輕卡雙回路氣制動系統設計

宋心雷

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

輕卡雙回路氣制動系統設計

宋心雷

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

氣制動系統在輕卡上的運用非常廣泛。主要針對廣泛運用在輕卡1045-1083車型上典型的雙回路氣制動系統管路裝置進行研究。介紹了氣制動管路裝置的整體結構和工作原理，然后針對各零部件進行了詳細的結構說明和設計要點，最后以輕卡某款代號為B1150車型為例，對整車制動性能做出了計算分析。

雙回路氣制動系統

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定，以及使已停駛的汽車保持不動，這些作用統稱為汽車制動。

現有的輕卡制動系統按照制動能量的傳動傳輸方式分為液壓式和氣壓式兩種。液壓制動制動靈敏，快捷，但是制動力相對較小，一般用于轎車和小型客車。氣壓制動系統結構復雜，制動反應時間長，制動力大，多用于大型汽車上。現階段輕卡1045-1083車型廣泛采用氣壓制動。

輕卡上運用的氣制動系統大多采用三種結構形式，分別是雙回路氣壓制動系統，帶雙回路保護閥的氣制動系統和帶四回路保護閥的氣制動系統 。本文主要研究的是雙回路氣壓制動系統。

1 雙回路氣制動系統說明

1.1 雙回路氣制動系統的布置設計

輕卡典型的雙回路氣壓制動系統如圖1所示。

工作原理：發動機啟動后帶動空氣壓縮機①工作，這時空壓機①至卸荷閥②間的管路內氣壓迅速升高，當氣壓超過卸荷閥②的開啟壓力時，氣體就會通過卸荷閥②流進主儲氣筒③，再經過單向閥⑦流進雙腔并聯式副出氣筒⑧，隨著空壓機的工作，主、副儲氣筒內的氣壓開始升高，當儲氣筒內氣壓大于額定值(一般0.8MPa左右)時，卸荷閥②開始工作即經空氣壓縮機過來氣體直接通過卸荷閥排到大氣中，此時空壓機①至卸荷閥②間的壓力為0MPa，即空壓機無負荷工作，提高了發動機功率的利用率。當駕駛員需要制動踩下制動踏板⑩時，氣體通過雙腔串聯制動閥⑨和快放閥?分別流進前后制動氣室?，氣室?的膜片受壓后推動制動器的凸輪軸撐開制動蹄實施整車制動。當駕駛員抬起制動踏板解除制動時，氣室?內氣體會及時通過快放閥?排到大氣中，制動蹄在回位彈簧的作用下回位以解除制動。當駕駛員連續制動，儲氣筒內氣壓過低時，低壓報警器就會開始報警以提醒駕駛員此時儲氣筒內氣壓過低。當卸荷閥出現故障不能排氣時，儲氣筒內的氣壓會一直升高，但當該氣壓大于設定值，安全閥④就會打開急速排氣。當儲氣筒內水分過多時可以通過放水閥⑤排除。

圖1

1.2 主要零部件的結構形式及設計要求

1.2.1 制動踏板

目前輕型商用車中，輕卡的制動踏板種類比較多，但本體結構都相同，選用時首先考慮考慮是否需要雙觸點開關，然后考慮踏板的安裝尺寸及對應的助力器推桿長度等。

圖2 氣制動踏板

新開發的踏板一般會有標桿對照，有的話需嚴格對標。若要進行變更，結構方式要參考現有踏板的成熟結構，保證其可靠性。

1.2.2 各種閥類

1.2.2.1 制動閥

制動閥的作用是在雙回路制動系統的制動過程和釋放過程中實現靈敏的隨動控制。

工作原理：

當踩下制動踏板時，腳力通過杠桿傳到頂桿，于是，頂桿座施加制動力，推動活塞c下移，關閉排氣閥門d，打開進氣門j，從11口來的壓縮空氣到A腔，隨后從21口輸出到制動管路Ⅰ，同時氣流經孔D到達B腔，作用在活塞f上，使活塞f下行，關閉排氣閥門h，打開進氣門g，由12口的壓縮空氣到達C腔，從22口輸出到制動管路Ⅱ。

解除制動時，進氣閥門j和g關閉，排氣閥門d和h打開，21口、22口的氣壓分別經排氣門d和h從排氣口3排回大氣。

當第一回路失效時，閥門總成e推動活塞f向下移動，關閉排氣閥門h，打開進氣閥門g，使第二回路正常工作；當第二回路失效時，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。

