新型分體式氣動全盤制動器

吳媛媛

摘要：氣動全盤制動器是為工業重負荷應用而設計的，以彈簧制動，壓力氣釋放，集制動盤、氣缸、制動系統、連接軸于一體的集成化產品。與其他制動器設計相比較，摩擦材料接觸面積大，允許磨損容量大，抗磨損性能好，熱容量高，且增加制動盤數量可成倍提高其制動力距。因其結構緊湊，制動力矩大而被廣泛應用于各種電鏟、液壓挖掘機、壓力機、傳送機上。

關鍵詞：氣動全盤制動器;結構;原理

隨著我國改革開放的深入、發展，國民經濟高速增長及市場競爭日益激烈，與世界各國貿易交往日益頻繁。在引進各國的先進設備，主機廠在配套各種采礦用電鏟和繩索拉鏟設備、液壓挖掘機、裝載機、升降機、剪切機械等各種機構的設備配件時，該結構形式氣動、液動全盤制動器被逐步引入，受制于國外核心技術，我國一直依賴進口，不但價格昂貴而且供貨周期長，相關設備制造業亦深受影響。

在此背景下， 應勢而變，開發適應各種行業且具有世界先進水平的高性能、高質量的高端制動產品已成為企業新的經濟增長點，同時可替代國外進口減少外匯支出，提高配套行業整體水平，積極推進行業產品的國產化率有著深遠意義。因而開發出具有獨立自主知識產權、核心技術的先進全盤制動器已迫在眉睫。

一、結構簡介和工作原理

經市場初步調研，相關信息查詢、收集、對比分析后，決定以具有氣動全盤制動器前沿技術水平的美國E.T產品為依托，確立該項目主要技術方案。

該制動器主要由基座、連接輪、制動盤、制動系統和氣缸等五大部分組成。連接輪內孔通過鍵與動力系統軸配合連接，外與制動盤通過外花鍵配合。當系統壓力氣通過進氣口進入氣缸后，氣缸及通過螺桿，中間管相連的壓力盤在氣壓作用下克服制動彈簧力，一起向遠離基座安裝板方向移動，壓力盤將彈簧緊壓在彈簧室（即活塞）上，使施加于制動盤上的夾緊力松開，兩制動盤及中間盤在盤自動隨位裝置作用下復位，動力系統軸自由轉動。當壓力氣釋放時，彈簧壓向壓力盤，壓力盤、制動盤、制動系統中的中間盤在彈簧力作用下作相對軸向運動，從而夾緊制動盤，將高速旋轉的動力系統軸制動。

二、具體研發過程：

1.深入調查研究，為確立方案提供有力理論依據

該項目立項后，積極搜集國內外相關技術資料及資訊，了解國際相關技術前沿水平，設計理念立足于優化產品性能，以用戶實際需求為重心，挖掘潛能;以國際前沿技術水平美國E.T氣動全盤制動器為依托，消化吸收國外先進設計理念，結合實踐，初步制訂制動器的整體結構、性能參數及各項外形尺寸等。

2.制定具體設計方案

依據調研結果，初步確定技術方案，以國際前沿技術水平為依托，在吸收消化國外先進技術和結構特點的基礎上，開發研制這種新型結構理念的氣動全盤制動器：

1）該產品整機結構采用創新分體、緊密嵌合式結構設計，首次將氣缸、活塞式結構應用于全盤式制動器，改變傳統整體氣囊式結構，變動活塞、靜氣缸式運動為靜活塞、往復動氣缸式運作，整機結構及工作原理科學可行，制動效果顯著，在滿足市場和用戶需求的前提下，從根本上解決生產加工、安裝維護等問題，大大延長制動器使用壽命和提高系列配套化程度。

2）提供摩擦盤分離裝置保證制動器充分松開，避免制動器松開時摩擦片在制動盤表面的非正常磨損。

3） 創新研究磨擦材料磨損后內部動盤和靜盤補償調整的結構設計，確保機構磨損后一定范圍內較穩定的制動力距值及動、靜盤間的退距值。

其具體方案如下：

（1）為保證氣動全盤制動器摩擦片的有效磨損厚度及加工、使用維護的便利，提高制動器整機壽命，動力源采用氣缸、活塞式結構，大大增加其有效行程，且較傳統整體氣囊式結構更易于加工控制，使用壽命長。

（2） 產品整機結構改傳統整體式設計為創新分體、緊密嵌合式結構設計，從根本上解決加工、安裝等問題，大大延長制動器使用壽命。

（3） 設計初期立足優化產品性能，在產品內部配有轉盤對中心定位裝置，摩擦盤自動分離裝置，確保制動器松開時兩邊退距均等。

（4） 易于加工、更換摩擦片結構設計，且摩擦片需固定在靜盤上。

（5）探索研究大型全盤制動器領域磨擦材料磨損后內部動盤和靜盤補償調整的結構設計，確保機構一定范圍內較穩定的制動力距值及動、靜盤間的退距值。

（6） 所有產品部件都由螺栓疊裝固定，可以即時觀察摩擦盤和制動盤的磨損程度及其間隙情況，且散熱性能好。

（7）以制動彈簧數量的不同，來調整優化其制動力矩。制動彈簧被包容在易拆卸的組件中，日常維修無需取出。

3.樣機設計及試制

結構方案經總體優化初定， 而如何在最小空間位置內實現較大制動力距是本次研發重點;如何把優化性能理念結合整機結構轉化成實際科學可行的具體結構方案，以滿足用戶潛在需求是本次設計難點。

