重型矿用自卸车液压制动系统仿真研究

1、国内图书分类号：国际图书分类号：西南交通大学硕士研究生学位论文密级：公开年姓名奎型！飞专二一四年四月：；。：。久二：，西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密口，在年解密后适用本授权书；不保密够使用本授权书。（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：韧日期随牟叮指导老师签名：气唿王邗日期：为噜峥西南交通大学硕士学位论文主

2、要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：查阅相关资料，对矿用自卸车液压制动系统结构组成及工作原理、各组成元部件的工作原理和性能特点进行详细分析和介绍。利用仿真平台，结合矿用自卸车液压制动系统各组成元部件的输出特性曲线，基于黑箱理论建立其仿真模型，并搭建液压制动系统的整体仿真模型。依据土方机械、轮胎式机器制动系统的性能要求和试验方法（），对液压制动系统的行车制动功能及电失效液压制动功能进行动态模拟仿真，完成对正在研制的电动轮矿用自卸车液压制动系统功能的验证和性能的预测。利用有限元分析软件建立矿用自卸车盘式制动器的三维有限元模型，并对电失效液压制动工况下的制动器温度场进行了瞬态

3、仿真，通过对盘式制动器温度场在空间和时间上的分布情况及变化规律进行详细分析，其分析结果为进一步研究盘式制动器的结构设计及其包含热应力在内的强度校核提供了理论依据。在掌握有限元建模与仿真的基础上，详细介绍了其参数化建模、内核脚本开发和设计的方法与原理，完成矿用自卸车盘式制动器制动热分析基于的二次开发。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：安，、

4、日期：廿、冬弋。西南交通大学硕士研究生学位论文第页摘要随着国民经济的高速稳态发展及其对能源和钢铁生产需求量的不断增加，露天矿山的开采规模越来越大，开采深度不断增加，产品运输条件便随之恶化，而受曲率半径、爬坡能力等因素限制，铁路运输很难适应矿山深部开采的运输要求，因此，大型矿用自卸车在矿山运输方面的重要性愈加突出。由于矿山道路条件差、工作环境恶劣，制动系统作为矿用自卸车整车系统中确保安全运行的关键部分，其性能的优劣直接关系到自卸车的运输安全和作业效率。本文以南车广州电力机车有限公司研发中的某型电动轮矿用自卸车液压制动系统为研究对象。首先对其结构组成和工作原理进行深入的理论分析，结合其主要组成部分

5、的产品样本，分别对制动踏板阀、电液比例制动阀、继动阀及盘式制动器的工作原理和性能特点进行详细阐述。运用液压仿真平台，基于黑箱理论建立了制动踏板阀、电液比例制动阀和继动阀等各主要元部件的仿真模型，并搭建了矿用自卸车液压制动系统整体模型。依据土方机械、轮胎式机器制动系统的性能要求和试验方法（），对矿用自卸车液压制动系统完成的行车制动工况和电失效液压制动工况进行动态仿真研究。仿真结果表明，在蓄能器提供制动能源的情况下，该液压制动系统的制动压力及安全制动次数均满足车辆制动要求。盘式制动器作为矿用自卸车液压制动系统的执行机构，在制动过程中承受了极大的机械载荷与热载荷。本文通过有限元分析软件建立了矿用自卸

6、车前桥盘式制动器的有限元三维模型并对其温度场进行了仿真研究，并对制动盘、摩擦块温度场在空间和时间上的分布情况及变化规律进行了详细分析，其分析结果可为进一步研究盘式制动器的结构设计及包含热应力在内的强度校核提供理论依据。最后，为提高对盘式制动器进行温度场分析的工作效率，本文基于对盘式制动器制动热分析进行了二次开发，便于产品设计者在结构设计和材料选型过程中对制动盘和摩擦块温度场分布、变化规律及影响因素等内容的研究。关键词：矿用白卸车；液压制动；仿真；盘式制动器；温度场；二次开发西南交通大学硕士研究生学位论文第页，“”（），西南交通大学硕士研究生学位论文第页，：；西南交通大学硕士研究生学位论文第页目

