剪叉式高空作業(yè)平臺制動系統(tǒng)分析

謝仁軍， 劉丹， 陸進(jìn)添

（三一帕爾菲格特種車輛裝備有限公司，江蘇 南通226000）

0 引 言

剪叉式高空作業(yè)平臺是高空作業(yè)的一種專用設(shè)備，其可將工作人員運(yùn)送至高空進(jìn)行作業(yè)或者運(yùn)送貨物等，作業(yè)效率高。但作業(yè)車的行走穩(wěn)定性和制動可靠性直接影響著整車的性能和作業(yè)安全。因此，需要對作業(yè)車的制動系統(tǒng)進(jìn)行必要的分析，本文將對作業(yè)車的制動系統(tǒng)進(jìn)行受力分析并校核制動器的制動力矩。

1 制動系統(tǒng)

1.1 制動系統(tǒng)的組成

高空作業(yè)平臺的制動系統(tǒng)如圖1所示，其主要由主閥、制動管、手動泵、制動器等組成。

圖1 制動系統(tǒng)

1.2 制動原理

圖2 制動原理

整機(jī)制動的工作原理如圖2所示，當(dāng)剪叉式高空作業(yè)平臺處于行走狀態(tài)時（高低速線圈得電，換向閥10不在中位），通過優(yōu)先閥8及節(jié)流口9形成背壓，壓力通過手動泵常開閥流入制動器，制動器通過背壓克服彈簧力，活塞向反方向運(yùn)動，制動解除；當(dāng)處于停止?fàn)顟B(tài)時（高低速線圈失電，換向閥10在中位），系統(tǒng)管路中為低壓油，制動器的在彈簧力的作用下處于制動狀態(tài)，車輛不能行走。

2 制動系統(tǒng)計算

2.1 整車駐坡制動分析

剪叉式高空作業(yè)平臺主要使用環(huán)境為地面基礎(chǔ)已基本完成的場合，制動要求較高。其運(yùn)輸狀態(tài)是固定在25%斜坡式清障車或平板式運(yùn)輸車上，即剪叉式高空作業(yè)車需具備在25%斜坡上行走及駐車的能力。

其行走機(jī)構(gòu)布局為：兩個制動器安裝于兩個后輪內(nèi)（即后輪制動），兩個行走馬達(dá)安裝于兩個前輪內(nèi)（即前輪驅(qū)動）。

整機(jī)上坡駐車時受力如圖3（a）所示，前輪力矩平衡關(guān)系為

地面與制動軸的法向反作用力為

整機(jī)上坡駐車的制動力矩為

式中：G為整機(jī)重力，N；L為整機(jī)軸距，mm；L2為整機(jī)質(zhì)心至驅(qū)動軸距離，mm；Hg為整機(jī)質(zhì)心高度，mm；φ為地面附著力系數(shù)，一般取0.7；R為制動車輪半徑，m；a為坡度，（°）。

整機(jī)下坡駐車時受力如圖3（b）所示。參照上述分析，整機(jī)下坡駐車的制動力矩為

由上述公式可知T1應(yīng)大于T2，校核駐坡制動力矩時只需計算上坡制動力矩即可。

2.2 整車行駛制動分析

整機(jī)上坡行駛駐車受力如表1中C所示。整機(jī)制動減速度為

圖3 駐車受力情況

2.3 下降對制動影響分析

剪叉式高空作業(yè)平臺在斜坡制動時進(jìn)行舉升及下降操作，舉升狀態(tài)時，電磁線圈得電，換向閥2換向（如圖4），液壓油直接進(jìn)入剪叉臂油缸，不影響制動系統(tǒng)；下降狀態(tài)時，電磁線圈失電，換向閥2恢復(fù)初始位置，液壓油通過④、①口回油，液壓油經(jīng)過主閥回油口進(jìn)入液壓油箱，與大氣相通，初始壓力為0 MPa；由于油液落差的存在及出油口流速等原因，液壓油在主閥出口形成背壓ΔP0，其值等于舉升狀態(tài)的壓損ΔPb-line。壓損小于彈簧收縮力，制動器無法打開，制動狀態(tài)正常。

表1 某機(jī)型高空作業(yè)平臺制動分析參數(shù)

3 制動力矩的校核

剪叉式高空作業(yè)平臺一般采用濕式液壓制動器，濕式液壓制動器主要由彈簧、活塞、殼體、制動片、鋼壓片、輸出軸等組成。采用彈簧自動復(fù)位制動系統(tǒng)，集行車裝置和駐車制動裝置于一體，結(jié)構(gòu)緊湊。其原理是：內(nèi)外摩擦片在彈簧的作用下被壓緊以產(chǎn)生摩擦力矩，從而進(jìn)行制動。在需要制動的輸出軸上安裝制動片，鋼壓片與殼體相連。當(dāng)液壓油壓力大于彈簧收縮力時，液壓油經(jīng)制動器的油口進(jìn)入活塞的油腔，活塞右移，壓縮彈簧，制動片與鋼壓片脫開，輸出軸正常轉(zhuǎn)動；液壓油在失壓的情況下，彈簧力使活塞左移，摩擦片被壓緊，能夠產(chǎn)生足夠的摩擦力，從而達(dá)到制動效果。

摩擦片受力情況如圖5所示，摩擦制動轉(zhuǎn)矩為

圖4 升降與行走切換原理

式中：n為摩擦片面數(shù)；μ為摩擦因數(shù)；p為摩擦面上的壓力，MPa，取彈簧壓縮的壓力；R1、R2為摩擦片工作面的內(nèi)外半徑，mm。

選型時，制動器制動力矩Tf應(yīng)大于理論最大制動力矩T1。

圖5 摩擦片上摩擦轉(zhuǎn)矩

表2 某制動器制動力矩校核

摩擦片逐漸發(fā)生磨損，活塞行程隨之增大，于是彈簧對內(nèi)外摩擦片的壓緊力逐漸變小，所以制動力矩也會減小。制動器的衰減值在實(shí)際測試結(jié)果中呈線性關(guān)系。

為深入了解濕式液壓制動器的制動力變化曲線，研究過程中對某型號制動器進(jìn)行滿載臺架壽命試驗(yàn)。其中剪叉式高空作業(yè)平臺全生命周期共計5 萬次制動之后，制動力衰減10%。如圖6所示，單片制動片鍍膜層平均減薄約0.05 mm，6片制動片總共減薄約0.3 mm。

圖6 摩擦片與鋼壓片試驗(yàn)后照片

4 結(jié) 論

制動系統(tǒng)是剪叉式高空作業(yè)平臺的重要系統(tǒng)之一，其設(shè)計合理性直接影響使用安全，也影響操作者的使用習(xí)慣。隨著人們對安全及工作效率的重視程度不斷加深，高空作業(yè)車市場將不斷增長，制動系統(tǒng)的設(shè)計也將越來越完善。