铰接式自卸车轮边湿式制动强制冷却方法研究

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建设机械技术与管理 2023.03 
1 研究背景
铰接式自卸车是一种为适应恶劣工作环境和气候条件而设计出的矿用自卸车。

铰接式自卸车通过铰接点连接前、后车架，转弯时，直接通过转向油缸推动车头转向，转弯半径小，具有良好的灵活性；此外其全驱性能保证了良好的通过能力；其灵活性和驱动能力保证了车辆在泥泞路面上仍然具备优异的机动性。

2 厂家方案
2.1 沃尔沃铰接式自卸车湿式制动强制冷却系统
沃尔沃是铰卡的发明者及领头羊，有从20吨到55吨之间完善的产品型谱，市场占有率保持在40%左右，由于其产品质量稳定，在国内外得到众多客户的认可。

以下以沃尔沃A40G 和A45G 为例来简述沃尔沃的湿式制动强制冷却系统方案。

首先从沃尔沃A40G 的湿盘冷却制动系统来分析，原理如图2所示，由于A40G 的取力口不多，所以采用马达泵的形式，此方式可以满足系统的湿盘制动冷却系统的低压大流量的形式。

每个湿盘冷却腔的出口均连接有1个温度传感器，冷却风扇的转速和湿盘制动冷却液的温度相关。

在温度低于77℃时，
风扇转速为480 r/min ，当温度上升到77℃～80℃时，风扇转速为1100 r/min ，此时的转速为最低转速；当冷却液
温度为81℃～100℃时，风扇转速成比例升高。

当冷却风扇的转速成比例升高时，泵的转速也会相应升高。

精确控制了强制冷却系统温度。

此方案可以实现制动冷却，但此系统由泵带马达，然后马达带冷却泵转，系统的效率较低，沃尔沃在最新的机型
铰接式自卸车轮边湿式制动强制冷却方法研究
Research on Forced Cooling Method of Wet Braking at Wheel Edge of Ticulated Dump Truck
高新功 姚锡江 路亚文
（徐州徐工矿业机械有限公司，江苏 徐州 221000）
摘要：铰接式自卸车的轮边湿式制动以其优越的制动性能，得到了广泛的推广应用。

但在高强度制动下，热量高度集聚易引起制动盘过热，导致制动能力下降，影响车辆的安全、可靠和稳定性。

本文以沃尔沃、卡特彼勒和贝尔铰接式自卸车的湿盘制动强制冷却方案进行对比研究，详细分析各种不同方案的要求、原理和特点。

关键词：铰接式自卸车；轮边湿式制动；强制冷却中图分类号：TD57 文献标识码
:A
图1 铰接式自卸车运输作业
铰接式矿用自卸车制动器根据结构形式和布置方式的不同分为：鼓式制动器、干盘式制动器和湿盘制动器。

鼓式制动器的摩擦材料磨损较快、间隙需要经常调整、摩擦材料的防水和抗热衰退能力较差，在小吨位的铰接式矿用自卸车上使用较多；干盘制动的制动盘外露于空气中，但由于散热性能较差，导致使用寿命、舒适性和可靠性都不太理想，随着世界各国对制动摩擦材料环保性方面的要求不断提高，干盘制动的应用也受到了限制；在这种情况下，湿盘制动应运而生，且随着技术的发展湿盘制动的操作舒适性、可靠性和维修性得到全面提升。

但由于制动盘浸在油液中，对湿盘制动的强制冷却切实关系着制动性能，以下就以沃尔沃、卡特彼勒和贝尔铰卡的铰接式自卸车轮边湿式制动强制冷却方法研究。

1.液压油箱
2.柱塞泵
3.电磁比例换向阀
4.马达泵
5.单向阀组
6.车桥
7.
散热器
图2 沃尔沃A40G 湿式制动冷却原理图
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A45G 的机型上进行了更新升级。