7、录第章绪论课题研究的背景与意义矿用自卸车发展概况国外矿用自卸车应用现状国内矿用自卸车应用现状矿用自卸车关键技术概况液压制动系统研究现状盘式制动器热分析概况国外热分析概况国内热分析概况本文的主要内容第章矿用自卸车液压制动系统原理分析液压制动系统结构组成和工作原理制动踏板阀工作原理和特性分析电液比例制动阀工作原理和特性分析继动阀工作原理和特性分析盘式制动器工作原理本章小结第章矿用自卸车液压制动系统建模与仿真仿真模型的建立制动踏板阀模型的建立电液比例制动阀模型的建立继动阀模型的建立其他元件及液压制动系统模型液压制动系统仿真分析行车制动仿真分析电失效液压制动仿真分析本章小结西南交通大学硕士研究生学位论

8、文第页第章矿用自卸车盘式制动器制动热分析盘式制动器热分析的理论基础及其数学描述摩擦生热理论基础传热学理论基础瞬态热分析有限元方法仿真模型的建立物理模型的建立边界条件及相关计算数据的确定仿真结果分析制动盘温度场分布及其变化规律摩擦块温度场分布及其变化规律本章小结第章基于的盘式制动器热分析二次开发次开发及其接口语言二次开发方法语言简介盘式制动器热分析二次开发模型草绘和部件生成材料属性和截面属性的分配载荷施加界面创建与集成本章小结结论致谢参考文献攻读硕士学位期间发表的论文西南交通大学硕士研究生学位论文第页第章绪论课题研究的背景与意义矿用自卸车是一种用于矿山进行岩石土方和矿石运输的非公路运输车辆，因其

9、载重量大、运输效率高、运营成本低，因此在道路条件差、工作环境恶劣的情况下，自卸车成为了国内外矿山的重要运输设备。随着国民经济的高速稳态发展、国家土建基础设施建设步伐的加快及其对能源和钢铁生产需求的快速增长态势，露天矿山的开采规模越来越大，开采深度不断增加，产品运输条件便随之恶化，而受曲率半径、爬坡能力等因素限制，铁路运输很难适应矿山深部开采的运输要求，因此，大型矿用自卸车在矿山运输方面的重要性愈加突出。制动系统作为矿用自卸车整车系统中确保安全运行的关键部分，其性能的优劣直接关系到自卸车的运输安全和作业效率，同时，与其他传统的制动系统相比，液压制动系统具备性能稳定可靠、响应更加灵敏、环保安全等优

10、点，在矿用车辆中显示出了极大的优越性。本文对南车广州电力机车有限公司研制中的某型电动轮矿用自卸车液压制动系统的结构原理及其关键液压元件进行详细分析，基于仿真平台完成对自卸车液压制动系统性能的验证和预测，这不仅是矿用自卸车设计验证的重要手段，而且也是保证车辆安全、稳定行驶的重要前提。由于矿山的运输环境十分恶劣、矿用自卸车满载后总重量极大、车辆行驶速度较快等原因，盘式制动器作为矿用自卸车液压制动系统最后的执行机构，在制动过程中承受极大的机械载荷与热载荷。矿用自卸车制动时，制动盘和摩擦块的相互摩擦会产生大量热量，导致制动盘和摩擦块单位面积所承受的载荷与吸收的能量极大，因此，为保证车辆行驶的安全性和制

11、动的可靠性，在矿用自卸车设计研发阶段，对盘式制动器温度场进行仿真分析并掌握其温度分布及变化规律是保证制动器正常工作、车辆安全平稳运行的基本条件。矿用自卸车发展概况经过近五十年的不断发展，随着材料、技术、工艺等领域及工业技术的不断更新和变革，矿用自卸车的结构形式和性能特点发生了深刻的变化，其载重量从第一台矿用自卸车的逐渐形成了、等多个系列，并因其载重量大、运输效率高、灵活性强、经济性能好等优点而成为了大型露天矿山运输的主要工具，目前，在年开采量达于万吨级的大型露天矿山所用运输设备中，百吨载重以上的电动轮自卸车占有全世界三分之二的市场，承载着全球近铁矿及煤炭的开采运输量皿。国外矿用自卸车应用现状西

