13制動系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范

1、制動系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范-謝浩制動系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范1.范圍：本規(guī)范介紹了制動器的設(shè)計計算、各種制動閥類的功能和匹配、以及制動管路的布置。本規(guī)范適用于天龍系列車型制動系統(tǒng)的設(shè)計。2.引用標(biāo)準(zhǔn)： 本規(guī)范主要是在滿足下列標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定（或強制）范圍之內(nèi)對制動系統(tǒng)的零、部件進行設(shè)計和整車布置。 GB 12676-1999 汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法 GB/T 13594 機動車和掛車防抱制動性能和試驗方法 GB 7258-1997 機動車運行安全技術(shù)條件3.概述：在設(shè)計制動系統(tǒng)時，應(yīng)首先考慮滿足零部件的系列化、通用化和零件設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化。先從產(chǎn)品開發(fā)項目設(shè)計定義書上獵取新車型在設(shè)計制動系統(tǒng)所必須的下列信息。再設(shè)計

2、制動器、匹配各種制動閥，以滿足整車制動力和制動法規(guī)的要求。確定了制動器的規(guī)格和各種制動閥之后，再完成制動器在前、后橋上的安裝，各種制動閥在整車上的布置，以及制動管路的連接走向。3.1車輛類型：載貨汽車、工程車、牽引車3.2驅(qū)動形式：4×2、6×4、8×43.3 主要技術(shù)及性能參數(shù)：長×寬×高、軸距、空/滿載整車重心高坐標(biāo)、輪距、整備質(zhì)量、額定載質(zhì)量、總質(zhì)量、前/后橋承載噸位、（前/后）橋空載軸荷、（前/后）橋滿載軸荷、最高車速、最大爬坡度等。3.4 制動系統(tǒng)的配置：雙回路氣/液壓制動、彈簧制動、鼓/盤式制動器、防抱制動系統(tǒng)、手動/自動調(diào)整臂、無

3、石棉摩擦襯片、感載閥調(diào)節(jié)后橋制動力、緩速器、排氣制動。4.制動器：本規(guī)范僅對鼓式制動器的各主要元件和設(shè)計計算加以闡述，盤式制動器的選型和計算將暫不列入本規(guī)范的討論范圍之內(nèi)。4.1鼓式制動器主要元件：4.1.1制動鼓： 由于鑄鐵耐磨，易于加工，且單位體積的熱容量大，所以，重型貨車制動鼓的材料多用灰鑄鐵。不少輕型貨車和轎車的制動鼓為組合式，其圓柱部分用鑄鐵，腹板則用鋼壓制件。 制動鼓在工作載荷下將變形，使蹄、鼓間單位壓力不均，帶來少許踏板行程損失。制動鼓變形后的不圓柱度過大，容易引起制動時的自鎖或踏板振動。所以，在制動鼓上增加肋條，以提高剛度和散熱性能。中型以上貨車，一般鑄造的制動鼓壁厚為1318

4、。4.1.2制動蹄和摩擦片： 重型貨車的制動蹄多用鑄鐵或鑄鋼鑄成，制動蹄的斷面形狀和尺寸應(yīng)保證其剛度。 重型貨車用無石棉摩擦片（GB12676-1999第4.1.3制動襯片應(yīng)不含有石棉。）的前片厚度為15左右，后片厚度為18左右。摩擦片材料的性能應(yīng)具有：高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，熱衰退較緩和；耐磨性好；吸水率和吸油率低；較高的耐擠壓強度和沖擊強度；制動時沒有噪聲和有毒氣體發(fā)出。 制動蹄和摩擦片可以鉚接，也可以粘接。粘接的優(yōu)點在于襯片更換之前的使用厚度較大，但工藝復(fù)雜且不易更換襯片。鉚接襯片的工藝簡單、噪聲較小且易于更換。東風(fēng)汽車公司的制動襯片多采用鉚接方式。4.1.3制動底板： 制動底板將承受全部制

