全地形車制動(dòng)技術(shù)研究

謝觀福　薛玉峰　吳江濤　田軍

摘要：全地形車的最大特點(diǎn)是可以在普通車輛難以機(jī)動(dòng)的地形上行走自如。制動(dòng)系統(tǒng)是用于裝備停止運(yùn)行的裝置，制動(dòng)技術(shù)是車輛安全的保證。文章分析了全地形車在各種制動(dòng)方案下的制動(dòng)距離和制動(dòng)力矩。

關(guān)鍵詞：全地形車；制動(dòng)距離；制動(dòng)力距；制動(dòng)系統(tǒng)；制動(dòng)技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U469 文章編號(hào)：1009-2374（2015）33-0001-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.001

1 制動(dòng)技術(shù)概述

制動(dòng)系統(tǒng)是用于裝備停止運(yùn)行的裝置，有時(shí)也用于調(diào)節(jié)或限制裝備的運(yùn)動(dòng)速度，是保證裝備正常工作的重要部件。裝備在通過障礙或較大的地面突起處之前，或駛進(jìn)轉(zhuǎn)彎處以及遇到緊急情況需要減速或停車時(shí)，都需要進(jìn)行制動(dòng)。駕駛員僅在有把握地進(jìn)行緊急制動(dòng)時(shí)，才能沒有顧慮地提高裝備的行駛速度。制動(dòng)性不但是裝備獲得高速的保證，更是裝備及人員安全性的保證，所以制動(dòng)性是裝備極其重要的性能。

裝備制動(dòng)性的好壞，通常以制動(dòng)距離S的大小來評(píng)價(jià)。制動(dòng)距離S是指由給定的行駛速度V開始制動(dòng)裝備，到完全停車所走過的距離。制動(dòng)距離愈小，則制動(dòng)性愈好。制動(dòng)性能優(yōu)良的裝備，其最大的安全行駛速度越高，平均速度也越大。

制動(dòng)過程的本質(zhì)是裝備的動(dòng)能（包括機(jī)器整體動(dòng)能以及機(jī)器傳動(dòng)部件旋轉(zhuǎn)慣性動(dòng)能）通過摩擦（制動(dòng)器和制動(dòng)盤摩擦或履帶和地面摩擦）轉(zhuǎn)換成熱能的過程。

2 行車時(shí)制動(dòng)距離分析

裝備在操作過程中主要采用的制動(dòng)方式為：切斷動(dòng)力，通過各種行駛阻力使裝備制動(dòng)；操縱停車制動(dòng)器使得裝備制動(dòng)；利用發(fā)動(dòng)機(jī)的阻力實(shí)現(xiàn)制動(dòng)；采用發(fā)動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)聯(lián)合制動(dòng)。現(xiàn)根據(jù)不同制動(dòng)方式分析其制動(dòng)距離。

2.1 動(dòng)力切斷時(shí)的制動(dòng)距離

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力被切斷后，整車的全部動(dòng)能被行駛阻力所消耗（此時(shí)行駛阻力主要為地面阻力），這個(gè)時(shí)候制動(dòng)力視為和地面阻力相等。

RS= （1）

R=G（） （2）

S= （3）

式中：

R0——地面行駛阻力

S——制動(dòng)距離

G——整機(jī)重量

V——制動(dòng)前車輛速度

——離合器分離時(shí)的質(zhì)量增加系數(shù)（近似

取1.2）

——地面變形阻力系數(shù)

“+”代表上坡

“-”代表下坡

2.2 利用停車制動(dòng)器制動(dòng)

利用停車制動(dòng)器制動(dòng)，這時(shí)制動(dòng)器充分抱緊，整車在停止前沿地面發(fā)生滑動(dòng)摩擦，這個(gè)時(shí)候制動(dòng)力就等于地面提供的附著力。

在坡道上：

GS（）=（其中為附著系數(shù)）

（4）

S=（m） （5）

在平地上：

S=（m） （6）

注：式中“-”為下坡情況，這種情況下履帶與地面間的附著系數(shù)略有不同。

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)

當(dāng)車輛沿長(zhǎng)坡向坡下行駛時(shí)，為了保證行駛安全，必須采用制動(dòng)方法降低車速，如果制動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，制動(dòng)器摩擦件之間長(zhǎng)時(shí)間磨滑，會(huì)產(chǎn)生高溫導(dǎo)致制動(dòng)器燒毀，故制動(dòng)器不宜長(zhǎng)時(shí)間使用，下長(zhǎng)坡時(shí)多采用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。具體操作時(shí)是通過減少或停止供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃油，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)相應(yīng)下降，當(dāng)使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速比此時(shí)行駛車輛相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速底時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)沒有輸出動(dòng)力，此時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。車輛的動(dòng)能有一部分在克服氣缸內(nèi)空氣壓縮做功所消耗，還有一部分在發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)零件的相互摩擦所消耗掉。在此情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)不再是動(dòng)力輸出裝置，而是起一個(gè)制動(dòng)器的作用。

在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)停止燃油供給時(shí)，用于克服發(fā)動(dòng)機(jī)各阻力所產(chǎn)生的阻力稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)力，用Pfz表示：

Pfz=（kN） （7）

式中：

v——車輛行駛速度（千米/小時(shí)）

Nfz——在某一轉(zhuǎn)速時(shí)，外界載荷消耗了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率（kW）

為了計(jì)算制動(dòng)力Pfz，最好是在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)的制動(dòng)功率Nfz與其轉(zhuǎn)速nf的關(guān)系。如無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)在完全停止供油時(shí)的制動(dòng)功率為：

