制动系统设计规范

本规范介绍了制动器的设计计算、各种制动阀类的功能和匹配、以及制动管路的布置。

本规范合用于天龙系列车型制动系统的设计。

本规范主要是在满足下列标准的规定(或者强制)范围之内对制动系统的零、部件进行设计和整车布置。

汽车制动系统结构、性能和试验方法机动车和挂车防抱制动性能和试验方法机动车运行安全技术条件在设计制动系统时，应首先考虑满足零部件的系列化、通用化和零件设计的标准化。

先从《产品开辟项目设计定义书》上获取新车型在设计制动系统所必须的下列信息。

再设计制动器、匹配各种制动阀，以满足整车制动力和制动法规的要求。

确定了制动器的规格和各种制动阀之后，再完成制动器在前、后桥上的安装，各种制动阀在整车上的布置，以及制动管路的连接走向。

3.1 车辆类型：载货汽车、工程车、牵引车3.2 驱动形式：4×2、6×4、8×43.3 主要技术及性能参数：长×宽×高、轴距、空/满载整车重心高坐标、轮距、整备质量、额定载质量、总质量、前/后桥承载吨位、 (前/后)桥空载轴荷、 (前/后)桥满载轴荷、最高车速、最大爬坡度等。

3.4 制动系统的配置：双回路气/液压制动、弹簧制动、鼓/盘式制动器、防抱制动系统、手动/自动调整臂、无石棉磨擦衬片、感载阀调节后桥制动力、缓速器、排气制动。

本规范仅对鼓式制动器的各主要元件和设计计算加以阐述，盘式制动器的选型和计算将暂不列入本规范的讨论范围之内。

4.1 鼓式制动器主要元件：4.1.1 制动鼓：由于铸铁耐磨，易于加工，且单位体积的热容量大，所以，重型货车制动鼓的材料多用灰铸铁。

不少轻型货车和轿车的制动鼓为组合式，其圆柱部份用铸铁，腹板则用钢压制件。

制动鼓在工作载荷下将变形，使蹄、鼓间单位压力不均，带来少许踏板行程损失。

制动鼓变形后的不圆柱度过大，容易引起制动时的自锁或者踏板振动。

所以，在制动鼓上增加肋条，以提高刚度和散热性能。

中型以上货车，普通铸造的制动鼓壁厚为 13~18㎜。

4.1.2 制动蹄和磨擦片：重型货车的制动蹄多用铸铁或者铸钢铸成，制动蹄的断面形状和尺寸应保证其刚度。

重型货车用无石棉磨擦片第制动衬片应不含有石棉。

)的前片厚度为 15 ㎜摆布，后片厚度为 18 ㎜摆布。

磨擦片材料的性能应具有：高而稳定的磨擦系数，热衰退较缓和；耐磨性好；吸水率和吸油率低；较高的耐挤压强度和冲击强度；制动时没有噪声和有毒气体发出。

制动蹄和磨擦片可以铆接，也可以粘接。

粘接的优点在于衬片更换之前的使用厚度较大，但工艺复杂且不易更换衬片。

铆接衬片的工艺简单、噪声较小且易于更换。

东风汽车公司的制动衬片多采用铆接方式。

4.1.3 制动底板：制动底板将承受全部制动反力矩，故应有足够的刚度。

刚度不足，将导致制动力矩减小，踏板行程加大，制动衬片磨损不均。

重型车多用铸造底板代替压制的制动底板。

4.1.4 制动器间隙自动调整装置：制动鼓在不制动时应能自由运转，故制动鼓和制动衬片之间必须有一定的间隙。

鼓式制动器的设定间隙普通为 0.2~0.5㎜。

采用自动调整装置第行车制动器的磨损应能自动调整。

但是，对于N 和N 类非公路车辆的制动器以及M 和N 类车辆的后制动器，可不强行要求安装自动2 3 1 1调整装置。

……)时，制动器的间隙不需要人工精细调整，只需要进行多次全制动即可自动调整到设定间隙，并且在行车过程中能随时补偿过量间隙。

自动调整装置有间隙感应式和行程感应式两种，国内常用的是间隙感应式。

它感应制动器的间隙超过设定间隙值时，便自动加以调整到设定的间隙。

44.1.5 制动气室：前桥制动器普通用膜片式的普通制动气室，中、后桥制动器普通用弹簧式制动气室，它的 膜片气室部份用作行车制动， 弹簧气室部份用作驻车制动或者紧急制动。

