新型動力制動裝置

【摘 要】一種新型動力制動裝置由（1）剎車盤驅動齒輪、（2）液壓油泵、（3）電液伺服閥、（4）低速液壓馬達、（5）帶同步器的變速離合器、（6）聯軸器、（7）彈性聯軸器、（8）溢流閥、（9）液壓油箱、（10）和（11）帶軸的導向傳動齒輪等組成。剎車盤驅動齒輪是本技術特設的傳動齒輪，在傳動過程中承受著作用力與反作用力，液壓油泵是一種能量轉換裝置，將輪轂剎車盤旋轉的機械能轉換為油液的壓力能。液壓馬達在電液伺服閥的控制下，在制動剎車時將油液的壓力能轉換為逆向驅使輪轂剎車盤旋轉的機械能。帶同步器的變速離合器是多低速檔反向傳動變速器，一端連接液壓馬達、另一端由聯軸器通過帶軸的導向傳動齒輪連接輪轂剎車盤驅動齒輪，車輛正常行駛時帶同步器的變速離合器處在空擋同步位置，液壓馬達輸出傳遞給剎車盤驅動齒輪的力為輔助車輛前進的牽引力；而在車輛剎車或停止時變換帶同步器的變速離合器處在所需要的低速檔位上，液壓馬達輸出傳遞給剎車盤驅動齒輪的力為阻止車輛前進的反作用力，可以按照所需進行減速運行或剎車停止。該裝置明智地利用了剎車盤驅動齒輪反饋的能量，有效地發揮作用力與反作用力的牽引與制動，消除了現有剎車摩擦高溫的弊端，大幅度提高了整車的運行性能極其使用壽命，該項裝置可應用于所有行業的動力制動，是取代現有制動剎車的首選。

【關鍵詞】剎車盤驅動齒輪；帶同步器的變速離合器；彈性聯軸器；帶軸的導向傳動齒輪

1引言

制動裝置其實就是所有動力的減速剎車裝置，無論是電機驅動，還是消耗燃油的內燃機都必須要有一套安全、穩定的剎車裝置。剎車系統的原理就是制造出巨大的摩擦力，具體在汽車上就是將車輛的動能轉化為摩擦熱能。現有的剎車裝置有鼓式剎車和盤式剎車兩種方式，都采用剎車片和輪轂、輪鼓或碟盤之間產生摩擦剎車。動力的能量（包括慣性能量）越大，車輛在行駛過程中由于頻繁使用制動，制動器的摩擦產生的熱量也越大，使制動器溫度急劇上升。這就要求剎車片材料的質量也越高，因此對剎車片材料的耐磨、耐熱性能要求特別嚴格，而且國內外在不斷地研究新材料、新工藝，以確保剎車安全、穩定可靠，特別是應用于在汽車上的剎車系統故障率高，在使用中維修、更換頻繁。該技術涉及機械、電氣工程中的能量轉換及其自動控制的一種新型的動力制動裝置。

2 制動裝置結構原理簡介

2.1制動裝置結構

如附圖所示，該新型動力制動裝置由（1）剎車盤驅動齒輪、（2）液壓油泵、（3）電液伺服閥、（4）低速液壓馬達、（5）帶同步器的變速離合器器、（6）聯軸器、（7）彈性聯軸器、（8）溢流閥、（9）液壓油箱、（10）和（11）帶軸的導向傳動齒輪等組成。剎車盤驅動齒輪是本發明特設的傳動齒輪，在傳動過程中承受著作用力與反作用力，在正常行駛狀況下都是作用力，在制動或者停止狀況下才有反作用力。液壓油泵是一種能量轉換裝置，由彈性聯軸器通過帶軸的導向傳動齒輪和剎車盤驅動齒輪鏈接，將輪轂剎車盤旋轉的機械能轉換為油液的壓力能，液壓馬達在電液伺服閥的控制下，在制動剎車時將油液的壓力能轉換為反向驅使輪轂剎車盤旋轉的機械能（正常情況下，因帶同步器的變速離合器處在同步空擋位置，是和輪轂剎車盤同步運行的，液壓馬達輸出的能量能增強車輛行走的牽引力，只有在制動剎車時操作帶同步器的離合變速器處在不同檔位低速并改變旋轉方向）。帶同步器的變速離合器，一端連接液壓馬達、另一端由聯軸器通過帶軸的導向傳動齒輪連接輪轂剎車盤驅動齒輪，正常時處在同步空擋位置，只有在制動剎車時轉換為多檔低速反向傳動，從而使車輛減速慢行及最佳的安全、平穩停車。

