重卡氣壓制動系統匹配設計

徐光輝

引言

汽車制動系統至少有兩套獨立的制動裝置，即行車制動裝置和駐車制動裝置：重型汽車或經常在山區行駛的汽車要增設應急制動裝置及輔助制動裝置；牽引車還應有自動制動裝置。行車制動裝置用于使行駛中的汽車強制減速或停車，并使汽車在下短坡時保持適當的穩定車速。其驅動機構常采用雙回路或多回路結構，以保證其工作可靠。駐車制動裝置用于使汽車可靠而無時間限制地停駐在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽車在坡路上起步。駐車制動裝置應采用機械式驅動機構而不用液壓或氣壓驅動，以免其產生故障。應急制動裝置用于當行車制動裝置意外發生故障而失效時，這時則可利用應急制動裝置的機械力源如強力壓縮彈簧實現汽車制動。應急制動裝置不必是獨立的制動系統，它可利用行車制動裝置或駐車制動裝置的某些制動器件。應急制動裝置也不是每車必備，因為普通的手力駐車制動器也可以起應急制動的作用。

1、重卡氣壓制動系統組成

重卡氣壓制動系統由制動管路、儲氣筒、制動閥、制動器組成，制動管路為傳能裝置，儲氣筒為儲能裝置，制動閥為控制裝置，制動器為執行裝置。

對于6×4、6×2、8×4載貨車需在4×2載貨車的基礎上增加前軸或后橋，同時增加相應的控制管路即可實現整車的制動系控制。同時重型牽引車的制動控制管路系統更為復雜，重型牽引車除了有自己獨立、完整的制動系統外，它還有與掛車組合并使掛車實現制動的制動系統。圖2為一款4×2牽引車主車雙回路氣壓制動驅動系統的簡圖。

2、氣壓制動系統設計計算

2.1 整車系統壓力計算

空氣壓縮機以壓力達1.0MPa的壓縮空氣向儲氣筒充氣，調壓器測定的儲氣筒壓力一般為0.85±0.02MPa，達1.0MPa的壓縮空氣向儲氣筒充氣，而安全閥限定的儲氣筒最高壓力則為0.9MPa左右。為了在空氣壓縮機停止工作的時間內仍能保證制動器氣室以及整車上其他氣動裝置正常工作，在計算時可取工作氣壓為0.6MPa，儲氣筒也應有較大的容積儲備。

2.2 儲氣筒容積計算

儲氣筒的容積大小應適當，過大將使充氣時間過長；過小將使每次制動后筒中壓力降落太大，因而當空氣壓縮機停止工作時可能進行的有效制動次數太少。

設儲氣筒容積為Vc，制動管路的容積為∑Vg，各制動氣室壓力腔最大容積之和為∑Vs。

制動前儲氣筒與制動管路、制動氣室隔絕。制動氣室壓力腔的容積為零，管路中的絕對壓力與大氣壓力Po相等。若此時儲氣筒中的相對壓力為 Pc，則制動前由儲氣筒-制動管路-制動氣室系統中空氣的絕對壓力與容積的乘積之總和為：∑Pv=(Pc+Po)Vc+Po∑Vg。

制動后儲氣筒中的壓縮空氣經制動閥進入所有制動管路和各制動氣室，直至管路和氣室中的相對壓力達到制動閥所控制的最大壓力Pmax后，再度將儲氣筒與制動管路及制動氣室隔絕為止。此時制動氣室壓力腔容積達到最大值∑Vs,，同時儲氣筒中的相對壓力降至Po,。此時上述系統中的空氣絕對壓力與容積的乘積總和為:(∑Pv),=(Pc,+Po)VC+(∑Vg+Vs)(Pmax+Po)。

設系統中空氣的膨脹過程為等溫過程，則∑Pv=(∑Pv),，

即：(Pc+Po)Vc+Po∑Vg=(Pc,+Po)Vc+(∑Vg+Vs)(Pmax+Po)。

所以空壓機不工作時，進行一次完全制動后的儲氣筒壓力降為：

設計時一般取儲氣筒的總容積為Vc=（20-40）∑Vs。

設計時還應考慮在空壓機停止工作的情況下，儲氣筒中氣壓由最大壓力將至最小安全壓力前的連續制動次數為：

式中Pcmax，Pcmin為儲氣筒內空氣的最高絕對壓力和最低絕對壓力，一般要求n=8～12次。

2.3 制動器力矩計算

2.3.1 制動氣室輸出力

P——氣室工作氣壓，取 P=0.6MPa；S——氣室的有效面積；η——氣室效率，取η=0.9。

2.3.2 凸輪軸對制動蹄端推力之和

P1——凸輪軸對領蹄端的推力；P2——凸輪軸對從蹄端的推力；F——氣室輸出力；L——調整臂長；r——漸開線凸輪軸基圓半徑。

2.3.3 制動器的輸出力矩

BF——制動效能因數；P——兩蹄張開力，P=P1+P2；R——制動器半徑；η——制動器效率，取η=0.75。

3、結論

車輛的制動性能是車輛主動安全性能中最重要的性能之一。汽車的制動性能是由汽車的制動系統決定的，它主要是給安全行駛提供保證，其中其制動器性能的優劣將直接影響汽車整車性能的優劣，直接關系到駕乘人員的生命財產安全，重大交通事故往往與制動距離過長、緊急制動時發生側滑和失去轉向能力等情況有關，因此汽車的制動性能是汽車安全行駛的重要保障。本文針對重型貨車氣壓制動系統的結構設計有利于提高讀者對汽車制動系統的認識，有利于汽車氣壓制動系統的發展。

[1] 陳家瑞.汽車構造(第四版)[M].北京:人民交通出版社,2003:289-319.

[2] 劉惟信.汽車設計(第一版)[M]. 北京:清華大學出版社,2001:667-680.