作原理
濕式多盤式制動(dòng)器的殼體通過(guò)螺栓聯(lián)結(jié)在橋殼上，殼蓋套在輪轂外，制動(dòng)器的右端采用浮動(dòng)油密封。這樣在制動(dòng)器箱體中間形成一個(gè)密閉的腔體，里面裝配有制動(dòng)盤、制動(dòng)活塞以及摩擦片。半軸則通過(guò)輪轂的配合連接到摩擦片使其旋轉(zhuǎn)和軸向移動(dòng)。制動(dòng)活塞可沿輪轂外花鍵作軸向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)：重復(fù)完成壓向、離開(kāi)制動(dòng)盤的操作，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)、解除制動(dòng)的功能。本文所列舉的制動(dòng)器的液壓控制是一個(gè)反向控制系統(tǒng)：當(dāng)活塞腔內(nèi)進(jìn)入液壓油時(shí)，制動(dòng)活塞壓縮彈簧，使活塞與制動(dòng)盤、摩擦片之間的壓力減小至消失而相互分離，摩擦力矩消失，解除制動(dòng)；當(dāng)活塞腔卸油時(shí)，回位彈簧將制動(dòng)活塞退回，使制動(dòng)活塞壓向制動(dòng)盤，從而是制動(dòng)盤與摩擦片壓緊，產(chǎn)生很大的摩擦阻力矩實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。壓縮彈簧、隔套和擋圈、螺栓組合在制動(dòng)釋放時(shí)起到使制動(dòng)活塞返回的作用，襯套、隔套和擋圈、螺栓組合起到調(diào)整活塞與制動(dòng)盤之間間隙的作用。
制動(dòng)器內(nèi)部與車橋主傳動(dòng)和輪邊減速器相通，固定盤與磨擦盤始終浸在潤(rùn)滑油中，以減少磨擦盤的磨損，且增大散熱面積，另外，制動(dòng)器采用了一個(gè)制動(dòng)液壓泵，液壓油進(jìn)入制動(dòng)缸進(jìn)，活塞推動(dòng)制動(dòng)盤及磨擦盤的作用力是均勻分布的，并且液壓力與所形成的制動(dòng)力成線性變化關(guān)系，因此，制動(dòng)迅速、平穩(wěn)、制動(dòng)性能穩(wěn)定。
濕式多盤式制動(dòng)器主要是由一組動(dòng)靜相間的摩擦偶件組成。動(dòng)摩擦片為旋轉(zhuǎn)元件，靜對(duì)偶片為固定元件，只能沿軸移動(dòng)而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)時(shí)通過(guò)液壓力或者彈簧力的作用，是個(gè)表面摩擦，實(shí)現(xiàn)減速停止或制動(dòng)停止的目的。摩擦產(chǎn)生的熱量一部分由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)元件吸收，一部分由冷卻油吸收或帶走。濕式多片制動(dòng)器可以用于車輛中的許多位置。按轉(zhuǎn)速-扭矩劃分為低速-大扭矩制動(dòng)器和攻速-小扭矩制動(dòng)器。
當(dāng)制動(dòng)器需要發(fā)的扭矩而轉(zhuǎn)動(dòng)速度相對(duì)較小時(shí)，可以置于傳動(dòng)系的主減速器之后，成為論辯制動(dòng)器。當(dāng)不用輪邊制動(dòng)時(shí)，將一個(gè)傳動(dòng)系制動(dòng)器安裝在車輛主變速器輸出軸上。這樣的制動(dòng)器將利用傳動(dòng)系中差速器和行星齒輪的齒輪的減速作用，產(chǎn)生小扭矩，角速度明顯大于輪邊制動(dòng)器。濕式多盤式制動(dòng)器還可以用于其他位置?！皟?nèi)端”制動(dòng)器位于差速器和行星齒輪之間的軸總成上。他的扭矩、速度和能量/功率介于輪邊制動(dòng)器和傳動(dòng)系制動(dòng)器之間。
制動(dòng)器的冷卻方式有強(qiáng)制循環(huán)和集油槽自流冷卻兩種，可根據(jù)制動(dòng)力矩大小和制動(dòng)的頻繁觸怒而定。集油槽自流冷卻方式的輪轂花鍵軸套和空心軸之間不設(shè)油封，摩擦片利用驅(qū)動(dòng)橋殼體齒輪潤(rùn)滑油冷卻。進(jìn)入界面的既有的量取決于所用的摩擦材料的形式，材料上的溝槽形式、摩擦片的角速度、表面壓力以及機(jī)油的粘度。
