宋心雷

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

輕卡雙回路氣制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋心雷

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

氣制動(dòng)系統(tǒng)在輕卡上的運(yùn)用非常廣泛。主要針對廣泛運(yùn)用在輕卡1045-1083車型上典型的雙回路氣制動(dòng)系統(tǒng)管路裝置進(jìn)行研究。介紹了氣制動(dòng)管路裝置的整體結(jié)構(gòu)和工作原理，然后針對各零部件進(jìn)行了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)說明和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，最后以輕卡某款代號(hào)為B1150車型為例，對整車制動(dòng)性能做出了計(jì)算分析。

雙回路氣制動(dòng)系統(tǒng)

Abstract:Pneumatic brake system is widely used in light truck. In this paper, a typical double circuit pneumatic brake system is studied for the widely used light truck 1045-1083 model. This paper introduces the structure and working principle of air brake pipe device, and then a detailed description of the structure and design points for each component, and finally to a light card codenamed B1150 models as an example, to make a calculation and analysis of vehicle braking performance.

Keywords: dual circuit pneumatic brake system

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-95-04

引言

使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動(dòng)，這些作用統(tǒng)稱為汽車制動(dòng)。

現(xiàn)有的輕卡制動(dòng)系統(tǒng)按照制動(dòng)能量的傳動(dòng)傳輸方式分為液壓式和氣壓式兩種。液壓制動(dòng)制動(dòng)靈敏，快捷，但是制動(dòng)力相對較小，一般用于轎車和小型客車。氣壓制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間長，制動(dòng)力大，多用于大型汽車上。現(xiàn)階段輕卡1045-1083車型廣泛采用氣壓制動(dòng)。

輕卡上運(yùn)用的氣制動(dòng)系統(tǒng)大多采用三種結(jié)構(gòu)形式，分別是雙回路氣壓制動(dòng)系統(tǒng)，帶雙回路保護(hù)閥的氣制動(dòng)系統(tǒng)和帶四回路保護(hù)閥的氣制動(dòng)系統(tǒng) 。本文主要研究的是雙回路氣壓制動(dòng)系統(tǒng)。

1 雙回路氣制動(dòng)系統(tǒng)說明

1.1 雙回路氣制動(dòng)系統(tǒng)的布置設(shè)計(jì)

輕卡典型的雙回路氣壓制動(dòng)系統(tǒng)如圖1所示。

工作原理：發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)①工作，這時(shí)空壓機(jī)①至卸荷閥②間的管路內(nèi)氣壓迅速升高，當(dāng)氣壓超過卸荷閥②的開啟壓力時(shí)，氣體就會(huì)通過卸荷閥②流進(jìn)主儲(chǔ)氣筒③，再經(jīng)過單向閥⑦流進(jìn)雙腔并聯(lián)式副出氣筒⑧，隨著空壓機(jī)的工作，主、副儲(chǔ)氣筒內(nèi)的氣壓開始升高，當(dāng)儲(chǔ)氣筒內(nèi)氣壓大于額定值(一般0.8MPa左右)時(shí)，卸荷閥②開始工作即經(jīng)空氣壓縮機(jī)過來氣體直接通過卸荷閥排到大氣中，此時(shí)空壓機(jī)①至卸荷閥②間的壓力為0MPa，即空壓機(jī)無負(fù)荷工作，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)功率的利用率。當(dāng)駕駛員需要制動(dòng)踩下制動(dòng)踏板⑩時(shí)，氣體通過雙腔串聯(lián)制動(dòng)閥⑨和快放閥?分別流進(jìn)前后制動(dòng)氣室?，氣室?的膜片受壓后推動(dòng)制動(dòng)器的凸輪軸撐開制動(dòng)蹄實(shí)施整車制動(dòng)。當(dāng)駕駛員抬起制動(dòng)踏板解除制動(dòng)時(shí)，氣室?內(nèi)氣體會(huì)及時(shí)通過快放閥?排到大氣中，制動(dòng)蹄在回位彈簧的作用下回位以解除制動(dòng)。當(dāng)駕駛員連續(xù)制動(dòng)，儲(chǔ)氣筒內(nèi)氣壓過低時(shí)，低壓報(bào)警器就會(huì)開始報(bào)警以提醒駕駛員此時(shí)儲(chǔ)氣筒內(nèi)氣壓過低。當(dāng)卸荷閥出現(xiàn)故障不能排氣時(shí)，儲(chǔ)氣筒內(nèi)的氣壓會(huì)一直升高，但當(dāng)該氣壓大于設(shè)定值，安全閥④就會(huì)打開急速排氣。當(dāng)儲(chǔ)氣筒內(nèi)水分過多時(shí)可以通過放水閥⑤排除。

