淺談汽車吊回轉減速機液壓制動器的設計與校核

鄭珍泉，張寅州，靳彥國，李長旭

（北京華德液壓工業集團有限責任公司，北京 100176）

汽車吊回轉減速機由液壓馬達驅動，實現工作臂的回轉運動，工作臂在工作過程中不允許任意轉動，因此必須用一個鎖緊裝置將回轉減速機鎖死，減速機輸入軸端的制動器通過彈簧壓緊剎車盤可以起到停車制動的作用。當液壓油推開剎車盤，摩擦片打開，減速機輸入軸解除制動。回轉減速機的制動系統是核心部件，制動系統的性能好壞直接決定了工作臂的穩定性，本文通過對制動器的參數進行理論分析計算，并通過校核和現場調試確定了設計參數的合理性。

1 減速機液壓制動器的結構和工作原理

1.1 結構

回轉減速機的制動器屬于常閉多片式制動器，位于減速機的輸入端，由液壓油的壓力和彈簧壓力進行開啟和閉合，制動器主要由摩擦片、鋼片、剎車盤、星型圈、彈簧組等組成，圖1 是該減速機制動器的結構簡圖，1 為減速機的固定后蓋；2、3 為摩擦片和鋼片，是主要的制動元件；4 為輸入軸，與鋼片嚙合；5 為制動彈簧組；6 為剎車盤，在彈簧組合高壓油的作用下可以在后蓋內滑動；7 為星型圈，起密封作用，防止高壓油泄露。

圖1 回轉減速機制動器結構簡圖

1.2 工作原理

如圖所示，輸入軸通過花鍵與鋼片嚙合，后蓋通過花鍵與摩擦片嚙合，當減速機不工作時，剎車盤在組合彈簧的作用下，將鋼片和摩擦片壓緊，多組摩擦片產生的摩擦力使鋼片和摩擦片沒有相對運動，所以此時可以將輸入軸制動，實現工作臂的固定。

當工作臂回轉時，液壓馬達會通過減速機后蓋上的制動油口輸入一股高壓油，高壓油產生的壓力大于彈簧壓緊的壓力，可以將剎車盤推開，從而使得摩擦片和鋼片分離，此時鋼片可以自由轉動，輸入軸可以由液壓馬達驅動，解除制動。

該制動系統屬于靜態制動，停車制動時，需要先將工作臂停穩，再切斷高壓油的輸入，實現制動。工作臂旋轉的時候，也需要先在制動油口輸入高壓油解除制動后，再將液壓馬達驅動，星型圈可以起到密封的作用，防止液壓油的泄露。

2 制動器的技術要求和參數設計

減速機制動器在設計的時候，首先要考慮液壓馬達的輸入轉矩和制動器所需要的開啟油壓，同時還要考慮回轉臂在工作時可能會受到的沖擊和慣性所帶來的的附加載荷，所以在保證摩擦片許用要求的同時，制動彈簧所提供的制動力越大越好。

2.1 最小制動力矩的確定

（1）液壓馬達的輸出力矩為T=105Nm。

（2）在回轉減速機中，最小停車制動力矩應該等于1.3倍的輸入扭矩，所以最小靜態制動力矩為：

（3）制動器開啟壓力為P=1.8～2MPa。

2.2 摩擦片數量的確定

已知摩擦片外直徑D=100mm。

摩擦片內直徑d=72.5mm。

摩擦片和鋼片為1 組，1 組摩擦片之間會構成兩個摩擦面，即摩擦片組數：

式中：n 為摩擦片組數（1 個摩擦片和1 個鋼片組合為一組）；m 為摩擦面數量；μ 為摩擦系數，該摩擦片材質為銅基燒結摩擦材料，取μ=0.09～0.11；Pp摩擦片許用壓強，取Pp=3MPa。

將摩擦片尺寸參數帶入式（1）中，得出：n ≥1.4，這里取n=3。

該制動器選用3 組摩擦片。

2.3 彈簧組數的確定

制動器的彈簧選用60SiMnA 材質，在保證制動力矩不變的情況下，為了節省空間，制動彈簧一般選用大彈簧套小彈簧形式的組合彈簧，減小了剎車盤的體積，為了防止彈簧發生歪斜，兩個彈簧的旋向應該相反，且彈簧組數必須為偶數。下表1 為選用的組合彈簧的參數。

表1 組合彈簧參數表

摩擦片的開啟距離一般為h=0.2mm，得出摩擦片的總分離距離為H=h×m=1.4mm，取彈簧行程為1.5mm。彈簧在初始壓緊時，彈簧壓縮至26mm，制動器打開時，彈簧壓縮至24.5mm。經計算，彈簧組在壓縮至26mm 時的彈力為F1=737.5，壓縮至24.5mm 時的彈力為F1=834.5。

摩擦片制動扭矩所需的最小壓緊力為：

剎車盤活塞外直徑為147mm，內直徑為112mm，則剎車盤在1.8MPa 下產生的壓力為：

則所需的彈簧組數z 應滿足：

得出7.9 ≤z ≤15.3，取z=12。

所以該制動器選用12 組組合彈簧。

3 制動器參數的校核

摩擦片的尺寸參數和彈簧的參數確定后，需要對所選的參數進行校核，看是否滿足摩擦片的許用要求、制動器是否滿足制動要求、液壓油開啟壓力是否可以順利打開制動器。

3.1 摩擦片面壓的校核

摩擦片在初始制動作用下，受到彈簧壓緊力的作用，會在摩擦片表面產生一個壓強，這個壓強不允許超過摩擦片的許用壓強，即

摩擦片表面產生的壓強為：

滿足摩擦片的使用要求。

3.2 制動器初始壓緊力的校核

制動器在彈簧初始壓緊力的作用下，產生的制動力矩為：

式中：K1為摩擦片修正系數，當n=3 時，取K1=0.91

由式（6）可以得出：

滿足初始壓緊力矩的要求。

彈簧組數為12 組時，此時彈簧的初始壓緊力為

3.3 制動器開啟壓力的校核

制動器開啟時，彈簧壓縮至24.5mm，此時彈簧產生的總彈力為：

通過上述的校核可以得出，摩擦片選用3 組，彈簧選用12 組時，可以滿足摩擦片的許用要求，制動器的開始和鎖緊也滿足設計要求。

4 結語

本文對汽車吊回轉減速機的液壓制動器的結構和工作原理進行了分析，并對摩擦片的尺寸參數和彈簧的技術參數進行了理論分析計算，然后對設計出的參數進行校核，校核結果滿足設計要求。在主機上進行現場調試的過程中，減速機剎車制動和啟動效果都比較好，經理論校核和試驗表明，液壓制動器滿足使用要求。