某型履帶車輛液力制動器外部液壓操縱機構的設計

趙 耀（裝甲兵工程學院,北京 100072）

某型履帶車輛液力制動器外部液壓操縱機構的設計

趙 耀
（裝甲兵工程學院,北京 100072）

由于道路的狀況變化無常，為了保證車輛實現快速制動，液力制動器制動作用的啟效時間必須足夠短，因此我們需要設計一種液力制動器外部液壓操縱機構。

履帶車輛；液力制動器；操縱機構；設計

0 設計要求

查閱資料可知，一般液力制動器液壓控制系統的制動啟效時間在0.4 s以內，由于充液時間較短，假定動輪轉速恒定不變。而仿真模型的入口流量必須滿足在這段時間里充入足夠多的油液，而出口流量滿足將空腔內的空氣排凈，即Qi=V/t (i=1,2) vi=Qi/Ai(i=1,2)。式中： Qi——入、出口所需流量V——工作腔體積Ai——入、出口流道截面積vi——入、出口流動速度。下標i=1時表示入口參數，i=2時表示出口參數。通過計算得出液力制動器入口流量Q1和流速v1分別為492L/min和16.67m/s；出口排出空氣的流量Q2和流速v2分別為492L/min和33.34m/s。

動輪轉速在3150 r/min緊急充液時液力減速器充液率與時間的變化關系。可見隨著充液時間的增加，液力減速器工作腔中的油液比例逐漸遞增。而隨著充液時間的延長，出口同時也開始甩出油液，因此充液率增長的速度逐漸減慢。當快接近全充液狀態(q=1.0)時充液率隨時間變化曲線斜率最小。

1 設計圖繪制

根據設計要求，設計滿足要求的設計圖。電機泵給蓄能器充入液壓油，蓄能器在車輛制動時釋放液壓油，給制動器充油，完成制動，在液壓系統中裝有溢流閥、單向閥、常閉開關、壓力傳感器、處理器、報警開關和二位二通換向閥等液壓輔件。溢流閥作為安全閥，將系統最高油壓控制在一定范圍內；單向閥實現液壓油的單向流通；常閉開關用于在車輛停止時的檢查工作；壓力傳感器、處理器和報警開關用于控制電機泵的開啟與停止，并作為系統的安全裝置控制液壓油的最低油壓；二位二通換向閥用于控制進入制動器的流量大小，以便控制制動力矩的大小。

2 制動器基本參數

該型履帶車輛的液力制動器最高轉速為3150r/min。兩個液力制動器的四個工作容腔總容積V1=4*π2*0.37*0.0152=3.28*10-3m3，進油口與工作容腔之間的容積V2=0.16*10-3m3，葉片的總體積V3=2*（30+2*36+32）*0.002*（0.5*π*0.0152-0.0015*0.03）=0.16*10-3m3，那么，兩個液力制動器工作容腔總的工作容積V=V1+V2-V3=3.28*10-3+0.16*10-3-0.16*10-3=3.28*10-3m3，進油口總面積A1=2*π*(0.0062+0.00252+0.0062)=4.92*10-4m2，出油口總面積A2=2*π*0.0062=2.26*10-4m2。

根據制動器的solidworks三維模型可知，A、x、d、n、D都是已知數，將這些已知數帶入上面的公式中可得：三個進油口的進油壓力分別為0.10MPa、0.09MPa、0.09MPa；出油口的出油壓力為0.04 MPa。

由于制動器與外界相通，制動器內有大氣壓，那么，蓄能器給制動器充油壓力必須加上一個大氣壓，這樣液壓油才能順利從進油口充入工作容腔，故進口液壓油壓力為0.20MPa；因為出油口兩端都有大氣壓，故出油的出口壓力等于兩端的差值，還是為0.04 MPa。

3 液壓泵的選擇

液壓泵是動力元件，它的作用是把機械能轉變成液壓能，向系統提供一定的壓力和流量的油液，從而滿足系統對液壓油的需要。液壓泵的種類很多，主要分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。

齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內嚙合兩種，外嚙合齒輪泵應用較廣，內嚙合齒輪泵則多為輔助泵；葉片泵有單作用式（變量泵）和雙作用式（定量泵）兩大類，在機床、工程機械、船舶及冶金設備中得到廣泛應用。它具有輸出流量均勻、運轉平穩、噪聲小的優點。葉片泵對油液的清潔度要求較高；柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內往復運動時密封工作容積的變化來實現吸油和排油的。柱塞泵的特點是泄露小、容積效率高，可以在高壓下工作。按照柱塞的運動形式可分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。CBK0型齒輪泵為小排量高壓齒輪泵，具有體積小、質量輕、壓力高、結構簡單、工作可靠等特點。主要用于工程機械、礦山機械、起重運輸機及航空機械等液壓系統中。因系統中安有蓄能器，故要求泵的耐壓性較高，排量應適當小，型號為CBK0-0.8的外嚙合齒輪泵理論排量為0.82ml/r，額定壓力為20MPa，最高壓力為23MPa，額定轉速為3500r/min，最高轉速為4000r/min，符合要求，故選用型號為CBK0-0.8的外嚙合齒輪泵。

為保證液壓泵能有效工作，選用一個可靠的電動機是非常有必要的。電動機分為交流電動機和直流電動機兩類，根據實際情況，坦克上只能安裝直流電動機。

因齒輪泵的排量為0.82ml/r，額定壓力為20MPa，額定轉速為3500r/min，那么流量為0.82ml/r*3500r/min=2870ml/min，換算成基本單位為4.78*10-5m3/s,額定功率則為4.78*10-5m3/s*20MPa=965W。按照已知的參數，查閱相關資料，選用ΗN-1000型號的無刷直流電動機，額定轉速為3000r/min其功率為1kW，額定電壓為24V。雖然電機的額定轉速3000r/min低于泵的額定轉速3500r/min，對齒輪泵向系統泵油的速度有所影響，但是對其它方面沒有影響，而且系統對齒輪泵給蓄能器充油的流量要求不高。故可以選用ΗN-1000型號的無刷直流電動機帶動齒輪泵泵油。

4 總結

液壓泵不斷從油箱中吸油，并向系統泵油，給蓄能器充油。當蓄能器達到最大工作壓力20MPa時，系統上的傳感器感受壓力信號，并將壓力信號轉化成電信號傳給處理器，處理器發出指令信號讓電機停止工作，液壓泵不再向系統泵油；當管路油壓低于15 MPa時，傳感器將低壓電信號傳給處理器，處理器發出指令信號讓電機啟動，開始工作，電機帶動液壓泵開始向系統泵油，給蓄能器充油；當液壓系統出現故障，如傳感器失效，系統內壓力不斷升高，超過20MPa，或是系統壓力不斷下降，低于10MPa，傳感器給處理器傳出高壓或低壓信號，處理器控制報警開關發出警報，提示駕駛員停車檢查，同時，在系統出現高壓時，安裝在液壓泵旁邊的先導式溢流閥發揮作用，將系統油壓控制在21MPa，保證了系統的安全。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.020