K2 系列4.5 t 叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與應(yīng)用

代 彬

（安徽叉車(chē)集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽合肥 230022）

0 引言

K2 系列叉車(chē)是AH 叉車(chē)集團(tuán)新研發(fā)的高性能叉車(chē)型號(hào)之一，是該集團(tuán)“十四五”期間主導(dǎo)產(chǎn)品之一。叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)使叉車(chē)在作業(yè)和行駛中，按照工作需要減速或停車(chē)。叉車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)由行車(chē)制動(dòng)和停車(chē)制動(dòng)兩部分組成，叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式一般有液壓式、氣壓式和機(jī)械傳動(dòng)，本文研究對(duì)象為液壓傳動(dòng)式行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)。

1 叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)（圖1）

圖1 叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)

1.2 叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

在叉車(chē)實(shí)際作業(yè)中，當(dāng)外力向下作用（駕駛員腳踩）制動(dòng)踏板，使與制動(dòng)踏板相連接的制動(dòng)總泵的推桿向右移動(dòng)，制動(dòng)總泵中液壓油產(chǎn)生壓力，再經(jīng)制動(dòng)油管進(jìn)入制動(dòng)分泵。在液壓油的壓力作用下，分泵的活塞及推桿向外移動(dòng)，使制動(dòng)蹄與制動(dòng)轂接觸，利用摩擦力產(chǎn)生制動(dòng)作用。當(dāng)外力作用消除（駕駛員松開(kāi)踏板），制動(dòng)總泵活塞因回位彈簧的彈力而回位，使制動(dòng)系統(tǒng)中的油壓降低，制動(dòng)蹄的回位彈簧使制動(dòng)蹄脫離與制動(dòng)轂的接觸而回位，制動(dòng)分泵內(nèi)的油液流向總泵，即解除了制動(dòng)作用。

2 K2 系列4.5 t 叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的不足及成因

2.1 存在的不足

K2 系列4.5 t 叉車(chē)在進(jìn)行整車(chē)試驗(yàn)制動(dòng)系統(tǒng)性能測(cè)試中，出現(xiàn)左右制動(dòng)力不均，制動(dòng)器蹄片早期失效的現(xiàn)象；同時(shí)發(fā)現(xiàn)有部分制動(dòng)失靈或抱死現(xiàn)象。

利用整車(chē)性能測(cè)試平臺(tái)，在不同制動(dòng)力模擬工況下，對(duì)K2系列叉車(chē)的制動(dòng)性能進(jìn)行測(cè)試，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。依據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)制動(dòng)力矩的和值、差值進(jìn)行趨勢(shì)分析（圖2）。

圖2 制動(dòng)力矩趨勢(shì)

表1 K2 系列叉車(chē)制動(dòng)性能統(tǒng)計(jì)

由分析可知，制動(dòng)力矩和值最高達(dá)6102 N·m，遠(yuǎn)超出技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的≤4000 N·m，制動(dòng)力矩差值最高達(dá)789 N·m，同樣超過(guò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的≤300 N·m。

2.2 成因分析

（1）雙腔制動(dòng)泵。在實(shí)際工況中，雙腔制動(dòng)時(shí)制動(dòng)力矩左右不均衡，在檢測(cè)樣本中，最大力矩差為789 N·m，平均力矩差為544 N·m，左右制動(dòng)泵壓力差的存在，造成左右制動(dòng)泵的制動(dòng)效果產(chǎn)生跑偏現(xiàn)象。

（2）制動(dòng)發(fā)生時(shí)間差。制動(dòng)總泵非正中布置，同時(shí)制動(dòng)管路長(zhǎng)度偏差、制動(dòng)鋼管有三通連接等因素，造成制動(dòng)壓力實(shí)際發(fā)生（制動(dòng)蹄與制動(dòng)轂接觸）存在時(shí)間差。左右制動(dòng)發(fā)生的時(shí)間差，造成行車(chē)制動(dòng)感覺(jué)左右不同步，制動(dòng)可靠性降低，在整車(chē)試乘試駕中感受制動(dòng)時(shí)有短暫停頓或偏移現(xiàn)象。

