李志剛

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某重型自卸車(chē)排氣輔助制動(dòng)效果不良的探索和改進(jìn)

李志剛

（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章針對(duì)某重卡6×4自卸車(chē)出現(xiàn)輔助制動(dòng)效果不良的現(xiàn)象，結(jié)合此車(chē)型對(duì)排氣輔助制動(dòng)器參數(shù)進(jìn)行理論校核計(jì)算，發(fā)現(xiàn)按照理論參數(shù)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)并不能有效地提高排氣輔助制動(dòng)性能；同時(shí)與市場(chǎng)上反映使用效果較好的同等競(jìng)品車(chē)型進(jìn)行對(duì)比分析，找出導(dǎo)致該重型自卸車(chē)排氣輔助制動(dòng)效果不良的主要原因，并對(duì)該自卸車(chē)排氣輔助制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化；通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證表明，改進(jìn)后的輔助制動(dòng)性能得到明顯提升，并優(yōu)于同等競(jìng)品車(chē)型。

自卸車(chē)；排氣輔助制動(dòng)器；輔助制動(dòng)系統(tǒng)；試驗(yàn)驗(yàn)證

CLC NO.: U472.7 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2014)09-37-03

前言

目前國(guó)內(nèi)重卡普遍采用排氣輔助制動(dòng)器緩解主制動(dòng)壓力，但由于重型卡車(chē)工作環(huán)境惡劣，特別是工程自卸車(chē)，因其超載嚴(yán)重、行駛路況極端惡劣，排氣輔助制動(dòng)效果不良的問(wèn)題尤為突出。

對(duì)于重型汽車(chē)而言，輔助制動(dòng)直接影響整車(chē)的行車(chē)安全，GB7258-2012規(guī)定：車(chē)長(zhǎng)大于9m的客車(chē)，總質(zhì)量大于等于12t的貨車(chē)和專項(xiàng)作業(yè)車(chē)，所有危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸車(chē)輛應(yīng)裝備輔助制動(dòng)裝置。輔助制動(dòng)效果須通過(guò)GB12676II型或者IIA型試驗(yàn)。

某重型自卸車(chē)投放市場(chǎng)后，因其使用環(huán)境惡劣，超載十分嚴(yán)重，出現(xiàn)了排氣輔助制動(dòng)效果不良的現(xiàn)象，一定程度上影響了汽車(chē)的行駛安全性。基于此，針對(duì)該排氣輔助制動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)行了與競(jìng)品對(duì)比分析、理論校核計(jì)算，并結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證等方法對(duì)排氣輔助制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1、排氣輔助制動(dòng)系統(tǒng)理論計(jì)算

本車(chē)型采用偏心扭桿恒壓排氣輔助制動(dòng)器，影響其制動(dòng)效果的三個(gè)關(guān)鍵因素如下：

a. 氣壓，氣壓過(guò)小，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣壓力推開(kāi)排輔，背壓值達(dá)不到推開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸排氣門(mén)，EVB不起作用或者作用不明顯；

b. 扭桿彈簧，在氣壓足夠的情況下，扭桿剛度不夠，扭

矩過(guò)小，在排氣背壓推動(dòng)下排輔蝶閥與閥體被推開(kāi)漏氣，間隙過(guò)大，影響制動(dòng)效果；

c. 發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣壓力值，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣壓力值的大小決定了排輔的匹配作用力；

針對(duì)上述原因，對(duì)排氣輔助制動(dòng)器進(jìn)行理論分析校核，按自卸車(chē)整車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)要求，本車(chē)型采用濰柴WP10.340E32發(fā)動(dòng)機(jī)，其對(duì)排氣輔助制動(dòng)要求如下：碟形閥的排氣背壓隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的高低，數(shù)值變化范圍360KPa-270KPa；為實(shí)現(xiàn)排氣制定過(guò)程中，排氣背壓保持在永許范圍內(nèi)，從而保證噴油器油頭、排氣門(mén)等柴油機(jī)零部件的可靠工作，閥片安裝軸線相對(duì)于閥體中心有偏移，φ115閥體內(nèi)徑碟形閥偏移量4mm；安裝閥片的擺桿軸為扭桿彈簧，扭角剛度在（130±15）N.m/rad；碟形閥板自由關(guān)閉，安裝閥片的轉(zhuǎn)動(dòng)軸未發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，止動(dòng)板與限位螺栓之間的間隙為2mm～2.5mm；碟形閥總成的排氣制動(dòng)缸結(jié)構(gòu)中，應(yīng)包含有對(duì)制動(dòng)汽缸組件中活塞等相關(guān)運(yùn)動(dòng)件起保護(hù)作用的活塞緩沖閥結(jié)構(gòu)。針對(duì)此車(chē)型排氣輔助制動(dòng)器，其開(kāi)啟時(shí)閥前背壓理論校核如下：

