濕式制動器中活塞回位問題的分析

【摘要】通過對車輛制動問題的分析，找到問題的根源在于活塞回位不徹底造成車輛自剎，通過提高回位彈簧的剛度從來增加彈簧的回位力，使車輪的制動自行剎車的現(xiàn)象得以解決。

【關(guān)鍵詞】濕式制動器；回位彈簧；活塞

1、前言

對于任何行駛的車輛，制動系統(tǒng)是必備。制動系統(tǒng)必須具有足夠的制動力矩，在制動時制動力應(yīng)能迅速平穩(wěn)地增加，在解除制動時應(yīng)能迅速徹底松開車輪。對于濕式制動器而言，活塞是制動器中主要的部件，活塞迅速移動和回位是濕式制動器的關(guān)鍵。

2、問題的提出

2006年裝配我公司濕式制動器橋在主機(jī)客戶試驗時發(fā)現(xiàn)車輛在沒有制動時跑合很好；連續(xù)制動后發(fā)現(xiàn)車輪速度逐漸減慢并停止；制動解除后，車速并沒有恢復(fù)到初始時的速度。隨著制動和制動解除的連續(xù)性，制動器的溫度迅速升高。

3、問題的分析

根據(jù)上述現(xiàn)象初步判斷產(chǎn)生的制動抱死。進(jìn)一步分析產(chǎn)生抱死現(xiàn)象的原因為活塞沒有徹底的回位，造成活塞、制動片和摩擦片之間的拖磨，拖磨產(chǎn)生的制動力使車輪產(chǎn)生自剎，從而使車輛速度逐漸變慢，制動解除后不能恢復(fù)到初時速度。

4、根據(jù)活塞的受力情況分析

對于濕式制動系統(tǒng)而言，活塞的主要受如下力的作用，系統(tǒng)的壓力、彈簧的回位力以及系統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的阻力。濕式制動器的結(jié)構(gòu)圖如下：

4.1當(dāng)系統(tǒng)需要制動時，活塞表面的受力情況為：

F=F1-F2-F3

其中：F1=P*A，F(xiàn)1代表制動系統(tǒng)提供的力，P代表制動系統(tǒng)的壓力，A代表制動摩擦面積。

F2=NKL，F(xiàn)2代表彈簧的壓縮力，K代表彈簧的剛度，L代表彈簧的壓縮量，N代表彈簧的數(shù)量。

從上述公式可以看出，隨著活塞的移動彈簧的壓縮力逐漸增加，在彈性限度內(nèi)，隨著壓縮量的增加，彈簧的壓縮力和變形成線性關(guān)系；當(dāng)超過彈性變形區(qū)，彈簧的壓縮量和其壓力的關(guān)系就無法正確的確認(rèn)。在本系統(tǒng)設(shè)計中，彈簧總壓縮量的大小與活塞最大移動量以及彈簧預(yù)壓縮量有關(guān)。在設(shè)計和選用彈簧時一定要確保：

Lmax>L1+L2 其中：Lmax代表彈簧的在彈性范圍內(nèi)的最大壓縮量

L1代表彈簧初始的壓縮量，L2代表活塞最大移動量

彈簧在最大壓縮力的情況下，系統(tǒng)提供需要最小制動力：

Fmin=F1-F2max-F3滿足制動力的要求；其中：F2max=NKLmax

4.2當(dāng)系統(tǒng)需要回位時，活塞表面的受力情況為：

F=F2′-F1′-F3′

其中：F1′=P′A F1′代表系統(tǒng)的壓力，P′代表系統(tǒng)殘余壓力，A的含義同上

F2′=NKL′ F2′代表彈簧的壓縮力，K代表彈簧的剛度，L′代表彈簧的壓縮量

隨著活塞的移動，彈簧的壓縮量逐漸減小，彈簧的壓縮力逐漸減??；為了保證活塞可以正?；匚唬仨殱M足如下要求：

F2min′-F1′-F3′>0 即F2min′>F1′+F3′

F3′代表密封件作用產(chǎn)生的阻力

4.3結(jié)論

在彈簧設(shè)計時必須同時考慮：

第一：起始位置時的彈簧壓縮力必須保證可以克服系統(tǒng)的阻力和密封件阻力和，

第二：彈簧在彈性限度內(nèi)的壓縮量必須大于初始位置的壓縮量和活塞最大移動量之和。

5、對實際問題進(jìn)行分析

根據(jù)上述的理論分析，對影響活塞回位的各項因素進(jìn)行分析

5.1第一系統(tǒng)的殘余壓力即背壓：

我們對主機(jī)客戶的車輛用壓力表進(jìn)行測量，制動系統(tǒng)在解除制動后，發(fā)現(xiàn)制動系統(tǒng)內(nèi)仍有0.2Mpa壓力。大約2秒鐘后系統(tǒng)的壓力逐漸回落至零。通過對主機(jī)制動系統(tǒng)的調(diào)整，將主機(jī)系統(tǒng)的殘余壓力消除。

5.2第二彈簧長度的效核：

彈簧預(yù)壓縮量為8毫米，彈簧彈性壓縮量的總長度為13毫米，活塞最大允許的行程為3毫米，此時總的彈簧壓縮量為11毫米，滿足設(shè)計的要求13毫米。

5.3第三考慮彈簧最小回位力和密封件產(chǎn)生的阻力的大小的比較：

為此我們設(shè)計如下的試驗：

彈簧在初始預(yù)壓縮量下測量系統(tǒng)的壓力、彈簧壓縮力以及密封件阻力的關(guān)系；具體的試驗數(shù)據(jù)見下圖更改前：

根據(jù)上圖可以看出密封件的阻力開始啟動時稍微有點小，但隨著系統(tǒng)壓力的增加，密封件的壓力逐漸趨于平緩，密封件的壓力大約為2650N至2850N左右，根據(jù)此值可以確認(rèn)設(shè)計時彈簧的壓縮量。

從圖上可以看出彈簧預(yù)壓力為2000N，小于密封件的阻力，因此活塞不能很好回位。

從上述的理論可以看出，活塞要能順利回位必須增加彈簧的預(yù)壓縮力，一方面可以增加彈簧的預(yù)壓縮量，另一方面可以提高彈簧的剛性，我們在實際中提高了彈簧的剛性，由原來的39.5N/mm提高到47.5N/mm，更改后的彈簧重新進(jìn)行試驗，具體的曲線見上圖更改后：

6、改進(jìn)后的效果

改進(jìn)后的濕式制動器橋在主機(jī)中通過新產(chǎn)品行駛試驗，目前已進(jìn)行批量化生產(chǎn)，實踐中證明此次的改進(jìn)是成功的。

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