圖1

1.2 主要零部件的結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計(jì)要求

1.2.1 制動(dòng)踏板

目前輕型商用車中，輕卡的制動(dòng)踏板種類比較多，但本體結(jié)構(gòu)都相同，選用時(shí)首先考慮考慮是否需要雙觸點(diǎn)開關(guān)，然后考慮踏板的安裝尺寸及對應(yīng)的助力器推桿長度等。

圖2 氣制動(dòng)踏板

新開發(fā)的踏板一般會(huì)有標(biāo)桿對照，有的話需嚴(yán)格對標(biāo)。若要進(jìn)行變更，結(jié)構(gòu)方式要參考現(xiàn)有踏板的成熟結(jié)構(gòu)，保證其可靠性。

1.2.2 各種閥類

1.2.2.1 制動(dòng)閥

制動(dòng)閥的作用是在雙回路制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)過程和釋放過程中實(shí)現(xiàn)靈敏的隨動(dòng)控制。

工作原理：

當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，腳力通過杠桿傳到頂桿，于是，頂桿座施加制動(dòng)力，推動(dòng)活塞c下移，關(guān)閉排氣閥門d，打開進(jìn)氣門j，從11口來的壓縮空氣到A腔，隨后從21口輸出到制動(dòng)管路Ⅰ，同時(shí)氣流經(jīng)孔D到達(dá)B腔，作用在活塞f上，使活塞f下行，關(guān)閉排氣閥門h，打開進(jìn)氣門g，由12口的壓縮空氣到達(dá)C腔，從22口輸出到制動(dòng)管路Ⅱ。

解除制動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣閥門j和g關(guān)閉，排氣閥門d和h打開，21口、22口的氣壓分別經(jīng)排氣門d和h從排氣口3排回大氣。

當(dāng)?shù)谝换芈肥r(shí)，閥門總成e推動(dòng)活塞f向下移動(dòng)，關(guān)閉排氣閥門h，打開進(jìn)氣閥門g，使第二回路正常工作；當(dāng)?shù)诙芈肥r(shí)，不影響第一回路正常工作。

由于第一回路先行工作，所以常將第一回路用于后制動(dòng)。

圖3 制動(dòng)閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2.2.2 卸荷閥

目前輕卡所用卸荷閥閥體結(jié)構(gòu)均相同，只是進(jìn)出氣接頭有變化。

圖4 卸荷閥外形圖

圖5 卸荷閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

用途：能自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力，防止氣路過載，除去水、油等污染物

工作原理：

1）充氣過程：空壓機(jī)→1口→ B腔→e →21

2）卸荷過程：

空壓機(jī)→1口→B腔→E腔→膜片C上移（810KPa）→閥d 打開→K下移→排氣門i打開。

3）制動(dòng)后充氣過程：當(dāng)21口下降60－130（Kpa）→ 膜片C下移→K上移→排氣門i 關(guān)閉。

卸荷閥的作用是合理調(diào)節(jié)充入儲(chǔ)氣筒的空氣氣壓。

1.2.2.3 快放閥

圖6 快放閥外形圖

圖7 快放閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)

快放閥可以迅速地將制動(dòng)氣室中的氣壓排入大氣，以便迅速解除制動(dòng)。

1.2.3 儲(chǔ)氣筒

輕卡所適用的儲(chǔ)氣筒有兩種型式，一是獨(dú)立一體，即筒身內(nèi)部無隔板；二是合二為一，即表面看是一個(gè)儲(chǔ)氣筒，其實(shí)筒身內(nèi)部有隔板，是兩個(gè)儲(chǔ)氣筒合成一體。

表1 儲(chǔ)氣筒的容量對整車制動(dòng)的用氣量的影響

為保證雙回路控制系統(tǒng)的獨(dú)立性，在儲(chǔ)氣筒之間加裝四回路保護(hù)閥，使得前、后制動(dòng)用儲(chǔ)氣筒的氣壓高與 0.6～0.63MPa左右時(shí)才向駐車用儲(chǔ)氣筒和其他氣路用儲(chǔ)氣筒充氣。儲(chǔ)氣筒的氣壓達(dá)到上述壓力值方可出車。儲(chǔ)氣筒上裝有安全閥，儲(chǔ)氣筒底裝有放水閥。

設(shè)計(jì)儲(chǔ)氣筒時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮儲(chǔ)氣筒的容積在系統(tǒng)匹配中是否滿足 GB12676的要求及儲(chǔ)氣筒自身的強(qiáng)度及接口密封性等。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算