1.1 氣缸的有效推力計(jì)算

假設(shè)氣缸的有效推力為F0，工作氣壓P=0.8MPa，氣缸的工作面積為 S；所選用排氣輔助制動(dòng)器的氣缸直徑為D=40mm，則：

氣缸的工作面積S=πD2/4=1256.64mm2

活塞的推力 F1=P×S×η=845.5N(η取0.85)

所選用的扭桿彈簧的彈力F2=300N

所以，閥片關(guān)閉時(shí)氣缸的有效推力F0=F1-F2=545.5N

1.2 計(jì)算搖臂與限位板貼合時(shí)搖臂所受到的力矩M

假設(shè)搖臂與限位板貼合時(shí)，搖臂的擺角為α，則；

搖臂軸的受力狀態(tài)如下：

α=TL/GIp

上式中G=81×109，Ip=πd4/32，

d分別為6.4mm與14mm，L1=80mm，L2=72mm；

可知：T=αG（Ip1+Ip2）/(L1+L2)

則，T=10.27105N·m

即搖臂軸所受的轉(zhuǎn)矩為10.27105N·m，

搖臂軸長(zhǎng)度為39mm，為消除2.5mm所施加的外力F3=T/L=263N

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣時(shí)，蝶閥受力狀態(tài)分析

τAB=115π×172.02/360=172.6mm；

整個(gè)閥片的受力面積為S1，則

S1=πD2/4= 10381.6×10-6m2；

閥片小面受力面積為S??；

S小=τABr/2-L（r-h）/2，其中

r=57.5mm，h=53.5mm

則S小= =4732.81×10-6m2；

所以有Sr=S-S小=5648.79×10-6m2，

假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣壓力為Ps，克服搖臂軸所需要的最小扭矩為：

故有PS>218kPa；

如果M取實(shí)測(cè)值12.65N·m，則PS>270kPa,

以上理論計(jì)算證明排氣輔助制動(dòng)的選擇滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)排氣輔助制動(dòng)器的技術(shù)要求！

2、排氣輔助制動(dòng)效果不理想的原因及改進(jìn)措施

理論上分析排氣輔助制動(dòng)器的選用能夠滿足使用要求，但是從市場(chǎng)反饋來(lái)看，輔助制

動(dòng)效果不如市場(chǎng)同類產(chǎn)品，為此有必要與市場(chǎng)同類型產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 競(jìng)品產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)對(duì)比分析

格爾發(fā)排氣輔助制動(dòng)采用小氣缸缸徑為40mm，搖臂與限位螺栓之間的距離為2～2.5mm；競(jìng)品排氣輔助制動(dòng)器采用

大氣缸缸徑為46mm，搖臂與限位螺栓之間的距離為3～3.4mm；大的氣缸缸徑加強(qiáng)了氣缸活塞推力，搖臂與限位螺栓之間的距離越遠(yuǎn)，越有利于排氣背壓的保持，在開(kāi)啟排氣輔助制動(dòng)器后，背壓能夠在較高的范圍之內(nèi)。

2.2 競(jìng)品產(chǎn)品道路試驗(yàn)對(duì)比

為驗(yàn)證競(jìng)品排氣輔助制動(dòng)性能，在定遠(yuǎn)試驗(yàn)場(chǎng)，對(duì)競(jìng)品排氣輔助制動(dòng)性能與格爾發(fā)排氣輔助制動(dòng)性能進(jìn)行對(duì)比，分別在10%與16%坡路上進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)競(jìng)品的排輔制動(dòng)效率較好，背壓值很快就能達(dá)到300kPa以上，其排氣背壓值控制在310kPa--380kPa的范圍內(nèi)，制動(dòng)效果優(yōu)于格爾發(fā)排氣輔助制動(dòng)器。

根據(jù)試驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)，對(duì)格爾發(fā)排氣輔助制動(dòng)器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用大氣缸，調(diào)整搖臂與限位螺栓之間的距離，并優(yōu)化活塞推動(dòng)軌跡，以增加排氣輔助制動(dòng)器工作時(shí)的排氣背壓，位排氣輔助制動(dòng)提供更大的制動(dòng)力矩；但是，在進(jìn)行排氣輔助制動(dòng)對(duì)比試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，競(jìng)品排氣輔助制動(dòng)性能也同樣不能滿足GB7258規(guī)定，還需要對(duì)格爾發(fā)排氣輔助制動(dòng)器性能進(jìn)行繼續(xù)優(yōu)化。