12、南交通大学硕士研究生学位论文第页露天矿山的开采规模越来越大、开采深度不断增加，对矿用自卸车载重量、性能和数量等方面不断提出更高的要求，从第一台机械传动矿用自卸车产生以来，吨位较大、性能较优的重型矿用自卸车生产厂家主要集中于美国、日本、德国和白俄罗斯等工业发达国家，主要生产厂家如美国和、日本和、德国、白俄罗斯等公司的产品较大程度上地代表了如今大型矿用自卸车的最高技术水平。美国公司在年的矿业博览会上展出机械传动和电传动系列及电传动系列矿用车，载重量分别为和，其中采用排量为的型柴油机及其自主研发的交流传动系统；之后又研制出载重量为级机械传动的系列矿用自卸车。日本公司曾先后研制出载重量分别为、和的、和

13、等系列矿用自卸车，其中，采用缸发动机，最大车速为，是公司所生产矿用车中功率最大的电动轮矿用自卸车。目前公司最大功率的型电动轮自卸车采用与联合开发的交流电驱动系统，额定载重量为，最大车速。德国公司于年研制出载重的型电动轮矿用自卸车，之后分别推出其升级版和，其中，型电动轮矿用载重量为，由柴油机带动交流发电机发电，并将电流转换后用于驱动位于后轮内的直流电动机，最大车速可到。白俄罗斯公司于年推出载重的系列矿用自卸车，其动力来自缸、排量的柴油发动机，采用由公司生产、功率为的交流发电机，并以公司生产、功率为的交流电动机作为牵引电动机提供动力，其最大车速为【。国内矿用自卸车应用现状矿用自卸车在国内矿山的使用

14、开始于二十世纪年代中期，经过多年的引进、吸收和研发，国内矿用自卸车在吨位、性能和数量等方面有了很大发展，其主要生产厂家有湘电集团有限公司、内蒙古北方重型汽车股份有限公司、北京首钢重型汽车制造股份有限公司、北京重型汽车制造厂、本溪北方机械重汽有限责任公司和陕西同力重工股份有限公司等。湘电集团有限公司从年研制国内首台百吨级电动轮矿用自卸车以来，又分别推出了载重、的、和等系列自卸车，其中，国内首台级交流传动矿用自卸车采用额定功率为的柴油发动机、交流发电机和电动机，最高车速可达。西南交通大学硕士研究生学位论文第页内蒙古北方重型汽车股份有限公司主要生产美国公司的电动轮矿用自卸车系列产品，主要包括载重量分

15、别为、的、型电动轮自卸车。北京首钢重型汽车制造股份有限公司先后推出了分别载重、的、等系列矿用自卸车，其中，系列分为交交电动轮矿用自卸车和交一直电动轮矿用自卸车，前者采用发动机、交流发电机和交流电动机，后者采用发动机、交流发电机和直流电动机，最高时速。北京重型汽车制造厂于年开始研制生产吨级矿用车，如今己形成载重量分别为、的、和系列的矿用车产品，曾引进生产载重的型矿用自卸车，逐渐成为了国内生产载重吨级矿用自卸车的主要企业。本溪北方机械重汽有限责任公司的产品主要有、级的、等矿用自卸车。陕西同力重工股份有限公司主要生产分别载重、的、和系列矿用自卸车。矿用自卸车关键技术概况随着科学技术的不断发展和进步、

16、制造工艺的不断创新和变革以及国内外大型矿山对吨位大、效率高、稳定性和安全性能好的矿用自卸车需求的不断增加，矿用自卸车逐渐向装载吨位重型化、传动方式多样化、控制技术智能化等方向发展，其涉及的主要关键技术包括传动技术、控制技术、转向技术、制动技术等。矿用自卸车传动方式包括机械传动、液力机械传动和电传动。其中，传统的机械传动矿用自卸车将柴油发动机产生的动力通过离合器、机械变速器、传动轴及驱动轴等机构传递给主动车轮，具有结构简单、制造容易、传动效率高、使用可靠等优点，同时，机械制造技术、合金钢冶炼和热处理工艺的不断改善有力地促进了重型机械传动矿用自卸车的飞速发展。液力机械传动矿用自卸车将柴油机产生的动

