防爆胶轮车液压制动阀改进设计及分析.pdf

杠 拭 第 4 5卷 l 第2 期 总第4 8 4 期 防爆胶轮车液压制动阀改 进设计及分析 刘杰 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司煤矿采掘机械装备国家工程实验室 摘要 I 为解决防爆胶轮车制动冲击的问题 ， 介绍防爆胶轮车制动系统 ， 分析制动阀结构及踏板的特性曲线 ， 指出其缺陷 以及给车辆制动带来的不良影响。 根据制动阀踏板现有结构， 提出改进措施。 通过对比分析改进前后踏板的特性曲线 ， 说明 改进后的制动阀更利于司机精准控制车辆的制动状态， 改进效果显著。 关键词 胶轮车； 制动阀； 踏板； 行程 全液压制动系统具有制动反应灵敏，适应能力强且 能满足防爆要求等众多优点， 因此， 在防爆胶轮车中得到 广泛的应用【】 叫。制动阀作为该系统中最为关键的核心部 件 ， 其工作特性与防爆胶轮车整车 的制动性能密切相关 。 根据实际应用情况得知 ，制动阀的应用效果并不十分理 想， 尚存在一定问题问 ， 为此， 本文对现有制动阀的结构特 性及应用时存在的问题进行详细分析 ， 并提出改进措施 。 1 全液压制动系统介绍 防爆胶轮车全液压制动系统组成及原理如图 1 所 示。主要包括 液压泵、 溢流阀、 充液阀、 制动阀、 蓄能器、 前轮制动器 、 后轮制动器及压力表等。 液压泵输出的液压油通过充液 阀向蓄能器供油 ， 充 液阀保证蓄能器内油液压力始终保持在充压阀充油上、 下限压力之间， 能够满足制动器多次制动的需求， 确保 了制动的可靠性。当踩下制动阀踏板时， 蓄能器内存储 的高压油被释放并作用于制动器内的活塞上， 制动器实 施制动。制动压力与踏板力存在一定比例关系， 每次制 动时， 司机根据整车制动需求， 通过人为控制踏板力， 制 动阀便可以输出不同大小的制动压力， 以满足制动器的 工作需要。 其中 ， 制动阀具有两个独立的压力输 出口， 可以独立 实施前后制动 ， 使得行车制动系统为双回路形式 ， 前轮制 动器和后轮制动器各由一个回路控制 ，若其中任何一路 的元件出现故障， 另一路回路仍可正常工作， 使整车制动 更加安全可靠。 2 制动阀存在的问题 目前，在防爆胶轮车中得到广泛应用的液压制动阀 外形结构如图 2 所示 ， 主要由阀体、 踏板 、 旋转轴 、 压轴 、 滚轮、 套筒、 安装板、 调整螺丝等组成。当踩下踏板时， 踏 板围绕旋转轴做旋转运动， 迫使滚轮向下挤压套筒 ， 带动 阀芯动作， 待制动油口打开， 高压油经过制动阀进入制动 器， 实施 制动。由于液压制动的特殊性 ， 制动阀的阀芯行 作者简介 刘杰 1 9 8 1 一 ， 男， 河南商丘人， 助理研究员， 硕士， 研究方向 煤矿井下无轨辅助运输车辆设计、 研发及试验研究。 一 I j 4 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 设计- 计算 D e s i g n a n d C a t c u 1． a t i o n 前轮制动器 制动阀 图 1 全液压制动系统原理图 1 ． 踏板2 ． 旋转轴3 ． 压轴4 ． 滚轮5 ． 套筒6 ． 安装板 7 ． 调整螺丝8 ． 阀体 图 2 制动阀外形结构 图 柏J 杠 觚 I 一．2 程相对于一般汽车制动主缸活塞的行程而言比较短 ， 造 成了该制动 阀踏板行程明显小于汽车制动踏板行程圈 。 制动阀产品样本的的踏板特性曲线如图 3 所示， 由 两条不同斜 率的直 线组成 ， 直线斜率的大小反映 了随踏 板行程变化制动压力输 出的快慢程度。 7 f f ／ ／ O 4 8 l 2 l 6 2 0 踏板角度／ 。 