濕式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)：
(1)為完全封閉的結(jié)構(gòu)，環(huán)形工作的面積較大，并且防止了泥、水、油的浸入，從而制動(dòng)穩(wěn)定，在使用壽命期內(nèi)一般無(wú)需調(diào)整和維修。
(2)采用多片結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)在較小的襯片壓力下獲得較大的制動(dòng)力矩，而元件承受的壓力降低，摩擦片的單位面積受壓力小。
(3) 隨著摩擦材料的發(fā)展，濕態(tài)摩擦系數(shù)也會(huì)得到相應(yīng)的改善， 改變摩擦副的數(shù)目即可調(diào)節(jié)制動(dòng)扭矩的大小，易于實(shí)現(xiàn)摩擦偶件的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。
(4)采用單一的制動(dòng)活塞推動(dòng)結(jié)構(gòu)，耦合摩擦受力均勻，圓盤空間和重型長(zhǎng)坡制動(dòng)條件允許沒(méi)有凋整并準(zhǔn)許滑轉(zhuǎn)傳遞扭矩扭矩，特別適合重載且長(zhǎng)坡制動(dòng)的工況。
(5) 油循環(huán)冷卻降溫，液壓傳動(dòng)，具有良好的保溫性能，減少維修，延長(zhǎng)使用壽命。根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度選擇執(zhí)行或冷卻，其冷卻的方法。潤(rùn)滑差速器和邊行星齒輪減速器油的輪子之間可以直接流制動(dòng)器的制動(dòng)盤，以達(dá)到冷卻效果。
(6) 固定盤和制動(dòng)殼通過(guò)花鍵連接，摩擦盤裝在固定盤之間，隨著車輪旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)時(shí)，固定盤壓向摩擦片，摩擦片減速，以降低車輪轉(zhuǎn)速，以達(dá)到制動(dòng)的目的。
圖2.3 濕式多盤制動(dòng)器
2.3 濕式多盤制動(dòng)器冷卻方式及散熱途徑
一、冷卻方式?
目前礦用濕式多盤制動(dòng)器的冷卻降溫主要依靠油液的循環(huán)。冷卻方式可根據(jù)制動(dòng)器的工作環(huán)境及制動(dòng)的頻繁狀況分為自行冷卻和強(qiáng)制油液循環(huán)冷卻2種方式。主要依靠制動(dòng)器內(nèi)部的潤(rùn)滑油及殼體使熱量散發(fā)的方式稱為自行冷卻方式。將外部的冷卻液引入制動(dòng)器，冷卻液流過(guò)摩擦盤后再流出制動(dòng)器，將制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量帶走的方式稱為強(qiáng)制冷卻方式。其中強(qiáng)制冷卻方式又分為軸心式冷?卻方式、浸油式冷卻方式和滴油或噴油式冷卻方式。自行冷卻方式適用于制動(dòng)不太頻繁而制動(dòng)器本身散熱就已經(jīng)足夠的場(chǎng)合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但冷卻能力相對(duì)較弱；強(qiáng)制冷卻方式適用于制動(dòng)頻繁而制動(dòng)器本身散熱不足的場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)復(fù)雜但冷卻能力相對(duì)較強(qiáng)。?
二、散熱機(jī)理分析
濕式多盤制動(dòng)器與干式制動(dòng)器不同，其特點(diǎn)：濕式多盤制動(dòng)器工作在浸滿冷卻液的封閉環(huán)境中。在液壓力的作用下壓緊內(nèi)、外摩擦片，當(dāng)摩擦片相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸的表面產(chǎn)生摩擦力，摩擦力所做的功轉(zhuǎn)化為熱量，熱量通過(guò)接觸界面逐漸傳遞到潤(rùn)滑油液及制動(dòng)器殼體內(nèi)。其中，一部分熱量以熱傳導(dǎo)、對(duì)流以及輻射等方式，通過(guò)制動(dòng)器內(nèi)潤(rùn)滑冷卻油及周圍空氣散發(fā)；另一部分則以內(nèi)部勢(shì)能的形式積累在材料內(nèi)部。?