17、力通过液力变矩器、机械变速器、传动轴、差速器和半轴传递给主动车轮，这种传动方式衰减了发动机和传动系统的扭振，能有效地延长发动机与传动机构的使用寿命，但传动效率较低。电传动矿用自卸车利用柴油发动机驱动发电机，将发电机输出的电能直接供给电动机带动主动车轮，这种传动方式牵引性能极好，爬坡能力较强，能够实现无级调速，且运行平稳，行车安全可靠。随着计算机技术、微机通信技术和传感器技术的发展和普及以及相关电子元器件功能的不断完善、可靠性的持续提高，计算机控制技术从年代后期就已经开始应用西南交通大学硕士研究生学位论文第页于矿用白卸车相关技术领域，如车速自动调节系统、油气悬挂的主动控制、柴油机燃油喷射系统及整

18、车故障分析和诊断等方面，使自卸车的自动化程度、稳定性和行驶可靠性等方面有很大改善。车辆转向系统主要包括机械转向系统、电动助力转向系统和液压动力转向系统三类，重型矿用自卸车普遍采用液压动力转向技术。液压动力转向系统主要由液压转向器、转向蓄能器、转向液压缸等元件组成，具有结构紧凑、操纵力小、便于安装等优点，并逐渐向大排量小型化、高效节能化、集成化等方向发展。制动系统作为矿用自卸车整车系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到自卸车的运输安全和作业效率。与其他传统的制动系统相比，液压制动系统具备性能稳定可靠、响应更加灵敏、环保安全等优点，在矿用车辆中显示出了极大的优越性，故国内外现有矿用车辆普遍采用

19、了液压制动技术。本文主要针对广州电力机车有限公司研制中的某型电动轮矿用自卸车液压制动系统进行仿真研究。液压制动系统研究现状液压制动系统利用液压作为动力源，将液压油作为单一介质以传递制动力，通过液压控制元器件直接把压力油供给前后桥制动器，实施车辆制动。美国、日本和公司研制的矿用自卸车及工程车辆多采用液压制动系统【。由于液压制动系统的应用，矿用自卸车制动性能得以大幅度提升，其制动平稳、可靠性的改善使整车的操纵性能、作业效率及安全性能较其它制动具有较大优势。随着矿用自卸车辆的不断发展及其液压制动技术的不断应用，国内外学者对矿用自卸车液压制动系统的研究也不断深入，国外对液压制动系统的研究主要集中于其关

20、键元部件（如负载敏感泵、制动阀、继动阀、制动器等）及系统性能匹配等方面，而国内对矿用自卸车液压制动系统的研究主要是在引进并吸收国外先进技术的基础上对其进行改造和优化【。年，在其论文中对公司所研制大型矿用自卸车液压制动控制系统进行了详细分析与改进设计，将后轴制动器原风冷系统改为油冷，采用独特的紧急制动控制系统，利用逻辑控制阀检测油液压降，最终通过其它高压油路实现紧急制动。年，等人在其论文中全面分析了矿用自卸车液压制动系统的制动原理，并分别对各组成元部件的结构组成及功能原理进行了详细阐述。杨忠炯【等人于年在其论文中完成了对如图所示的铲运机蓄能液压制动系统动态特性仿真研究。常用制动时，液压制动系统的