下面以輕卡某代號(hào)為B1150車型為例對制動(dòng)性能的計(jì)算做說明。

2.1 制動(dòng)器參數(shù)

前制動(dòng)器規(guī)格Φ320×100（調(diào)整臂長110mm）；

后制動(dòng)器規(guī)格Φ320×100（調(diào)整臂長125mm）。

2.2 制動(dòng)器制動(dòng)力矩計(jì)算

表2

由上表可見，前橋制動(dòng)力矩為：11940.5Nm 后橋制動(dòng)力矩為：11752.6Nm

2.3 制動(dòng)力分配計(jì)算

實(shí)際制動(dòng)力分配系數(shù)常用前制動(dòng)器制動(dòng)力與總制動(dòng)器制動(dòng)力之比來表示：

?

整車參數(shù)：

圖8

2.4 空、滿、超載情況下理想前后制動(dòng)力分配

理想制動(dòng)力分配計(jì)算原則是保證前、后輪制動(dòng)器同時(shí)抱死，即：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力

之和等于附著力，并且前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即滿足以下公式：

其中：G：整車總質(zhì)量，

g：重力加速度，取9.8m/s2，

hg：質(zhì)心高度，

ψ：地面附著系數(shù)，(理想狀態(tài)下，q=ψ)

L2：前軸荷/總質(zhì)量×軸距

L1：后軸荷/總質(zhì)量×軸距

L：軸距

?

圖9

同步附著系數(shù)：ψ0=(Lβ-L2)/hg

?

從曲線表中可以看出：

（1）汽車在空載的時(shí)候沒有附著系數(shù)，這就表示在空載制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死；

（2）汽車在滿載時(shí)的同步附著系數(shù)為0.543，這就表示汽車此狀態(tài)在附著系數(shù)大于0.543的路面上制動(dòng)時(shí)，實(shí)際制動(dòng)力分配曲線(β線)位于理想制動(dòng)力分配曲線(I線)之上，總是后輪先抱死，當(dāng)路面附著系數(shù)小于 0.543時(shí)，β線位于 I曲線下方，制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；只有在附著系數(shù)等于0.543的路面上制動(dòng)，汽車的前后輪才能同時(shí)抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力；

（3）汽車在超載時(shí)的同步附著系數(shù)為0.628，分析同第二條。

2.5 空、滿載制動(dòng)效率

圖10

由上圖表可知，當(dāng)ψ=0.6時(shí)，B1150空載時(shí)的后軸制動(dòng)效率Er約等于0.718，這表明后輪不抱死時(shí)，汽車最多只利用了可供制動(dòng)的附著力的71.8%，即其制動(dòng)減速度不是0.6g，而只有0.6×0.718g=0.4308g。

2.6 滿載時(shí)的制動(dòng)效能

國標(biāo)規(guī)定在以v=60Km/h的初速度緊急制動(dòng)時(shí)，平均減速度要求j≥5m/s2

由以上計(jì)算可得總制動(dòng)力為：77327N

則滿載時(shí)候的制動(dòng)加速度為：77325/5000>g，所以能滿足制動(dòng)要求

見對照表，除了超載時(shí)，地面附著系數(shù)在0.9與1的時(shí)候地面對前輪制動(dòng)力矩大于前制動(dòng)器制動(dòng)力矩，車輪不能抱死以外，別的工況前后車輪都能抱死。其中地面附著系數(shù)一般取0.7-0.8，車輪不抱死情況可以不予考慮。

此車型制動(dòng)完全能滿足要求。

圖11

3 結(jié)論

雙回路氣制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，反應(yīng)迅速，制動(dòng)效果好，而且成本也不高，因而廣泛運(yùn)用在輕卡上。

通過理論計(jì)算，采用雙回路氣制動(dòng)系統(tǒng)的車型制動(dòng)完全能滿足要求。而且經(jīng)過市場驗(yàn)證，反饋其制動(dòng)性能也非常良好。

在設(shè)計(jì)過程中不僅要注意零部件之間的合理匹配，而且要考慮到整車的一些參數(shù)，如質(zhì)心位置以及前后軸荷分配等，必要時(shí)可以和總布置設(shè)計(jì)人員一起共同確定這些整車參數(shù)，以達(dá)到良好的制動(dòng)效果。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[2] 余志生.汽車?yán)碚摚ǖ谌妫?北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[3] 盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[4] 張洪欣.汽車設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

The design of air brake system for light-card double-loop

Song Xinlei
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

U462.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)18-95-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.033

宋心雷（1986-），男，助理工程師。就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司輕型車研究所，主要從事汽車產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)管理工作。