3、偏心扭桿恒壓排氣輔助制動(dòng)器缺陷分析

為從根本上解決排氣輔助制動(dòng)效果不理想的問(wèn)題，特從偏心扭桿排氣輔助制動(dòng)器本身找出原因所在，影響排氣輔助制動(dòng)效果不理想的原因如下：

a. 由于偏心的存在，在蝶片上、下安裝面、蝶片的一側(cè)會(huì)有較大的不合理的泄露存在。使發(fā)動(dòng)機(jī)在低速下無(wú)法建立起EVB所需的開(kāi)啟壓力，低速制動(dòng)效果不佳。而這也是EVB的1600轉(zhuǎn)以下不能工作的原因。

b. 由于側(cè)向偏心力的存在，蝶片斜外圓兩側(cè)的磨損會(huì)不一致，一則影響產(chǎn)品的壽命、二則影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性。

c、細(xì)長(zhǎng)的扭桿置于閥內(nèi)溫度最高的環(huán)境中，長(zhǎng)期高溫工作的扭簧將不可避免的面臨熱衰退，產(chǎn)品的工作壽命和性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定性存在巨大風(fēng)險(xiǎn)。

d、蝶片打開(kāi)泄漏量巨大會(huì)瞬間把閥前背壓降為零壓，蝶閥時(shí)開(kāi)時(shí)關(guān)將使蝶閥的閥前背壓在零壓與設(shè)定壓力之間波動(dòng)，無(wú)法建立相對(duì)穩(wěn)定的背壓，從而影響制動(dòng)效果。

為徹底解決此類排氣輔助制動(dòng)器的缺陷，又要使排氣輔助制動(dòng)效果提升，經(jīng)與國(guó)內(nèi)外排氣輔助制動(dòng)廠家交流，確定采用一種卸荷式排氣輔助制動(dòng)器，其原理是在蝶閥閥體上增加一個(gè)溢流裝置，溢流裝置通過(guò)彈簧調(diào)節(jié)壓力，在背壓值超過(guò)排氣輔助制動(dòng)器本身額定背壓時(shí)，溢流閥就會(huì)，開(kāi)啟將多余的壓力卸掉。

4、試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證卸荷式恒壓排氣輔助制動(dòng)器的制動(dòng)性能，特在重卡轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)對(duì)偏心扭桿式排氣輔助制動(dòng)器與卸荷式恒壓排氣輔助制動(dòng)器進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)分別測(cè)量排氣輔助制動(dòng)器開(kāi)啟時(shí)閥前各轉(zhuǎn)速下排氣背壓值以及排氣輔助制動(dòng)功率，經(jīng)過(guò)重卡轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)卸荷式恒壓排氣輔助制動(dòng)器穩(wěn)壓效果、制動(dòng)功率均優(yōu)于偏心扭桿排氣輔助制動(dòng)器，并且卸荷式排氣輔助制動(dòng)器無(wú)過(guò)壓危險(xiǎn)，在滿足輔助制動(dòng)性能的前提下幾乎不損傷發(fā)動(dòng)機(jī)。

整車(chē)按GB12676II型試驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證，采用卸荷式恒壓排氣輔助制動(dòng)器，在整車(chē)質(zhì)量52t時(shí)，輔助制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)減速度為0.52m/s2，完全滿足整車(chē)的使用要求以及國(guó)家法規(guī)要求！

5、結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)競(jìng)品排氣輔助制動(dòng)器技術(shù)參數(shù)及性能參數(shù)的對(duì)比，對(duì)排氣輔助制動(dòng)效果不理想這一故障進(jìn)行深入探究，查明引起故障的原因，并對(duì)此故障進(jìn)行有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高輔助制動(dòng)的性能以及可靠性，通過(guò)市場(chǎng)驗(yàn)證證實(shí)，該整改措施能夠有效的提升輔助制動(dòng)性能，使行車(chē)制動(dòng)安全得到極大的保障！

Heavy truck exhaust brake assist exploration and improvement of poor results

Li Zhigang
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601)

For a 6 × 4 dump truck heavy truck auxiliary braking effect appears undesirable phenomenon, combined with this model parameters of the exhaust auxiliary brake checking theoretical calculations and found that in accordance with the theoretical parameters to match the design can not effectively improve the exhaust auxiliary braking performance; while reflecting on the market use the same better comparative analysis of competing goods vehicles, heavy-duty truck exhaust identify the cause of the adverse effects of the main auxiliary brake and the truck exhaust brake assist system optimization; verified by experiments show that the improved auxiliary braking performance has improved significantly, and is superior to competing products equivalent models.

dumper；exhaust auxiliary brake；assisted braking system；experimental verification

U472.7

A

1671-7988(2014)09-37-03

李志剛，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司。