21、压力油由泵提供，蓄能器作用在于吸收液压系统压力冲击并使制动系统保压；而非常用制动时，蓄能器则作为油源为制动系统提供液压油。作者在文中建立了液压制动系统动态过程的数学模型和仿真模型并对整体液压制动系统进行了详细的动态特性仿真分西南交通大学硕士研究生学位论文第页析。封闭油箱变量泵转向及停车制动蓄能器、单向阀前制动器阻尼阀停车蓄能器脚制动蓄能器单向阀组脚制动阀压力表后制动器停车制动阀继电器指示灯开关停车制动器图铲运机蓄能制动系统原理图年，于英在其文章中阐述了适用于中小型矿用自卸车的典型液压制动系统结构原理，如图所示，对其频率响应特性、固有频率及阻尼比等动态参数进行了深入研究，但由于该液压制动系统仅具

22、有行车制动和停车制动两种制动功能而并不适用于重型矿用车辆。程振东【】等人于年分析了如图所示的工程车辆全液压制动系统结构组成和工作原理，利用阀控缸模型替代蓄能器、液压制动阀及制动缸模型，在建立液压制动系统简化数学模型的基础上利用进行了动态仿真研究，详细分析了液压制动系统制动性能的主要影响因素。年，林慕义等人对工程车辆全动力液压制动阀进行了设计和分析，如图所示，在建立全液压制动系统数学模型的基础上，详细分析了制动阀结构参数对液压制动系统动态性能的影响并进行试验验证，并详细分析了充液阀的充液特性及制动系统管路布置相关问题。西南交通大学硕士研究生学位论文第页图中小型矿用车辆典型的全液压制动系统制动阀蓄

23、能器压力输入口后阀芯反馈油孑后阀芯蓄能器压力输入口前阀芯反馈油孔前阀芯制动轮缸回油口压力输出口制动轮缸回油：压力输出口图串联式双回路全动力液压制动系统罗春雷等人于年对电动轮矿用车全液压制动系统进行了较为全面的设计，如图所示，在传统的制动系统基础上增加了次级制动、自动紧急制动和制西南交通大学硕士研究生学位论文第页动压力低报警功能，其运行安全、可靠性较传统液压制动系统具有较大改善。变量泵高压滤油器单向阀转向蓄能器系统压力开关梭阀制动压力开关电磁阀梭阀三通顺序阀三通减压阀制动锁定电磁阀、席动蓄能器双路踏板阀刹车灯开关制动锁定压力开关继动阀停车制动电磁阀停车制动压力开关继动阀前轮制动器后轮制动器停车制

24、动器图大型矿用自卸车全液压制动系统原理图年，于淼¨等人在对如图所示的铰接式自卸车液压制动系统详细分析基础上，利用仿真平台对其停车制动功能完成了初步的动态仿真研究，并对其动态特性的多个影响因素进行了详细分析。年，陈卫平【】等人利用仿真平台对如图所示的内燃叉车液压制动系统进行了建模和动态仿真，理论上验证了该液压制动系统的行车可靠性，并详细分析了对液压制动系统动态特性的主要影响因素。陈晋市【，等人于年在其论文中阐述了如图所示的液压制动系统及串联式双回路液压制动阀的结构原理，建立了全液压制动系统各组成模块及整体系统的模型，对蓄能器充液阀的充液特性、液压制动阀及整体液压制动系统的动态响应等进行

25、了详细的仿真分析，并对各项性能指标进行了试验验证。西南交通大学硕士研究生学位论文第页涟？固豢貔器鹰走缀蘩燕一二：。二：一一三显霹。毫懑耀、一一卜一：。二。之殛艮；囱帮离媾滋漶褥套、滚嚣麓西，。一滤越器图一铰接式自卸车液压制动系统图叉车液压制动系统图一双回路全液压制动系统原理图综上所述，经过在矿用车辆和工程机械领域内多年的发展，液压制动技术不断改进和优化，目前国内外学者对液压制动系统的设计和研发主要基于经典液压制动系统的优化和改造，对其主要元部件（制动踏板阀、电液比例制动阀和继动阀等）和整体液压制动系统动态性能的深入研究广泛采用液压仿真平台建立其模型并得出仿真结果，并分别对其动态响应特性进行详细

