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1、轮式装载机的制动计算和制动器摩擦性能的研究Testnna开a鲫泐工程机械第38卷蝴峰黟_轮式装载机的制动计算和制动器摩擦性能的研究山东临工工程机械有限公司郝国强刘泽群山东省莒县交通局于俊兰摘要:制动器摩擦片的摩擦性能直接影响轮式装载机的制动性能.目前,制动器摩擦片执行的GB5763,JB/T8817标准对摩擦系数和磨损率的要求较低,不能适应轮式装载机恶劣,复杂的作业工况.符合标准的制动摩擦片,在实际使用中并不一定具有良好的制动效果;而制动性能较好的摩擦片,其摩擦性能要求更为严格,精确.根据GB85321987关于制动距离和行车制动性能的要求,以LG953型装载机为例,通过计算所需制动距离,坡道
2、上停车制动力矩,按附着系数校核总制动力矩,确定了制动时制动器所受的最大制动力矩.通过对制动器的受力分析和计算,得到了合理的制动器摩擦片的理论摩擦系数.通过委托检验,对两种制动器摩擦片的摩擦性能进行了检测.对检测数据进行了分析,通过试用对制动器摩擦性能的计算和研究进行了验证.根据计算和测试结果,总结和提出了更为科学,准确的制动器摩擦片的摩擦性能参数,并纳入企业技术标准中,作为制动器摩擦片产品设计,生产和检验的主要依据,从而显着提高了制动器及摩擦片的使用寿命.关键词:轮式装载机制动器摩擦性能计算研究1制动摩擦性能问题的提出轮式装载机制动性能的优劣直接关系到驾驶员和车辆的安全.制动器是轮式装载机制动
3、系统的重要元件,也是制动系统故障率较高的元件,占整机总故障的1%以上.制动器的故障主要有制动活塞卡死,制动能力差,制动器漏油等,其中因制动片摩擦系数达不到要求,摩擦片磨损等导致制动效果差甚至失灵的故障位居第二.所以制动器摩擦片的摩擦性能是轮式装载机制动性能的直接影响因素,也是轮式装载机制动系统和制动器设计和使用中应该密切关注的问题.目前,轮式装载机的制动器摩擦片主要执行GB57631998(汽车制动器衬片以及JB/T88171998工程机械制动摩擦片技术条件标准.在GB5763中,第4类制动器衬片盘式制动器衬片的摩擦性能要求见表1.从表1中可以看出,标准对摩擦系数的要求范围较宽,从0.2到0.
4、7;磨损率的要求从0.5至3.5.而在JB/T8817中,对于干式摩擦片的摩擦系数也只是要求不小于0.30.轮式装载机不仅作业工况要比汽车更加恶劣,复杂,工作负荷比汽车更为繁重,而且作业或行驶中的制动频次也远比汽车要多,制动盘的温度也经常在200C以上.因此按照汽车制动摩擦片的摩擦性能要求轮式装载机的制动摩擦片,显然存在较大差距.实际情况也恰好如此,装载机的使用实践表明:许多符合GB5763标准的制动摩擦片,在轮式装载机上根本达不到良好的制动效果,有的刚开始能够满足制动要求,但在很短的时间内,摩擦性能显着下降而失去良好的制动效果;而满足轮式装载机使用要求的制动摩擦片,对其摩擦系数和磨损率的要求
5、不仅更为严格,精确,而且热稳定性也必须良好,即随温度的变化范围要小.由此可见,单纯依据GB5763或JB/T8817来规定制动摩擦片的摩擦性能是不可靠的,必须根据表1第4类(盘式制动器用)摩擦片的摩擦性能试验温度./性能项目10015O20025O300350摩擦系数O.25O.65O.25O.7OO.25O.7OO.25O.7OO.25O.7OO.2OO.7O磨损率w(107cm3/(N?m)0.50O.701.0O1.5O2.5O3.5O注:试验温度是指试验机圆盘摩擦面温度一26一_阿四曩第38卷2007年12月工程机械TestandResearch实际要求重新确定摩擦片的摩擦性能要求.2