（3）制動(dòng)器膜片易損。根據(jù)100 萬(wàn)次制動(dòng)疲勞試驗(yàn)，當(dāng)前采用的制動(dòng)器雙膜片與制動(dòng)蹄片的損壞率為74%，制動(dòng)機(jī)構(gòu)抗疲勞能力低下。

（4）部分發(fā)生制動(dòng)失靈或抱死現(xiàn)象。測(cè)量在叉車(chē)全速行駛時(shí)，制動(dòng)分泵壓力高達(dá)2.1 bar（0.21 MPa），大于分泵最小張開(kāi)壓力0.5±0.3 bar（0.05±0.03 MPa），分析發(fā)現(xiàn)是由于制動(dòng)管路形成背壓導(dǎo)致轉(zhuǎn)向回油反流向制動(dòng)分泵所致。制動(dòng)系統(tǒng)的管路部分需要優(yōu)化。

3 K2 系列4.5 t 叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

根據(jù)K2 系列4.5 t 叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)存在不足的原因分析，擬定改善優(yōu)化方案，在理論研究充分驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，選定10 臺(tái)該型號(hào)叉車(chē)進(jìn)行小批量試制：①制動(dòng)泵雙腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化為單腔結(jié)構(gòu)；②制動(dòng)器雙膜片結(jié)構(gòu)改善為單膜片結(jié)構(gòu)；③優(yōu)化設(shè)計(jì)管路系統(tǒng)，重新匹配制動(dòng)閥、過(guò)濾器、分流三通等中間部件。

4 K2 系列4.5 t 叉車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果

4.1 性能效果

（1）消除制動(dòng)壓力差和時(shí)間差。制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)泵雙腔結(jié)構(gòu)優(yōu)化為單腔結(jié)構(gòu)，由于單腔工作，直接消除了雙腔作業(yè)的壓力差，使得制動(dòng)分泵所產(chǎn)生的壓力相等。同步消除了壓力傳遞的時(shí)間差，在整車(chē)試驗(yàn)平臺(tái)的理論值測(cè)試中達(dá)到相等。在線(xiàn)下整車(chē)試乘試駕中，制動(dòng)停頓、跑偏現(xiàn)象消失。

（2）提高主動(dòng)機(jī)構(gòu)抗疲勞強(qiáng)度。制動(dòng)器雙膜片結(jié)構(gòu)改善為單膜片結(jié)構(gòu)，同時(shí)因制動(dòng)力矩及制動(dòng)壓力的變化更加平穩(wěn)，有效降低制動(dòng)膜片損壞率、提高制動(dòng)蹄片使用壽命，提升了制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。在100 萬(wàn)次制動(dòng)疲勞試驗(yàn)中，制動(dòng)膜片與制動(dòng)蹄片的損害率均為零。

（3）消除制動(dòng)失靈和抱死現(xiàn)象。通過(guò)管路的優(yōu)化，消除了管路背壓現(xiàn)象，消除了制動(dòng)失靈或抱死現(xiàn)象。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)閥等部件進(jìn)口件的國(guó)產(chǎn)化，提升了整車(chē)性能。

4.2 經(jīng)濟(jì)效果

因?yàn)橹苿?dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，隸屬制動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)零部件的采購(gòu)成本單臺(tái)下降約148 元，按照該型號(hào)叉車(chē)年產(chǎn)銷(xiāo)3000 臺(tái)計(jì)算，年節(jié)約成本超過(guò)55 萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

叉車(chē)在滿(mǎn)足基本工作性能要求的前提下，制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)聯(lián)到叉車(chē)和駕駛?cè)藛T的安全，其重要性不言而喻。在研發(fā)制造滿(mǎn)足客戶(hù)各種個(gè)性化需求、適配市場(chǎng)不同工況的叉車(chē)產(chǎn)品時(shí)，制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性都是需要優(yōu)先考慮的課題，并隨著整車(chē)性能的優(yōu)化而同步提升。