1、盘型制动器的工作原理
盘式制动器作原理示意图见图1,将活塞和闸瓦看成是一个受力体,F1为液压油产生的压力,F1=PA,其中p为油压,A为活塞受压面积;F2为碟簧产生的压力;Fn为制动器施加给制动盘正压力的反作用力;f为制动器运动部分阻力,一般取f=0.1Fn。
使闸时f方向如图1所示,Fn=F2-F1 f。有上述可知,盘式制动器的制动力由碟簧提供,由液压力实现松闸。因此,碟簧是盘式制动器的核心部件之一,它的质量对制动器的制动性能影响很大。
2、制动闸碟簧组的受力情况
根据液压盘式制动装置要求的制动力矩及制动装置本身的要求,最常用的碟簧组合方式有两种:一种是反向堆叠法,此法的压缩行程与碟簧的数量成倍数正比;另一种是同反向堆叠法,此法的复合与压缩行程成倍数比例累进。以下就两种不同的组合形式展开分析。
2.1“反向堆叠法”碟簧组合
液压盘式制动器采用反向碟簧堆叠法,碟簧组在制动状态时受力最小,松闸时碟簧受力最大。本文在此以TP-200制动器为例,碟簧在制动状态时受力为F1min=84.5kN,松闸时碟簧组受力为F1max=381kN。
2.2“同反向堆叠法”碟簧组合
本文以TP-400制动器为例,碟簧组在制动状态时受力F2min=180kN,碟簧组在松闸状态时受力为F2max=800kN。
3、碟簧组的有限元模型
本设计中,碟簧组下端固定,上端受液压缸的压力。碟簧采用51GrV4,型号为GB/T1972-1992 180X92X10X14。碟簧组的有限元模型见图4。
4、有限元分析结果
由图5可知,碟簧组在最大载荷作用产生的最大应力值受α=245.8N/mm²,其值小于碟簧所允许的最小应力值α=327N/mm²。故可知反向堆叠碟簧组不会发生静态断裂失效。反向堆叠碟簧组在2X106循环次数的寿命内的损失百分比都很小,满足碟簧组寿命的要求。故前面方向堆叠碟簧组的疲劳失效的检测的疲劳寿命依据是成立的。
由图6可知,碟簧组在最大载荷作用产生的最大应力值程受α=248.7N/mm²,其值小于碟簧所允许的最小应力α=327N/mm²。故可知反向堆叠碟簧组不会发生静态断裂失效。反向堆叠碟簧组在2X106循环次数的寿命内的损失百分比都很小,满足碟簧组寿命的要求。故前面方向堆叠碟簧组的疲劳失效的检测的疲劳寿命依据是成立的。
5、结论
由以上分析可见驱动滚筒的应力主要分布在碟簧组的内侧。在给定的载荷下两种堆叠方式的碟簧组的应力均未超过最大值;且两种碟簧组在规定的生命内均不会发生破坏即发生疲劳失效。这位碟簧的失效监护提供了依据,提高了监测的准确度。
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