制動(dòng)器的熱量產(chǎn)生具有瞬時(shí)性，制動(dòng)器熱量的散發(fā)具有過(guò)程性。油液與摩擦副之間的對(duì)流換熱以及殼體連續(xù)散熱過(guò)程均為非穩(wěn)態(tài)過(guò)程。由于全封閉濕式多盤制動(dòng)器的瞬間產(chǎn)生的制動(dòng)熱能向油液擴(kuò)散有一個(gè)過(guò)程，這與油液的流動(dòng)狀態(tài)，摩擦片的導(dǎo)熱性、對(duì)偶鋼片的熱容量及其傳熱特性有關(guān)，此外還與外界環(huán)境的溫度及空氣流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。工作循環(huán)時(shí)間的長(zhǎng)短、制動(dòng)強(qiáng)度對(duì)全封閉濕式多盤制動(dòng)器內(nèi)油的溫升均影響較大。
從制動(dòng)器的散熱機(jī)理分析，制動(dòng)器摩擦副的熱量傳遞主要表現(xiàn)為傳導(dǎo)和對(duì)流2種傳熱方式。影響其散熱的因素除摩擦副材料的導(dǎo)熱系數(shù)、油液的對(duì)流換熱系數(shù)外，還與殼體的導(dǎo)熱性能、摩擦副的結(jié)構(gòu)形式、油液在制動(dòng)器中的流動(dòng)狀態(tài)、環(huán)境溫度、摩擦片的導(dǎo)熱特性、初始溫度以及空氣的流動(dòng)狀況等有關(guān)。
第3章 濕式多盤制動(dòng)器的制動(dòng)理論分析
3.1 制動(dòng)性能概念
制動(dòng)性能：車輛行駛時(shí)能在短時(shí)間內(nèi)停車且能維持行駛方向穩(wěn)定性和在下坡時(shí)能維持一定車速的能力。
由于濕式多盤制動(dòng)器具有制動(dòng)性能好，安全效率高，制動(dòng)力矩大，使用壽命長(zhǎng)，抗熱衰退及抗污染能力強(qiáng)、免維修等優(yōu)點(diǎn)，因此它可被廣泛應(yīng)用于制動(dòng)力矩大、工作環(huán)境惡劣的工程車輛上，尤其可用在較大型或特殊工況。
3.2 制動(dòng)器分類、特點(diǎn)和應(yīng)用
制動(dòng)器因現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械的發(fā)展而出現(xiàn)多種新的結(jié)構(gòu)型式，其中鉗盤式制動(dòng)器、磁粉制動(dòng)器以及電磁制動(dòng)器的應(yīng)用最為廣泛。具體分類如下：
3.2.1按制動(dòng)器的功用分類
行車制動(dòng)器：使行使中的無(wú)軌膠輪車減低速度甚至停車的一套專門裝置。
停車制動(dòng)器：是以停止的無(wú)軌膠輪車駐留在原地不動(dòng)的一套裝置。
緊急制動(dòng)器：在行車制動(dòng)器失效的情況下，保證無(wú)軌膠輪車仍能實(shí)現(xiàn)減速或停車的一套裝置。在許多國(guó)家的制動(dòng)法規(guī)中規(guī)定，失效制動(dòng)器是無(wú)軌膠輪車必須具備的。
3.2.2 按制動(dòng)器的制動(dòng)能源分類
人力制動(dòng)器：以駕駛員的肢體作為唯一的制動(dòng)能源的制動(dòng)器。
動(dòng)力制動(dòng)器：完全靠由發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢(shì)能進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)器。
伺服制動(dòng)器：兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)器。
3.2.3 按照制動(dòng)能量的傳輸方式分類
制動(dòng)系又可分為機(jī)械式、液壓式、氣壓式和電磁等。同時(shí)采用兩種以上傳能方式的制動(dòng)器，可稱為組合式制動(dòng)器。
3.2.4 按工作狀態(tài)分類
常閉式：通?？繌椈苫蛑亓ψ饔贸Ｌ幱谥苿?dòng)狀態(tài)而機(jī)械設(shè)備需運(yùn)行時(shí)松開(kāi)（如卷?yè)P(yáng)機(jī)、起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)等）；
常開(kāi)式：常處于松閘狀態(tài)，需制動(dòng)時(shí)操縱制動(dòng)器施加外力進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)（如運(yùn)輸車輛、起重機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)等）。
3.2.5 按操縱方式分類
按操縱方式分類有人力操縱、電磁鐵操縱、電力液壓操縱以及液力操縱和氣動(dòng)操縱。人力操縱和電磁鐵操縱用于制動(dòng)轉(zhuǎn)矩不太大的場(chǎng)合，電磁鐵操縱又分直流電磁鐵操縱和交流電磁鐵操縱。電力液壓操縱的推動(dòng)器自備電機(jī)和液壓系統(tǒng)。
3.2.6 按結(jié)構(gòu)形式
按結(jié)構(gòu)形式分類有摩擦式和非摩擦式。
摩擦式制動(dòng)器又分為外抱塊式、內(nèi)張?zhí)闶健?、盤式；非摩擦式制動(dòng)器又分為磁粉式、磁渦流式。
①摩擦式
外抱塊式：簡(jiǎn)單可靠、散熱好。瓦塊有充分和較均勻的退距，調(diào)整間隙方便，對(duì)于直形制動(dòng)臂，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小與轉(zhuǎn)向無(wú)關(guān)，制動(dòng)輪軸不受彎曲作用力。但包角和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，制造比帶式制動(dòng)器復(fù)雜，杠桿系統(tǒng)復(fù)雜，外形尺寸大。應(yīng)用較廣，適于工作頻繁及空間較大的場(chǎng)合
