某型履帶車(chē)輛液力制動(dòng)器外部液壓操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

趙耀

摘 要：由于道路的狀況變化無(wú)常，為了保證車(chē)輛實(shí)現(xiàn)快速制動(dòng)，液力制動(dòng)器制動(dòng)作用的啟效時(shí)間必須足夠短，因此我們需要設(shè)計(jì)一種液力制動(dòng)器外部液壓操縱機(jī)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：履帶車(chē)輛;液力制動(dòng)器;操縱機(jī)構(gòu);設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.020

0 設(shè)計(jì)要求

查閱資料可知，一般液力制動(dòng)器液壓控制系統(tǒng)的制動(dòng)啟效時(shí)間在0.4 s以?xún)?nèi)，由于充液時(shí)間較短，假定動(dòng)輪轉(zhuǎn)速恒定不變。而仿真模型的入口流量必須滿足在這段時(shí)間里充入足夠多的油液，而出口流量滿足將空腔內(nèi)的空氣排凈，即Qi=V/t ? （i=1，2） ?vi=Qi/Ai （i=1，2）。式中： Qi——入、出口所需流量V——工作腔體積Ai——入、出口流道截面積vi——入、出口流動(dòng)速度。下標(biāo)i=1時(shí)表示入口參數(shù)，i=2時(shí)表示出口參數(shù)。通過(guò)計(jì)算得出液力制動(dòng)器入口流量Q1和流速v1分別為492L/min和16.67m/s;出口排出空氣的流量Q2和流速v2分別為492L/min和33.34m/s。

動(dòng)輪轉(zhuǎn)速在3150 r/min緊急充液時(shí)液力減速器充液率與時(shí)間的變化關(guān)系。可見(jiàn)隨著充液時(shí)間的增加，液力減速器工作腔中的油液比例逐漸遞增。而隨著充液時(shí)間的延長(zhǎng)，出口同時(shí)也開(kāi)始甩出油液，因此充液率增長(zhǎng)的速度逐漸減慢。當(dāng)快接近全充液狀態(tài)（q=1.0）時(shí)充液率隨時(shí)間變化曲線斜率最小。

1 設(shè)計(jì)圖繪制

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)滿足要求的設(shè)計(jì)圖。電機(jī)泵給蓄能器充入液壓油，蓄能器在車(chē)輛制動(dòng)時(shí)釋放液壓油，給制動(dòng)器充油，完成制動(dòng)，在液壓系統(tǒng)中裝有溢流閥、單向閥、常閉開(kāi)關(guān)、壓力傳感器、處理器、報(bào)警開(kāi)關(guān)和二位二通換向閥等液壓輔件。溢流閥作為安全閥，將系統(tǒng)最高油壓控制在一定范圍內(nèi);單向閥實(shí)現(xiàn)液壓油的單向流通;常閉開(kāi)關(guān)用于在車(chē)輛停止時(shí)的檢查工作;壓力傳感器、處理器和報(bào)警開(kāi)關(guān)用于控制電機(jī)泵的開(kāi)啟與停止，并作為系統(tǒng)的安全裝置控制液壓油的最低油壓;二位二通換向閥用于控制進(jìn)入制動(dòng)器的流量大小，以便控制制動(dòng)力矩的大小。

2 制動(dòng)器基本參數(shù)

該型履帶車(chē)輛的液力制動(dòng)器最高轉(zhuǎn)速為3150r/min。兩個(gè)液力制動(dòng)器的四個(gè)工作容腔總?cè)莘eV1=4*π2*0.37*0.0152=3.28*10-3m3，進(jìn)油口與工作容腔之間的容積V2=0.16*10-3m3，葉片的總體積V3=2*（30+2*36+32）*0.002*（0.5*π*0.0152-0.0015*0.03）=0.16*10-3m3，那么，兩個(gè)液力制動(dòng)器工作容腔總的工作容積V= V1+ V2- V3=3.28*10-3+0.16*10-3-0.16*10-3=3.28*10-3m3，進(jìn)油口總面積A1=2*π*（0.0062+0.00252+0.0062）=4.92*10-4m2，出油口總面積A2=2*π*0.0062=2.26*10-4m2。

根據(jù)制動(dòng)器的solidworks三維模型可知，A、x、d、n、D都是已知數(shù)，將這些已知數(shù)帶入上面的公式中可得：三個(gè)進(jìn)油口的進(jìn)油壓力分別為0.10MPa、0.09MPa、0.09MPa;出油口的出油壓力為0.04 MPa。

