地下铲运机行车制动器评价范文

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《矿业研究与开发杂志》2015年第十期

近年来，因制动系统失效而造成的地下铲运机飞车安全事故时有发生，相关部门对制动系统的安全监管力度也在不断加强，因而对制动系统的安全可靠性也提出了更为严格的要求。行车制动作为使用最频繁的制动系统，目前多数的研究工作重点侧重于对制动系统能力的设计计算，而关于执行机构———制动器的选择方法较少，由于地下铲运机运行环境的特殊性，不恰当的制动器选型也可能导致其最终制动效能的稳定性有所下降。例如，2013年6月5日山西发生的一起地下车辆失控事故，其原因就是事故车辆擅自更换制动器而导致制动失效。文章在分析几种常见行车制动器性能特点的基础上，提出采用层次分析法建立评价选择模型，以此量化选择地下铲运机行车制动器，旨在为合理决策行车制动器的类型提出参考建议。

1制动器评价选择模型

1．1制动器评价选择模型的建立参考我国及国际对地下铲运机制动系统的相应标准法规，可以看出，标准对于制动系统的评价指标如下：（1）制动效能：即制动力、制动距离、制动反应时间、制动负加速度等。（2）制动衰退性：即制动器应具备一定抗热衰退性和抗水衰退性。另外，考虑到地下铲运机运行于井下恶劣环境，要求制动性能恒定可靠，一方面包括制动抗衰退性好，另一方面要求制动器有良好的散热性。从生产企业角度来说，要求价格及维护成本低。综上所述，以制动器的评价选择作为体系模型的目标层；采用效能因数、稳定性及成本作为准则层，其中稳定性包括制动衰退性及散热性，成本包括价格及使用维护两方面；以湿式制动器、鼓式制动器、盘式（单盘）制动器为方案层，其中后两种为干式制动器，因其结构特点相差较大，故分别比较。体系模型的递阶层次结构见图1。

1．2准则层元素特性分析

1．2．1效能因数定义制动器效能因数BEF为在制动鼓或制动盘的作用半径上的摩擦力与输入力之比，以此指标评价各制动器的制动效能。（1）鼓式制动器。以简单非平衡式鼓式制动器为例，计算时作如下假设：制动鼓与制动蹄具有绝对刚性；包角范围内的摩擦片和制动鼓完全接触；摩擦片的变形符合胡克定律［5］。

1．2．2制动稳定性由图3可以看出，在鼓式制动器制动衬片摩擦范围内，效能因素随摩擦系数变化最大，湿式制动器次之，盘式制动器影响最小。但湿式制动器衬片多采用铜基材料，摩擦系数稳定性优于采用无石棉摩擦材料的鼓式制动器和盘式制动器。泥水衰退性方面，对于鼓式制动器，由于泥水的润滑作用将降低其摩擦系数，制动力影响较大，且其结构使得泥水清除困难，制动力复原慢；对于盘式制动器，制动器效能因数受摩擦系数变化小于鼓式制动器，且在转动时制动盘将泥水的甩出作用下，其泥水恢复性优于鼓式制动；对于湿式制动，因其封闭结构，故泥水作用对制动性能几乎无影响。

1．2．3散热能力根据能量守恒原理，制动过程是一个由机械能一部分或全部转化为热能的过程。干式制动器的热能由制动器传递到空气中，散热能力按式（6）分析。由式（6）和式（7）可以看出，由于盘式制动器的散热面积大于鼓式制动器，故其散热能力要好于后者；对于湿式制动器而言，其冷却方式有自冷式和强制冷却式，可通过油液带走一部分热量，就散热方式而言，湿式制动器的散热性能最佳。

1．2．4使用维护鼓式制动器的制动鼓与衬片的间隙调整费时，需频繁维护；盘式制动器维护简单，部分钳盘式制动器可实现间隙自动调整；油冷湿式制动器间隙无需调整，不需维护［7］。摩擦衬片更换方面，鼓式制动器更换复杂，调整费时；盘式制动器更换简易；湿式制动器更换复杂，但一般不需调整。

1．2．5价格地下铲运机行车制动器一般安装在驱动桥上，前后桥均装有2个制动器。部分车桥自带有制动器，但各类型制动器价格相差较大，例如以某车型同一规格带制动器的车桥为例，自带湿式制动器的车桥和自带干式制动器（鼓式制动器和盘式制动器）的车桥价格上高出5倍多，加之采用湿式制动的制动液压系统更加复杂，液压元器件的成本也较干式回路进一步增加。

2制动器评价选择量化分析

根据制动器评价选择模型及准则层元素特性的定性分析，构造出各元素的判断矩阵，计算单一层次各指标的相对权重及各层指标的组合权重并进行一致性检验，计算结果见表1～表8。表中λmax为判断矩阵的最大特征值，W为判断矩阵的特征向量，C．R为一致性比例。

3结论

依据制动器的性能特点，利用层次分析法建立地下铲运机行车制动器的评价选择模型，提出了量化决策制动器类型的新方法，并得出如下结论。（1）制动器的性能指标可以从效能因数、稳定性及成本3方面评价，其中稳定性包括制动衰退性及散热性，成本包括了价格及使用维护。利用这些量化后的指标，可以实现地下铲运机制动器类型的评价与选择。（2）从量化分析的过程及结果来看，该方法有效可行，可为地下铲运机制动器类型的评价与选择问题提供理论参考，有利于实现地下铲运机制动系统方案的决策目的。（3）从计算结果分析，2种干式制动器的综合得分较为接近，盘式制动器略高于鼓式制动器，而湿式制动器的得分2倍于干式制动器，说明在一般环境下，地下铲运机应优先采用湿式制动作为行车制动器，这也正是大力推广湿式制动器应用于矿山无轨设备的理论原因所在。

作者：付鹏飞 曹胜 单位：长沙矿山研究院有限责任公司