2.2 制動裝置控制過程

如附圖所示：車輛正常行駛時，車輛的全部動能（也包括慣性動能）作用于輪轂上，而輪轂的剎車盤驅動齒輪（1）通過（11）帶軸的導向傳動齒輪連接彈性聯軸器（7）驅動液壓油泵（2）工作，液壓油泵（2）產生的高壓液壓油通過電液伺服閥（3）使液壓馬達（4）工作，液壓馬達（4）是和帶同步器的變速離合器（5）連接、再將輸出力由聯軸器（6）通過帶軸的導向傳動齒輪（10）作用于輪轂剎車盤齒輪（1）上，帶同步器的變速離合器（5）的換擋變換操作桿是直接通向駕駛室的、便于操作制動換擋。正常行駛時帶同步器的變速離合器（5）處于同步空擋位置，液壓馬達（4）通過帶同步器的變速離合器（5）輸出給輪轂剎車盤齒輪（1）的是作用力，能起到增強車輛牽引力的作用；在制動時則通過檔位變換為反向多檔低速、將液壓馬達輸出的力變換為反向、低速、大扭矩的反作用力加在輪轂的剎車盤齒輪（1）上，迫使輪轂制動剎車，并且根據現場需求變換帶同步器的變速離合器（5）的檔位，改變加在剎車盤齒輪（1）的反作用力的大、小，使車輛減速慢行或者停止。因加在輪轂剎車盤齒輪（1）上的是一對作用力與反作用力，帶同步器的變速離合器（5）在空擋位置時是同步的作用力，在其它低速檔位上是反轉運行的反作用力。因作用力與反作用力的傳動是通過齒輪傳動，只要潤滑條件滿足要求，就能達到在車輛正常行駛時提高牽引力、增加動能、降低燃油消耗；在車輛制動時能安全、平穩減速或者停止，不存在剎車摩擦高溫過熱、制動失靈的弊病，能大幅度提高整車的運行性能極其使用壽命，特別是行駛的安全性得到了可靠保障。

該項裝置在其它輪轂剎車盤上原理如同所述，有關用于配合該項目自動控制的扭力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、管路、操作桿等在附圖中省去。本技術之目的在于改變現有剎車系統的能量轉換裝置，在剎車時將車輛的動能（包括慣性能量）轉換為另一種可逆的能量，將車輛前進的動能（包括慣性能量）通過逆向的傳動離合減速裝置作用在輪轂上，形成了一對平衡的作用力與反作用力。即：原驅使繼續向前的力為作用力，而后改變方向、迫使車輛剎車停止的逆向力為反作用力。因它們都來源于同一個動力源，大、小相等、方向相反，而且是減速變速傳動，無剎車片和輪轂、輪鼓或碟盤之間的制動熱摩擦、消除了摩擦熱能，改變逆向離合多檔減速機的傳動比率就能改變作用在車輪上的反作用力的大小，反作用力小于作用力時，車輛減速運行，反作用力等于作用力時，車輛制動停止，在緊急情況下可使反作用力大于作用力，使車輛快速停止。

3 結束語

如今國內外所有制動剎車裝置幾乎都是采用鼓式剎車和盤式剎車兩種方式，而且剎車片是關鍵的高溫耐磨材料，到目前為止也沒有能耐長時間高負荷、高熱量的耐磨材料，特是在長時間整個剎車制動過程中摩擦產生的熱量難以散熱，會造成剎車失靈，對人、對物都存在著很大的安全隱患。本技術的新型動力制動裝置提供了一種不受時間影響、能長期運行與制動的新方式、新方法，能完全避免上述缺陷，實現低速減速運行、安全、平穩制動剎車。特別是當今的液壓傳動、變速機械日新月異，為本技術新型動力制動裝置的發展，無論在性能、使用壽命上都得到了有利的保障，該項技術必將成為工業領域應用的首選裝置。

參考文獻：

[1]張旺獅，車輛制動裝置（第二版）中國鐵道出版社出版，2015.

作者簡介：

肖謀廷，講師，電氣工程師，研究方向為機電一體化自動控制系統。

（作者單位：湖南省機械工業研究院）