液壓鉗盤式制動器液壓系統設計研究

陳拓

（珠海普田工程咨詢有限公司，廣東 珠海 519000）

隨著城市車流量不斷加大，交通事故逐漸提高。相關資料表明，在車輛自身問題導致的交通事故中，制動系統故障引起的事故數量占總數的近一半，而一些嚴重的交通事故通常是因為緊急制動時制動距離過長等因素造成的。這促使人們對機械設備中制動器的重要性有了更加深刻的認知。液壓鉗盤式制動器的液壓系統是制動器的動力中樞，所以，液壓鉗盤式制動器液壓系統的開發設計對于提高制動系統的性能和質量有重要意義。

1 液壓鉗盤式制動器液壓系統的結構

從執行結構方面來看，鉗體結構、油壓機構、導向機構以及集體機構是液壓鉗盤式制動器執行機構的主要組成部分，它一般用來進行制動和夾緊、加壓等一些工作，在該制動器的設計要求中，能夠進行行程調節工作，來實現各種設備對設計方面的要求。與此同時，根據制動器相應設計要求，該設備要能夠在制動空隙時間內實現無極自動補償以及恒定制動力矩等功能，其快速制動反應要在0.1秒之內，并能夠對各種工況具有失效保護功能。在需要采用液壓鉗盤式制動器進行工作時，要將該制動器放置到有制動需求的部件上，并合理調整手制動部件與摩擦片之間的距離。在沒有進行制動的情況下，對溢流閥壓力進行適當調整，以實現對制動壓力的合理控制，并以此執行相應的制動工作。操作人員將電磁閥開啟之后就能對半制動情況以及控制器進行有效控制。在控制過程中，通過上鉗體內部的油缸對摩擦片間的間距進行控制，以實現控制密保。若更換摩擦片并選用相應的調節溢流閥，就能對不同部件進行制動，以達到可行性要求。

2 液壓系統的工作原理

液壓鉗盤式制動器可以操縱作用力并將該作用力有效放大，其原理利用帕斯卡定律和杠桿原理來發揮作用，促使車輪出現制動力矩，摩擦組件產生的摩擦力將車輛行駛過程中產生的功能有效轉化成摩擦熱能。摩擦組件將這些熱能吸收并釋放出熱量，進而將車輛行駛速度降低直到實現停車。液壓鉗盤式制動器在制動過程中會沿著制動盤的軸向持續施加作用力，制動軸不會受到彎矩的作用，同時徑向尺寸相對很小，所以其制動性能非常穩定和可靠。

彈簧5能夠讓液壓鉗盤式制動器始終處于常開狀態中。在制動過程中，將力F1作用到手柄1上，促使手柄繞支點0旋轉一定角度，利用杠桿原理將作用力有效放大，進而產生力F2作用到油泵活塞2上，克服了彈簧5產生的伸張力F3，從而實現移動動作，將制動上泵19中的制動液推進到具有低膨脹系數且較高強度的制動油管18內。與此同時，制動鉗體6中油缸內增加的制動液會推動鉗體油缸活塞17運動，并輸出到底板13上以正壓力F4。在底板11與13上分別粘接或鑲嵌有摩擦片10和12，并能通過銷軸14實現滑動動作。車轂處固定著制動盤9，跟著車輪共同轉動。摩擦片12在力F4的作用下壓靠到制動盤9，同時發作用力促使底板11和13以及缸體6通過銷軸7和14實現滑動動作，同時推動摩擦片10對制動盤9施加作用力，一直到摩擦片10和12所受作用力與F4和F5一樣大。

通過上述流程，兩個摩擦片10與12將制動盤9緊緊夾在中間，制動盤受摩擦片作用產生摩擦力，作用在旋轉的車輪上之后，使車輪出現制動力矩，以此實現對車輛的制動。如果手柄1上的操縱力F1被撤去，制動過程就會結束，油泵活塞2以及手柄1在彈簧5的作用下實現復位。這個時候，油泵將一定量的制動液吸入到內部，被吸的油缸內部產生負壓導致密封圈16發生變形而復位，底板13施加的軸向推力F4在這時也被消除，車輪上的制動力矩隨之消去，液壓鉗盤式制動器撤銷對車輪旋轉的阻礙作用，車輛恢復正常行駛（具體流程見圖1）。

