魯國慶， 黃文軍

(江蘇林海動力機(jī)械集團(tuán)有限公司，江蘇 泰州 225300)

全地形車(All-Terrain-Vehicles，ATV)是具有跨騎式座椅、把式轉(zhuǎn)向、四輪結(jié)構(gòu)、大尺寸低氣壓輪胎的單人多用途車輛，在國內(nèi)通常被稱為沙灘車。全地形車主要應(yīng)用涵蓋農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)、景觀美化、經(jīng)營牧場、探險、工業(yè)、建筑及軍事等領(lǐng)域，被國內(nèi)外市場廣泛認(rèn)同。

聯(lián)動剎車系統(tǒng)(Combination Braking System，CBS)的核心功能是駕駛員在單獨(dú)操縱前剎或單獨(dú)操縱后剎車時，前后輪都能獲得恰當(dāng)而有效的剎車力。

1 問題描述

全地形車在定型試驗(yàn)考核過程中，試車員反饋車輛在進(jìn)行顛簸試驗(yàn)過程中，在緊急剎車時第一把手剎或者第一腳剎車時出現(xiàn)軟弱無力、剎車不起作用的現(xiàn)象，但第二把或者第二腳再進(jìn)行剎車時，該現(xiàn)象消失，而在平坦路面行駛從未出現(xiàn)該現(xiàn)象。

這種剎車的失效模式，對使用者以及車輛存在極大的風(fēng)險，甚至車毀人亡。

2 問題分析

2.1 剎車系統(tǒng)制動力計算

首先分析該CBS系統(tǒng)的制動效果是否適配對應(yīng)的車型LH600ATV。

2.1.1 前碟剎系統(tǒng)

前碟剎系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 前碟剎系統(tǒng)

2.1.2 后碟剎系統(tǒng)

后碟剎系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 后碟剎系統(tǒng)

2.1.3 前后摩擦片有效面積

前后摩擦片有效面積如圖3、圖4所示。

圖3 前摩擦片

圖4 后摩擦片

2.1.4 常用制動系統(tǒng)計算

常用制動系統(tǒng)計算如圖5所示。

圖5 常用制動系統(tǒng)計算

(1)腳踩力轉(zhuǎn)換為制動桿力：

式中：F1為駕駛員腳踩力，F(xiàn)1=27 kgf。

(2)制動系統(tǒng)壓強(qiáng)：

式中：D1為制動液壓系統(tǒng)活塞直徑，D1=19 mm。

(3)制動力矩：

T=μ×N×P×πR2×Rb

式中：μ為制動系統(tǒng)的摩擦片摩擦系數(shù)(前 0.4，后 0.48)；N為泵數(shù)量，N=2。

(4)后制動泵：

后制動泵如圖6所示。

圖6 后制動泵

制動活塞外半徑R1：R1=38/2=19 mm；制動活塞內(nèi)半徑R2：R2=27/2=13.5 mm；

(5)前制動泵：

前制動泵如圖7所示。

圖7 前制動泵

活塞半徑R：R=34/2=17

Tf(前)=0.4×2×4 411 271×3.14

×0.0172×0.102 5=328 N·m

Ttr(后)=0.48×2×4 411 271×3.14

×178.75×10-6×0.092=218.7 N·m

(6)輪胎摩擦力：

B=Bf+Br=643+477=1 120 kgf

式中：f1為前減速比，f1=Rw/Rb=317.5/102.5=3.05；f2為后減速比，f2=Rw/Rb=317.5/91.5=3.4；n為制動輪數(shù)量，n前=2，n后=2；Rw為半徑，Rw=317.5 mm。

(7)所需制動力：

Br=μr×W=0.070 7×834=59 kgf

式中：μr為摩擦系數(shù)；W為質(zhì)量，W=584+250=834 kg。

B=1 120 kgf>Br=59 kgf。

(8)駐車系統(tǒng)：

手握最大力F=400 N，手柄杠桿比R=3.5，制動桿杠桿比R1=8。

施加在制動器上的力為：

F1=F·R·R1=400×3.5×8=11 200 N

相應(yīng)的制動力矩：

Mfs=F1·rex·U=11 200×0.09

×0.35=352.8 N·m

式中：有效半徑rex=9 cm；摩擦系數(shù)U=0.35。

輪胎總制動力為：

F2=Mfs·1.09/Rsc=352.8×

1.09/0.3175=1 211 N

所需要的駐車力：

Br=10μt×Wt=10×0.070 7×834=590 N

式中：μt為摩擦系數(shù)；W為質(zhì)量，W=834 kg。

F2=1 211N>Br=590 N

以上計算表明，該CBS剎車系統(tǒng)完全適配該車型。

2.2 幾種碟剎系統(tǒng)造成制動力不足的原因分析

(1)碟剎系統(tǒng)破損，造成泄漏導(dǎo)致系統(tǒng)壓力喪失；

(2)碟剎液失效，導(dǎo)致制動效果衰減；

(3)碟剎系統(tǒng)內(nèi)主泵碟剎液不足，導(dǎo)致供油不足，系統(tǒng)壓力達(dá)不到要求；

(4)碟剎系統(tǒng)內(nèi)有空氣，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力達(dá)不到要求；

