全液压制动系统在轻型防爆胶轮车上的应用.pdf

液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 3年 第 0 4期 全液压制动系统在轻型防爆胶轮车上的应用 赵瑞萍 中煤科工集团 太原研究院 ， 山西 太原0 3 0 0 0 6 摘要 介绍 了轻型防爆 胶轮 车的制动 系统 ， 着 重介绍 了全液压制动系统的组成 、 特点 ， 详 细分析 了全液压制 动系统各 元部件在设计过 程中的选型 ， 实践证明 ， 全液压制动系统在轻型防爆胶轮 车上 的应用是可行及可靠的。 关键词 轻型防爆胶轮车 ； 制动系统 ； 制动力 中图分类号 T H1 3 7 ． 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 4 0 0 4 4 0 3 Th e Ap p l i c a t i o n o f Hy d r a u li c Br a k i n g s y s t e m f o r Li g h t Pr oo f Ti r e Ve h i c l e ZHA0 Ru i - pi n g T a i Y u a n I n s t i t u t e o f C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g G r o u p ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 6 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e b r a k i n g s y s t e ms i n l i g h t t y p e v e h i c l e wi t h t h e r u b b e r wh e e l e s a r e i n t r o d u c e d ， i n t r o d u c e d t h e i n s t r u c t u r e s a n d f e a t u r e s o f t h e h y d r a u l i c b r a k i n g s y s t e m， d e t a i l s h o w t o s e l e c t the p a r t s i n t h e d e s i g n ． Ap p l i c a t i o n s h o ws t h a t t h e a p p l i c a t i o n o f h y d r a u l i c b r a k i n g s y s t e m i n l i g h t t y p e v e h i c l e wi t h t h e r u b b e r wh e e l e s i s r e a s o n a b l e a n d r e l i a b l e ． Ke y wo r d s l i g h t p r o o f t i r e v e h i c l e ； b r a k i n g s y s t e m ； b r a k i n g f o r c e 0 引言 经过多年的发展 ， 轻型防爆胶轮车的各项系统在设 计 中得到了不断的完善与优化， 性能逐步提高。因此在 各个煤矿的应用越来越普及 ， 同时煤矿对轻型防爆胶轮 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 2 2 作者简介 赵瑞 萍 1 9 7 1 一 ， 女 ， 山西太谷人 ， 高级工程师 ， 学士 ， 从事井下 防爆 胶轮车研究工作 。 自先导泵 LL1 L S l L s管路2 一 梭阀组3 一 换向阀4 一 制动器5 一 回转 马达 图 2优化后的原理图 4 4 车的使用性能提出了更高的要求。 制动系统作为防爆胶 轮车的重要组成部分 ， 其质量可靠性能优 良对整车的安 全性起到至关重要的作用。 随着全液压制动系统在工程 车辆上 的普遍使用 ， 近些年来 ， 该系统也逐步应用到了 轻型防爆车辆上， 并取得了很好的使用效果。 1 轻型防爆胶轮车的制动系统 制动系统作为轻型防爆胶轮车 的重要组成部分 ， 善措施后 ， 主泵响应速度不再滞后 ， 各执行动作反 映较 快 ， 作业效率提高 ， 燃油消耗降低 ， 效率提高 ， 节约用户 成本 ， 整机性能 良好。 参 考 文 献 【 1 】 陈 国 俊 ． 液 压 挖 掘 机 【 M】 ． 武 汉 华 中科 技 大 学 出 版 社 ， 2 01 1 ． 【 2 】 武宏伟 ， 权龙． 负 载敏感型挖掘机液 压系统能耗分 析【 J 】 ． 液压 气动与密封 ， 2 0 0 9 ， 6 ． [ 3 】 黄新年 ， 张志生 ， 等． 