全地形车制动技术研究

谢观福　薛玉峰　吴江涛　田军

摘要：全地形车的最大特点是可以在普通车辆难以机动的地形上行走自如。制动系统是用于装备停止运行的装置，制动技术是车辆安全的保证。文章分析了全地形车在各种制动方案下的制动距离和制动力矩。

关键词：全地形车；制动距离；制动力距；制动系统；制动技术 文献标识码：A

中图分类号：U469 文章编号：1009-2374（2015）33-0001-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.001

1 制动技术概述

制动系统是用于装备停止运行的装置，有时也用于调节或限制装备的运动速度，是保证装备正常工作的重要部件。装备在通过障碍或较大的地面突起处之前，或驶进转弯处以及遇到紧急情况需要减速或停车时，都需要进行制动。驾驶员仅在有把握地进行紧急制动时，才能没有顾虑地提高装备的行驶速度。制动性不但是装备获得高速的保证，更是装备及人员安全性的保证，所以制动性是装备极其重要的性能。

装备制动性的好坏，通常以制动距离S的大小来评价。制动距离S是指由给定的行驶速度V开始制动装备，到完全停车所走过的距离。制动距离愈小，则制动性愈好。制动性能优良的装备，其最大的安全行驶速度越高，平均速度也越大。

制动过程的本质是装备的动能（包括机器整体动能以及机器传动部件旋转惯性动能）通过摩擦（制动器和制动盘摩擦或履带和地面摩擦）转换成热能的过程。

2 行车时制动距离分析

装备在操作过程中主要采用的制动方式为：切断动力，通过各种行驶阻力使装备制动；操纵停车制动器使得装备制动；利用发动机的阻力实现制动；采用发动机和制动器实现联合制动。现根据不同制动方式分析其制动距离。

2.1 动力切断时的制动距离

当发动机动力被切断后，整车的全部动能被行驶阻力所消耗（此时行驶阻力主要为地面阻力），这个时候制动力视为和地面阻力相等。

RS= （1）

R=G（） （2）

S= （3）

式中：

R0——地面行驶阻力

S——制动距离

G——整机重量

V——制动前车辆速度

——离合器分离时的质量增加系数（近似

取1.2）

——地面变形阻力系数

“+”代表上坡

“-”代表下坡

2.2 利用停车制动器制动

利用停车制动器制动，这时制动器充分抱紧，整车在停止前沿地面发生滑动摩擦，这个时候制动力就等于地面提供的附着力。

在坡道上：

GS（）=（其中为附着系数）

（4）

S=（m） （5）

在平地上：

S=（m） （6）

注：式中“-”为下坡情况，这种情况下履带与地面间的附着系数略有不同。

2.3 发动机制动

当车辆沿长坡向坡下行驶时，为了保证行驶安全，必须采用制动方法降低车速，如果制动时间过长，制动器摩擦件之间长时间磨滑，会产生高温导致制动器烧毁，故制动器不宜长时间使用，下长坡时多采用发动机进行制动。具体操作时是通过减少或停止供给发动机燃油，这时发动机转速就会相应下降，当使发动机的输出转速比此时行驶车辆相应的发动机转速底时，发动机没有输出动力，此时传动系统带动发动机。车辆的动能有一部分在克服气缸内空气压缩做功所消耗，还有一部分在发动机各运动零件的相互摩擦所消耗掉。在此情况下，发动机不再是动力输出装置，而是起一个制动器的作用。

