重卡气压制动系统匹配设计

徐光辉

引言

汽车制动系统至少有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置：重型汽车或经常在山区行驶的汽车要增设应急制动装置及辅助制动装置；牵引车还应有自动制动装置。行车制动装置用于使行驶中的汽车强制减速或停车，并使汽车在下短坡时保持适当的稳定车速。其驱动机构常采用双回路或多回路结构，以保证其工作可靠。驻车制动装置用于使汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽车在坡路上起步。驻车制动装置应采用机械式驱动机构而不用液压或气压驱动，以免其产生故障。应急制动装置用于当行车制动装置意外发生故障而失效时，这时则可利用应急制动装置的机械力源如强力压缩弹簧实现汽车制动。应急制动装置不必是独立的制动系统，它可利用行车制动装置或驻车制动装置的某些制动器件。应急制动装置也不是每车必备，因为普通的手力驻车制动器也可以起应急制动的作用。

1、重卡气压制动系统组成

重卡气压制动系统由制动管路、储气筒、制动阀、制动器组成，制动管路为传能装置，储气筒为储能装置，制动阀为控制装置，制动器为执行装置。

对于6×4、6×2、8×4载货车需在4×2载货车的基础上增加前轴或后桥，同时增加相应的控制管路即可实现整车的制动系控制。同时重型牵引车的制动控制管路系统更为复杂，重型牵引车除了有自己独立、完整的制动系统外，它还有与挂车组合并使挂车实现制动的制动系统。图2为一款4×2牵引车主车双回路气压制动驱动系统的简图。

2、气压制动系统设计计算

2.1 整车系统压力计算

空气压缩机以压力达1.0MPa的压缩空气向储气筒充气，调压器测定的储气筒压力一般为0.85±0.02MPa，达1.0MPa的压缩空气向储气筒充气，而安全阀限定的储气筒最高压力则为0.9MPa左右。为了在空气压缩机停止工作的时间内仍能保证制动器气室以及整车上其他气动装置正常工作，在计算时可取工作气压为0.6MPa，储气筒也应有较大的容积储备。

2.2 储气筒容积计算

储气筒的容积大小应适当，过大将使充气时间过长；过小将使每次制动后筒中压力降落太大，因而当空气压缩机停止工作时可能进行的有效制动次数太少。

设储气筒容积为Vc，制动管路的容积为∑Vg，各制动气室压力腔最大容积之和为∑Vs。

制动前储气筒与制动管路、制动气室隔绝。制动气室压力腔的容积为零，管路中的绝对压力与大气压力Po相等。若此时储气筒中的相对压力为 Pc，则制动前由储气筒-制动管路-制动气室系统中空气的绝对压力与容积的乘积之总和为：∑Pv=(Pc+Po)Vc+Po∑Vg。

制动后储气筒中的压缩空气经制动阀进入所有制动管路和各制动气室，直至管路和气室中的相对压力达到制动阀所控制的最大压力Pmax后，再度将储气筒与制动管路及制动气室隔绝为止。此时制动气室压力腔容积达到最大值∑Vs,，同时储气筒中的相对压力降至Po,。此时上述系统中的空气绝对压力与容积的乘积总和为:(∑Pv),=(Pc,+Po)VC+(∑Vg+Vs)(Pmax+Po)。

设系统中空气的膨胀过程为等温过程，则∑Pv=(∑Pv),，

即：(Pc+Po)Vc+Po∑Vg=(Pc,+Po)Vc+(∑Vg+Vs)(Pmax+Po)。

所以空压机不工作时，进行一次完全制动后的储气筒压力降为：

设计时一般取储气筒的总容积为Vc=（20-40）∑Vs。

设计时还应考虑在空压机停止工作的情况下，储气筒中气压由最大压力将至最小安全压力前的连续制动次数为：

式中Pcmax，Pcmin为储气筒内空气的最高绝对压力和最低绝对压力，一般要求n=8～12次。

2.3 制动器力矩计算

2.3.1 制动气室输出力

P——气室工作气压，取 P=0.6MPa；S——气室的有效面积；η——气室效率，取η=0.9。

2.3.2 凸轮轴对制动蹄端推力之和

P1——凸轮轴对领蹄端的推力；P2——凸轮轴对从蹄端的推力；F——气室输出力；L——调整臂长；r——渐开线凸轮轴基圆半径。

2.3.3 制动器的输出力矩

BF——制动效能因数；P——两蹄张开力，P=P1+P2；R——制动器半径；η——制动器效率，取η=0.75。

3、结论

车辆的制动性能是车辆主动安全性能中最重要的性能之一。汽车的制动性能是由汽车的制动系统决定的，它主要是给安全行驶提供保证，其中其制动器性能的优劣将直接影响汽车整车性能的优劣，直接关系到驾乘人员的生命财产安全，重大交通事故往往与制动距离过长、紧急制动时发生侧滑和失去转向能力等情况有关，因此汽车的制动性能是汽车安全行驶的重要保障。本文针对重型货车气压制动系统的结构设计有利于提高读者对汽车制动系统的认识，有利于汽车气压制动系统的发展。

[1] 陈家瑞.汽车构造(第四版)[M].北京:人民交通出版社,2003:289-319.

[2] 刘惟信.汽车设计(第一版)[M]. 北京:清华大学出版社,2001:667-680.