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谈惯性式汽车液压制动增压器设计

2021/11/24 阅读:

摘要:为提升大型汽车制动性能,利用车辆运行惯性,设计了一种惯性增压式液压制动助力装置,包括单组、双组和四组增压器。增压助力装置由牵引惯性盘总成、液压制动总成构成。制动时,后轮牵引惯性盘旋转,制动卡钳夹紧惯性盘,摩擦旋转产生推力,牵引凸轮盘转动,挤压液压泵活塞,产生高压制动液,输入制动缸制动。利用惯性提高制动效能,可实现液压制动系统在大型商用汽车上的应用,大大提高了汽车的安全性与经济性。

关键词:惯性式;制动性;增压助力器;设计

前言

汽车的制动性是汽车的主要性能之一。汽车的制动性影响着驾驶员的行驶安全,是提高车速的安全保障,汽车如果缺乏可靠的制动性,动力性则无法充分发挥性能。车辆在制动时,影响汽车制动距离的因素有:制动器作用时间、附着力(或最大制动器制动力)和制动的起始车速。制动器作用时间与制动系统的结构形式有密切的关系。改进制动系统结构以减少制动器作用时间,是缩短制动距离的一项有效措施。大型汽车制动时,制动蹄与制动鼓摩擦,车轮与路面摩擦,将汽车的机械能转换成热能在空气中散发,消除汽车惯性能量,来实现制动目的。相比于气压制动系统,大中型客货汽车、挂车和半挂车采用惯性增压式液压制动系统,可以缩短制动距离,节约汽车燃料,延长轮胎使用寿命,提高运输效率。

1单组惯性制动增压器结构设计

单组惯性增压器如图1所示,由减速器、惯性盘、凸轮盘、三角板、制动钳和液压泵等组成。惯性盘是盘式制动器的制动盘,由于后轮代表惯性牵引制动盘旋转,故称制动盘为“惯性盘”。在传动轴与后桥连接的法兰盘,串联固定一个传动轴齿轮,后桥上固定一台蜗轮蜗杆减速器,蜗杆伸出壳体外的轴上,固定一个减速器齿轮与传动轴齿轮啮合旋转。蜗轮伸出壳体外的轴上,安装一个凸轮盘,其下半径固定一个制动钳,凸轮盘轴外侧轴上,固定一个惯性盘在制动钳口内旋转。减速器箱体上安装一个三角板和液压泵,三角板重点有一顶杆与液压泵活塞连接,三角板力点有一个滚轮压在凸轮盘上半径的凹槽内,来保证凸轮盘防止摆动。由于凸轮盘下半径固定一个制动钳,保持下垂状态,来保证凸轮盘不随便摆动。汽车在行驶中,传动轴齿轮牵引蜗杆齿轮旋转,蜗杆齿轮牵引减速器旋转,蜗杆轴齿轮同时也牵引蜗轮轴上惯性盘旋转。传动轴旋转8圈,惯性盘旋转1圈,减速比为8,最大不超过10。汽车制动时,汽车的惯性驱驶汽车继续向前或向后滚动,后轮滚动中牵引传动轴和惯性盘旋转。制动踏板力将制动总泵液压输入制动钳内,夹紧惯性盘在摩擦旋转中产生推力,拖带凸轮盘转动,凸轮盘上半径两侧弧坡相等,转动中推动三角板力点上的滚轮向上移动,使三角板重点上的顶杆,挤压液压泵活塞,产生高压制动液,输入各轮制动分泵制动,无论汽车前进或倒车都有制动力制动。汽车制动中,惯性增压器转换推力的大小,与惯性盘表面的粗糙度和制动钳施加于惯性盘的压力相关,粗糙度和压力越大,摩擦系数越大,产生的推力也越大。凸轮盘上半径两侧的弧坡和三角板,是放大推力的杠杆,放大后的推力挤压液压泵活塞,产生高压制动液输入制动分泵制动。根据车型、载量和制动要求,选用合适的鼓式液压制动器或盘式液压制动器。大型客货汽车通常采用气压鼓式制动器,为了达到液压制动要求,将鼓式制动器进行改造,采用用液压制动系统。制动鼓内拆除凸轮轴后,在凸轮位置安装一个液压制动分泵,支撑两个制动蹄将原130kg回位弹簧,改用约30kg回位弹簧,以拉动制动蹄回位和稳定制动蹄。回位弹簧拉力的减少,可增加制动蹄对制动鼓的压力,提高制动力。汽车制动中惯性能量的大小与质量和速度相关,车速越快质量越大,汽车的惯性也越大。汽车惯性的能量是制动器制动力的反作用力。惯性增压器在制动中,消耗后轮滚动中部分能量,对汽车产生一定的制动作用,并且使液压泵产生高压制动液,输入车轮制动分泵进行制动,又较大地消耗了汽车惯性的能量,惯性增压器和车轮制动器两次消耗汽车惯性的能量,可以产生较大的制动效能,所以惯性增压器既是增压器也是制动器,利用惯性提高制动分泵液压制动,无需外力辅助,也不浪费燃料,这种利用惯性克服惯性的制动方式,可以起到事半功倍的制动效果。惯性增压器使用8:1蜗轮蜗杆减速器,降低惯性盘转速,将惯性盘与制动钳的“动”摩擦,降为相对的“静”摩擦,提高摩擦系数,可以产生较大的推(拉)力,挤压液压泵6活塞,获得较大的液压输入制动分泵制动。

