輪式裝載機制動器性能的試驗研究

一般裝載機多采用制動力矩輸出穩定、通風散熱性能良好、結構簡單、維修方便的盤式制動器。裝載機制動性能優劣主要由以下幾方面來評價：制動效能(即制動距離)與制動減速度；制動效能的恒定性(即抗熱衰退性能)；制動時裝載機的行駛方向穩定性。本文述及的有關試驗研究成果對裝載機制動器的設計具有參考價值。

1　試驗設備及試驗對象

試驗采用慣性式雙制動器總成試驗臺(型號是：LBA0050，CarlSchenck)。它可同時對同一車型的兩個制動器總成進行試驗，亦可單獨進行一個制動器總成試驗。該試驗臺可對制動力矩、制動溫度、制動距離、制動初速度、制動系統氣壓、油壓等數據進行測試?？刂撇僮鞣譃槭謩雍统炭?，可自動記錄和手動記錄， 試驗精度達1.5級以上，裝載機制動器的制動盤采用無通風道實心制動盤或曲線通風道空心盤，其制動鉗為整體式或剖分式。

裝載機制動器的工作過程為循環式， 其帶載運行速度很低且距離較短；帶載運行速度一般不超過額定速度的1/3。試驗項目主要包括效能試驗、熱衰退試驗、恢復試驗，同時對摩擦襯片的磨損量、制動鉗剛度進行測量。

2　試驗結果的分析討論

對裝載機制動性能的幾個主要參數進行了試驗研究和分析，它們包括制動力矩、制動距離、制動減速度、制動時間、制動盤的溫度及制動襯片的磨損量。此時還要求摩擦材料的熱衰退低、恢復性能好， 摩擦材料的摩擦系數穩定(即當制動盤溫度升高時摩擦系數基本不變)，其波動不應超過名義平均值的±15%。

2.1　制動距離與車速的關系

全面評價制動器的制動性能需進行“效能試驗”。 車輛的制動過程使得裝載機的動能、勢能通過制動器制動吸收而轉化為熱能，其中95%的熱能被制動盤吸收，5%的熱能由摩擦襯片吸收， 從而引起制動盤溫度急劇升高，摩擦材料摩擦系數降低；在制動油壓不變的情況下， 使制動力矩減小，制動距離增大。在效能試驗中，應對制動溫度加以限制，使每次制動前制動盤的溫度t≤70℃。制動減速度(j)用下式計算：　　j=v2／2S

式中：v－－制動初速度；

S－－制動距離。

一些國家規定制動減速度j不得小于12g，(其中g=9.8m/s2)。 ISO3450-75《越野式土方機械制動系統最 低性能標準》對輪式裝載機制動性能的要求是，制動初速度v=24km/h時，車重G≤16300kg的裝載機的最 大允許制動距離［S］=9m，當16300kg＜G≤32000kg,［S］=11m［2］。在制動系統壓力不變時，制動距離隨著車速的提高而迅速增大，制動距離與車速的關系曲線。

在制動油壓p=10MPa時，當制動車速為最 高速度，可測得國產ZL30、ZL40裝載機的制動距離S＜［S］； 在額定制動油壓、最 高車速時，實測制動距離僅為允許最 大距離的70%。 因此在設計制動器時， 可考慮降低系統壓力或減少制動容量。而川崎、TCM75B、ZL50型裝載機在最 高車速(32.5km/h、38km/h)時其制動距離超出了允許值。

2.2　制動力矩與車速的關系

影響制動力矩的主要因素有制動器的結構參數、地面與輪胎的摩擦力、車輪的有效滾動半徑和車重量等，且與有效制動半徑及摩擦材料的摩擦系數有關。制動力矩隨車速增大而變化的范圍很小，僅為平均制動力矩的3%。制動力矩與車速關系的實測值與理論計算值相吻合。但制動速度過高可使制動盤溫度升高且摩擦襯片摩擦系數下降，制動力矩則降低。

