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《礦業研究與開發雜志》2015年第十期

近年來，因制動系統失效而造成的地下鏟運機飛車安全事故時有發生，相關部門對制動系統的安全監管力度也在不斷加強，因而對制動系統的安全可靠性也提出了更為嚴格的要求。行車制動作為使用最頻繁的制動系統，目前多數的研究工作重點側重于對制動系統能力的設計計算，而關于執行機構———制動器的選擇方法較少，由于地下鏟運機運行環境的特殊性，不恰當的制動器選型也可能導致其最終制動效能的穩定性有所下降。例如，2013年6月5日山西發生的一起地下車輛失控事故，其原因就是事故車輛擅自更換制動器而導致制動失效。文章在分析幾種常見行車制動器性能特點的基礎上，提出采用層次分析法建立評價選擇模型，以此量化選擇地下鏟運機行車制動器，旨在為合理決策行車制動器的類型提出參考建議。

1制動器評價選擇模型

1．1制動器評價選擇模型的建立參考我國及國際對地下鏟運機制動系統的相應標準法規，可以看出，標準對于制動系統的評價指標如下：（1）制動效能：即制動力、制動距離、制動反應時間、制動負加速度等。（2）制動衰退性：即制動器應具備一定抗熱衰退性和抗水衰退性。另外，考慮到地下鏟運機運行于井下惡劣環境，要求制動性能恒定可靠，一方面包括制動抗衰退性好，另一方面要求制動器有良好的散熱性。從生產企業角度來說，要求價格及維護成本低。綜上所述，以制動器的評價選擇作為體系模型的目標層；采用效能因數、穩定性及成本作為準則層，其中穩定性包括制動衰退性及散熱性，成本包括價格及使用維護兩方面；以濕式制動器、鼓式制動器、盤式（單盤）制動器為方案層，其中后兩種為干式制動器，因其結構特點相差較大，故分別比較。體系模型的遞階層次結構見圖1。

1．2準則層元素特性分析

1．2．1效能因數定義制動器效能因數BEF為在制動鼓或制動盤的作用半徑上的摩擦力與輸入力之比，以此指標評價各制動器的制動效能。（1）鼓式制動器。以簡單非平衡式鼓式制動器為例，計算時作如下假設：制動鼓與制動蹄具有絕對剛性；包角范圍內的摩擦片和制動鼓完全接觸；摩擦片的變形符合胡克定律［5］。

1．2．2制動穩定性由圖3可以看出，在鼓式制動器制動襯片摩擦范圍內，效能因素隨摩擦系數變化最大，濕式制動器次之，盤式制動器影響最小。但濕式制動器襯片多采用銅基材料，摩擦系數穩定性優于采用無石棉摩擦材料的鼓式制動器和盤式制動器。泥水衰退性方面，對于鼓式制動器，由于泥水的潤滑作用將降低其摩擦系數，制動力影響較大，且其結構使得泥水清除困難，制動力復原慢；對于盤式制動器，制動器效能因數受摩擦系數變化小于鼓式制動器，且在轉動時制動盤將泥水的甩出作用下，其泥水恢復性優于鼓式制動；對于濕式制動，因其封閉結構，故泥水作用對制動性能幾乎無影響。

1．2．3散熱能力根據能量守恒原理，制動過程是一個由機械能一部分或全部轉化為熱能的過程。干式制動器的熱能由制動器傳遞到空氣中，散熱能力按式（6）分析。由式（6）和式（7）可以看出，由于盤式制動器的散熱面積大于鼓式制動器，故其散熱能力要好于后者；對于濕式制動器而言，其冷卻方式有自冷式和強制冷卻式，可通過油液帶走一部分熱量，就散熱方式而言，濕式制動器的散熱性能最佳。

1．2．4使用維護鼓式制動器的制動鼓與襯片的間隙調整費時，需頻繁維護；盤式制動器維護簡單，部分鉗盤式制動器可實現間隙自動調整；油冷濕式制動器間隙無需調整，不需維護［7］。摩擦襯片更換方面，鼓式制動器更換復雜，調整費時；盤式制動器更換簡易；濕式制動器更換復雜，但一般不需調整。

1．2．5價格地下鏟運機行車制動器一般安裝在驅動橋上，前后橋均裝有2個制動器。部分車橋自帶有制動器，但各類型制動器價格相差較大，例如以某車型同一規格帶制動器的車橋為例，自帶濕式制動器的車橋和自帶干式制動器（鼓式制動器和盤式制動器）的車橋價格上高出5倍多，加之采用濕式制動的制動液壓系統更加復雜，液壓元器件的成本也較干式回路進一步增加。

2制動器評價選擇量化分析

根據制動器評價選擇模型及準則層元素特性的定性分析，構造出各元素的判斷矩陣，計算單一層次各指標的相對權重及各層指標的組合權重并進行一致性檢驗，計算結果見表1～表8。表中λmax為判斷矩陣的最大特征值，W為判斷矩陣的特征向量，C．R為一致性比例。

3結論

依據制動器的性能特點，利用層次分析法建立地下鏟運機行車制動器的評價選擇模型，提出了量化決策制動器類型的新方法，并得出如下結論。（1）制動器的性能指標可以從效能因數、穩定性及成本3方面評價，其中穩定性包括制動衰退性及散熱性，成本包括了價格及使用維護。利用這些量化后的指標，可以實現地下鏟運機制動器類型的評價與選擇。（2）從量化分析的過程及結果來看，該方法有效可行，可為地下鏟運機制動器類型的評價與選擇問題提供理論參考，有利于實現地下鏟運機制動系統方案的決策目的。（3）從計算結果分析，2種干式制動器的綜合得分較為接近，盤式制動器略高于鼓式制動器，而濕式制動器的得分2倍于干式制動器，說明在一般環境下，地下鏟運機應優先采用濕式制動作為行車制動器，這也正是大力推廣濕式制動器應用于礦山無軌設備的理論原因所在。

作者：付鵬飛 曹勝 單位：長沙礦山研究院有限責任公司