5、動反力矩，故應(yīng)有足夠的剛度。剛度不足，將導(dǎo)致制動力矩減小，踏板行程加大，制動襯片磨損不均。重型車多用鑄造底板代替壓制的制動底板。4.1.4制動器間隙自動調(diào)整裝置： 制動鼓在不制動時應(yīng)能自由運轉(zhuǎn)，故制動鼓和制動襯片之間必須有一定的間隙。鼓式制動器的設(shè)定間隙一般為0.20.5。 采用自動調(diào)整裝置（GB12676-1999第4.2.11.1行車制動器的磨損應(yīng)能自動調(diào)整。但是，對于和類非公路車輛的制動器以及和類車輛的后制動器，可不強行要求安裝自動調(diào)整裝置。）時，制動器的間隙不需要人工精細調(diào)整，只需要進行多次全制動即可自動調(diào)整到設(shè)定間隙，并且在行車過程中能隨時補償過量間隙。 自動調(diào)整裝置有間隙感應(yīng)式和行

6、程感應(yīng)式兩種，國內(nèi)常用的是間隙感應(yīng)式。它感應(yīng)制動器的間隙超過設(shè)定間隙值時，便自動加以調(diào)整到設(shè)定的間隙。4.1.5制動氣室： 前橋制動器一般用膜片式的普通制動氣室，中、后橋制動器一般用彈簧式制動氣室，它的膜片氣室部分用作行車制動，彈簧氣室部分用作駐車制動或緊急制動。膜片氣室部分和彈簧氣室部分的操縱氣路完全獨立，分別由腳制動和手制動控制。 膜片氣室的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單，對氣室壁的加工精度要求不高，但所容許的行程較小，膜片的使用壽命也較短。不過，膜片的價格較低，且易于更換。在工程車上很受歡迎。而活塞氣室的使用壽命較高，但對氣室壁的加工精度要求較高，且不易適應(yīng)惡劣的路況。 對非平衡式漸開線凸輪張開裝置的

7、制動器，有： 式中 、凸輪對兩蹄的張開力 張開力對凸輪中心的力臂h調(diào)整臂的臂長Q制動氣室推桿的推力設(shè)制動氣室工作壓力為p，則氣室的作用面積為： 對活塞式制動氣室： ， D為活塞直徑對膜片式制動氣室： 其中 D為氣室殼體在夾持膜片處的內(nèi)徑，d為膜片夾盤直徑。氣室的推桿行程為： 式中 制動器間隙 安全系數(shù)， 取2.22.4。制動氣室的工作容積為： 活塞式制動氣室： 膜片式制動氣室： 4.2制動器的設(shè)計計算：4.2.1制動器效能因數(shù)： 效能因數(shù)是鼓式制動器的一個非常重要的參數(shù)，它是制動器的輸出力矩與輸入力矩的比值。設(shè)計制動器時，就是要在有限的制動器的空間里力爭盡可能高的效能因數(shù)。 對于非平衡式凸輪張

8、開裝置的領(lǐng)、從蹄式制動器：領(lǐng)蹄： 其中： , , , 從蹄： 其中： , , , 制動器效能因數(shù)： 式中：領(lǐng)、從蹄摩擦片包角 領(lǐng)從蹄摩擦片起始角 最大壓力線與摩擦片平分線的夾角 摩擦角 等效法向合力與摩擦片平分線的夾角 h張開力對支點的力臂 f支點與制動鼓中心的距離 壓力中心圓的直徑 R制動鼓半徑 從上面的公式中可以看出:影響制動器效能因數(shù)的主要參數(shù)有摩擦片起始角、摩擦片包角、制動蹄支承點與制動器中心的距離f、制動鼓半徑R、張開力作用線到制動蹄支承點的力臂h及摩擦片的摩擦系數(shù)。 摩擦片的片寬較大，對制動器吸熱越好，也可減少磨損。當(dāng)輸入力一定時，制動鼓的半徑越大，則制動力矩就越大，且散熱能力也越

