全地形車制動技術研究

謝觀福　薛玉峰　吳江濤　田軍

摘要：全地形車的最大特點是可以在普通車輛難以機動的地形上行走自如。制動系統是用于裝備停止運行的裝置，制動技術是車輛安全的保證。文章分析了全地形車在各種制動方案下的制動距離和制動力矩。

關鍵詞：全地形車；制動距離；制動力距；制動系統；制動技術 文獻標識碼：A

中圖分類號：U469 文章編號：1009-2374（2015）33-0001-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.001

1 制動技術概述

制動系統是用于裝備停止運行的裝置，有時也用于調節或限制裝備的運動速度，是保證裝備正常工作的重要部件。裝備在通過障礙或較大的地面突起處之前，或駛進轉彎處以及遇到緊急情況需要減速或停車時，都需要進行制動。駕駛員僅在有把握地進行緊急制動時，才能沒有顧慮地提高裝備的行駛速度。制動性不但是裝備獲得高速的保證，更是裝備及人員安全性的保證，所以制動性是裝備極其重要的性能。

裝備制動性的好壞，通常以制動距離S的大小來評價。制動距離S是指由給定的行駛速度V開始制動裝備，到完全停車所走過的距離。制動距離愈小，則制動性愈好。制動性能優良的裝備，其最大的安全行駛速度越高，平均速度也越大。

制動過程的本質是裝備的動能（包括機器整體動能以及機器傳動部件旋轉慣性動能）通過摩擦（制動器和制動盤摩擦或履帶和地面摩擦）轉換成熱能的過程。

2 行車時制動距離分析

裝備在操作過程中主要采用的制動方式為：切斷動力，通過各種行駛阻力使裝備制動；操縱停車制動器使得裝備制動；利用發動機的阻力實現制動；采用發動機和制動器實現聯合制動。現根據不同制動方式分析其制動距離。

2.1 動力切斷時的制動距離

當發動機動力被切斷后，整車的全部動能被行駛阻力所消耗（此時行駛阻力主要為地面阻力），這個時候制動力視為和地面阻力相等。

RS= （1）

R=G（） （2）

S= （3）

式中：

R0——地面行駛阻力

S——制動距離

G——整機重量

V——制動前車輛速度

——離合器分離時的質量增加系數（近似

取1.2）

——地面變形阻力系數

“+”代表上坡

“-”代表下坡

2.2 利用停車制動器制動

利用停車制動器制動，這時制動器充分抱緊，整車在停止前沿地面發生滑動摩擦，這個時候制動力就等于地面提供的附著力。

在坡道上：

GS（）=（其中為附著系數）

（4）

S=（m） （5）

在平地上：

S=（m） （6）

注：式中“-”為下坡情況，這種情況下履帶與地面間的附著系數略有不同。

2.3 發動機制動

當車輛沿長坡向坡下行駛時，為了保證行駛安全，必須采用制動方法降低車速，如果制動時間過長，制動器摩擦件之間長時間磨滑，會產生高溫導致制動器燒毀，故制動器不宜長時間使用，下長坡時多采用發動機進行制動。具體操作時是通過減少或停止供給發動機燃油，這時發動機轉速就會相應下降，當使發動機的輸出轉速比此時行駛車輛相應的發動機轉速底時，發動機沒有輸出動力，此時傳動系統帶動發動機。車輛的動能有一部分在克服氣缸內空氣壓縮做功所消耗，還有一部分在發動機各運動零件的相互摩擦所消耗掉。在此情況下，發動機不再是動力輸出裝置，而是起一個制動器的作用。