6、装载机制动性能的要求2.1对制动距离的要求各国对各种轮式机械的制动距离都有国家标准.根据GB85321987(轮胎式土方机械制动系统的性能要求与试验方法和JB仃3688.31998轮胎式装载机试验方法,非公路行驶机械的制动距离(水平路面)按表2要求.2.2对行车制动系统的性能要求除2.1以外,要求行车制动系统能使装载机空载在25%(14.0.)的坡度上停住.3装载机制动力矩的计算下面以LG953装载机作为实例进行计算.3.1按所需制动距离计算总制动力矩在水平路面上四轮制动的轮式装载机,其行车制动总制动力矩.:%l=6?Goao?rd(N?in)(1)n2.一丽式中:G.整机工作质量,对于LG9
7、53装载机,Go=16500kg;酊一制动减速度,m/s;rd车轮滚动半径,mm,rd=760mm;6回转质量换算系数;6=1+4.,k+(Jm?i2m)/(rd?Go)式中:.,k一轮胎和轮辋的转动惯量,kg?in;-转动件in的转动惯量,kg?in;-一转动件in到车轮的传动比;若,尚未知道,可近似取6=1.1.制动初速度,krn/h,取.=32krn/h;表2中=.时的制动距离,m;=+=+=32mtz制动系统滞后时间,S,取tl=0.2S.2则ao32丽2.252m/s由此可以算出:MBl=6Go?ao?rd=1.1165002.2520.76=31064N?in3.2按坡道上停车计算
8、总制动力矩用行车制动器时的总制动力矩:=Go?g?sinl4.?rd(N?in)(2)式中:g重力加速度,m/s,取g=9.8m/s.Mpl=165009.80.76sinl4.=29730N?in3.3按附着系数校核总制动力矩MB=Go?g?6?rd(N?in)(3)式中:,一轮胎与水泥路面的滑动摩擦系数,文献【4J取=0.6.MB=165009.81.10.60.76=81109Nin3.4制动总力矩的确定由以上计算可以看出:MB>MB>由于制动时,制动力矩不能大于轮胎抱死时车轮与地面的滑动摩擦所能提供的最大力矩,所以理论计算时,制动器受到的最大制动力矩可直接取为,即=8110
9、9N?in.4制动器和摩擦系数的计算4.1制动器的结构目前钳盘式制动器在轮式装载机上应用较多.其旋转元件是以端面为工作表面的圆盘,称为制动盘.不旋转元件是位于制动盘两侧的一对或数对面积不大的摩擦衬片.钳盘式制动器具有冷却性好,不易产生热衰退现象,制动盘变形小,制动力矩稳定,衬片更换与保养方便等优点.图1为LG953型轮式装载机气顶油制动系统表2轮胎式土方机械的制动性能jl最高车速/(km/h)最大质量/kg行车制动系统的制动距离/ini32O00v/68+(vo/124)(G/32ooo)3232O00|32O00vg/68+(v124)?(G/32000)+0.1(32-Vo)323200o
10、a44+Q.1(32-Vo)o制动初速度/(km/h);G整机工作质量,kg一27Testtint/舶工程机械第j38卷2oo7年瑶中的钳盘式制动器结构图,图2系制动器的摩擦片零件图.前后桥共8个制动器,每个制动器有4个制动活塞.压缩空气推动加力泵的气缸活塞,使液压缸输出高压制动液,制动液推动制动器中的活塞动作,实现车辆的制动.1.外钳体2.放气嘴3.内钳体4.活塞5.摩擦片6.制动液进口7.连接螺栓图1钳盘式制动器结构图4.2制动摩擦系数的计算8个制动器所能产生的制动力矩应大于或等于总制动力矩,即:8Fd.胁(4)式中:一制动盘与摩擦片间的摩擦系数;F摩擦盘上的压紧力,N;F-nFo式中:制
11、动器中每个制动活塞产生的压力,N;一28一=dD一式中:n制动器中的制动活塞个数,n=4;p一制动液的压力,MPa,对于LG953装载机,制动系统气压为0.784MPa,加力泵的增压比为1:18,制动液的压力为0.78418=14.1MPa;制动活塞直径,mm,D=75mm;卜制动器活塞回位作用力,N,一般取=0.1Fo.由Fo=dD一=dD2_0.1Fo,得:=dD2/1.1=7114.1100.0752/1.1=5.6610N一摩擦片的当量摩擦半径,mm;一1(1).12一6(I+A)2外摩擦半径,mm,Rl=230mm;2内摩擦半径,mm,R2=137mm;内外摩擦半径比,A=137/2