9、強。但制動鼓的半徑和摩擦片的片寬都受到輪輞內(nèi)徑的限制。制動鼓與輪輞之間應(yīng)保持一定的間隙，以改善制動器的散熱條件。一般情況下，制動鼓與輪輞直徑之比為D/Dr=0.700.83。制動鼓的半徑R和摩擦片的片寬b是在輪輞內(nèi)徑的限制下確定的。 當(dāng)摩擦片包角90º100º時，磨損最小，制動鼓溫度最低，且制動效能最高。再減小雖有利于散熱，但單位壓力過高將加速磨損。而增大包角對減小單位壓力的作用并不大，且將使制動作用不平順，容易使制動器發(fā)生自鎖。所以，包角一般不大于120º。 常將摩擦片布置在制動蹄的中央，故摩擦片起始角的大小為。 張開力作用線到制動蹄支承點的力臂h應(yīng)盡可能大，以

10、提高制動效能，h=1.6R左右。 在保證兩蹄支承端毛面不干涉的條件下，兩支承端之間的距離盡可能小，所以，制動蹄支承點與制動器中心的距離f=0.8R左右。 溫度不同，摩擦片的摩擦系數(shù)也不同。當(dāng)溫度在250ºC以下時，摩擦系數(shù)可保持在=0.350.4。在計算制動器的制動力矩時，取=0.3可使計算結(jié)果更接近實際情況。4.2.2制動力矩的計算： 用效能因數(shù)法求制動蹄的制動力矩。設(shè)制動蹄的制動力矩和輸入張開力分別為和P，則 。4.3制動性能驗算： 制動器的基本參數(shù)確定之后，制動器制動力矩的大小就已經(jīng)確定了。但該制動器能否滿足整車性能的要求，需按照GB12676-1999和GB7258-1997

11、的要求作進一步的驗算。4.3.1同步附著系數(shù)計算： 式中：前橋制動器制動力(N) 后橋制動器制動力(N) 制動力分配系數(shù) 滿載同步附著系數(shù) L 軸距(m) 汽車重心至后軸的縱向距離(m) 汽車重心高度(m)4.3.2滿載時制動性能：當(dāng)時 當(dāng)時 式中：汽車重心至前軸的縱向距離(m) 附著系數(shù) g重力加速度(m/s2)4.3.3剩余制動性能： 前失效時： 后失效時： 4.3.4應(yīng)急制動性能：4.3.5駐車制動性能： 按GB12676-1999規(guī)定：駐車制動系必須使?jié)M載車輛停在18%坡道上(上坡或下坡)；允許掛接掛車的車輛，牽引車的駐車制動系必須能使列車停在12%坡道上。 4.3.6比能量耗散率：

12、前橋制動器： 后橋制動器： 式中：制動初速度 A單個制動器的摩擦片面積 t制動時間4.3.7比摩擦力： 式中：單個制動器的制動力矩5.制動閥： 氣制動管路系統(tǒng)中常用的制動閥類及總成有：空氣壓縮機、組合式空氣干燥器(含卸載閥)、四回路保護閥、貯氣筒、放水閥、取氣閥、串聯(lián)式雙腔制動閥、快放閥、感載閥、彈簧制動氣室、手控閥、差動式繼動閥、掛車控制閥、分離開關(guān)及連接頭、排氣制動閥、緩速器、ABS電磁閥、單向閥、繼動閥等。5.1空氣壓縮機： 空壓機用來向汽車氣制動系統(tǒng)或其它輔助用氣裝置提供必要的能源，即一定的氣壓和空氣量?？諌簷C經(jīng)皮帶輪由發(fā)動機驅(qū)動?？諝饨?jīng)濾清器到達空壓機吸氣口，由進氣門進入氣缸。氣體被

13、活塞壓縮后，經(jīng)排氣門到達空壓機供氣口，再經(jīng)干燥器、四保閥等進入貯氣筒。5.2組合式空氣干燥器: 由于經(jīng)空壓機壓縮后的氣體溫度很高(一般在220左右)，因此空氣中包含的水分和油污將隨同空氣一起進入了管路中。含有水蒸氣的壓縮空氣，經(jīng)過管道凝聚成水。這些水分會引起金屬零件銹蝕，橡膠密封件龜裂、潤滑油脂分解失效，管路堵塞等故障，嚴(yán)重影響行車安全性。特別在寒冷地區(qū)的冬季，滯留在管路中的水分容易凍結(jié)成冰，破壞閥的正常工作，甚至使制動操縱失效。組合式空氣干燥器利用分子篩作為干燥劑，采用與卸載閥一體的整體式結(jié)構(gòu)，利用卸載閥排氣的動作，使再生貯氣筒中的壓縮空氣反向通過干燥筒，將干燥劑表面吸收的水分和油污排入大氣