在對發動機停止燃油供給時，用于克服發動機各阻力所產生的阻力稱為發動機的制動力，用Pfz表示：

Pfz=（kN） （7）

式中：

v——車輛行駛速度（千米/小時）

Nfz——在某一轉速時，外界載荷消耗了發動機的功率（kW）

為了計算制動力Pfz，最好是在實驗臺上測定發動機的制動功率Nfz與其轉速nf的關系。如無實驗數據，對于四沖程發動機在完全停止供油時的制動功率為：

Nfz=（kW） （8）

式中：

nf——與車輛速度相對應的發動機轉速（轉/分）

νh——發動機氣缸總工作容積（立方分米）

pm——發動機平均摩擦壓力（bar）發動機平均摩擦壓力是活塞速度的線性函數，由實驗確定

在所研究的情況下，計算總的制動力時，除去發動機制動力外還應加上道路的阻力。另外，由式（8）可知，發動機轉速一定時，所掛排檔越低，行駛速度v越小，制動力越大。所以，在下長坡利用發動機制動時，車輛應掛低檔，以提高制動效果。采用這種制動方法不僅可以避免制動器長時間使用而過熱甚至燒毀，而且主動輪與發動機保持聯系，必要時可以迅速提高裝備速度。同時由于發動機制動時，制動力在履帶之間平均分配，即使在附著系數很小且不穩定的道路上，裝備也不易偏斜。

3 行車時制動力矩分析

S= （9）

式中：

S——制動安全系數

Mz——制動器所能提供的制動力矩（N·m）

Me——整車制動需要的制動力矩（N·m）

= （10）

式中：

G——整機工作質量（kg）

——制動減速度（m/s）

——回轉質量換算系數（近似取1.2——《坦克教程》）

rk——車輪滾動半徑（m）

=（m/s） （11）

4 制動器提供的制動力矩確定

四輪制動器所產生的力矩應大于或等于整車制動所需的力矩，即：

M=4F*（N+N-1）***i*i≥ （12）

式中：

N——每一制動器內靜摩擦片數量

N——每一制動器內動摩擦片數量，通常N=N+1

——摩擦系數（動摩擦片和靜摩擦片之間）

i——主減速傳動比（驅動橋）

i——輪邊減速傳動比（驅動橋）

——摩擦片當量摩擦半徑

F——摩擦盤上的壓緊力

F=P*A-F

式中：

P——作用在摩擦襯塊上的壓力

F——制動器活塞回位彈簧作用力，一般取F=0.1F（N）

A——摩擦盤有效面積，A=（R、R為摩擦片的內徑、外徑，摩擦片制造方提供的產品的尺寸系列）

假設摩擦盤受力均勻，可按下式計算：

=

式中r為摩擦盤內外徑之比，r= （13）

5 制動液壓系統介紹

制動系統為整車的重要組成部分，對它的要求是工作可靠、制動平穩、制動靈敏、操縱舒適。本裝備應用了較為先進的全液壓制動系統，采用液壓動力作為制動動力，液壓油為傳遞制動力的介質，通過液壓閥等控制元件控制液壓油的方向，從而實現制動器的制動及放松。全地形制動系統的組成零部件主要由工作泵、電磁換向閥、溢流安全閥、充液控制閥、雙回路制動控制閥、停車制動器、行車制動器、蓄能器等組成。充液控制閥用于對蓄能器的內部壓力及充液量進行控制。蓄能器主要用于液壓能的儲存和制動時液壓能的釋放，通過儲能器來穩定制動系統壓力，即可保證在連續制動時所需的壓力油。雙回路制動控制閥主要用于對行車制動器內的壓力油進出進行控制，從而實現整機的制動。若出現一路制動回路失效，另一條制動回路還可以繼續工作。該制動系統有兩種工況：行車制動及停車制動（緊急制動）。

系統的主要特點：制動所需零件部件數量較少而且零件集成化程度較高，有利于在車輛上的布置；采用液壓油作為動力傳遞介質，性能可靠、工作靈敏；由于制動力和操縱力成正比，制動情況能傳遞到司機感覺上，有利于操作；用雙回路制動，在一路失效后另一路仍可實現可靠制動，具有較高的可靠性。

作者簡介：謝觀福，男，天津人，新興移山（天津）重工有限公司工程師，研究方向：工程裝備；薛玉峰，男，天津人，新興移山（天津）重工有限公司工程師，研究方向：工程裝備；吳江濤，男，天津人，新興移山（天津）重工有限公司工程師，研究方向：特種裝備；田軍，男，天津人，新興移山（天津）重工有限公司工程師，研究方向：液壓傳動技術。

（責任編輯：周 瓊）