一種新型商用車(chē)橋用鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)淺析

惠永勇

（陜西漢德車(chē)橋有限公司，陜西 西安 710200）

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，我國(guó)商用車(chē)在物流運(yùn)輸中發(fā)揮著不可替代的作用；但隨著我國(guó)公路條件的改善，以及GB7258《機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)營(yíng)安全技術(shù)條件》、JT/T1178.1《營(yíng)運(yùn)貨車(chē)安全技術(shù)條件》新版標(biāo)準(zhǔn)的頒布，國(guó)家對(duì)規(guī)范整車(chē)承載及車(chē)橋制動(dòng)性能應(yīng)用方面都提出新的要求，以及藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”發(fā)布實(shí)施加速?lài)?guó)3 以下商用車(chē)淘汰，國(guó)家對(duì)整車(chē)節(jié)能環(huán)保的要求也更高，同時(shí)，用戶(hù)對(duì)整車(chē)運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性要求也越來(lái)越高。據(jù)研究資料表明，汽車(chē)整車(chē)重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，整車(chē)重量每降低100Kg，百公里油耗可減少0.3L ～0.6L，二氧化碳排放量可減少5g/km。

本文基于商用車(chē)橋用鼓式制動(dòng)器應(yīng)用現(xiàn)狀，采用輕量化及集成化設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一款商用車(chē)用鼓式單銷(xiāo)制動(dòng)器總成。

1 鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化構(gòu)想

傳統(tǒng)商用車(chē)橋鼓式制動(dòng)器制動(dòng)底板采用鑄造結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)重量大且生產(chǎn)制造過(guò)程中污染較大，制動(dòng)蹄總成與制動(dòng)底板通過(guò)雙銷(xiāo)進(jìn)行連接，如圖1 所示；制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)蹄總成在蹄銷(xiāo)處產(chǎn)生的分力無(wú)法抵消，導(dǎo)致使用過(guò)程中制動(dòng)蹄銷(xiāo)需進(jìn)行防轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)，且防轉(zhuǎn)效果不好。現(xiàn)有鼓式制動(dòng)器整體滿(mǎn)足整車(chē)使用要求，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)均存在問(wèn)題。本文基于現(xiàn)有制動(dòng)器應(yīng)用情況，通過(guò)仿真分析手段，設(shè)計(jì)一款輕量化鼓式單銷(xiāo)制動(dòng)器，其主要將鑄造制動(dòng)底板設(shè)計(jì)為沖壓結(jié)構(gòu)，將沖焊制動(dòng)蹄由雙銷(xiāo)優(yōu)化為單銷(xiāo)結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)制動(dòng)蹄結(jié)構(gòu)進(jìn)行集成化及輕量化設(shè)計(jì)，如圖2 所示。

圖1 傳統(tǒng)鼓式制動(dòng)器

圖2 鼓式單銷(xiāo)制動(dòng)器

2 鼓式制動(dòng)器仿真分析

本文基于ProE 建立仿真分析模型，制動(dòng)器規(guī)格φ410×220，并對(duì)構(gòu)想方案基于邊界條件[1]及加載，對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行仿真分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。

2.1 邊界加載輸入

新老結(jié)構(gòu)鼓式制動(dòng)器仿真分析邊界加載輸入表1 所示：

表1 邊界加載輸入

2.2 仿真分析

基于上述分析模型，對(duì)單銷(xiāo)制動(dòng)器總成進(jìn)行仿真分析，并對(duì)改進(jìn)前后制動(dòng)器總成進(jìn)行對(duì)比。

2.2.1 沖壓制動(dòng)底板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

圖3 沖壓制動(dòng)底板應(yīng)力云圖

2.2.2 單銷(xiāo)制動(dòng)蹄結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

制動(dòng)蹄的應(yīng)力和變形，如圖6 所示。

圖4 單銷(xiāo)制動(dòng)蹄應(yīng)力云圖

2.2.3 仿真結(jié)果對(duì)比

基于上述優(yōu)化思路，對(duì)傳統(tǒng)鼓式制動(dòng)器及單銷(xiāo)制動(dòng)器從制動(dòng)性能、制動(dòng)剛性及強(qiáng)度多維度進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而確認(rèn)鼓式單銷(xiāo)制動(dòng)器總成是否滿(mǎn)足使用需求。

表2 優(yōu)化前后仿真對(duì)比

經(jīng)對(duì)比分析，單銷(xiāo)制動(dòng)器整體制動(dòng)力矩較傳統(tǒng)制動(dòng)器略大，結(jié)構(gòu)件應(yīng)力及變形較傳統(tǒng)制動(dòng)器略大，但均在材料許用范圍內(nèi)，制動(dòng)蹄面壓較小，制動(dòng)器總成接觸良好，單銷(xiāo)制動(dòng)器可進(jìn)行試制及實(shí)物驗(yàn)證。

3 試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證

基于上述分析，開(kāi)發(fā)樣件組織開(kāi)展臺(tái)架對(duì)比試驗(yàn)，主要從系統(tǒng)剛性及性能兩方面進(jìn)行對(duì)比。

3.1 系統(tǒng)剛性臺(tái)架驗(yàn)證對(duì)比

通過(guò)臺(tái)架驗(yàn)證，新老結(jié)構(gòu)制動(dòng)器總成在不同蹄鼓間隙及制動(dòng)氣壓下，制動(dòng)鼓變形量存在差異，具體如表3 所示：

表3 優(yōu)化前剛性對(duì)比

3.2 系統(tǒng)性能臺(tái)架驗(yàn)證對(duì)比

由于單銷(xiāo)制動(dòng)器系統(tǒng)剛性?xún)?yōu)于傳統(tǒng)制動(dòng)器，經(jīng)檢測(cè)在同規(guī)格制動(dòng)系統(tǒng)下，單銷(xiāo)制動(dòng)器制動(dòng)氣室推力較傳統(tǒng)制動(dòng)器平均大（650-2313）N，具體如圖5：

圖5 新老制動(dòng)器制動(dòng)氣室推力對(duì)比

經(jīng)測(cè)試，單銷(xiāo)制動(dòng)器制動(dòng)力矩較傳統(tǒng)制動(dòng)器制動(dòng)力矩提升提升5%-10%。

3.3 樣件開(kāi)發(fā)及臺(tái)架試驗(yàn)對(duì)比總結(jié)

表4 臺(tái)架對(duì)比驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)

通過(guò)樣件開(kāi)發(fā)及臺(tái)架對(duì)比驗(yàn)證，單銷(xiāo)制動(dòng)器在重量、性能、剛性等多維度優(yōu)于傳統(tǒng)制動(dòng)器，單銷(xiāo)制動(dòng)器總成具備小批量試銷(xiāo)條件。

4 結(jié)論

本文基于現(xiàn)有產(chǎn)品應(yīng)用及發(fā)展需求，對(duì)商用車(chē)用鼓式制動(dòng)器進(jìn)行集成化、輕量化設(shè)計(jì)，通過(guò)多維度仿真分析，制定優(yōu)化方案；經(jīng)臺(tái)架對(duì)比驗(yàn)證，產(chǎn)品滿(mǎn)足分析及驗(yàn)證需求，且各性能指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)制動(dòng)器，現(xiàn)該產(chǎn)品已開(kāi)展小批量市場(chǎng)推廣工作。