ABS在液压盘式刹车中应用的可行性

苏涵岳

前言

液压盘式刹车是一种刹车装置。它的结构主要是钳盘式结构，制动器件是刹钳。近些年来，液压盘式刹车在修井与钻井中的应用越来越广泛，不过在实际应用中，由于鉆井作业太过复杂，经常出现制动力过大或不足、操作手感差、响应不及时、控制不平稳等问题。ABS系统具有减缓车轮磨损、减小制动距离以及防抱防侧滑等优势。将ABS系统引入到液压盘式刹车中进行应用正好可以解决液压盘式刹车在修井作业中的问题，保证修井作业可以顺利完成。

一、ABS防抱死制动系统与液压盘式刹车

在液压盘式制动系统中应用ABS，这种系统的控制原理与汽车ABS防抱死制动系统的原理在大体上是一样的，可以进行有或无ABS常规制动。当然在没有ABS下也具有紧急制动的功能。

二、液压盘式刹车中ABS防抱死制动系统应用的可行性分析

（一）仿真对比

1、液压系统

结合盘式刹车系统原理，建立液压系统模型。可以使用AMESIm仿真软件来建立仿真模型。具体情况如图1。

2、制动系统

建立ADAMS仿真系统（如图2），可以对制动系统进行具体分析。以大地为参照物，在模型的中心位置建立一个旋转副。对模型增加一个合力距，方向是z向。对于刹车盘给其一个初始角度为59.30rad/s的制动。通过传感器，感知刹车盘辅助点的角速度在零以下，完成仿真。

（二）具体分析

从液压角度来进行分析。在初始启动时，压力调节阀出现了一瞬间的停顿，时长大约有0.010秒。压力调节阀的压力因ABS的关系，无论是在哪一个周期中都是先下降然后再上升。在头一个周期，压力调节阀的压力值就可以上升到进口压力值，但在以后周期中均不能再达到进口压力值。

ABS防抱死制动系统开启指令后，无论是其常闭阀还是常开阀的初始反应都存在停顿。这种情况的发生是因为阀体的填充会花费一点时间。在水平阶段，常闭阀与常开阀的波形是一模一样的，但是到了下降阶段，常开阀压降要慢于常闭阀压降。再一次开启ABS防抱死制动系统增压指令，常开阀的增压非常快，但常闭阀的增加相对较慢，需要很长的时间才能达到增压的最高值。开启ABS防抱死制动系统的减压指令后，则会出现与头一周期一样的情况。常闭阀与常开阀在头一个周期，其最小值均不会为零。这样的情况是因为在节流阀与管路部分存在一定的压力降。

通过调整ABS防抱死制动系统的占空比与控制频率，可以得到不一样的压力值。压力变化波形根据ABS防抱死制动系统的控制策的变化而发生改变。频率一样的情况下，系统压力调节的数值随着压力保持时间的变化而发生变化，时间约长，数值越小。占空比为1：7：1：1，具体频率为0.060秒，占空比为2：4：2：2，具有频率为0.040秒。

当系统的信号为10Hz时，没有ABS防抱死制动系统与有ABS防抱死制动系统的响应效果是一样的，均有一定的周期与确定的峰值。有ABS防抱死制动系统的响应是同步的，但没有ABS防抱死制动系统的响应是稍微滞后的。在频率为100.0Hz时，没有ABS防抱死制动系统的调节幅值为1.20MPa。液压缸的压力值存在周期变化。总之，有ABS防抱死制动系统，液压系统的响应不但具有同步性，其时间还非常短，且其高频压力可以进行调节。

从动力角度分析，具有ABS防抱死制动系统的系统制动合理距被分成了四个部分，且具有一定的周期性。第四部分的合力矩没有变化，是因为系统的速度小于某个值时，系统就不会再产生影响。

结合上文的图与分析，可以得出以下几点结论：第一，有ABS防抱死制动系统的刹车的振动较小，但却会浪费一些刹车时间与制动距离。通过对占空比进行调整，可以使刹车时间接近没有ABS系统时的时间值。第二，不管处于高频还是低频，有ABS的系统的压力响应都非常的好，且其压力幅值可以进行调整，这样就可以处理司钻的手感问题。第三，合适的占空比可以使具有ABS系统的角位移与刹车时间接近没有ABS系统的角位移与急刹车时间，从而得到理想的压力波形。通过对ABS防抱死制动系统的控制策略进行有效调整，进而使系统得到较好的刹车制动力矩与刹车时间，进而达到修井作业中的各种要求。总而言之，在液压盘式刹车中应用ABS防抱死制动系统是非常可行的。

结语

通过上文仿真模型的建立与模型分析可以得出，ABS防抱死制动系统完全可以在液压盘式刹车中进行应用。

（作者单位：京西重工（上海）有限公司）