摘要：在礦山和煤礦運輸車輛設(shè)備中，制動器對保證生產(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)用運輸車輛一律要求采用濕式制動器，但濕式制動器在長距離大坡度制動時容易產(chǎn)生高溫導(dǎo)致制動器故障甚至制動失效事故。基于此，文章研究了一種帶有冷卻腔的濕式制動器，液壓油通過相關(guān)管路流經(jīng)該冷卻腔進行制動器強制冷卻，保證了制動器表面溫度不超過70℃，降低了設(shè)備的使用維護費用，提高了制動可靠性與安全性。

　　關(guān)鍵詞：礦用機械;礦用運輸車;制動器;強制冷卻

　　1礦用制動器發(fā)展現(xiàn)狀

　　隨著我國經(jīng)濟的高速發(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。在礦山機械和煤礦機械中，礦用車輛的制動系統(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)正常運行的重要系統(tǒng)。路面車輛常見的開放式鉗盤制動器或蹄式制動器都是靠摩擦片干式摩擦制動的干式制動器，存在制動抗干擾性差、制動可靠性低、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)采用的干式制動器，在長距離制動過程中發(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，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：專門用于運輸人員、炸藥、油料的無軌膠輪車使用的干式制動器，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：采用無軌膠輪車運輸時，工作制動必須采用濕式制動器[6-8]。濕式制動器具有封閉的結(jié)構(gòu)，制動元部件都密閉在制動器殼體組成的空腔中，摩擦片工作在封閉浸油的環(huán)境里。因此濕式制動器具有抗干擾性強、可靠性高、制動力矩大等優(yōu)點，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)，井下運輸巷道的距離和坡度也逐步增加，僅僅依靠濕式制動的形式已經(jīng)不能滿足長時間制動的安全要求。運輸車輛在長距離大坡度工況下運輸時，存在制動頻繁和制動持續(xù)時間長的問題，會使得制動器產(chǎn)生大量的熱量，即使采用的是濕式制動，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器不產(chǎn)生高溫。

　　一旦長時間制動導(dǎo)致的制動器溫度不斷上升，難免會超過液壓油的許用溫度，造成制動器液壓油變質(zhì)、密封件老化失效等問題。不僅會造成制動性能下降，也大大降低了設(shè)備使用周期，持續(xù)高溫嚴(yán)重時甚至?xí)�造成摩擦片燒結(jié)而制動失效，引發(fā)安全事故。因此，為了提高礦用車輛在長距離坡道時長期制動時的設(shè)備可靠性，在濕式制動的基礎(chǔ)上還需要開發(fā)強制冷卻系統(tǒng)，通過流動的液壓油帶走熱量，強制冷卻制動器。國外幾大工程機械公司,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器，并應(yīng)用于工程機械和礦山機械中[9-10]。

　　近年國外的工程驅(qū)動橋，尤其是重型驅(qū)動橋中的濕式制動器都配有強制冷卻功能。我國在20世紀(jì)90年代就開始研制開發(fā)濕式制動器，根據(jù)安監(jiān)及管理部門的要求，現(xiàn)在強制礦山運輸車輛必須使用全封閉的濕式多盤制動器，但是對于強制冷卻功能，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，以及井下運輸工況長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)市場需求，設(shè)計開發(fā)國產(chǎn)化的帶有強制冷卻功能的濕式制動器的驅(qū)動橋具有重要意義。

　　2強制冷卻濕式制動器的設(shè)計

　　為了解決以上技術(shù)問題，設(shè)計一種帶有冷卻腔的濕式制動器，該濕式制動器內(nèi)部設(shè)計了一個密閉的冷卻腔，冷卻液壓油可以通過該冷卻腔不斷循環(huán)帶走制動器內(nèi)部熱量，可以一直冷卻驅(qū)動橋制動器，防止制動器長時間制動累積高溫。相對于現(xiàn)有的濕式制動器，該設(shè)計進一步避免了制動器過熱失效，提高了制動安全和可靠性。