26、分析和预测。作为液压系统动态特性分析最直接有效的仿真手段，这种方法可大幅度提高液压系统动态响应特性分析的效率和精度，因此，本文以南车广州电力机车有限公司研制中某型电动轮矿用自卸车的液压制动系统为研究对象，基于仿真平台，对其各主要组成元部件及整体液压制动系统的动态响应性能进行仿真研究。盘式制动器热分析概况国外热分析概况盘式制动器作为矿用自卸车液压制动系统最终的执行机构，在制动过程中承受极大的机械载荷与热载荷，对盘式制动器温度场进行仿真分析并掌握其温度分布及变化规律是自卸车设计研发过程中必不可少的过程。早期利用数值计算方法进行热力学研究在国外十分普遍，主要集中于摩擦生热理论和制动器温度场分布规律等

27、方面的研究，二十世纪中期以来，国外学者利用计算机进行辅助设计，随着计算机辅助手段和仿真技术的不断发展，、等有限元分析软件的盛行使制动器的热力学研究有了很大飞跃。在对汽车盘式制动器进行热分析过程中，国外学者往往将温度场和应力场耦合起来。年，】等人对盘式制动器摩擦副的压力分布情况进行了深入的研究，其研究表明盘式制动器摩擦副间的接触压力并非均匀分布，并导致摩擦区域产生不均匀的热量；挪】等人于年期间在考虑移动热源的情况下，利用有限元与傅立叶变换结合的方法对盘式制动器进行温度场分析，最终得出盘式制动器温度场的计算模型；年，】等人建立了盘式制动器摩擦副的二维有限元仿真模型，利用分析软件对制动过程中的生热量

28、、温度场、应力场及接触压力的分布规律等内容进行了瞬态仿真和深入探讨；年，【对盘式制动器摩擦副进行了热力耦合分析，并以此证明摩擦副材料的物理参数（如比热容、摩擦系数等）对盘式制动器温度场分布具有巨大影响：年，】等人利用分析软件对实心盘式制动器二维模型及空心盘式制动器的扇形三维模型进行了多次循环制动仿真分析，并将温度场分析结果加载到完整的三维盘式制动器模型上，利用软件完成热力耦合分析；年，等人多次利用软件对盘式制动器进行了有限元建模和热力耦合分析，并通过试验验证其温度场和应力场分布情况及变化规律；年，】等人通过有限元分析对盘式制动器两摩擦块上的温度分布情况加以对比，对盘式制动器上热通量非均匀性分布

29、的原因进行了详细探讨，并进一步验证了摩擦生热理论的合理性；年，通过对不同通风方案的盘式制动器进行热分析，并对比各种方案下盘式制动器的生热量及热应力分布，最终得出不同通风方案散热性能的优劣顺序。国内热分析概况随着国内学者对盘式制动器温度场研究的逐步深入，在研究过程中不断引入先进的技术方法和手段，如计算机仿真、优化技术等，从早期的数值计算方法快速发展为基于、等分析软件的有限元模型分析方法。年，陈建幽等人早期对盘式制动器周期性制动时的非稳态温度场进行了数值计算和详细分析，建立了轴对称非稳态温度场的数学模型，得出温度场及其温度特征，并通过小型惯性试验台的试验对其计算结果进行验证；年，蒋京【】等人通过有

30、限差分法对盘式制动器多次重复制动的热模型进行了数值计算，得出了盘式制动器摩擦副在制动过程中的总体平均温度及其分布特征；周凡华】等人于年建立了盘式制动器十五次循环制动过程的一维热分析模型，并通过有限差分数值计算得出其瞬态温度及分布特征；年，王掣等人通过有限元法建立了盘式制动器热流分配模型，结合摩擦生热理论，得出盘式制动器摩擦副内部温度场及其分布特征；年，王文静【等人将盘式制动器传统的二维模型改成简化的循环对称三维模型，在不考虑移动热源的情况下，通过计算得出制动器温度场及其分布规律；林谢昭，】等人于年详细分析了各制动工况参数对盘式制动器温度场分布的影响，通过计算得出其输入热流密度，并对其它必需边界