(5)碟剎分泵活塞內(nèi)矩形油封失效，造成泄漏導(dǎo)致系統(tǒng)壓力喪失；

(6)碟剎分泵活塞進(jìn)給量不足，導(dǎo)致制動達(dá)不到效果。

經(jīng)檢查零部件狀態(tài)以及因?yàn)樵谄铰飞系鷦x系統(tǒng)正常，所以前5項(xiàng)均排除。經(jīng)過多次試驗(yàn)，研究有問題的故障車，發(fā)現(xiàn)每次都是后碟剎系統(tǒng)內(nèi)，卡鉗中的蹄塊與碟剎盤之間的間隙過大，導(dǎo)致剎車時第一剎手剎或踩腳剎，制動系統(tǒng)沒有效果。

2.3 造成活塞進(jìn)給量不足的原因分析

2.3.1 理論計算主泵排液量是否不足

主泵活塞直徑為19 mm，手柄使主泵活塞極限位移量約為12 mm，主泵排除液體體積為3 400 mm3，四只分泵活塞移動1 mm，需要體積為3 000 mm3左右，理論上僅需要分泵活塞移動0.5 mm就有足夠的剎車力，所以主泵排液量足夠。

2.3.2 外因造成活塞異常回位

經(jīng)顛簸檢查一輛LH600ATV的前碟剎蹄塊與碟剎盤間隙為0.5 mm，而后碟剎蹄塊間隙達(dá)到3～4 mm。

對造成后碟剎分泵活塞異常串位的原因分析如下：

(1)碟剎盤端面跳動嚴(yán)重超差。

前后碟剎盤在車輛上的端面跳動為0.15 mm左右，在允許范圍之內(nèi)，排除此項(xiàng)。

(2)輪轂軸承內(nèi)圈晃動大導(dǎo)致輪轂上碟剎盤端面跳動超差。

在整車上收緊前后球籠上的大螺母達(dá)到137 N·m，后輪轂軸承內(nèi)圈和輪轂很緊，另外重新更換套新部件，也未發(fā)生松動，排除此項(xiàng)。

(3)碟剎分泵是浮動泵受外力影響，異常串動導(dǎo)致活塞受力串動。

碟剎分泵固定牢固，碟剎管串動靈活，未對碟剎分泵產(chǎn)生位移，排除此項(xiàng)。

(4)碟剎分泵是浮動泵受慣性影響，導(dǎo)致活塞串動，碟剎分泵左右晃動大。

造成后碟剎分泵晃動大的原因是碟剎分泵與固定板之間的銷軸間隙大導(dǎo)致，如圖8所示。

圖8 碟剎分泵與固定板

此結(jié)構(gòu)為摩托車碟剎經(jīng)典結(jié)構(gòu)，分泵上孔為直徑Φ8 mm，銷軸為直徑Φ8 mm；采用經(jīng)典配合Φ8 H9/c11(孔公差為0～+0.036 mm，軸公差為-0.08～-0.17 mm)，實(shí)際檢查問題整車分泵孔為8.035 mm，銷軸為Φ8為-0.15 mm，符合圖紙要求。

2.4 浮動銷在此種配合尺寸下產(chǎn)生問題的原因分析

造成這種問題的原因是在顛簸試驗(yàn)場上，搓板路對車輪產(chǎn)生側(cè)向力，而且不是同時作用于前后輪。前輪因?yàn)槭寝D(zhuǎn)向輪，側(cè)向力通過轉(zhuǎn)向系傳到方向把作用人手上，且轉(zhuǎn)向系內(nèi)部球頭、支撐聯(lián)軸節(jié)也分解了一部分力，前安裝銷軸之間距離也比后部銷軸安裝距離大。后輪僅僅由A臂緩沖套分解一部分力，大部分直接作用在輪轂上，所以才導(dǎo)致在車輛顛簸時，相當(dāng)一部分力作用在后輪轂上，從而產(chǎn)生的部分側(cè)向力作用在浮動卡鉗上，在加上卡鉗與滑動銷之間的間隙配合，使得浮動卡鉗帶動里面的兩個蹄塊左右相互與碟剎盤自由撞擊，擺動導(dǎo)致蹄塊與碟剎盤之間的距離越來越大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出允許的浮動范圍。

3 小結(jié)

根據(jù)理論分析，公司定制了一批直徑Φ8 d10(公差為-0.04～-0.098 mm)和直徑Φ8 d11(公差為-0.04～-0.13 mm)以及滑動銷直徑Φ8 e10(公差為-0.025～-0.083 mm)，進(jìn)行試驗(yàn)。

經(jīng)過多次試驗(yàn)比較更換直徑Φ8 d10滑動銷，問題車顛簸剎空現(xiàn)象消除，試驗(yàn)效果良好；同時發(fā)現(xiàn)采用Φ8 e10滑動銷在試驗(yàn)過程中有自剎現(xiàn)象。

消除碟剎銷軸與分泵孔之間的間隙，也不是說越小越好。新車碟剎安裝后蹄塊與碟剎盤接觸面可能不會貼合很好，短時間造成偏磨，銷軸回位不良，造成新車有自剎現(xiàn)象。

為此碟剎、輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)、后HUB制造廠商要保證圖紙上的垂直度和端面跳動。

偶爾發(fā)生的剎空現(xiàn)象困擾公司很久，該項(xiàng)研究從故障再現(xiàn)入手，找到故障發(fā)生的典型規(guī)律，再排除大量表面現(xiàn)象，找到了該問題的源頭，對滑桿懸浮式制動卡鉗的設(shè)計和質(zhì)量改進(jìn)有很好的指導(dǎo)意義。