图 3 制动阀踏板特性 曲线 5 4 3 2 l 0 甘 d W／ 磊 ● 2 3 4 5 6 7 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 缸 械 第 4 5 卷 l 第2 期 总第4 8 4 期 制动踏板的全部行程可分为 3 个阶段 1 0 5 。 ， 该 阶段为空行程 ， 制动阀不输 出制动压力； 2 5 - 1 0 。 ， 该阶 段在踏板单位行程下制动阀输出的制动压力相对较小 ， 制动阀输出压力范围为 0 - 1 ． 5 MP a ； 3 1 0 。 一 1 6 o ， 该阶段在 踏板单位行程下制动阀输出的制动压力相对较大，制动 阀输出压力范围为 1 ． 5 - 4 ． 5 MP a 。 可见， 踏板能够旋转的最大行程约为 1 6 。 ， 其中空行 程约为 5 o ， 踏板的有效行程大约只有 1 1 。 ， 司机在如此有 限的行程范围很难精确地控制踏板的行程 ，以获得想要 的制动效果。在实际制动时 ， 经常出现制动冲击的现象 ， 尤其在点刹时， 司机希望车辆能够减速行驶， 并不希望车 辆停住 ， 但是 由于踏板行程太短 ， 液压制动本身又具有反 应较快的特性， 导致点刹时经常出现停车现象。 即使司机 希望停车时，也无法根据车辆刹车行驶状态及时做出调 整， 很难做到使车辆缓慢停住。制动刹车过于灵敏， 不但 让司机感到不适应 ，而且容易对车辆的传动系统及零部 件造成很大伤害。 3 改进措施 为了能够对制动阀踏板有一个良好的控制，以满足 防爆胶轮车各种工况的制动需求 ，必须对制动 阀结构进 行改造。由于制动阀阀体及阀芯是制动阀最为关键的核 心部件， 不宜进行改动， 因此， 可以对踏板结构进行改造， 在不增加踏板力的前提下， 增加踏板的有效行程， 这样， 司机才可能有更充分的操作空间对踏板进行控制 ，以实 现更为理想的制动状态。踏板结构改动以后的制动阀外 形结构如图 4 所示。主要包括 踏板、 扭力弹簧、 滚轮、 压 轴、 旋转轴、 套筒、 调整螺丝、 安装板以及阀体等。 与原制动阀踏板外形结构最大的不同点在于， 取消了 踏板与滚轮的直接铰接 ， 在踏板与滚轮之间增加了扭力弹 簧， 将踏板与滚轮分开为两个相对独立的构件， 扭力弹簧 中间部分套在旋转轴上， 两端部分一侧套在压轴上， 另一 侧与踏板的底面接触。当制动踩下踏板时 ， 踏板围绕旋转 轴转动 ， 同时挤压扭力弹簧 ， 由于扭力弹簧具有刚度特性 ， 在受到挤压的情况下， 将发生变形， 于是踏板与滚轮之间 的位移将发生改变， 位移的变化量取决于踏板力的大小与 扭力弹簧刚度的大小。扭力弹簧将踏板力传递给压轴， 迫 使滚轮向下挤压套筒， 从而使阀芯动作。 通过以上分析可知 ， 改进后的制动 阀踏板行程包括 两部分， 一是扭力弹簧变形引起的踏板行程； 二是制动 1 ． 踏板2 ． 扭力弹簧3 ． 滚轮4 ． 压轴5 ． 旋转轴6 ． 套 筒7 ． 调整螺丝8 ． 安装板9 ． 阀体 图4 改进后制动阀外形结构图 阀阀芯运动引起的踏板行程。当踩踏板时， 这两类行程 同时发生 ， 相互累加 ， 构成 了踏板总行程 。可见 ， 改进后 的制动 阀踏板行程能够得 到明显增加 ， 扭 力弹簧的变形 引起的踏板行程即为增加量。 在设计扭力弹簧时， 刚度设计要合理， 既要保证能够 有效增加踏板行程， 又要防止刚度太小， 扭力弹簧偏软， 以致车辆发生制动滞后现象。 图 5 为改进前后的制动阀踏板特性曲线对比图。改 重 奁 改进 ／ ／ ／ ／ 一 ／ ＼ 改 进 } ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ ／ 0 4 8 l 2 1 6 2 0 2 4 2 8 3 2 踏板角度／ o 图5 改进前后踏板特性曲线对比图 下转第 7 2页 f 霏 J 4 9 5 4 3 2 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m