沃尔沃A45G 采用齿轮泵直接向制动系统的湿盘冷却腔供油，不用经过泵到马达再到泵的过程，提高了系统的效率。

由于系统可以匹配的齿轮泵流量较小，采用了串联2个热交换器的形式，就是齿轮泵—中后桥—热交换器—前桥—热交换器—液压油箱的形式，如图3所示。

占据10%左右的市场份额，其中有一半销往欧美。

为加速产业布局，2003年贝尔在德国的Kindel 建立工厂，更便于销往欧洲和北美市场。

B45E 采用齿轮泵匹配散热器的形式来给液压系统散热，其中液控比例卸荷阀3在发动机超速、系统内部有堵塞时，系统压力升高，此时液控比例卸荷阀3中位或右位工作，系统有部分流量卸荷，能有效保护湿盘冷却系统中的浮动密封。

控制散热风扇可控制散热器6的散热功率。

散热器6的散热面积较大，在满足湿盘冷却系统散热的同时还能通过热交换器5对变速箱进行散热。

可以看出，B45E 的湿式制动冷却在满足湿式制动冷却系统热平衡的基础上，还能给变速箱散热，实现了功能的多样化。

1.液压油箱
2. 单向阀组
3.齿轮泵
4.车桥
5.热交换器
图3 沃尔沃A45G 湿盘冷却原理图
1.液压油箱
2.溢流阀
3.齿轮泵
4.过滤器
5.比例热敏阀
6.两位两通液控阀
7.散热器
8.
车桥
图4 卡特745C 湿式制动冷却原理图
2.2 卡特彼勒铰接式自卸车湿式制动强制冷却系统
卡特彼勒作为世界上最大的工程机械和矿山设备生产商，生产的铰接式自卸车销量仅次于沃尔沃。

卡特彼勒的经典车型745C 铰接式自卸车主要采用比例热敏阀对流量的控制来实现湿盘制动的冷却。

卡特745C 采用齿轮泵直接向车桥冷却系统供油，系统温度较低时，系统流量大部分经比例热敏阀后，不经散热器直接到车桥的湿盘制动冷却腔；随着冷却液温度的升高，比例热敏阀逐渐从右位移向中位，通过散热器的流量根据温度成比例变化，温度越高通过散热器的流量越大；超过一定的温度后，比例热敏阀处于左位，冷却泵流量全部从散热器经过，处于最大程度的散热状态。

卡特745C 的散热方式，全部采用比例热敏阀来控制，由于使用材料的固有性能，提高了冷却系统的可靠性。

2.3 贝尔铰接式自卸车优先转向系统
贝尔设备制造公司(BELL Equipment ) 1985年推出了首款铰接式自卸车，目前发展到7个平台车型。

贝尔铰接式自卸车为公司的主要产业，每年生产1000台铰接式自卸车，
1.液压油箱
2.齿轮泵
3.液控比例卸荷阀
4.单向阀
5.热交换器
6.散热器
7.车桥
图5 B45E 湿式制动冷却原理图
3 结 论
铰接式自卸车为通过复杂环境和恶劣路况的工作场景而设计，优先转向保证了车辆的安全可靠性。

沃尔沃、卡特和贝尔均提供了不同的轮边制动冷却方案，均在轮边的冷却系统中达到热平衡，成为业界学习的典范。

本文对三种轮边制动强制冷却方案进行了对比分析研究。

沃尔沃A45G 采用串联热交换器的方式来散热，通过控制冷却液流量实现温度的精准控制；卡特彼勒745C 和贝尔B45E 均采用散热器来散热，通过控制散热风扇的转速实现冷却温度的精准控制。

这三种方案的成功实施，使轮边强制冷却的可靠性得到进一步提升，不仅提升了企业的产品竞争力，也为其他厂商提供了借鉴，很好地推动了轮边强制冷却的发展。

参考文献
[1] 王帅帅.轮式装载机湿式驱动桥制动热平衡仿真计算与
改进[D ].重庆：重庆大学，2013.
[2] 刘林.装载机驱动桥湿式制动器的研究[D ].杭州：浙江
大学，2011.收稿日期：2022-12-15
作者简介：高新功，硕士，工程师，主要从事矿用自卸车液压系统的研究工作。

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