一種高制動力多缸液壓制動鉗的研究

王麗麗 張景煜 張文強 王鑫

摘 要：制動鉗也就是鉗盤式制動器，在機械運動中能夠有效阻止運動狀態(tài)達到減速或者停止的狀態(tài)的機械零件，主要有制動件、操縱裝置等構(gòu)成。液壓制動鉗往往應(yīng)用于提升機剎車系統(tǒng)，液壓站輸出壓力油打開制動器，提升機工作，通過調(diào)整制動器提供的制動力來制動工況壓力，制動力的大小由液壓站來調(diào)控。本文建立在研究提升液壓制動鉗制動力采用多缸液壓硬件方式，對液壓制動鉗的結(jié)構(gòu)應(yīng)用進行規(guī)律的驗證和測算，得出如何利用多缸液壓提升制動力的結(jié)論。本文討論過程中采用模型化的建立，對數(shù)據(jù)進行量化分析，經(jīng)過大量數(shù)據(jù)驗證得出最后的研究結(jié)果。

關(guān)鍵詞：高制動力;多缸液壓;制動鉗;研究應(yīng)用

一、前言

伴隨著人們生活水平社會經(jīng)濟發(fā)展的不斷進步和提升，民眾對生活生產(chǎn)的速度和效率產(chǎn)生了更大更高的需求，人民對生產(chǎn)安全的研究和探索也沒有止步。作為生產(chǎn)活動中重要的一部分，制動鉗能否高效應(yīng)用，能否及時提供保障制動力成為生產(chǎn)過程安全水平考察的重要方向。一直以來，我國在生產(chǎn)活動中所需要的大型機械，對提升機制動能力的提升和研究不斷加強，利用高制動力的液壓制動鉗對工程工業(yè)活動進行保障，以一種更加安全高效的工業(yè)生產(chǎn)態(tài)度發(fā)展，帶動我國重工業(yè)技術(shù)發(fā)展進步;另外在國民日常生后中，在汽車領(lǐng)域中車輪制動器和中央制動器都有采用液壓制動鉗，利用旋轉(zhuǎn)原件工作表面產(chǎn)生的摩擦產(chǎn)生制動力達到有效制動的目的，對人們生活出行安全起到了非常大的影響作用。因此研究高制動力的制動鉗對國民生產(chǎn)生活都有非常大的意義。

二、制動鉗研究發(fā)展現(xiàn)狀

制動鉗分為定鉗盤式制動器和浮鉗盤式制動器兩種：

定鉗盤式制動器的制動鉗固定安裝在車橋上，既不能旋轉(zhuǎn)，也不能沿制動盤軸線方向移動，因而其中必須在制動盤兩側(cè)都裝設(shè)制動塊促動裝置，相當于制動輪缸的液壓缸，以便分別將兩側(cè)的制動塊壓向制動盤。如圖1所示為定鉗盤式制動器的結(jié)構(gòu)示意圖。制動盤1 固定在輪轂上，制動鉗5 固定在車橋上，既不能旋轉(zhuǎn)也不能沿制動盤軸向移動。制動鉗內(nèi)裝有兩個制動輪缸活塞2，分別壓住制動盤兩側(cè)的制動塊3。當駕駛員踩下制動踏板使汽車制動時，來自制動主缸的制動液被壓入制動輪缸，制動輪缸的液壓上升，兩輪缸活塞在液壓作用下移向制動盤，將制動塊壓靠到制動盤上，制動塊夾緊制動盤，產(chǎn)生阻止車輪轉(zhuǎn)動的摩擦力矩，實現(xiàn)制動[1]。

浮鉗盤式制動器的制動鉗設(shè)計則可以相對運動，圖2為浮鉗盤式制動器的結(jié)構(gòu)示意圖。制動鉗支架3固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上，制動鉗體1與支架3可沿導向銷2軸向滑動。制動時，活塞8在液壓力p1的作用下，將活動制動塊6（帶摩擦塊磨損報警裝置）推向制動盤4.與此同時，作用在制動鉗體1上的反作用力p2推動制動鉗體沿導向銷2向右移動，使固定在制動鉗體上的固定制動塊5壓靠到制動盤上。于是，制動盤兩側(cè)的摩擦塊在p1和p2的作用下夾緊制動盤，使之在制動盤上產(chǎn)生于運動方向相反的制動力矩，促使汽車制動。

其中只在制動盤內(nèi)測設(shè)置液壓缸，外側(cè)制動快附裝在鉗體上，浮鉗盤式制動器不需要跨越制動盤的油道，受到制動汽化機會較少，在應(yīng)用上也只需要一些壓缸活塞的機械傳動零件輔助[2]。

總的來說，相比其他制動器，鉗盤式制動器在結(jié)構(gòu)上不易受熱變形，摩擦系數(shù)影響小，制動性能相比穩(wěn)定，而且在后期維修調(diào)整也非常方便，這也是本次研究制動鉗的主要原因。在實際生產(chǎn)生活中，大部分的汽車或者小型客車在前輪都采用制動鉗作為剎車模塊，也正是由于制動鉗具有的高效特殊性，在研究鉗盤式制動器的過程中，我們能夠采用引入數(shù)學模型的方式進行數(shù)據(jù)估算性能預(yù)測，對其產(chǎn)生制動力的大小能夠有一個較為標準劃的模擬值，有助于本次研究討論的成功進行。