內(nèi)張?zhí)闶剑簝蓚€(gè)內(nèi)置的制動(dòng)蹄在徑向向外擠壓制動(dòng)鼓，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。結(jié)構(gòu)緊湊，散熱性好，密封容易。可用于安裝空間受限制的場(chǎng)合，廣泛用于輪式起重機(jī)，各種車輛如無(wú)軌膠輪車、拖拉機(jī)等的車輪中。
帶式：構(gòu)造簡(jiǎn)單緊湊。包角大（可超過(guò)2π），制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。制動(dòng)輪軸受較大的彎曲作用力，制動(dòng)帶的壓強(qiáng)和磨損不均勻（按e規(guī)律進(jìn)行）且受摩擦因數(shù)的變化的影響較大，散熱差。簡(jiǎn)單和差動(dòng)帶式制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小均與旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)，限制了應(yīng)用范圍。適于需求結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合，如用于移動(dòng)式起重機(jī)中。
盤式：利用軸向壓力使圓盤或圓錐形摩擦表面壓緊，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。制動(dòng)輪軸不受彎曲，結(jié)構(gòu)緊湊。與帶式制動(dòng)器比較其磨損均勻。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大小與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)，制成封閉形式防塵防潮。摩擦面散熱條件次于塊式和帶式，溫度較高。可采用多組布置，又可控制液壓，使制動(dòng)轉(zhuǎn)矩可調(diào)性好。適于應(yīng)用在緊湊性要求高的場(chǎng)合，如車輛的車輪和電動(dòng)葫蘆中。大載荷自制盤式制動(dòng)器靠重物自重在機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力制動(dòng)，它能保證重物在升降過(guò)程中平穩(wěn)、下降和安全懸吊。主要用于提升設(shè)備及起重機(jī)械的起升機(jī)構(gòu)中。
②非摩擦式
磁粉式: 利用磁粉磁化時(shí)所產(chǎn)生的剪力來(lái)制動(dòng)。體積小、重量輕，勵(lì)磁功率小且制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。磁粉會(huì)引起零件磨損。適用于自動(dòng)控制及各種機(jī)器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。
磁渦流式：堅(jiān)固耐用，維修方便，調(diào)速范圍大。但低速時(shí)效率低，溫升高，必須采取散熱措施。常用于有垂直載荷的機(jī)械中（如起重機(jī)械的起升機(jī)構(gòu)），吸收停車前的功能，以減輕停止式制動(dòng)器的載荷。
3.3 制動(dòng)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)
判斷制動(dòng)性能是否好用，最基本的性能指標(biāo)制動(dòng)力的大小，也就是說(shuō)各個(gè)車輪的制動(dòng)力是不是能夠達(dá)到它的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值。其次，制動(dòng)系統(tǒng)四個(gè)輪子的制動(dòng)力是不是均勻地同時(shí)分別都是加在四個(gè)車輪上的，也就是說(shuō)制動(dòng)的時(shí)效性。最后，制動(dòng)存不存在制動(dòng)系統(tǒng)的拖滯現(xiàn)象. 比如有一個(gè)車輪是不是排除制動(dòng)踏板，制動(dòng)力始終在車輪上，車輪會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的制動(dòng)力，造成熱量急劇增加，最后造成車輪制動(dòng)失效。
3.3.1制動(dòng)效能
制動(dòng)效能即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度，是指在良好路面上，無(wú)軌膠輪車以一定初速制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)無(wú)軌膠輪車的減速度，是制動(dòng)性能最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)。而其中制動(dòng)距離、制動(dòng)減速度、制動(dòng)時(shí)間是關(guān)鍵因素。
3.3.2制動(dòng)效能恒定性
制動(dòng)效能的恒定性是指規(guī)定無(wú)軌膠輪車以規(guī)定車速連續(xù)制動(dòng)15次，制動(dòng)強(qiáng)度為3m/s2，最后不低于冷試驗(yàn)效能的60%(5.8m/s2)的性能。其關(guān)鍵因素有熱衰退性、抗水衰退性、摩擦系數(shù)的變化。
3.4制動(dòng)時(shí)車輪的受力分析
在車輛制動(dòng)時(shí)，由于傳動(dòng)系統(tǒng)已被撕掉，無(wú)輪驅(qū)動(dòng)力矩。在車輛開(kāi)始以一定的速度到停車制動(dòng)的過(guò)程中，對(duì)車輪的制動(dòng)力矩的作用，制動(dòng)，輪胎與地面之間的所有的地面制動(dòng)力來(lái)克服車輛的慣性力的反作用力，車輛停放在規(guī)定的制動(dòng)距離在。在滿負(fù)荷和水平干硬的路面條件下，車輪的應(yīng)力如圖4.1所示。
圖3.1 車輪受力圖
圖中 --車輪制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，
--為地面對(duì)車輪的地面制動(dòng)力，