　　殼體1與殼體2裝配在一起，其中有一個較大的空腔，在殼體的外部環(huán)形均布安裝了若干個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中沿軸向運動。動摩擦片內(nèi)圈上加工了花鍵，該花鍵可與驅(qū)動軸外圈上的花鍵配合將兩者安裝在一起，動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壓緊座。制動壓緊盤安裝在殼體2內(nèi)部，制動壓緊盤與殼體2之間形成一個制動空腔，在這個空腔的兩側(cè)的制動壓緊盤的外圈上加工有凹槽用于安裝密封圈，在制動油口的油壓下制動壓緊盤可以在殼體2內(nèi)部沿著軸向方向運動。制動壓緊盤上環(huán)形均布四個由回位螺塞、回位彈簧組成的回位機構(gòu)，回位彈簧安裝在回位螺塞和制動壓緊盤之間，回位螺塞的一側(cè)通過螺紋安裝在殼體2上，在制動壓緊盤在殼體2中運動時，回位彈簧進行壓緊和釋放運動。殼體1與殼體2的中心穿過一個驅(qū)動軸，驅(qū)動軸與兩個殼體通過兩端的軸承安裝在一起，該驅(qū)動軸中間具有外花鍵，與動摩擦片法蘭的內(nèi)花鍵配合安裝。

　　驅(qū)動軸可通過花鍵帶動動摩擦片法蘭和動摩擦片在殼體1與殼體2中轉(zhuǎn)動。驅(qū)動軸兩端的軸承保證機構(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及動摩擦片法蘭之間安裝了浮動密封環(huán)和橡膠密封圈。浮動密封環(huán)和橡膠密封圈的作用是密閉這個冷卻腔，阻止冷卻油從縫隙中流出制動器。該制動器在非制動狀態(tài)時，靜摩擦片和動摩擦片沒有壓緊，有一定空隙，保證兩者可以自由旋轉(zhuǎn)運動，也即是驅(qū)動軸可以在殼體中正常旋轉(zhuǎn)。制動時壓力油從制動油口進入制動空腔，在油壓的作用下，制動壓緊盤向壓緊座方向運動，靜摩擦片和動摩擦片逐漸壓緊，直至無法相對旋轉(zhuǎn)運動，此時驅(qū)動軸相對于殼體也停止轉(zhuǎn)動，完成制動工作。

　　當(dāng)制動停止時，制動油口失壓，在回位彈簧的作用下制動壓緊盤往殼體2方向運動，制動空腔中的制動油通過管路流向液壓油箱，靜摩擦片和動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)運動，驅(qū)動軸即可恢復(fù)旋轉(zhuǎn)。冷卻油通過冷卻油口1和冷卻油口2進出殼體1與殼體2形成的空腔，在冷卻油不斷流動的過程中，制動產(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

　　制動器中的殼體、驅(qū)動軸、動摩擦片法蘭等零部件因為要求安裝密封件，對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，需要改進工藝，優(yōu)化使用刀具，避免加工過程出現(xiàn)返工甚至報廢，加工出符合設(shè)計和裝配要求的零部件。

　　3.2制動器與驅(qū)動橋輪轂之間的密封

　　制動器與驅(qū)動橋輪轂之間均采用浮動油封密封，采用浮動密封環(huán)+O型圈的密封形式。因為制動器與驅(qū)動橋輪轂之間有旋轉(zhuǎn)運動，浮動密封環(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型圈及浮動密封環(huán)的比壓選定O型圈的壓縮模量和彈性模量。對選定零部件進行高壓、耐油、耐溫、壓縮回復(fù)、比壓試驗及空載磨合試驗，確定產(chǎn)品性能要求。

　　3.3浮動密封環(huán)比壓與安裝尺寸的確定

　　內(nèi)外密封的浮動密封環(huán)位置不同，其比壓也不同。經(jīng)過多次比壓測試與試驗，確定浮動密封環(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制動器的裝配

　　兩端浮動密封環(huán)裝配合并時，為了防止浮動密封環(huán)在制動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。

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

　　4結(jié)束語

　　該強制冷卻濕式制動器經(jīng)過生產(chǎn)裝配，進行工業(yè)性試驗時經(jīng)測試，在下坡路段連續(xù)制動20min，濕式制動器表面溫度不超過70℃，濕式制動器無漏油現(xiàn)象出現(xiàn)，達(dá)到設(shè)計要求。該強制冷卻濕式制動器設(shè)計合理，運行可靠，在降低制動溫度的同時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)備的使用維護費用。此外，該制動器的研發(fā)成功大大提高了現(xiàn)有工程、礦用機械運輸設(shè)備制動的可靠性與安全性。

　　參考文獻：

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　　[3]趙影剛.駕駛?cè)瞬痪哔Y質(zhì)操作不當(dāng)掛三擋報廢車超期服役制動不靈撞上墻：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].吉林勞動保護，2019(12)：36-39.

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　　[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