三、高制動力多缸液壓制動鉗的研究以及應(yīng)用

在轎車和中小型客車設(shè)計過程中，一般前輪制動采用浮鉗式制動器，有時也會采用定鉗式制動器，在本次研究過程中，我們根據(jù)汽車參數(shù)分析汽車制動力和制動力矩等相關(guān)參數(shù)，可以對相關(guān)數(shù)據(jù)進行量化，分析。在本次研究假設(shè)中存在許多誤差，因而在數(shù)據(jù)推算以及制動力公式推導過程都需要借鑒大量的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)量足夠大的情況下進行討論能夠保證數(shù)據(jù)的合理性，驗證多缸液壓式制動鉗的過程也是參照單缸液壓對照，對比其優(yōu)勢，但其中也有許多工程上的難度并未體現(xiàn)。

首先確定制動鉗的結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)，根據(jù)鉗盤式制動器根據(jù)相關(guān)資料查得，通常應(yīng)滿足空載同步附著系數(shù)在0.6-0.7之間較為合適，滿載同步附著系數(shù)在0.8- 0.9之間較為合適?？梢栽跀?shù)學物理公式的引導下初步推算制動鉗的剛體直徑，可以估算制動面積，由此演算制動開啟壓力[3]。再確定鉗盤式制動器的最大制動力矩，由于理論值和實際值之間的影響因素太多，制動片在實際生活中的磨損，以及摩擦系數(shù)再實際生活中受到各種因素影響而變化，最大制動力矩便受到更多因素的影響，因此再此次研究運算時，我們對制動力矩有一個參數(shù)上的估算。另外對鉗盤式制動器的制動半徑的計算，我們也進行了一定數(shù)據(jù)方法，再確定制動力矩以及制動鉗缸孔半徑等值，對有效半徑進行了數(shù)學模型化，測算出有效半徑于測量數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。

再驗證多缸液壓制動鉗的制動力變化數(shù)學模型問題上，我們對多個工作缸液壓機進行了工程上的比較，按照上述方式完成制動鉗數(shù)據(jù)測算以及制動力數(shù)據(jù)比較，驗證多缸液壓制動的原理和應(yīng)用效率，進行數(shù)據(jù)比較，功能測定。多缸式液壓機是對液壓機工作時不僅能夠提高工作效率，通過液壓推手或者液壓馬達推動工作產(chǎn)生壓力，促進能量轉(zhuǎn)換。在多缸液壓環(huán)境研究中，第i個輪缸的工作容積為：

式中，di為第i個輪缸活塞的直徑;n為輪缸中活塞的數(shù)目;δi為第i個輪缸活塞在完全制動時的行程，初步設(shè)計時，對盤式制動器可取2.0-2.5mm.此處取δ=2.5mm.

所以一個前輪輪缸的工作容積為

一個后輪輪缸的工作容積為

由此可得，在多缸液壓環(huán)境中，不僅僅是對注油環(huán)節(jié)還是在提供制動力環(huán)節(jié)都有很大的優(yōu)勢，在注油過程多缸工作，潤滑效果好的同時對油的利用率非常高，另外其提供的制動力承載力都要大于單缸制動，這在資源利用工作效率方面進行了很大的提升[4]。還有一方面，多缸液壓給料需求大，同時利用率高，這樣省去外部人員操縱的麻煩，在產(chǎn)生高制動力的同時還能夠提升機械構(gòu)造方面的優(yōu)勢。

四、結(jié)語

通過研究討論，在社會生產(chǎn)活動中，人們對利用效率安全性能的追求是沒有止境的，這也是推動技術(shù)進步社會文明發(fā)展的重要原因，面向制動鉗結(jié)構(gòu)研究技術(shù)探索改進，我們對其制動力的需求也是越來越高，為產(chǎn)生高制動力，本次研究專門討論了多缸液壓結(jié)構(gòu)的制動鉗，通過數(shù)學模型的建立，我們在數(shù)學公式推導以及物理結(jié)構(gòu)引導的探索模式下，簡要探究了數(shù)據(jù)制動力影響以及制動鉗結(jié)構(gòu)研究，對結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)量化得到對多缸液壓制動鉗的性能判斷，能夠?qū)Χ喔滓簤褐苿鱼Q產(chǎn)生的制動力以及最大制動力矩有大概的性能判斷。

參考文獻

[1]劉亞波，成建平，姚平喜.一種新型液壓制動閥的原理與性能研究[J].液壓與氣動，2014，15（10）：103-106.

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[3]康寧，尹飛行，史佑民.一種基于模型的高響應(yīng)液壓翼尖制動裝置研究與實現(xiàn)[J].液壓與氣動，2018，32（3）：106-113.

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作者簡介

王麗麗（1983-），女，漢族，山東臨沂人，講師，碩士，主要從事機械制造及自動化方面教學與研究

（作者單位：山東英才學院）