12、30=0.596.舢=+7mm将所得数据带人式(4)得:845.66100.187421>81109所以,0.24上述计算中并未考虑安全系数.若考虑摩擦片磨损,温度升高引起的摩擦系数的降低,以及制动气压的变化等因素的影响,摩擦系数应再适当提高.4.3制动摩擦性能的检测为真正了解和掌握制动器摩擦片的摩擦性能,我们委托国家非金属矿制品质量监督检验中心(陕图2制动器摩擦片AA第38卷2oo7年12月工程机械Test删开a西咸阳)对目前正在使用的两种装载机制动器摩擦片的摩擦性能进行了检测,部分检测数据见表3.从表3可以看出,根据GB5763标准,除样品B在350oC时的摩擦系数(0.16)超出标
13、准要求外,两种样品的摩擦系数和磨损率均为合格,但样品A,B的两个性能参数却有较大差异.而使用实践证明,装配A,B两种摩擦片的装载机的制动效果和制动器故障率差别也较大,A种摩擦片的质量明显优于B种.5结论根据以上计算和测试结果,我们重新调整了制动摩擦片的摩擦性能要求,提出了更为科学,准确的摩擦性能参数,并以此为主要内容,起草制定了关于制动摩擦片的企业技术标准(QJ/LGJ05.202006),作为制动器摩擦片产品设计,生产和检验的主要依据,其中对摩擦片的摩擦性能要求见表4.表3摩擦片的检测数据I试验盘温度/100150200250300350样摩擦系数升温0.400.470.440.410.40
14、0_39品降温0_350.450.500.550.55A磨损率/(10cm3/(N?In)0.180.190.030_410.980.95样摩擦系数升温0.360-300.290.280.280.16品降温0-310-320-320.340.37B磨损率/(10cm3/(N?In)0.270.190.040.000.160.22表4摩擦片的摩擦性能试验温度性能项目100150200250300350摩擦系数0.42摩擦系数的允许偏差0.050.060.070.080.100.12磨损率/(10cm3/(N?In)0.200-300.400.500.600.70注:试验温度是指试验机圆盘摩擦面温
15、度目前,我公司的轮式装载机制动器已全部装配符合企业技术标准的摩擦片.经过应用实践证明,故障率显着下降.因摩擦片或制动器引起的整机故障比例已下降至0.5%以下,摩擦片的正常使用寿命也由原来的36个月提高到一年以上.参考文献1曹寅昌.工程机械构造M.北京:机械工业出版社,1981.2蔡中青,黄宗益.湿式全盘式制动器设计计算J.工程机械,1999(10).3杭城摩擦材料有限公司,咸阳非金属矿研究设计院.GB57631998汽车用制动器衬片s/摩擦材料标准和常用原材料检验方法汇编.咸阳:国家非金属矿制品质量监督检验中心.4J城乡建设环境保护部长沙建筑机械研究所.GB85321987轮胎式土方机械制动系
16、统的性能要求与试验方法S中国标准出版社总编室.中国国家标准汇编:100.北京:中国标准出版社,1992,8:3642.5机械工业部天津工程机械研究所.JB/T3688.31998轮胎式装载机试验方法s北京:机械工业部机械标准化研究所,1998,12.6机械工业部天津工程机械研究所,上海人民摩擦材料厂.JB/T88171998工程机械制动摩擦片技术条件s/北京:机械工业部机械标准化研究所,1998,11.山东临工工程机械有限公司技术中心.QJ,LGJ05.202006盘式制动器摩擦片技术条件s/山东临工工程机械有限公司,2006,12.通信地址:山东省临沂市经济开发区临工工业园山东临工技术中心(276023)(收稿日期:20070517)一29