G--為車輪所承受的垂直載荷，
T--為作用到車輪上的慣性力，
--為地面對(duì)車輪的反作用力，
r--為車輪的靜力半徑，忽略了車輪的滾動(dòng)阻力轉(zhuǎn)矩，減速慣性力，慣性力轉(zhuǎn)矩。
3.4.1 地面制動(dòng)力
對(duì)車輪的中心取矩，由車輪的力矩平衡
得到:
從上式，車輪的制動(dòng)力對(duì)車輪制動(dòng)器和輪胎的靜摩擦力矩相關(guān)半徑同時(shí)地面的車輪制動(dòng)力也受到約束的路面附著條件的影響，即在車輪制動(dòng)力面低于地面的附著力，其價(jià)值取決于輪胎的垂直載荷和地球大小輪胎附著系數(shù)的作用。
3.4.2 制動(dòng)器制動(dòng)力
制動(dòng)器制動(dòng)力是指在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力，可知：
3.4.3 附著力
附著力是指地面對(duì)輪胎切向反作用力的極限值，即地面對(duì)輪胎的最大靜摩擦力
=
3.4.4 附著系數(shù)
車輛制動(dòng)輪是從純滾動(dòng)滾滑鎖拖動(dòng)漸變過(guò)程。當(dāng)制動(dòng)輪的制動(dòng)力矩小于輪胎與地面之間的附著力，車輪附著力矩產(chǎn)生，在制動(dòng)輪滾動(dòng)狀態(tài)，而從地面到車輪的地面制動(dòng)力和制動(dòng)的制動(dòng)力成正比。當(dāng)?shù)孛孳囕喼苿?dòng)力達(dá)到極限值和車輪被鎖在路面滑動(dòng)拖拽的痕跡，那么車輪的制動(dòng)力，制動(dòng)器的制動(dòng)力矩地?zé)o關(guān)，只與輪胎的垂直載荷和地面和輪胎附著系數(shù)的作用。其中ψ為附著系數(shù)，取決于道路材料，路面狀況，輪胎結(jié)構(gòu)，胎面花紋及其材料。
路面
峰值附著系數(shù)
（靜摩擦系數(shù)）
滑動(dòng)附著系數(shù)
（運(yùn)動(dòng)摩擦系數(shù)）
混凝土、瀝青（干）
0.8-0.9
0.75
瀝青（濕）
0.5-0.7
0.45-0.6
混凝土（濕）
0.8
0.7
礫石
0.6
0.55
土路（干）
0.68
0.65
土路（濕）
0.55
0.4-0.5
雪（壓緊）
0.2
0.15
表3.1 附著系數(shù)
3.5 制動(dòng)力的分析
3.5.1 制動(dòng)器制動(dòng)力的概念
制動(dòng)力指在輪胎周圍克服制動(dòng)摩擦力矩所需要的力，即：
3.5.2 影響制動(dòng)器制動(dòng)力的因素
①地面制動(dòng)力僅由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，即取決于制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)。
②制動(dòng)器摩擦系數(shù)與半徑有關(guān)，并且與制動(dòng)器踏板力及制動(dòng)液壓或氣壓成正比。
3.5.3 地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力與地面附著力的關(guān)系
①地面制動(dòng)力僅與制動(dòng)力矩有關(guān)，而制動(dòng)器制動(dòng)力僅由制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)決定，地面附著力與無(wú)關(guān)。
②一般來(lái)說(shuō)僅考慮制動(dòng)時(shí)，分車輪做滾動(dòng)和抱死拖滑兩種情況：
制動(dòng)時(shí)，車輪做滾動(dòng)時(shí)：地面制動(dòng)力制動(dòng)器制動(dòng)力，即ABS制動(dòng)，車輪不抱死仍具有轉(zhuǎn)向能力。
車輪抱死拖滑時(shí)：地面制動(dòng)力地面附著力。
圖3-2 、與的關(guān)系圖
當(dāng)制動(dòng)油壓小于時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)力等于地面制動(dòng)力，且隨著制動(dòng)油壓的增大而增大；當(dāng)制動(dòng)油壓超過(guò)時(shí)，雖然制動(dòng)器制動(dòng)力還在增大，但是地面制動(dòng)力在達(dá)到地面附著力后便不再增加。可見(jiàn)，首先取決于，但又受附著條件限制，只有車輛具有足夠的制動(dòng)器動(dòng)力，同時(shí)地面又能提供加大的附著力時(shí)才能獲得足夠的地面制動(dòng)力。地面制動(dòng)力，制動(dòng)器所需的制動(dòng)力矩，制動(dòng)器制動(dòng)力校核其小于地面附著力即可。
3.5.4 制動(dòng)車輛制動(dòng)效能
①制動(dòng)減速度：
影響因素：制動(dòng)器制動(dòng)力（車輛滾動(dòng)），附著力（車輛抱死拖滑等）。
不同路面上的減速 (水平路面上） （3-1）
式中：
重力（）；
故制動(dòng)減速度的極限值：
（3-2）
式中：重力加速度 （）
一般情況下車輪不抱死制動(dòng)，故。
②制動(dòng)距離s
依據(jù)“制動(dòng)規(guī)范”中規(guī)定的要求，車輛在時(shí)制動(dòng)距離，
則制動(dòng)時(shí)間：
（3-3）
（3-4）
式中：
制動(dòng)初速度（20Km/h）；
消除制動(dòng)器間隙所用的時(shí)間 （）；
制動(dòng)力增長(zhǎng)過(guò)程中所用的時(shí)間 （）；
-最大制動(dòng)減速度 （）。
可見(jiàn)決定制動(dòng)器距離的主要因素是制動(dòng)器起作用的時(shí)間和最大制動(dòng)減速度。
第4章 濕式多盤制動(dòng)器的制動(dòng)理論分析
4.1濕式多盤制動(dòng)器的設(shè)計(jì)原則
1、車輛應(yīng)設(shè)置行車制動(dòng)，行車制動(dòng)的靜態(tài)制動(dòng)力大于50%整車的最大質(zhì)量。?