14、，實現(xiàn)分子篩的再生活化，更長期有效地清潔壓縮空氣中的水分及其它雜質(zhì)。 空氣干燥器的干燥劑需要經(jīng)常拆洗或更換，所以，空氣干燥器的安裝位置應(yīng)在維修時容易接近的地方。5.3四回路保護閥： 四回路保護閥是當(dāng)整車雙回路其中一條回路失效時,不僅能保護其它未失效回路制動性能不受損壞，而且還能保證空壓機向未失效的回路中繼續(xù)充氣，使整車達到GB12676-1999中規(guī)定的失效后的剩余制動性能的要求。四回路保護閥裝配在組合式空氣干燥器的后面，從此把氣體分成各自獨立的幾路(三或四路)引入貯氣筒中。5.4貯氣筒： 貯氣筒作為制動系統(tǒng)的儲能裝置，其配置應(yīng)相對獨立。前橋和后橋作為雙回路的行車制動系統(tǒng)，需配置獨立的前、后橋

15、貯氣筒；駐車制動系統(tǒng)、排氣制動和離合器、變速箱等輔助用氣需配置一個輔助貯氣筒；有空氣懸掛的汽車，還需配置一個空氣懸掛貯氣筒。貯氣筒容積的大小應(yīng)適當(dāng)，容積太小將導(dǎo)致每次制動后貯氣筒中壓力降低過大，減小了有效的制動次數(shù)。同時，空壓機需頻繁地給貯氣筒充氣，降低了空壓機的使用壽命。容積太大，將導(dǎo)致整車布置困難，同時也延長了起步時間。貯氣筒的配置和容積的大小應(yīng)以GB12676-1999的相關(guān)規(guī)定來確定。5.5放水閥： 放水閥是把積存在貯氣筒中的水分用手動的方式排入大氣中。放水閥應(yīng)裝配在每個貯氣筒的最低位置。且應(yīng)保證放水閥的操縱在駕駛員容易接近的地方。5.6取氣閥： 取氣閥直接連接在輔助貯氣筒的外面，是給

16、輪胎充氣提供方便的一種裝置。它也可用來測試貯氣筒中的氣壓。5.7串聯(lián)式雙腔制動閥： 制動閥用來操縱汽車及其掛車的行車制動器，其制動效能的大小隨操縱力的大小按比例地變化。且不管汽車的速度、載荷情況如何，均能保證安全、迅速和有效地把汽車制動住。東風(fēng)汽車公司最常用的制動閥有兩種結(jié)構(gòu)：串聯(lián)式雙腔制動閥和并聯(lián)式雙腔制動閥。串聯(lián)式常用于平頭車，布置于駕駛室內(nèi)；并聯(lián)式則常用于長頭車，布置于車架大梁上，通過連桿機構(gòu)由駕駛員直接操縱。5.8快放閥:快放閥能夠迅速地將制動氣室中的氣壓排入大氣，以便迅速解除制動?？旆砰y常用來控制單前橋車輛的前橋制動器。通常布置于車架第一橫梁上。5.9感載閥：重型載貨汽車，空、滿載時

17、整車質(zhì)量分布變化較大，空載時后軸承載的載荷較小，而滿載時后軸承載的載荷又較大。但傳統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)滿載時的軸荷分配來確定前、后軸的制動器的制動力，而前、后制動器的輸入壓力是基本相同的，因而空載時后軸制動力明顯偏大，使得空載制動時往往在很小的輸入壓力下后軸車輪就會抱死，而此時前軸的制動能力還未充分發(fā)揮出來，而且還會導(dǎo)致制動跑偏甚至甩尾，是一種非常危險的工況。感載閥能使后軸制動力隨其軸荷的變化自動地調(diào)節(jié)，使前、后軸車輪盡量接近同時趨于抱死狀態(tài)，以期獲得較理想的利用附著系數(shù)。感載閥集繼動閥和自動感載閥的功能于一體，對制動氣室進行快速的充、放氣，它布置方便，功能可靠，在氣壓制動中使用較多。雙后橋的汽車，