在制動油壓一定的情況下，制動力矩的變化幾乎與車速變化無關，制動力矩與車速的關系曲線。

2.3　制動力矩和制動油壓的關系

在制動系統中其它諸參數(v=30km/h)確定的情況下，制動力矩與制動油壓成正比，制動力矩與制動油壓的曲線見圖3,制動力矩(Tu)用下式計算：

Tu=Cp

式中：

C－－計算常數；

p－－制動油壓。

對于單鉗制動器(如ZL40型)，油壓增大時制動力矩增加緩慢。對于雙鉗制動器(如ZL50型) 制動力矩隨制動油壓增高時，制動力矩快速增加，但各機型的制動力矩都呈線性增長。

2.4　摩擦材料的熱衰退和磨損量

在連續制動過程中,隨著制動溫度升高，摩擦襯片的摩擦系數降低，制動力矩下降或不穩定(稱熱衰退)。制動時，制動器溫度常在300℃以上，有時高達600℃～700℃。制動盤溫度升高使摩擦材料表面產生熱分解化學反應， 而且加快了摩擦襯片的磨損。

在連續四次制動后制動盤快速上升到最 高溫度，對應的制動力矩急劇下降，隨后溫度上升變得緩慢。 每次制動前后的溫差(瞬時溫升)在50℃左右，制動溫度處于熱平衡狀態，制動力矩在平均力矩之間跳躍波動，制動力矩衰退率為30%左右。在相同試驗條件下， 對同一車型的實心無通風道制動盤(曲線1)和空心帶曲線通風道制動盤(曲線2)平均溫度相差120℃左右，平均制動力矩相差1kN·m左右。

摩擦材料不僅應有較好的抗熱衰退性能， 同時還要有足夠的機械強度及較高的抗磨損性能，耐磨性通常以摩擦材料的磨損量來表示。在中負荷下制動1000次的磨損量不超過0.04mm。在制動過程中和制動后，材料及磨損產物不應燃燒、發煙和散發不良氣味。摩擦材料應具有穩定的摩擦系數，具有相當高的耐熱性、導熱性、最 大的熱容量和盡可能小的線膨脹系數。不同車型制動器的摩擦襯片磨損量見表1。在試驗中制動次數共200次，磨損量顯示為負減少，即試驗后襯片的厚度比試驗前增加，磨損率為-0.03mm/次，表明摩擦材料出現熱膨脹現象。其原因是摩擦材料中的有機粘結劑和填加劑受高溫后所致。

2.5　制動鉗體剛度測量

通過對制動鉗的鉗口張開度的測量，可以進一步反映制動器在工作狀態下的剛度。制動鉗剛度不足將影響制動性能，嚴重時會使制動油缸活塞出現回位卡死現象而形成拖帶力矩，加快摩擦襯片的磨損。而且活塞密封圈受到偏載磨損時將導致密封不良，造成制動液泄漏， 直接影響制動的可靠性和安全性。不同結構的鉗體剛度測試數據。試驗結果表明，鉗口張開量與制動鉗體結構型式有關，與制動系統油壓成正比。在相同油壓下，剖分式鉗體比整體式鉗體張開量大。

3　結論

通過對不同的輪式裝載機制動器總成進行臺架性能試驗，得出以下結論。

3.1　效能試驗表明，國產裝載機制動距離符合ISO3450-75《非公路用土方機械制動性能》規定。其制動容量超過設計的30%～50%，因此可以縮小鉗體結構尺寸。

3.2　在額定制動油壓制動、溫度控制狀態下，對于不同的制動車速其制動力矩輸出穩定；在制動車速一定的情況下，制動力矩輸出隨制動油壓變化呈線性變化。

3.3　制動時，帶曲線通風道的空心制動盤的溫度顯著低于無通風道的實心制動盤的溫度。前者的制動力矩優于后者。

3.4　摩擦襯片不同測點位置的磨損量不同，同一制動器的兩摩擦襯片的磨損重量差值不大，其原因與摩擦材料化學成分的性能有關。

3.5　鉗體剛度取決于鉗體結構形式，并影響制動性能，影響程度有待更深入地研究。