2、車輛應(yīng)設(shè)置行車制動(dòng)，停車制動(dòng)應(yīng)在車輛運(yùn)行和動(dòng)力停止運(yùn)行時(shí)均起作用。停車制動(dòng)裝置要保證車輛在規(guī)定的坡道上承載1.5倍最大載荷，在最大為16度的坡道上能保持靜止?fàn)顟B(tài)。?
3、行車制動(dòng)：使車輛減速及至停駛制動(dòng)情況；
駐車制動(dòng)：使車輛在平路上或坡道上靜止不動(dòng)的情況。
緊急制動(dòng)：使車輛迅速制動(dòng)而停駛的情況。?
4、車輛輪胎半徑：
輪胎半徑：自由半徑—未裝車成品輪胎；
靜力半徑—承受最大載荷時(shí)輪胎中心到地面的距離；
運(yùn)動(dòng)半徑—測(cè)量輪胎走過(guò)幾圈的路程。
由于無(wú)軌膠輪車采用實(shí)心輪胎，所以輪胎半徑采用靜力半徑。?
5、制動(dòng)原理?
????????濕式多盤制動(dòng)器具有制動(dòng)力矩大、使用壽命長(zhǎng)、抗衰退能力強(qiáng)、免維修等諸多特點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)由動(dòng)靜殼、活塞、碟簧組件、摩擦片（粉片、鋼片）、轉(zhuǎn)向節(jié)、安裝螺釘、動(dòng)靜壓盤、密封圈、透氣塞總成、排空嘴總成等組成。?
濕式多盤制動(dòng)器的工作原理：采用碟簧制動(dòng)、液壓釋放制動(dòng)方式。
? 抱軸制動(dòng)式濕式多盤制動(dòng)器安裝在輪轂和橋殼之間，動(dòng)、靜摩擦片通過(guò)花鍵分別與動(dòng)殼、活塞連接，兩者相間排列，并均可沿花鍵左右移動(dòng)，制動(dòng)釋放時(shí)，動(dòng)靜摩擦片間保持一定間隙，可自由旋轉(zhuǎn)。主要采用碟簧制動(dòng)、液壓釋放。車輛在停車或緊急制動(dòng)未解除前，碟簧組件推動(dòng)活塞帶動(dòng)動(dòng)壓盤左移，壓緊摩擦片，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。當(dāng)液壓腔充液后，活塞右移，壓縮碟簧組件使摩擦片逐漸松開(kāi)，解決制動(dòng)力。若需緊急制動(dòng)，打開(kāi)控制閥，碟簧推動(dòng)活塞左移，液壓油迅速流回油箱，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。當(dāng)車輛行駛過(guò)程中需要制動(dòng)時(shí)，通過(guò)腳踏閥的行程控制排油量，調(diào)控所需的制動(dòng)力。
????????這樣，制動(dòng)力可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控，以保持車輛運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免了車輛的急停。
4.2 設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)
①制動(dòng)器能實(shí)現(xiàn)停車制動(dòng)和輔助制動(dòng)功能；
②整車最大裝載質(zhì)量3000kg，整車裝備質(zhì)量3000kg，最大總質(zhì)量6000kg；
③全載荷下，前后橋質(zhì)量分配為1:1；
④停車制動(dòng)要求無(wú)軌膠輪車承載1.5倍額定載荷下，在最大為16度的坡道上保持靜止?fàn)顟B(tài)而不產(chǎn)生位移；
⑤停車制動(dòng)器安裝在分動(dòng)器輸入軸上；
⑥停車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)受分動(dòng)器結(jié)構(gòu)限制。
4.3 整車制動(dòng)力矩計(jì)算
按整車質(zhì)量的1.5倍在16°的坡道上停車時(shí)整車所需的制動(dòng)力矩MB為：
（4-1）
式中：
——整車裝備質(zhì)量，3000kg；
W——整車最大裝載質(zhì)量，3000kg；
g——重力加速度，9.8m/s2；
——輪胎半徑，0.519m；
——輪邊減速，取3.39；
——分動(dòng)器傳動(dòng)比，2.02。
將數(shù)據(jù)代入（5-1）得：
（4-2）
4.4 整車制動(dòng)器所需制動(dòng)力
（4-3）
得需制動(dòng)力 （4-4）
式中：
——?jiǎng)幽Σ料禂?shù)，0.08-0.1，取0.085；