在对发动机停止燃油供给时，用于克服发动机各阻力所产生的阻力称为发动机的制动力，用Pfz表示：

Pfz=（kN） （7）

式中：

v——车辆行驶速度（千米/小时）

Nfz——在某一转速时，外界载荷消耗了发动机的功率（kW）

为了计算制动力Pfz，最好是在实验台上测定发动机的制动功率Nfz与其转速nf的关系。如无实验数据，对于四冲程发动机在完全停止供油时的制动功率为：

Nfz=（kW） （8）

式中：

nf——与车辆速度相对应的发动机转速（转/分）

νh——发动机气缸总工作容积（立方分米）

pm——发动机平均摩擦压力（bar）发动机平均摩擦压力是活塞速度的线性函数，由实验确定

在所研究的情况下，计算总的制动力时，除去发动机制动力外还应加上道路的阻力。另外，由式（8）可知，发动机转速一定时，所挂排档越低，行驶速度v越小，制动力越大。所以，在下长坡利用发动机制动时，车辆应挂低档，以提高制动效果。采用这种制动方法不仅可以避免制动器长时间使用而过热甚至烧毁，而且主动轮与发动机保持联系，必要时可以迅速提高装备速度。同时由于发动机制动时，制动力在履带之间平均分配，即使在附着系数很小且不稳定的道路上，装备也不易偏斜。

3 行车时制动力矩分析

S= （9）

式中：

S——制动安全系数

Mz——制动器所能提供的制动力矩（N·m）

Me——整车制动需要的制动力矩（N·m）

= （10）

式中：

G——整机工作质量（kg）

——制动减速度（m/s）

——回转质量换算系数（近似取1.2——《坦克教程》）

rk——车轮滚动半径（m）

=（m/s） （11）

4 制动器提供的制动力矩确定

四轮制动器所产生的力矩应大于或等于整车制动所需的力矩，即：

M=4F*（N+N-1）***i*i≥ （12）

式中：

N——每一制动器内静摩擦片数量

N——每一制动器内动摩擦片数量，通常N=N+1

——摩擦系数（动摩擦片和静摩擦片之间）

i——主减速传动比（驱动桥）

i——轮边减速传动比（驱动桥）

——摩擦片当量摩擦半径

F——摩擦盘上的压紧力

F=P*A-F

式中：

P——作用在摩擦衬块上的压力

F——制动器活塞回位弹簧作用力，一般取F=0.1F（N）

A——摩擦盘有效面积，A=（R、R为摩擦片的内径、外径，摩擦片制造方提供的产品的尺寸系列）

假设摩擦盘受力均匀，可按下式计算：

=

式中r为摩擦盘内外径之比，r= （13）

5 制动液压系统介绍

制动系统为整车的重要组成部分，对它的要求是工作可靠、制动平稳、制动灵敏、操纵舒适。本装备应用了较为先进的全液压制动系统，采用液压动力作为制动动力，液压油为传递制动力的介质，通过液压阀等控制元件控制液压油的方向，从而实现制动器的制动及放松。全地形制动系统的组成零部件主要由工作泵、电磁换向阀、溢流安全阀、充液控制阀、双回路制动控制阀、停车制动器、行车制动器、蓄能器等组成。充液控制阀用于对蓄能器的内部压力及充液量进行控制。蓄能器主要用于液压能的储存和制动时液压能的释放，通过储能器来稳定制动系统压力，即可保证在连续制动时所需的压力油。双回路制动控制阀主要用于对行车制动器内的压力油进出进行控制，从而实现整机的制动。若出现一路制动回路失效，另一条制动回路还可以继续工作。该制动系统有两种工况：行车制动及停车制动（紧急制动）。

系统的主要特点：制动所需零件部件数量较少而且零件集成化程度较高，有利于在车辆上的布置；采用液压油作为动力传递介质，性能可靠、工作灵敏；由于制动力和操纵力成正比，制动情况能传递到司机感觉上，有利于操作；用双回路制动，在一路失效后另一路仍可实现可靠制动，具有较高的可靠性。

作者简介：谢观福，男，天津人，新兴移山（天津）重工有限公司工程师，研究方向：工程装备；薛玉峰，男，天津人，新兴移山（天津）重工有限公司工程师，研究方向：工程装备；吴江涛，男，天津人，新兴移山（天津）重工有限公司工程师，研究方向：特种装备；田军，男，天津人，新兴移山（天津）重工有限公司工程师，研究方向：液压传动技术。

（责任编辑：周 琼）