圖3 制動閥內部結構

1.2.2.2 卸荷閥

目前輕卡所用卸荷閥閥體結構均相同，只是進出氣接頭有變化。

圖4 卸荷閥外形圖

圖5 卸荷閥內部結構

用途：能自動調節制動系統的工作壓力，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→1口→ B腔→e →21

2）卸荷過程：

空壓機→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）制動后充氣過程：當21口下降60－130（Kpa）→ 膜片C下移→K上移→排氣門i 關閉。

卸荷閥的作用是合理調節充入儲氣筒的空氣氣壓。

1.2.2.3 快放閥

圖6 快放閥外形圖

圖7 快放閥內部結構

快放閥可以迅速地將制動氣室中的氣壓排入大氣，以便迅速解除制動。

1.2.3 儲氣筒

輕卡所適用的儲氣筒有兩種型式，一是獨立一體，即筒身內部無隔板；二是合二為一，即表面看是一個儲氣筒，其實筒身內部有隔板，是兩個儲氣筒合成一體。

表1 儲氣筒的容量對整車制動的用氣量的影響

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

設計儲氣筒時應重點考慮儲氣筒的容積在系統匹配中是否滿足 GB12676的要求及儲氣筒自身的強度及接口密封性等。

2 設計計算

下面以輕卡某代號為B1150車型為例對制動性能的計算做說明。

2.1 制動器參數

前制動器規格Φ320×100（調整臂長110mm）；

后制動器規格Φ320×100（調整臂長125mm）。

2.2 制動器制動力矩計算

表2

由上表可見，前橋制動力矩為：11940.5Nm 后橋制動力矩為：11752.6Nm

2.3 制動力分配計算

實際制動力分配系數常用前制動器制動力與總制動器制動力之比來表示：

?

整車參數：

圖8

2.4 空、滿、超載情況下理想前后制動力分配

理想制動力分配計算原則是保證前、后輪制動器同時抱死，即：前、后輪制動器制動力

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

其中：G：整車總質量，

g：重力加速度，取9.8m/s2，

hg：質心高度，

ψ：地面附著系數，(理想狀態下，q=ψ)

L2：前軸荷/總質量×軸距

L1：后軸荷/總質量×軸距

L：軸距

?

圖9

同步附著系數：ψ0=(Lβ-L2)/hg

?

從曲線表中可以看出：

（1）汽車在空載的時候沒有附著系數，這就表示在空載制動時總是后輪先抱死；

（2）汽車在滿載時的同步附著系數為0.543，這就表示汽車此狀態在附著系數大于0.543的路面上制動時，實際制動力分配曲線(β線)位于理想制動力分配曲線(I線)之上，總是后輪先抱死，當路面附著系數小于 0.543時，β線位于 I曲線下方，制動時總是前輪先抱死，這是一種穩定工況，但喪失了轉向能力；只有在附著系數等于0.543的路面上制動，汽車的前后輪才能同時抱死，這是一種穩定工況，但也喪失了轉向能力；

（3）汽車在超載時的同步附著系數為0.628，分析同第二條。

2.5 空、滿載制動效率

圖10

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

2.6 滿載時的制動效能

國標規定在以v=60Km/h的初速度緊急制動時，平均減速度要求j≥5m/s2

由以上計算可得總制動力為：77327N

則滿載時候的制動加速度為：77325/5000>g，所以能滿足制動要求

見對照表，除了超載時，地面附著系數在0.9與1的時候地面對前輪制動力矩大于前制動器制動力矩，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。

此車型制動完全能滿足要求。

圖11

3 結論

雙回路氣制動系統結構簡單，反應迅速，制動效果好，而且成本也不高，因而廣泛運用在輕卡上。

通過理論計算，采用雙回路氣制動系統的車型制動完全能滿足要求。而且經過市場驗證，反饋其制動性能也非常良好。

在設計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，如質心位置以及前后軸荷分配等，必要時可以和總布置設計人員一起共同確定這些整車參數，以達到良好的制動效果。

[1] 陳家瑞.汽車構造[M]北京:機械工業出版社,2004.

[2] 余志生.汽車理論（第三版）.北京:機械工業出版社,2004.

[3] 盧秉恒.機械制造技術基礎.北京:機械工業出版社,2000.

[4] 張洪欣.汽車設計.北京:機械工業出版社,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 文獻標識碼：A 文章編號：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股份有限公司輕型車研究所，主要從事汽車產品研發技術管理工作。