滿足外形尺寸要求下的具體相關結構布局：

1）內部加裝盤自動隨位裝置及動盤、靜盤補償調整裝置的結構設計;

2）為滿足性能要求下密封圈的選取;

3）18根制動彈簧及內部兩種付彈簧（16根）在有限空間位置實現較大制動力距的調整設計;

4）氣缸、活塞式結構動力裝置與制動系統緊密嵌合的結構設計;

主要方案設計過程中，考慮到該產品使用場合的特殊性限制，為克服較大的電機軸向顫動，保證靜止的摩擦盤和制動盤在制動器松開時無相對摩擦，為用戶著想，大大增加摩擦片使用壽命，減少維修費用，針對制動器兩個動盤和靜盤間間隙值需設計較大，因而動力源的工作行程需取較大值，在滿足其他結構尺寸前提下，關鍵就是動力源結構中兩密封圈的選取。

經收集密封圈相關技術資料，并與各廠家技術人員溝通交流，發現在現有國內能選用的密封圈寬度都太大，難以滿足使用要求，后經反復篩選，與國內某密封圈生產廠家技術人員深入探討，發現并選購到了合適的密封圈。

根據結構要求，摩擦片材質需選用耐磨性能好，熱傳導性能好且盡量避免對制動盤的非正常損耗。結構采用扇形設計，表面有明顯磨損標記槽，方便日常加工、裝配維修。

樣機試制問題：

（1）彈簧室與氣缸均為鑄件，由于該結構為分體、緊密嵌合式，首件入廠檢查，外形尺寸超出正常范圍，難以相互嵌合，重新返工。

（2）整機裝配時，中間盤、壓力盤上12個均布連接配鉆孔難以裝配，隨又協調檢查人員查找原因，發現由于現有設備加工精度的局限性，導致12個均布孔的位置度不合要求，裝配時需有方向性，雙盤外形對稱均布，也較難識別各對應孔。因而在后續圖紙設計中，需對其外圓形狀稍做改動，以便識別各對應孔位。

（3）彈簧室、壓力盤、中間盤和基座板上均布的12個關聯孔的加工，由于加工時只注重兩盤的配鉆孔，而未與彈簧室、基座板相應底孔配鉆，造成裝配時雙頭螺桿傾斜別勁，帶動夾管傾斜，嚴重影響整機動作。重又返修中間盤、壓力盤的12個配作孔，加大其間隙值，同時返修12根夾管，盡量彌補前期加工誤差。

經完善、改進，完成樣機試制工作，并通過了河南省制動器工程技術研究中心組織的產品檢測，各項性能參數均達到設計要求，為后序相關系列產品的開發設計及試制加工打下了良好的基礎。

三、技術特征：

本項目創新點首先是產品設計理念的突破，具體如下：

（1） 動力裝置采用靜活塞、往復缸動式結構設計。將氣缸、活塞式結構應用于全盤式制動器，改變傳統動活塞、靜氣缸式運動為靜活塞、往復動氣缸式運作，整機結構及工作原理科學可行，制動效果顯著。

（2）產品整機結構改傳統整體式設計思路為創新分體、緊密嵌合式結構設計，制動盤、氣缸、制動系統、連接軸等各大部件各成一體，緊密嵌合，加工、安裝、使用維護，無需整機拆卸，且標準化程度高，操作簡便，大大延長制動器使用壽命，且散熱性能良好;

其次是產品結構的創新，具體如下：

（1） 在產品內部配有轉盤對中心定位裝置，摩擦盤自動分離裝置，確保制動器松開時兩邊退距均等。

（2） 易于加工、更換摩擦片結構設計。分裂式摩擦片固定在靜盤上，有明顯的磨損標記槽。

（3） 創新研究磨擦材料磨損后內部動盤和靜盤補償調整的結構設計，確保機構一定范圍內較穩定的制動力距值及動、靜盤間的退距值。

（4） 所有產品部件都由螺栓疊裝固定，可以即時觀察摩擦盤和制動盤的磨損程度及其間隙情況，且散熱性能好。

四、目前該產品在生產、應用中有待提高之處：

（1） 彈簧室與氣缸均為鑄件，外協加工配合面粗糙度需進一步提高。

（2） 彈簧室、壓力盤、中間盤和基座板上均布的12個關聯孔的加工需配作，且注意方向性，不易加工。

（3） 對摩擦片材質性能要求較高。

針對以上問題，需進一步完善加工工藝，不斷優化產品各項性能，提高整機質量，以取得更大的經濟效益和社會效益。

結論：

本文研究了一種新型的為工業重負荷應用而設計的氣動全盤制動器，是以彈簧制動，壓力氣釋放，集制動盤、氣缸、制動系統、連接軸于一體的集成化產品。與其他制動器設計相比較，摩擦材料接觸面積大，允許磨損容量大，抗磨損性能好，熱容量高，且增加制動盤數量可成倍提高其制動力距。因其結構緊湊，制動力矩大而被廣泛應用于各種電鏟、液壓挖掘機、壓力機、傳送機上。

該產品在技術上經過不斷改進、創新，實踐中不斷完善，其性能優越，性價比高，在結構與性能上都遠優于國內同類產品，總體性能水平與制造技術目前處于國內領先地位。該制動器水平代表著全盤制動器發展的前沿方向，與美國E.T氣動全盤制動器性能相當，可完全替代進口產品，因此產品市場開發潛力較大，推廣應用前景十分廣闊。