2双组惯性增压器结构设计

在蜗轮蜗杆减速器蜗轮单出轴上安装一套惯性增压器,即为单组惯性增压器,此种增压器适用于中小型汽车制动。在蜗轮双出轴两端各安装一组惯性增压器,即为双组惯性增压器,如图2所示,可以两次提高制动器液压,此种增压器适用于大中型汽车制动。汽车制动时,驾驶员踩下制动踏板,挤压制动总泵活塞提高制动液压力,输入第一组制动钳内,夹紧惯性盘摩擦旋转中产生推力,牵引凸轮盘转动,推动三角板杠杆力点上滚轮向上移动,迫使三角板重点上顶杆挤压液压泵活塞,产生更大的液压输入第二组制动钳内,再次夹紧惯性盘摩擦旋转,产生更大的推力,牵引凸轮盘转动,推动三角板挤压液压泵活塞,产生更强大的液压,输入汽车各轮制动分泵制动,第一液压泵产生的高压制动液,输入第二制动钳内,提高第二制动钳液压,夹紧第二惯性盘摩擦产生更大的推力,挤压第二液压泵活塞,产生更高的液压输入各轮制动分泵制动。大中型汽车使用双组惯性增压器,两个盘式制动器制动,进一步加大了制动力,使大中型汽车产生足够大的制动力进行制动。

3四组惯性制动增压器结构设计

双蜗轮减速器如图3所示,蜗轮蜗杆减速器箱内,有两个蜗轮排列在蜗杆齿轮上,用一根蜗杆齿轮牵引两个蜗轮旋转。蜗轮轴伸出箱外两侧的四个轴头上,各加装一组惯性增压器,组合成一台“四组惯性增压器”,用于重型超长汽车制动。汽车制动时,制动总泵向第一组惯性增压器制动钳内注入高压制动液,夹紧惯性盘摩擦产生推力,挤压液压泵活塞产生更高的液压,输入第二组制动钳内与惯性盘摩擦,提高第二组液压泵液压,再将高压制动液输入第三组和第四组制动钳内,再次提高三、四两组液压泵液压,采用并联方式,把两个液压泵输出的高压制动液并联,共同输入汽车各轮制动分泵制动。重型汽车和大型拖挂汽车制动车轮较多,制动时仅靠一个液压泵制动液输入多个制动分泵,不能满足制动分泵的制动要求,如果加大液压泵活塞直径,而液压又很难提高,必须将第三组和第四组两个液压泵输出的高压制动液,并联输入汽车各轮制动分泵,才能满足汽车制动力要求。

4制动效能分析

大中型汽车废除气压制动系统,使用惯性增压式液压制动系统,将汽车惯性部分能量转换成制动力,让惯性二次做功,变害为利。惯性增压器和制动器利用惯性克服惯性,共同消除汽车惯性,可以达到良好的制动效果。如图4所示,汽车惯性增压器将部分惯性能量b1转换成推力,提高增压泵液压,减少了汽车制动距离b2。汽车使用惯性增压器数目越多,转换推力中消耗汽车惯性能量b1也越多,减少制动距离b2也越大。

5结论

本文设计了惯性式汽车液压制动增压器,汽车后轮牵引惯性盘旋转,制动卡钳夹紧惯性盘,摩擦产生推力,牵引凸轮盘转动,挤压液压泵活塞,产生高压制动液,输入制动缸制动。单组惯性增压器采用一套惯性增压系统进行制动。双组惯性增压器采用两个盘式制动器制动。四组惯性制动增压器组合成一台四组惯性增压器,第三、四组两个液压泵输出的高压制动液,并联输入汽车各轮制动分泵,产生足够大的制动力,用于重型超长汽车制动。惯性增压式液压制动助力装置利用惯性提高了制动力效能,节约了汽车燃料,缩短了制动距离,减少了汽车交通事故发生率,可实现液压制动系统在大型汽车上的应用,大大提高了汽车的安全性和经济性。

作者:张通 翟震环 邢振宇 翟仁 刘沈佳 夏怡 徐礼超 刘永臣 张申 单位:淮阴工学院交通工程学院

谈惯性式汽车液压制动增压器设计

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