圖1 液壓鉗盤式制動器液壓系統的工作原理

3 液壓鉗盤式制動器液壓系統設計

3.1 制動

制動鉗分為浮動鉗式、分體鉗式、固定鉗式以及整體鉗式等。對于浮動鉗式與固定鉗式來說，固定鉗式能夠有效保證兩側制動襯墊的退距一致，也相對便于自動補償制動襯墊的磨損，但浮動鉗式的一側軸向尺寸相對較小。對于一些大型起重機械，不缺少制動鉗的安裝空間，所以可以采用固定鉗式。對于分提鉗式與整體鉗式，整體鉗式具有更為良好的剛性，但其軸向尺寸相對較大，結構組成也相對復雜，所以可使用半分體鉗式，利用螺栓將兩半連接起來。若額定制動轉矩過程中制動鉗口張開度不超過0.017度，表明制動鉗具有非常好的剛性。除此之外，制動鉗上設置有銷軸，制動襯墊上的摩擦力就靠銷軸來承受，以促進增壓缸工作環境的改善。

3.2 復位及自動補油

在撤銷Fb之后，控制彈簧在閥1上施加作用并將其接通。制動器液壓缸內部的活塞在復位彈簧1的作用下實現復位操作，此時油箱內部的油液進入制動液壓缸。這個時候，復位彈簧2作用在閥2上，使其接通，油液從增壓缸內部回流到制動液壓缸內，制動襯墊從制動盤上脫離開來，從而實現復位操作。直到再次恢復到設定參數后，復位彈簧2上的作用力通過調節螺釘8實現平衡，閥2進入半關閉狀態，制動襯墊停止復位操作，液壓回路內部余下的油液就通過制動液壓缸內閥1回流到油箱內。從這里就可以看出，閥1和閥2以及調節螺釘等彌補了制動襯墊磨損造成增壓缸內部活塞前移所產生的油量不足。閥1和2、復位彈簧1和2以及件8促使高壓油從制動液壓缸流向增壓缸，還符合增壓缸高于油箱安裝位置的要求，同時有效彌補了密封件變形補油的缺陷（具體工作流程見圖2）。

3.3 自動補償

圖2 常開式液壓鉗盤制動器結構原理

現階段，在磨損自動補償機構方面，存在有機械摩擦式、機械進給式以及密封式等補償機構。這些不同的型式都有其各自的特點，機械摩擦式自動補償裝置具有無機補償、結構緊湊以及性能穩定等多個優點，一般應用在常開式液壓鉗盤制動器中。從實用性方面來看，機械摩擦式自動補償裝置雖然具有緊湊的結構，但這個優點在對安裝空間要求不高的大型機械來講，就稱不上是優勢了。本系統所設計的摩擦式補償裝置有效彌補了上面所講的缺點。

3.4 設計流程及操作

首先，對液壓缸的基本參數進行科學設定。液壓鉗盤式制動器的工作狀態通常包括制動狀態、半制動狀態和待機狀態三個方面。設計人員在設定液壓缸基本參數后，應根據其性能方面要求，將系統結構尺寸、液壓缸工作夜里和輸出力等基本參數科學計算出來。

其次，合理設計系統回路，將系統工作原理圖有效確定出來。液壓鉗盤式制動器的液壓系統壓力一般采用中壓，當行程加快過程中會存在最大流量輸出，而系統僅需將液壓缸流量需求滿足即可，所以可以選擇斜盤式軸向柱塞泵。從液壓系統的運動方式和運動要求來看，要想加快運動速度就要合理使用差動連接運功回路，也就是在快進和快退過程中油泵進行供油作業，液壓缸實現差動連接。同時換接回路工作是通過電磁閥的速度來實現的，能夠用PLC對其進行直接控制，其相對簡單的管路有利于對行程大小進行有效調整。最后在擬定的基本回路的基礎上將系統工作原理圖有效確定出來。

4 結語

車輛控制系統可以說是車輛的核心，車輛的開關、行駛速度以及剎車動作等都是在該系統下發揮作用的。因為制動器是整個車輛運行的動力支持，所以制動器的選用是車輛運行效果非常重要的保證。不僅使用制動器會影響車輛正常運行，還可能在一定程度上對制動系統造成損壞，為車輛安全行駛埋下隱患，嚴重時還會導致交通事故的發生。所以，對于車輛制動方面，本文采用的液壓鉗盤式制動器，通過液壓系統對制動器的支持，來滿足車輛運行的需求。