负载 敏感技术在液压系统 中的应用【 J ] ． 流 体传动与控制 ， 2 0 0 7 ， 5 ． [ 4 1 张新海 ， 何清华 ， 等． 挖掘机负荷传感液压系统 中的压 力补偿 [ J ] ． 工程机械 ， 2 0 0 5 ， 7 ． 【 5 ] 管忠范． 液压传 动系统【 M 】 ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 6 】 姜继海 ． 液压与气压传动[ M】 ． 北京 高等教育 出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 7 ] 王春行 ． 液压控 制系统【 M 】 ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 7 ． Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ．0 4．2 0 l 3 对它的要求是 工作可靠 、 操纵灵敏 、 操纵力小 、 控制平 稳。在轻型防爆胶轮车的设计初期 ， 制动系统采用了气 顶油制动系统 。 原理如图 l 所示。该系统由 2个独立的 气罐 1和 2 、 双管路制动踏板 阀 3 、 前加力器 4及 2个 加力器 4和 5 、 前后轮制动器等组成 。 车辆启动后 ， 空压机产生的压缩空气分别给气罐 1 和气罐 2充气 。 两气罐压力设定均为 0 ． 8 M P a 。 制动阀采 用了串联式双腔 双管路 制动阀， 踩下制动踏板时 ， 气 罐 1和气罐 2的压缩空气 经制动 阀的上腔和下腔 ， 充 入前后加力器 4和 5的空气加力气室 ，经加力器的放 大作用将制动液压注入到前后轮制动器 的活塞腔 ， 压 缩制动器 内的摩擦片从而产生制动 ， 放松踏板 ， 在弹簧 力的作用下 。 加力器中的压缩空气经踏板阀排人大气 ， 加力器中的油液返回储油室 。 制动释放 。 1 、 2 - 气罐3 一 双管路制动踏板阀4 、 5 - 加力器 图 1 气顶油制动系统原 理图 气顶油制动系统的特点是结构简单 、 成本低。问题 是操纵力大 ， 散热效果不好 、 发热量大 、 控制平稳性差 ， 连续工作时 ，易发生制动失灵故障并且需要单独的压 缩气源 。 系统元器件较多等。同时该系统对制动液的使 用及 日常维护提出了很高的要求 。否则加力器 中的密 封损坏影响制动性能并有可能造成车辆制动失灵。在 广泛调研和试验 的基础上 ，我们对轻型防爆 车的制动 系统有 了更进一步的认识 。并最终选用了全液压制动 系统。 2 全 液压制 动系统 的组成 全液压 制动系统分为单管路和双管路制动系统 ， 为 了保 证轻型 防爆 胶轮车 的安全 性及其更 高的可靠 性 。 我们采用 了双管路制动系统 ， 原理如图 2所示。该 系统由液压泵 、 充液阀 、 蓄能器 、 双回路制动阀 、 行车制 动器、 停车制动器等组成。 泵由发 动机带动 ， 发 动机启动后 ， 油泵运转 ； 充液 阀选用双路充液 阀，其主要作用是给蓄能器充液和控 制其充液压力 ；蓄能器的主要作用是储存和释放制动 所需的液压能 ，稳定制动油压及保证连续脚制动时的 大量供油 。前后行车制动和停车制动有各 自独立的蓄 能器 ；双 回路制动阀的主要作用是控制蓄能器 中的压 力油进入行车制动器 ， 实现车辆制动 ， 如果其 中一个制 动回路失灵 ， 另一个制动回路仍可以工作。手压泵是 当 车辆故 障需要拖车时解除停车制动；行车制动器采用 液压制动 ， 弹簧释放的形式 ， 当踩下双 回路制动阀踏板 时 ，两蓄能器 中的压力油经该阀的上下两腔分别进入 前后行车制动器 ， 作用到制动器活塞上 ， 压紧摩擦片对 车轮实施制动，输出的制动压力与踩下的制动踏板的 角度成比例。当放松脚踏板时 ， 制动器 内的高压油流 回 油箱 ， 解除制动 ； 停车制动采用弹簧制动液压释放 的形 式 ，通过停车制动阀换向将蓄能器 的高压油通人 中央 制动器 内解除车辆 的制动 ； 需要驻车制动时 ， 停车制动 阀换 向， 中央制动器 内的高压油 回到油箱 ， 制动器在弹 簧力的作用下 。 对车辆实施制动作用。 1液压泵2 一 充液 阀3 、 4 、 6 一 蓄能器5 一 双 回路制动 阀7 一 手压泵 8 一 行 车制动器9 一 停车制动器 1 0 一 停车制动阀 l 1 - 溢流阀 图 2 全液压制动系统原理 图 3 全液压制动系统的特点 与气顶油制动系统相 比，全液压制动系统有如下 特 点 1 制动力与操纵踏板 角度成 比例 ， 操纵力小 、 控 制平稳 ； 2 抗污染能力强 此系统选用的是全封 闭的多片 式湿式制动器， 外界 的泥水等无法侵入 ， 抗污染能力强； 3 散 热效果好 由于制动摩擦 片浸没 在齿轮油 内， 制动时产生 的热量能用循环油带走 ， 摩擦片不易发 热， 因此可满足长坡连续制动的要求 ； 4 免维护性 由于是多片摩擦 ， 单位面积受压小 ， 制动力矩大， 磨损少 ， 具有免维护 ， 寿命长的特点 ； 5 采用液压泵 ， 可省去空压机。 