31、条件的计算提出了合理建议，在考虑移动热源及可变对流换热系数等因素情况下，建立了盘式制动器的非轴对称有限元模型并通过仿真分析得出温度场分布及其变化规律；年，成林【】等人建立了盘式制动器的二维有限元轴对称简化模型，不考虑周向温度传递和周向应力，对其进行热力耦合分析得出了温度场、应力场分布及其变化规律；年，孟德建【】等人考虑摩擦系数随速度的变化关系，对盘式制动器摩擦副进行了有限元建模和热力耦合分析，揭示了盘式制动器瞬态温度场、应力场及热变形量之间存在十分复杂的耦合关系；刘竹丽】等人于年依据传热学相关理论，确定了大型煤矿用带式输送机盘式制动器输入热流密度的加载模式，对制动器摩擦副进行了三维有限元建模和

32、仿真分析，并通过试验验证其仿真结果。综上所述，目前国内外学者对盘式制动器温度场的仿真研究广泛采用有限元分析方法由于制动过程中温度场和应力场的相互耦合关系，其有限元分析过程通常为热力耦合分析。有限元软件中的节点坐标系始终是笛卡尔坐标系，其节点坐标方向不随节点的移动而改变，不易实现制动盘的旋转运动，而分析软件更容易通过参考点的旋转自由度及参考点与制动盘的耦合关系来实现制动盘的旋转，且盘式制动器瞬态温度场求解属于高度非线性问题，故本文采用有限元分析软件对矿用自卸车盘式制动器温度场进行瞬态仿真分析。西南交通大学硕士研究生学位论文第页本文的主要内容本课题来源于南车广州电力机车有限公司正在研发的某型电动轮

33、矿用自卸车项目，所生产样车如图所示。本文以其液压制动系统为研究对象，采用仿真平台对矿用车液压制动系统进行动态仿真分析，以完成对其制动功能的验证和性能的预测，并基于摩擦生热理论，利用有限元分析软件对电失效液压制动工况下的盘式制动器温度场进行了瞬态仿真，以掌握其温度场在空间和时间上的分布情况及变化规律，保障矿用车行车安全性及制动的可靠性。论文的主要研究内容概括如下：（）查阅相关资料，对矿用自卸车液压制动系统结构组成及工作原理、各组成元部件的工作原理和性能特点进行详细分析和介绍。（）利用仿真平台，结合矿用自卸车液压制动系统各组成元部件的输出特性曲线，基于黑箱理论建立其仿真模型，并搭建液压制动系统的整

34、体仿真模型。依据土方机械、轮胎式机器制动系统的性能要求和试验方法（），对液压制动系统的行车制动功能及电失效液压制动功能进行动态模拟仿真，完成对正在研制的电动轮矿用自卸车液压制动系统功能的验证和性能的预测。（）利用有限元分析软件建立矿用自卸车盘式制动器的三维有限元模型，并对电失效液压制动工况下的制动器温度场进行了瞬态仿真，通过对盘式制动器温度场在空间和时间上的分布情况及变化规律进行详细分析，其分析结果为进一步研究盘式制动器的结构设计及其包含热应力在内的强度校核提供了理论依据。（）在掌握有限元建模与仿真的基础上，详细介绍了其参数化建模、内核脚本开发和设计的方法与原理，完成矿用自卸车盘式制动器制动热

35、分析基于的二次开发。图广州电力机车有限公司某型电动轮矿用自卸车第章矿用自卸车液压制动系统原理分析由于矿山道路条件差、工作环境恶劣等因素，自卸车作业过程中的安全性和制动可靠性显得极其重要。本文所研究电动轮矿用自卸车载重量约为，满载后总重量达，最高行驶速度可达，其制动系统在行车制动上采用电制动和液压制动两种方式：车辆速度传感器实时地将自卸车行驶速度传递给电液比例制动阀的阀驱动器，踩下踏板阀施加制动以后，若自卸车行驶速度高于，电液比例制动阀不产生动作，此时液压制动系统不产生制动作用，自卸车采用电制动方式进行调速；当自卸车行驶速度低于时，电液比例制动阀发生动作，自卸车采用液压制动方式调速并停车。本文主

