货车液压制动驱动设计

淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第1页共22页1绪论1.1汽车制动系的概述汽车制动系的功用是强制行驶中的汽车减速或停车、使下坡行驶的汽车的车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地（包括在斜坡上）停止不动的机构。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。也只有制动效能良好、制动系工作可靠的汽车，才能充分发挥汽车的动力性能。1.2汽车制动系的分类及国内外研究的现状汽车制动系应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；牵引汽车应有自动制动装置。行车制动装置用作强制行驶中的汽车减速或停车，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路结构，以保证其工作可靠。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，也可利用行车制动装置或驻车制动装置的某些制动器部件。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到应急制动的作用。任何一套制动装置都是由制动器和制动驱动机构两部分组成。制动器有鼓式与盘式两种。行车制动是用脚踩下制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮，而驻车制动则多采用手制动杆操纵，且具有专门的中央制动器或利用车轮制动器来进行制动。中央制动器位于变速器之后的传动系中，用于制动变速器第二轴或传动轴。行车制动和驻车制动这两套制动装置必须具有独立的制动驱动机构，而且每车必备。行车制动装置的驱动机构，分液压和气压两种型式。用液压传递操纵力时还应有制动主缸和制动轮缸以及管路；用气压操纵时还应有空气压缩机、气路管道、贮气筒，控制阀和制动气室等。过去，大多数汽车的驻车制动和应急制动都使用中央制动器，其优点是制动位于主减速器之前的变速器第二轴或传动轴的制动力矩较小，容易满足操纵手力淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第2页共22页小的要求。但在用作应急制动时，往往使传动轴超载。现代汽车由于车速提高，对应急制动的可靠性要求更严，因此，在中、高级轿车和部分总质量在1.5t以下的载货汽车上，多在后轮制动器上附加手操作的机械式驱动机构，使之兼起驻车制动和应急制动的作用，从而取消了中央制动器。重型载货汽车由于采用气压制动，故多对后轮制动器另设独立的由气压控制而以强力弹簧作为制动力源的应急兼驻车制动驱动机构，也不再设置中央制动器。但也有一些重型汽车除了采用上述措施外，还保留了由气压驱动的中央制动器，以便提高制动系的可靠性。1.3货车液压制动驱动系统设计的目的和意义制动系统是汽车的一个重要组成部分，它直接影响汽车的安全性。随着高速公路的迅速发展和车流密度的日益增大，交通事故也不断增加。据有关资料介绍，在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的45%。可见，制动系统是保证行车安全的极为重要的一个系统。此外，制动系统的好坏还直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因素。简单制动系即人力制动系，是靠司机作用于制动踏板上或手柄上的力作为制动力源。力的传递方式又有机械式靠杆系或钢丝绳传力，其结构简单，造价低廉，工作可靠，但机械效率低故仅用于中、小型的驻车制动中。液压式简单制动系通常简称为液压制动系，用于行车制动装置。其优点是作用滞后时间短（0.1~0.3s），工作压力高（可达10~12MPa），轮缸尺寸小，可布置在制动器内部作为制动蹄张开机构或制动块压紧机构，使之结构简单、紧凑、质量小、造价低。但其有限的力传动比限制了它在汽车上的使用范围。另外，液压管路在过度受热时会形成气泡而影响传输，使制动效能降低甚至失效。液压式简单制动系曾广泛用于轿车、轻型及以下的货车及部分中型货车上。本次课题的目的就是为了确定制动主缸和轮缸直径、制动踏板上的力、踏板行程、踏板机构传动比以及采用增压或助力装置的必要性。1.4本课题研究的主要内容本文主要研究的是液压制动驱动系统对汽车的影响。在已经确定了整车结构参数的情况下，对给定车辆的液压制动驱动系统进行设计，分析液压驱动系统变化对汽车制动性能的影响，在此基础上，确定设计的目标函数、设计变量及约束淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第3页共22页条件，选择适当的计算方法。最后得出最佳的设计参数。2货车液压制动驱动系统的设计2.1制动系要求制动系设计应适应有关标准和法规的规定。各项性能指标除应满足设计任务书的规定和国家标准、法规规定的有关要求外，也应考虑销售对象国家和地区的法规和用户要求。具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能。行车制动效能是用在一定的制动初速度下或最大踏板力下的制动减速度和制动距离两项指标来评定。欧、美、日等国的有关标准或法规对这两项指标的规定。综合国外有关标准和法规，可以认为：进行制动效能试验时的制动减速度j，载货汽车应为4.4~5.52sm相应的最大制动距离ts货车为0.15v+2v/115,式中第一项为反应距离；第二项为制动距离，ts的单位为m；v的单位为km/h.工作可靠，汽车至少应有行车制动和驻车制动两套制动装置，且它们的制动驱动机构应是各自独立的。行车制动装置的制动驱动机构至少应有两套独立的管路，当其中一套失效时另一套应保证汽车制动效能不底于正常的30%；驻车制动装置应采用工作可靠的机械式制动驱动机构。制动效能的热稳定性好。汽车的高速制动、短时间内的频繁重复制动，尤其是下长破时的连续制动，都会引起制动器的温升过快，温度过高特别下长坡时的频繁制动可使制动器摩擦副的温度达3000C~4000C有时甚至高达7000C..此时，制动摩擦副的摩擦系数会急剧减小，使制动效能下降而发生热衰退现象。制动器发生热衰退后，经过散热、降温和一定次数的和缓使用使摩擦表面得到磨合，其制动效能可重复恢复，这称为热恢复。提高摩擦材料的高温摩擦稳定性，增大制动鼓、盘的热容量，改善其散热性或采用强制冷却装置，都是提高抗热衰退的措施。