行走減速機停車制動系統的設計及其故障分析

劉祥

(江蘇省金象傳動設備股份有限公司，江蘇 淮安 2 2 3 0 0 1)

行走減速機停車制動系統的設計及其故障分析

劉祥

(江蘇省金象傳動設備股份有限公司，江蘇 淮安 2 2 3 0 0 1)

針對行走減速機制動性能差，故障頻發的問題，對行走減速機的停車制動系統進行了設計理論分析和計算方法的研究，并結合產品的實際應用對該制動系統的常見故障進行了分析，提出了具體的解決措施。

行走減速機；制動；摩擦片；故障分析

行走減速機是一種封閉式差動行星齒輪傳動機構，具有結構緊湊、傳動比大、承載能力強、傳動效率高等優點，廣泛應用于挖掘機、掘進機、起重機等工程機械的履帶及輪邊驅動裝置。停車制動系統是行走減速機的核心部件，也是行走減速機的故障高發點。目前，國內眾多廠家已經引進了國外的先進產品進行拆機測繪，由于缺乏設計理論依據，所模仿的結構只能做到“形似而神不似”，其制動性能很難達到國外同類產品要求。本文針對行走減速機停車制動系統進行設計理論分析和計算方法的研究，并對該制動系統的常見故障進行分析。

1 結構形式和工作原理

1.1 結構形式

圖1所示為行走減速機的停車制動系統結構簡圖。該制動系統是一種內置于減速機的常閉多片式濕式制動器，主要由固定法蘭、摩擦片、鋼片、活塞等組成。其中，摩擦片采用銅基粉末冶金；鋼片采用彈簧鋼并經淬火處理；摩擦片通過花鍵與固定法蘭連接，鋼片通過花鍵與花鍵套連接；花鍵套左端連接馬達，右端連接輸入齒軸；活塞與固定法蘭之間通過密封圈形成油腔；活塞左端面有數對盲孔，每個盲孔內裝大小彈簧各一只，形成組合彈簧。

1.2 工作原理

當工程機械停止行走或停于坡道上時，內置于活塞的彈簧組驅動活塞向右運動，推動活塞右端面壓緊摩擦片和鋼片，在各組摩擦片和鋼片之間摩擦力的作用下，使花鍵套和固定法蘭之間沒有相對運動，實現工程機械的停車制動。當工程機械行走時，通過固定法蘭端面的制動油口向油腔內注入高壓油，驅動活塞壓縮彈簧并向左運動，摩擦片和鋼片分離，從而解除制動。另外，需要說明的是：由于該制動系統屬于靜態制動，需要設備停穩方可進行制動，設備行進時解除制動要先于輸入馬達的加載。

圖1 行走減速機的停車制動系統

2 停車制動系統的設計計算

2.1 確定最小靜態制動力矩

根據經驗公式，最小靜態制動力矩

其中，1T為減速機的輸入轉矩，Nm；

2.2 計算摩擦轉矩

根據制動條件可知，摩擦轉矩μT應大于等于最小靜態制動力矩，即：

摩擦片上的摩擦轉矩如圖2所示，具體公式為：

其中，Z為摩擦片和鋼片的結合面數，即摩擦片數量為Z+1，鋼片數量為Z；μ為摩擦系數；P為結合面上的壓力，小于摩擦片的許用壓力，MP a；R1、R2為摩擦片的內外半徑，mm。

圖2 摩擦片上的摩擦轉矩

2.3 計算摩擦片和鋼片結合的軸向力

其中，P值由公式（1）和（2）確定。

2.4 計算活塞推力

2.5 彈簧的設計計算

因摩擦片和鋼片結合所需的軸向壓力較大，且安裝空間受限制，因此采用組合彈簧。

具體方案是在活塞左端均布銑削數對盲孔，每個盲孔內套裝大小彈簧各一只，形成組合彈簧。

組合彈簧在設計時應注意以下事項：

（1）為了保證活塞的平穩推進，盲孔數量n必須是偶數。

（2）大小彈簧的強度和變形量要接近相等。

（3）為了保證組合彈簧的同心關系，防止大小彈簧產生歪斜現象，兩個彈簧的旋向應相反，即一個右旋，另一個左旋。

（4）根據制動系統的工作原理及圖3所示的彈簧工作示意圖可得：

因此，在彈簧的設計和選擇應滿足公式（3）和（4）（圖3）。

3 常見故障分析及解決措施

行走減速機在工作時，經常會發生設備溜車或無法停車，減速機滲出液壓油等故障。通過對配套于徐州徐工基礎工程機械有限公司的X R2 8 0 D型旋挖鉆機的行走減速機進行拆機檢查，并根據公司售后服務的反饋數據，針對制動系統的故障原因進行了分析，同時提出了解決措施。

（1）摩擦片燒毀。由于該制動系統屬于濕式制動，摩擦片和鋼片必須浸入油中，因此，減速機在使用過程中要經常檢查潤滑油液位，防止發生摩擦片干燒，造成制動失效。

（2）制動彈簧疲勞失效，造成摩擦片結合的軸向壓力不夠，需要更換制動彈簧。

（3）摩擦片長期工作會導致其表面磨損，摩擦系數下降，甚至造成活塞自由往復距離增大，致使制動彈簧力不足。這時需要更換摩擦片或增加調整環厚度。

（4）有異物進入油缸，造成活塞卡死，無法自由移動；將制動活塞拆除并清洗和過濾液壓系統液壓油，提高液壓油清潔度。

（5）在制動時，如果油缸內有背壓會損耗一部分制動彈簧力，致使摩擦片結合的軸向壓力不足；檢測方法為在行走減速機制動器接管處用壓力表檢測是否有壓力，若有壓力可通過檢查液壓系統解決此問題。

圖3 大彈簧、小彈簧的工作示意圖

4 結語

本文設計了一種符合行走減速機的停車制動系統，對該系統常見的故障做了有效分析，并提出了針對性的解決方案。該制動系統有著傳遞扭矩大，體積小，無沖擊，起動和閉合平穩，可頻繁結合等優點。同時，該制動系統對摩擦片材料的耐磨性，彈簧的疲勞強度，油缸的密封性等有著更高的要求。

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