4 5 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 3年 第 0 4期 4 全液压制动系统主要元件的选择 在设计制动系统时 ，各个元件 的选取显得尤为重 要 ， 如果各参数匹配合适 ， 整车制动性能不仅可靠并且 可获得 良好的操纵舒适性。 4 ． 1 制动阀规格的选取 选择制动 阀时主要根据整车的制动力及用油量来 确定。 1 制动压力的确定 制动压力过高将可能缩短制动器 的工作寿命 ， 导 致制动系统发热 ， 并且制动时踏板舒适性不好 ； 制动压 力过低会影响整车的制动性能 ， 安全性不好 。 根据轻型防爆胶轮车整车性能要求 工作制动的 最大静态制动力 ， 应不小于整车最大重量 5 0 ％。 即整车需制动力矩为 M0． 5 Gs Rd 式中 一整车制动力矩 G s 整车质量 ； 广轮胎动力半径。 制动器提供 的制动力矩为 Ml n gF1 RmZ k 式 中 1 制动器提供制动力矩 ； 起作用的制动器个数 ， l 一摩擦副的摩擦因数 ； n作用在摩擦面上的压紧力 ； R - 一摩擦片等效摩擦半径 ； Z r_一 制动器摩擦副的工作面数 ； 考虑花键连接 的摩擦 阻力对压 紧力影响 的修正系数。 由上式可知 ，制动器提供的制动力矩是 由制动器 本身的结构决定的 。制动器外形尺寸又受到了轮胎及 半轴 的限制 ， 所 以只要确定了制动器尺寸 。 就可 由上面 两式确定液压压力 ．再考虑压力损失即可最终确定制 动压力 。 2 确定制动 阀的出口流量 。 制动系统流量影响因素很多 ，包括制动器的用油 量 、 蓄能器的容量以及与之相关的制动压力 、 动力消失 后的紧急制动次数和制动响应时间等。如果流量过大 ， 会造成制动冲击 ， 如果流量过小， 则造成制动滞后 。 当制动器结构确定后 ． 它的容积 为 1 ， 制动 系统 所有制动器容积 V n V 1 ，其 中 n为整个 系统的制动器 个数 。假定制动时间为 t ， 则 由 与 可确定制动阀的 出 IZ l 流量 Q。 根据制动压力p和制动 阀的出口流量 Q可选择合 适型号的双回路制动阀。 4 ． 2充液阀的选取 充液阀的压力值有个范围， 决定了蓄能器内压力的 最大值 关闭压力 p 2 和最小值 开启压力 p 1 。当蓄能 器 内压力低于P 1时， 系统开始对蓄能器进行充液 ， 当蓄 能器内压力达到 p 2时， 系统停止对蓄能器充液。 整车制 动压力确定后 。充液 阀的下 限值一般取高于该压 力值 2 ～ 3 MP a即可 充液阀的流量要根据充液速度选取。 4 ． 3蓄能器 的选择 蓄能器 的选择由制动压力 、制动器的用油量及动 力消失后紧急制动次数来决定 。当蓄能器的压力充压 到 p 2时 ， 关闭油泵 ， 踩动制动 阀， 使蓄能器压力 降至制 动阀所需的压力 ， 踩动踏板的次数应不小于 6次。即整 车动力失效后 ， 最少还可以进行 6次以上制动。蓄能器 的有效排油量 △ 为该蓄能器供油的制动器总流量 i 与来不及充油而进行的制动次数 3 ～ 6 的乘积 ， 考虑到 系统泄漏。 A V k a 3 5 V i 式中 a 一泄漏系数， 取 1 ． 2 0 。 一 般情况下 ，可将蓄能器的排油工作过程作为绝 热过程来处理 ， 即认为全部工作油量 A V是在短时间释 放的，这种工作状态只能发生在连续 3 - 6次制动而未 补油的情况下 。 这时蓄能器的总容积可按下式来处理 V o [ A V x p l ／ p 0 l ／ n ] ／ [ 1 - pl ／ p 2 1 ／ n 】 式中 △ 蓄能器的有效排油量 ； p 充气压力 ； P1 系统最低压力 ； p 卜系统最高压力 ； 凡 一一指数 ， 等温时取 n l ； 绝热时取 n 1 ．4 。 5 结语 轻型 防爆胶轮车在使用全液压制动系统后 ，性能 可靠 ， 操纵方便 ， 在各煤矿使用过程中得到了好评 。在 以后轻型防爆车的开发 中，全液压制动系统将得到广 泛的推广和应用。 参 考 文 献 【 1 】 王新． 湿 式制动器在 防爆胶轮车 中的应 用分析[ J 】 ． 煤矿机 械 ， 2 0 0 8 ， 1 2 ． f 2 】 徐新跃． 全液压湿式制动技术在装载机上 的应用[ J 】 ． 建筑机械 化 ， 2 0 0 8 ， 8 ． [ 3 】 陈永 峰． WC 5 E型防爆胶轮车全液压制 动系统 设计研究【 J 】 ． 煤 矿机械 ， 2 0 1 0 ， 3 ． [ 4 】 雷天觉． 液压 工程手册[ M】 ． 北京 机 械工业 出版社， 1 9 9 0 ．