制动效能的水稳定性好。制动器摩擦表面浸水后，会因水的润滑作用使摩擦系数急剧减少而发生所谓的“水衰退”现象。一般规定在出水后反复制动5~15次，即应恢复其制动效能。良好的摩擦材料吸水率低，其摩擦性能恢复迅速。也淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第4页共22页应防泥沙、污物等进入制动器工作表面，否则会使制动效能降低并加速磨损。某些越野车为了防止水和泥沙浸入而采用封闭的制动器。制动时的操作稳定性好。即使任何速度制动，汽车都不应当失去操作性和方向稳定性。为此，汽车前、后轮制动器的制动力矩应相同。否则当前轮抱死而侧滑时，将失去操作性；后轮抱死而侧滑甩尾，会失去方向稳定性；当左、右轮的制动力矩差值超过50%时，会发生制动时汽车跑偏。制动踏板和手柄的位置和行程符合人—机工程学的要求，即操作方便性好，操作轻便，舒适，能减少疲劳。踏板形成；对货车应不大于160~200mm。各国法规规定，制动的最大踏板力一般为150N（轿车）~700N（货车）。设计时，紧急制动（约占制动总次数的5%~10%）踏板力的选取范围：货车为350~550N，采用伺服制动或动力制动装置时取其小值。应急制动时的手柄拉力以不大于400~500N为宜。作用滞后的时间要尽可能地短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需的时间（制冻滞后时间）和从放开踏板至完全解除制动的时间（解除制动滞后时间）。制动时不应产生震动和噪音。制动系与悬架、转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或汽车转向时不会引起自行制动。制动系中应有音响或光信号等警报装置以便能及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；制动系中也有必要的安全装置，例如一旦主、挂车之间的连接制动管路损坏，应有防止压缩空气继续漏失的装置；在行驶过程中挂车一旦脱挂，亦应有安全装置驱动使驻车制动将其挺驻。全天候使用，气温高时液压制动管路不应有气阻现象；气温低时液压制动管路不应出现结冰。制动系的机件应使用寿命长、制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保要求，应力求减小制动时飞散到大气的有害于人体的石棉纤维。2.2货车制动系主要参数的确定在此我们选用解放系列长春牌CD132SC型货车，货车的主要参数为：长宽高（mm）489419302085轴距（mm）2800淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第5页共22页前轮距（mm）1480后轮距（mm）1470最小离地间隙（mm）186整车整备质量（kg）1885最大装载质量（kg）1500前满载轴荷分配（kg）1057后满载轴荷分配（kg）2797最高车速）（hkm/不底于90汽车总质量（kg）33852.3轴荷分配和质心位置的计算在此需确定个总成、部件的质量im和质心位置。对已有产品或样品的总成、部件可直接度量以获取数据，对新设计、尚无实物的可按图纸估算或与类似的实物的质量对比后估算。将各总成、部件的质心和质量值标在总布置草图上并量出各质心；离前轮中心的水平距离ix和离地高度iy，则根据力矩平衡原理可算得前后轴的静负荷1G和2G，汽车质心离前后轴的位置1L、2L及汽车质心高度gh。质心离前轮中心线的水平距离ix取1.8m，离地高度iy取0.2m。LgxmGii)(2=8.28.98.13385）（=21325.5N（2—1）1GLgxLmGGiia)(2=8.28.98.18.23385）（=11847.5N（2—2）21GGGa=11847.5+21325.5=33173N（2—3）aGLGL21=331738.25.11847=1.8m（2—4）aGLGL12=m1331738.25.21325（2—5）aiigGgymh)(331738.9)2.03385(=0.2m（2—6）淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第6页共22页21LLL=1.8+1=2.8m（2—7）式中aG—汽车满载时所受的重力；L—汽车轴距，m；g—重力加速度，2sm。2.2.1制动力与制动力分配系数汽车制动时，如果忽略路面对车露的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩，则任一角速度0的车轮，，其力矩平衡方程为：0eBfrFT（2—8）eBfrFT=16586.50.47=7795.7mN式中fT—制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向反力，Nm；BF—地面作用于车轮上的制动力，即地面与车轮之间的摩擦力，又称为地面制动力，其方向与汽车行驶方向反力，N；er—车轮有效半径，m；选为约为0.47令effrTF（2—9）并称之为制动器制动力，他是在车轮周缘克服制动器摩擦力矩所需的力，因为又称为制动周缘力。fF与地面制动力BF的方向相反，当车轮角速度0时，大小亦相等，且fF仅由制动器结构参数所决定。即fF取决于制动器的结构型式、尺寸、摩擦副的摩擦系数及车轮有效半径等，并与制动踏板力即制动系的液压或气压成正比。当加大踏板力以加大fT时，fF和BF均随之增大。但地面制动力BF受着附着条件的限制，其值不可能大于附着力F即ZFFB（2—10）或ZFFBmax（2—11）淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第7页共22页式中—轮胎与地面间的附着系数；Z—地面对车轮的法向反力。当制动器制动力fF和地面制动力BF达到附着力F值时，车轮即被抱死并在地面上滑移。此后制动力矩fT即表现为静摩擦力矩，而effrTF即成为与BF相平衡以阻止车轮再旋转的周缘力的极限值。当制动到0以后，地面制动力BF达到附着力F值后就不在增大，而制动器制动力fF由于踏板力PF的增大使摩擦力矩rT增大而继续上升。图2.1制动力与蹋板力FP关系2.4同步附着系数从汽车诞生至20世纪50年代，道路条件还不是很好，汽车行驶速度也不是很高，后轮抱死侧滑的后果也不是显得像前轮抱死丧失转向能力那样严重，因此往往将0值定的较低，即处于常附着系数范围的中间较偏区段。但当今道路条件大为改善，汽车行驶速度也大为提高，因而汽车因