由于制動(dòng)器與外界相通，制動(dòng)器內(nèi)有大氣壓，那么，蓄能器給制動(dòng)器充油壓力必須加上一個(gè)大氣壓，這樣液壓油才能順利從進(jìn)油口充入工作容腔，故進(jìn)口液壓油壓力為0.20MPa;因?yàn)槌鲇涂趦啥硕加写髿鈮海食鲇偷某隹趬毫Φ扔趦啥说牟钪?，還是為0.04 MPa。

3 液壓泵的選擇

液壓泵是動(dòng)力元件，它的作用是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成液壓能，向系統(tǒng)提供一定的壓力和流量的油液，從而滿足系統(tǒng)對(duì)液壓油的需要。液壓泵的種類(lèi)很多，主要分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。

齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，外嚙合齒輪泵應(yīng)用較廣，內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵;葉片泵有單作用式（變量泵）和雙作用式（定量泵）兩大類(lèi)，在機(jī)床、工程機(jī)械、船舶及冶金設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。它具有輸出流量均勻、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。葉片泵對(duì)油液的清潔度要求較高;柱塞泵是通過(guò)柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)密封工作容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油和排油的。柱塞泵的特點(diǎn)是泄露小、容積效率高，可以在高壓下工作。按照柱塞的運(yùn)動(dòng)形式可分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。CBK0型齒輪泵為小排量高壓齒輪泵，具有體積小、質(zhì)量輕、壓力高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠等特點(diǎn)。主要用于工程機(jī)械、礦山機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)及航空機(jī)械等液壓系統(tǒng)中。因系統(tǒng)中安有蓄能器，故要求泵的耐壓性較高，排量應(yīng)適當(dāng)小，型號(hào)為CBK0-0.8的外嚙合齒輪泵理論排量為0.82ml/r，額定壓力為20MPa，最高壓力為23MPa，額定轉(zhuǎn)速為3500r/min，最高轉(zhuǎn)速為4000r/min，符合要求，故選用型號(hào)為CBK0-0.8的外嚙合齒輪泵。

為保證液壓泵能有效工作，選用一個(gè)可靠的電動(dòng)機(jī)是非常有必要的。電動(dòng)機(jī)分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩類(lèi)，根據(jù)實(shí)際情況，坦克上只能安裝直流電動(dòng)機(jī)。

因齒輪泵的排量為0.82ml/r，額定壓力為20MPa，額定轉(zhuǎn)速為3500r/min，那么流量為0.82ml/r*3500r/min=2870ml/min，換算成基本單位為4.78*10-5m3/s，額定功率則為4.78*10-5m3/s*20MPa=965W。按照已知的參數(shù)，查閱相關(guān)資料，選用HN-1000型號(hào)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為3000r/min其功率為1kW，額定電壓為24V。雖然電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速3000r/min低于泵的額定轉(zhuǎn)速3500r/min，對(duì)齒輪泵向系統(tǒng)泵油的速度有所影響，但是對(duì)其它方面沒(méi)有影響，而且系統(tǒng)對(duì)齒輪泵給蓄能器充油的流量要求不高。故可以選用HN-1000型號(hào)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪泵泵油。

4 總結(jié)

液壓泵不斷從油箱中吸油，并向系統(tǒng)泵油，給蓄能器充油。當(dāng)蓄能器達(dá)到最大工作壓力20MPa時(shí)，系統(tǒng)上的傳感器感受壓力信號(hào)，并將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳給處理器，處理器發(fā)出指令信號(hào)讓電機(jī)停止工作，液壓泵不再向系統(tǒng)泵油;當(dāng)管路油壓低于15 MPa時(shí)，傳感器將低壓電信號(hào)傳給處理器，處理器發(fā)出指令信號(hào)讓電機(jī)啟動(dòng)，開(kāi)始工作，電機(jī)帶動(dòng)液壓泵開(kāi)始向系統(tǒng)泵油，給蓄能器充油;當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如傳感器失效，系統(tǒng)內(nèi)壓力不斷升高，超過(guò)20MPa，或是系統(tǒng)壓力不斷下降，低于10MPa，傳感器給處理器傳出高壓或低壓信號(hào)，處理器控制報(bào)警開(kāi)關(guān)發(fā)出警報(bào)，提示駕駛員停車(chē)檢查，同時(shí)，在系統(tǒng)出現(xiàn)高壓時(shí)，安裝在液壓泵旁邊的先導(dǎo)式溢流閥發(fā)揮作用，將系統(tǒng)油壓控制在21MPa，保證了系統(tǒng)的安全。

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