Nfz=（kW） （8）

式中：

nf——與車輛速度相對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）

νh——發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸總工作容積（立方分米）

pm——發(fā)動(dòng)機(jī)平均摩擦壓力（bar）發(fā)動(dòng)機(jī)平均摩擦壓力是活塞速度的線性函數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定

在所研究的情況下，計(jì)算總的制動(dòng)力時(shí)，除去發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)力外還應(yīng)加上道路的阻力。另外，由式（8）可知，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，所掛排檔越低，行駛速度v越小，制動(dòng)力越大。所以，在下長(zhǎng)坡利用發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，車輛應(yīng)掛低檔，以提高制動(dòng)效果。采用這種制動(dòng)方法不僅可以避免制動(dòng)器長(zhǎng)時(shí)間使用而過熱甚至燒毀，而且主動(dòng)輪與發(fā)動(dòng)機(jī)保持聯(lián)系，必要時(shí)可以迅速提高裝備速度。同時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力在履帶之間平均分配，即使在附著系數(shù)很小且不穩(wěn)定的道路上，裝備也不易偏斜。

3 行車時(shí)制動(dòng)力矩分析

S= （9）

式中：

S——制動(dòng)安全系數(shù)

Mz——制動(dòng)器所能提供的制動(dòng)力矩（N·m）

Me——整車制動(dòng)需要的制動(dòng)力矩（N·m）

= （10）

式中：

G——整機(jī)工作質(zhì)量（kg）

——制動(dòng)減速度（m/s）

——回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)（近似取1.2——《坦克教程》）

rk——車輪滾動(dòng)半徑（m）

=（m/s） （11）

4 制動(dòng)器提供的制動(dòng)力矩確定

四輪制動(dòng)器所產(chǎn)生的力矩應(yīng)大于或等于整車制動(dòng)所需的力矩，即：

M=4F*（N+N-1）***i*i≥ （12）

式中：

N——每一制動(dòng)器內(nèi)靜摩擦片數(shù)量

N——每一制動(dòng)器內(nèi)動(dòng)摩擦片數(shù)量，通常N=N+1

——摩擦系數(shù)（動(dòng)摩擦片和靜摩擦片之間）

i——主減速傳動(dòng)比（驅(qū)動(dòng)橋）

i——輪邊減速傳動(dòng)比（驅(qū)動(dòng)橋）

——摩擦片當(dāng)量摩擦半徑

F——摩擦盤上的壓緊力

F=P*A-F

式中：

P——作用在摩擦襯塊上的壓力

F——制動(dòng)器活塞回位彈簧作用力，一般取F=0.1F（N）

A——摩擦盤有效面積，A=（R、R為摩擦片的內(nèi)徑、外徑，摩擦片制造方提供的產(chǎn)品的尺寸系列）

假設(shè)摩擦盤受力均勻，可按下式計(jì)算：

=

式中r為摩擦盤內(nèi)外徑之比，r= （13）

5 制動(dòng)液壓系統(tǒng)介紹

制動(dòng)系統(tǒng)為整車的重要組成部分，對(duì)它的要求是工作可靠、制動(dòng)平穩(wěn)、制動(dòng)靈敏、操縱舒適。本裝備應(yīng)用了較為先進(jìn)的全液壓制動(dòng)系統(tǒng)，采用液壓動(dòng)力作為制動(dòng)動(dòng)力，液壓油為傳遞制動(dòng)力的介質(zhì)，通過液壓閥等控制元件控制液壓油的方向，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器的制動(dòng)及放松。全地形制動(dòng)系統(tǒng)的組成零部件主要由工作泵、電磁換向閥、溢流安全閥、充液控制閥、雙回路制動(dòng)控制閥、停車制動(dòng)器、行車制動(dòng)器、蓄能器等組成。充液控制閥用于對(duì)蓄能器的內(nèi)部壓力及充液量進(jìn)行控制。蓄能器主要用于液壓能的儲(chǔ)存和制動(dòng)時(shí)液壓能的釋放，通過儲(chǔ)能器來穩(wěn)定制動(dòng)系統(tǒng)壓力，即可保證在連續(xù)制動(dòng)時(shí)所需的壓力油。雙回路制動(dòng)控制閥主要用于對(duì)行車制動(dòng)器內(nèi)的壓力油進(jìn)出進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)整機(jī)的制動(dòng)。若出現(xiàn)一路制動(dòng)回路失效，另一條制動(dòng)回路還可以繼續(xù)工作。該制動(dòng)系統(tǒng)有兩種工況：行車制動(dòng)及停車制動(dòng)（緊急制動(dòng)）。

系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：制動(dòng)所需零件部件數(shù)量較少而且零件集成化程度較高，有利于在車輛上的布置；采用液壓油作為動(dòng)力傳遞介質(zhì)，性能可靠、工作靈敏；由于制動(dòng)力和操縱力成正比，制動(dòng)情況能傳遞到司機(jī)感覺上，有利于操作；用雙回路制動(dòng)，在一路失效后另一路仍可實(shí)現(xiàn)可靠制動(dòng)，具有較高的可靠性。

作者簡(jiǎn)介：謝觀福，男，天津人，新興移山（天津）重工有限公司工程師，研究方向：工程裝備；薛玉峰，男，天津人，新興移山（天津）重工有限公司工程師，研究方向：工程裝備；吳江濤，男，天津人，新興移山（天津）重工有限公司工程師，研究方向：特種裝備；田軍，男，天津人，新興移山（天津）重工有限公司工程師，研究方向：液壓傳動(dòng)技術(shù)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）