36、要研究矿用自卸车的液压制动系统，该系统可完成车辆行驶速度低于时的行车制动功能和任意时速下的电失效液压制动功能，后文若无特殊说明，皆默认自卸车行驶速度低于，本章将对该液压制动系统结构组成、功能原理及各主要组成元部件的原理、特性进行详细分析。液压制动系统结构组成和工作原理车辆制动系统主要由能源供给部分、控制部分、传动部分和制动器四个部分组成，其中能源供给部分用于提供和调节制定过程中各个部分所需的能量，控制部分用于产生制动动作并随时控制制动效果，传动部分用于传递制动能量到制动系统的各个部件，制动器用于产生阻碍车辆运动或趋势。矿用自卸车液压制动系统主要由制动踏板阀、电液比例制动阀、继动阀、制动器等元部

37、件组成，图所示为所研究电动轮矿用自卸车液压制动系统原理图，该制动系统具有行车制动、驻车制动、装载制动及电失效液压制动等功能。图中驻车制动电磁阀是一个二位三通电磁换向阀，通过改变阀芯位置来控制驻车制动的施加与缓解；为驻车制动器，弹簧施加，液压缓解，用于缓解驻车制动的液压油源由液压泵直接提供；制动踏板阀是一个带有位置传感器的电液制动元件，用于施加或缓解行车制动，通过改变其阀芯行程来控制前后制动缸的压力大小；制动蓄能器主要用于存储制动能源并实时地为制动缸补油；电液比例制动阀由阀驱动器控制，通过改变继动阀先导口的压力来控制继动阀的开度；继动阀主要用于压力放大，进而控制制动缸压力大小；减压阀与电磁阀共同

38、组成路况阀组，根据路面粘着情况改变制动压力的大小，避免车轮抱死；电失效控制电磁阀主要用于电制动失效的情况，即当该电磁阀失电时，使踏板阀输出口与继动阀先导口接通，并通过继动阀控制制动缸压力以实现液压制动；电磁阀和减压阀共同组成装载制动阀组，其制动油源由液压泵直接提供。车辆正常行驶过程中，电失效控制电磁阀始终带电，电失效液压制动回路始终断开，车辆的制动工作由行车制动工作回路完成，即行车制动：当车辆遇到由各种原因引起的断电情况时，车辆制动控制系统不能再为电液比例制动阀、阀驱动器及电失效控制电磁阀等所有电控元部件提供电源和控制电信号，此时车辆的制动完全由电失效液压制动工作回路完成，即电失效液压制动。踏

39、板阀蓄能器驻车制动电磁阀驻车制动器带动踏板阀单向阀制动蓄能器制动蓄能器放油阀阀驱动器电液比例制动阀继动阀制动自动施加电磁阀梭阀减压阀电磁阀前桥制动器电失效控制电磁阀装载制动电磁阀减压阀后桥制动器图矿用自卸车液压制动系统原理图所研究电动轮矿用自卸车行车制动工作回路如图所示，其工作原理为：当制动踏板阀处于自由状态时，电液比例制动阀失电，继动阀的两侧先导口分别通过电液比例制动阀和电失效控制电磁阀接通油箱，继动阀不动作，制动缸无制动压力输出；当踩下踏板一定角度施加制动时，电液比例制动阀得电，继动阀左侧先导口通过电液比例制动阀接通制动蓄能器，继动阀动作，制动蓄能器向制动缸供油，制动缸正常输出制动压力，且输出压力与踏板阀转动位移呈线性关系；当松开踏板时，制动踏板阀在复位弹簧的作用下恢复至自由状态，制动缸输出压力逐渐恢复至零。图行车制动工作回路图电失效液压制动工作回路西南交通大学硕士研究生学位论文第页自卸车电失效液压制动工作回路如图所示，其工作原理如下：由于电失效控制电磁阀失电，制动踏板阀的压力输出口通过电失效控制电磁阀与继动阀的先导口接通，故当制动踏板阀处于自由状态时，其压力输出口无压力输出，制动