n——摩擦副的個(gè)數(shù)，n=4-16，取12；
k——折減系數(shù)，即摩擦片傳遞扭矩時(shí)花鍵齒處摩擦阻力引起串壓著摩擦盤壓緊力的遞減，由表4-1可查出，取0.94；
——摩擦副的等效半徑（mm）；
表4-1 折減系數(shù)
n
2
4
6
8
10
12
k
0.99
0.98
0.97
0.96
0.95
0.94
由上式可以看出制動(dòng)器的制動(dòng)力由制動(dòng)器本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，即與摩擦片的尺寸及片數(shù)、動(dòng)摩擦系數(shù)和制動(dòng)系統(tǒng)的液壓力有關(guān)。制動(dòng)器油液的制動(dòng)壓力應(yīng)在摩擦片材料本身所允許的擠壓強(qiáng)度范圍內(nèi)。
濕式多片制動(dòng)器工作在全封閉的浸油環(huán)境下，外部的粉塵等不會(huì)進(jìn)入，即使油中含有少量雜質(zhì)，也會(huì)通過(guò)襯片上的油槽被油及時(shí)帶走。另外，摩擦襯片與對(duì)偶片之間有油的介入，磨損甚微，故其破壞型式通常不是襯片的磨損，而是由于溫度場(chǎng)不均產(chǎn)生的熱應(yīng)力導(dǎo)致的摩擦偶件的翹曲以及溫度過(guò)高引起的燒損。
襯片壓力與半徑成正比，最大壓緊力在外徑處取得。
經(jīng)查閱參考文獻(xiàn)可知摩擦副等效半徑為：
（4-5）
式中：
—粉片的外半徑（=98.5mm）；
—粉片的內(nèi)半徑（=68.5mm）；
將數(shù)據(jù)代入（4-5）得：
（4-6）
將數(shù)據(jù)代入（4-4）可得制動(dòng)器所需制動(dòng)力
4.5 彈簧方案的設(shè)計(jì)計(jì)算
按受力性質(zhì)，彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧；
按形狀可分為碟形彈簧、環(huán)形彈簧、板彈簧、螺旋彈簧、截錐渦卷彈簧以及扭桿彈簧等。
此處選用碟形彈簧，碟形彈簧的主要參數(shù)按其總體布置和結(jié)構(gòu)來(lái)確定。
碟簧的設(shè)計(jì)主要考慮碟簧的組數(shù)、碟簧的組合形式。
碟簧的工作特點(diǎn)：碟簧安裝完畢，跌栓給彈簧施加壓力，使其壓縮然后達(dá)到制動(dòng)。車輛發(fā)動(dòng)，油壓系統(tǒng)供油，直至解除制動(dòng)。當(dāng)車輛發(fā)動(dòng)達(dá)到液壓系統(tǒng)工作油壓，此時(shí)彈簧再次被壓縮。
碟簧組合形式有疊合、對(duì)合、復(fù)合三種形式。其中：
疊合：由n個(gè)同方向規(guī)格的碟簧組成，如圖4.1所示。由于單片碟簧無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，變形量小，疊合可以使彈力增加，但無(wú)法滿足行程的要求。
圖4.1 疊合
對(duì)合：由i個(gè)相同規(guī)格的碟簧組成，如圖4.2所示。碟簧對(duì)合使其滿足了對(duì)位移的要求，使變形量增加，雖然變形量增加但是力大小基本不變。
圖4.2 對(duì)合
復(fù)合：由i個(gè)同方向同規(guī)格的疊合組合彈簧，如圖4.3所示。
圖4.3 復(fù)合
②復(fù)合碟簧的規(guī)格選取及計(jì)算數(shù)據(jù)
根據(jù)原始數(shù)據(jù)預(yù)選摩擦片副數(shù)n=12，鋼粉片間隙0.1-0.3，取0.2，疊合數(shù)x=1，對(duì)合數(shù)y=2。
一組復(fù)合彈簧所需產(chǎn)生的制動(dòng)力為：
（4-7）
表4-2 碟形彈簧參數(shù)
D/ mm
d/
mm
t()/mm
/
mm
/mm
P/
MPa
f/
mm
-f
/mm
/
MPa
/MPa
Q/(kg/ 1000件)
140
72
8
(7.5)
3.2
11.2
85300
2.4
8.8
-1260
1280
666.6
表4-2中：
——碟簧外徑（mm)；
——碟簧內(nèi)徑（mm)；
t——碟簧厚度（mm)；
——碟簧壓平時(shí)的變形量計(jì)算值(mm)；
——碟簧自有高度（mm）；
——單片碟簧的載荷（N）；
——單片碟簧的變形量（mm)。
由表4-2可知選取A系列3類規(guī)格為140mm的碟簧。
根據(jù)一組碟簧所需產(chǎn)生的制動(dòng)力為3400N，則疊合數(shù)x=2，制動(dòng)時(shí)單片碟簧變形量，單片碟簧產(chǎn)生的制動(dòng)力為：