18、需用一套特殊的連接機構(gòu)，把兩后橋連接在一起，由感載閥控制。5.10彈簧制動氣室：彈簧制動氣室由兩部分組成，膜片氣室部分用于行車制動，由腳制動閥操縱，屬于充氣制動；彈簧氣室部分用于駐車制動或緊急制動，由手制動閥操縱，屬于放氣制動。彈簧制動氣室膜片腔的規(guī)格應(yīng)由GB12676-1999中的相關(guān)要求確定。彈簧制動氣室彈簧腔的規(guī)格應(yīng)由駐車坡度和緊急制動的要求確定。5.11手控閥：手控閥是一個手操縱的制動閥，它用作駐車制動和緊急制動的操縱。制動的動作可以通過排氣的方式達到。手控閥應(yīng)布置在儀表板上或駕駛員座椅的左邊及右邊等駕駛員容易操縱的地方。5.12差動閥：差動閥用在裝有彈簧式制動氣室的汽車上，以防止行車

19、制動(膜片制動氣室)和駐車制動或緊急制動(彈簧制動氣室)同時操縱，在制動器上產(chǎn)生重疊的制動作用力，保護制動器不致超負(fù)荷。同時使彈簧制動氣室快速地充、放氣。駕駛員只要踩下腳制動閥，使行車制動起作用時，彈簧制動氣室即被解除。5.13掛車控制閥:掛車控制閥裝在牽引車上，用以操縱半掛車的制動。掛車控制口的信號來自于串聯(lián)式雙腔制動閥的上腔（后橋）和下腔（前橋）以及手控閥。它們中任一控制信號都可以完成對掛車的操縱。掛車閥三個控制口的符號（+-）是表示： “+”是輸出氣壓隨輸入氣壓的增加而增加，用于掛車行車制動操縱；“”是輸出氣壓隨輸入氣壓的減少而增加，用于駐車制動或緊急制動操縱。帶有越前性裝置的掛車操縱閥

20、，越前量為0100KPa之間。由于主車分離開關(guān)與掛車緊急繼動閥之間的管路長達15m以上，且有相當(dāng)大的節(jié)流損失。要達到制動時主車與掛車氣室推桿同時開始運動，那么主車的感載閥與掛車的緊急繼動閥的控制口氣壓應(yīng)相同。因此，在主車上安裝這種使制動時主、掛車控制閥控制口氣壓接近的閥的功能叫越前。越前并非是讓掛車先于主車制動，而是掛車控制閥控制口的氣壓稍高于主車控制閥控制口的氣壓，從而達到主、掛車同時制動。5.14排氣制動閥和緩速器： 排氣制動和緩速器主要是在下長坡時作為輔助制動，可減少制動器的負(fù)荷，緩解制動器的熱衰退，延長摩擦片的使用壽命，降低駕駛員的勞動強度，增加制動器的使用壽命。 排氣制動閥裝在發(fā)動機

21、的排氣管上，關(guān)閉發(fā)動機排氣口，使車輛減速或停止。緩速器可裝在變速箱后面、傳動軸或后橋上。5.15繼動閥： 繼動閥的功能是用來縮短操縱氣路中的制動反應(yīng)時間和解除制動時間，同時起加速閥和快放閥的作用。繼動閥主要裝在雙前橋或未裝感載閥的后橋上。5.16 ABS電磁閥： ABS電磁閥只能用于裝有防抱制動系統(tǒng)的汽車上，它的作用是在制動過程中，根據(jù)來自ECU的控制信號，增加、減小或保持制動氣室的壓力。從而使車輛在不抱死的狀態(tài)下制動。6.制動管路： 在制動管路中，有鋼管和尼龍管兩種制動管路。由于從空壓機出來的壓縮空氣的溫度高達220，所以，從空壓機到四保閥的制動管路一般用15或19的鋼管。其余的 (若后橋制動管路離發(fā)動機排氣管較近，也需用鋼管) 制動管路都使用尼龍11材料的尼龍管。6.1尼龍管：尼龍管重量輕，比重為1.04，約為鋼管的1