提升机盘式制动器碟簧刚度测量与预测研究

胡成名

中煤科工集团武汉设计研究院有限公司 湖北武汉 430064

施加于提升机制动盘上的正压力是依靠碟形弹簧储积的压力能产生的。碟形弹簧在频繁使用中，由于金属的疲劳现象引起其刚度下降，若刚度急剧下降，则制动正压力下降，制动过程越来越慢，进而导致制动失效；这将造成严重后果[1]。碟形弹簧的刚度是影响制动系统能否正常工作的重要因素，对其刚度的测量和预测研究有着重要的意义。

近年来，国内学者对碟簧的变形、疲劳寿命以及刚度都有不同的研究。张媛等人[2]利用 ANSYS 仿真软件建立碟簧的有限元模型，进行疲劳分析，并预测其疲劳寿命。米月花等人[3]的研究表明，碟簧是物理非线性弹簧，载荷与变形呈非线性关系。王晓波等人[4]用LS-DYNA 有限元软件对碟簧进行数值模拟，得到载荷和变形的关系曲线。上述研究大都基于软件模拟，而没有依据生产中的实测数据。笔者提出一种测量蝶簧刚度的方法，并依据实测数据对碟簧刚度进行有效预测。

1 碟簧刚度的测量方法

盘式制动器的力学模型[5]如图 1 所示。

图1 盘式制动器力学模型Fig.1 Mechanical model of disk brake

当液压站油压p(t) 为系统最高油压时，制动器处于完全开闸状态，盘式制动器的速度为 0，此时

式中：pmax为液压站最高油压，MPa；A为液压缸有效作用面积，mm2；fmax为液压缸壁的摩擦阻力，N；k为碟簧的刚性系数，N/m；y0为碟簧的预压缩量，mm；δmax为开闸时的闸瓦间隙，mm。

当制动器制动时，油压p(t) 减小。盘式制动器运行δmax后，闸瓦刚刚贴上制动盘时，此时的油压即为贴闸油压pt，则有