(4-8)
解除制動(dòng)時(shí)的變形量為，當(dāng)時(shí)， =85300N，=2.4mm。
因時(shí)，呈線性比例關(guān)系，故
（4-9）
故 mm （4-10）
則 ?F=（-）y （4-11）
因可得 （4-12）
綜上所述可知，復(fù)合式碟簧形式為：疊合1片，對(duì)合數(shù)為2。如圖4.4所示。
圖4.4 碟簧方案圖
③軸向尺寸
一組碟簧安裝時(shí)軸向尺寸收到限制，自有高度小于某一軸向尺寸安裝高度，軸向尺寸的計(jì)算公式：
（4-13）
其中：
——對(duì)合數(shù)（2)；
——疊合數(shù)(1)；
——碟簧自有高度（2.15mm）；
——厚度（1.5）；
將數(shù)據(jù)代入（4-20）中可得
（4-14）
碟簧形式的校核
不考慮摩擦力時(shí)，兩次變形單個(gè)碟簧受力
（4-15）
（4-16）由《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》表26-51查的，壓平時(shí)碟簧載荷計(jì)算值
（4-17）
式中：
——彈性模量，；
——泊松比，取0.3；
t——厚度，8mm；
——碟簧壓平時(shí)的變形量，3.2m；
——碟簧外徑，140mm；
將數(shù)據(jù)代入得：
(4-18)
則得：
(4-19)
或
圖4.5 單片碟簧特性曲線
查《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》圖26.26即如圖5.5得，則：
，從而得：
（4-20）
圖4.6碟簧疲勞破壞關(guān)鍵部位
由《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》圖26.27即本文中顯示的圖5.6查得彈簧疲勞破壞關(guān)鍵部位在Ⅱ點(diǎn)。計(jì)算Ⅱ點(diǎn)應(yīng)力，得：
（4-21）
當(dāng)時(shí)
（4-23）
當(dāng)時(shí)
（4-24）
碟形彈簧的計(jì)算上限應(yīng)力：
下限應(yīng)力得：
計(jì)算應(yīng)力幅得：
從圖26.29中在處查得時(shí)疲勞強(qiáng)度上限應(yīng)力為，即疲勞強(qiáng)度應(yīng)力幅為：
所以，即能滿足疲勞壽命的要求。
經(jīng)以上計(jì)算，彈簧制動(dòng)力參數(shù)見(jiàn)表4.3。
表4.3 彈簧制動(dòng)力參數(shù)
總預(yù)加載荷/N
42000
單片預(yù)加變形量/mm
1.2
組合類型
對(duì)合
單片工作變形量/mm
2.4
疊合層數(shù)
1
總變形量/mm
3.6
材料彈性模量/MPa
206000
對(duì)合片數(shù)i
2
泊松比
0.3
實(shí)際總變形量f/mm
3.6
單片工作載荷/N
42000
校核數(shù)據(jù)
單片工作載荷/N
42000
預(yù)加載荷Ⅱ點(diǎn)應(yīng)力
996
碟片類別DType
3
自由高度/mm
11.2
外徑D/mm
2140
靜強(qiáng)度校核結(jié)果Ts滿足
內(nèi)徑d/mm
72
許用應(yīng)力幅/MPa
522
厚度t/mm
8
計(jì)算應(yīng)力幅/MPa
518
減薄厚度/mm
7.5
疲勞強(qiáng)度校核結(jié)果Ta滿足
壓平時(shí)變形量h/mm
3.2
總自由高度/mm
44.8
第5章 濕式多盤停車制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1濕式多盤停車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹
濕式多盤停車制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括：密封裝置、摩擦片、軸承、活塞、軸、碟簧組等。設(shè)計(jì)有兩種方案，其一是大碟簧，其二是小碟簧，下面將做一些簡(jiǎn)述。
5.1.1方案一
如圖5.1所示，此種方案為大碟簧的設(shè)計(jì)方案。
圖5.1 方案一
1-分動(dòng)器外殼 2-軸承 3-墊片 4-分動(dòng)器一軸后蓋 5-靜壓盤 6-螺釘 7-墊片 8-O型圈 9-內(nèi)花鍵殼 10-透氣塞組件 11-活塞 12-殼體 13-碟簧 14 -排空嘴組件 15-壓板 16-螺釘 17-墊片 18-螺栓 19-螺栓 20