膜片气室部份和弹簧气 室部份的控制气路彻底独立，分别由脚制动和手制动控制。

膜片气室的优点在于结构简单，对气室壁的加工精度要求不高，但所容许的行程较小，膜 片的使用寿命也较短。

无非，膜片的价格较低，且易于更换。

在工程车上很受欢迎。

而活塞气 室的使用寿命较高，但对气室壁的加工精度要求较高，且不易适应恶劣的路况。

对非平衡式渐开线凸轮张开装置的制动器，有：a 2h 1 2式中 P 、P —— 凸轮对两蹄的张开力1 2a——张开力对凸轮中心的力臂 2h ——调整臂的臂长Q ——制动气室推杆的推力设制动气室工作压力为 p ，则气室的作用面积为：A = = 1 2 p 2hp对活塞式制动气室： A = D 2 D 为活塞直径Q = (P + P ) Q a (P + P )对膜片式制动气室： A =(D 2 + Dd + d 2 ) 12其中 D 为气室壳体在夹持膜片处的内径， d 为膜片夹盘直径。

气室的推杆行程为： l = 入2h 6a式中 δ——制动器间隙λ——安全系数， 取λ＝2.2~2.4。

制动气室的工作容积为：活塞式制动气室： V = Al = D 2l 4膜片式制动气室： V = A . 2l = (D 2 + Dd + d 2 ) . l 64.2 制动器的设计计算：4.2.1 制动器效能因数：效能因数是鼓式制动器的一个非常重要的参数，它是制动器的输出力矩与输入力矩的比 值。

设计制动器时，就是要在有限的制动器的空间里力争尽可能高的效能因数。

对于非平衡式凸轮张开装置的领、从蹄式制动器：领蹄： K = G t 1 k cos 入其中： G = h /R , k = f /R , p = l /R , 入 = Y + b _ a_ 1 p cos b sin Y几 几几G从蹄：K =t 2 k cos入' + 1p cos b sin Y其中：G = h /R , k = f /R , p = l /R , 入' = Y - b +a制动器效能因数：K =式中：θ－领、从蹄磨擦片包角9－领从蹄磨擦片起始角α－最大压力线与磨擦片平分线的夹角γ－磨擦角β－等效法向合力与磨擦片平分线的夹角h－张开力对支点的力臂f－支点与制动鼓中心的距离－压力中心圆的直径lR－制动鼓半径从上面的公式中可以看出:影响制动器效能因数的主要参数有磨擦片起始角9 、磨擦片包角θ、制动蹄支承点与制动器中心的距离 f、制动鼓半径 R、张开力作用线到制动蹄支承点的力臂 h 及磨擦片的磨擦系数μ。

磨擦片的片宽较大，对制动器吸热越好，也可减少磨损。

当输入力一定时，制动鼓的半径越大，则制动力矩就越大，且散热能力也越强。

但制动鼓的半径和磨擦片的片宽都受到轮辋内径的限制。

制动鼓与轮辋之间应保持一定的间隙，以改善制动器的散热条件。

普通情况下，制动鼓与轮辋直径之比为 D/Dr=0.70~0.83。

制动鼓的半径 R 和磨擦片的片宽b 是在轮辋内径的限制下确定的。

当磨擦片包角θ＝90o~100o 时，磨损最小，制动鼓温度最低，且制动效能最高。

θ再减小虽有利于散热，但单位压力过高将加速磨损。

而增大包角对减小单位压力的作用并不大，且将使制动作用不平顺，容易使制动器发生自锁。

所以，包角θ普通不大于 120o。

9常将磨擦片布置在制动蹄的中央，故磨擦片起始角的大小为9 = 90。

0 2张开力作用线到制动蹄支承点的力臂 h 应尽可能大，以提高制动效能， h=1.6R 摆布。

在保证两蹄支承端毛面不干涉的条件下，两支承端之间的距离尽可能小，所以，制动蹄支承点与制动器中心的距离 f=0.8R 摆布。

温度不同，磨擦片的磨擦系数也不同。

当温度在 250oC 以下时，磨擦系数可保持在μ=0.35~0.4。

在计算制动器的制动力矩时，取μ =0.3 可使计算结果更接近实际情况。

4.2.2 制动力矩的计算：用效能因数法求制动蹄的制动力矩。

设制动蹄的制动力矩和输入张开力分别为M 和 P，则M = KPR 。

4.3 制动性能验算：制动器的基本参数确定之后，制动器制动力矩的大小就已经确定了。

但该制动器能否满足整车性能的要求，需按照 GB12676-1999 和 GB7258-1997 的要求作进一步的验算。

4.3.1 同步附着系数计算：Fβ = b1F + Fb1 b2= 20 hg式中： F －前桥制动器制动力(N)b1F －后桥制动器制动力(N)b2β－制动力分配系数－满载同步附着系数L －轴距(m)L －汽车重心至后轴的纵向距离(m)2h －汽车重心高度(m)g4.3.2 满载时制动性能：当时0 当> 时0 j =g . L2> 5(m /s2) max L + ( )h2 0 gj =g . L1> 5(m /s2) max L + ()h1 0 gβ . L L式中： L －汽车重心至前轴的纵向距离(m) 1Ψ－附着系数g －重力加速度(m/s2)4.3.3 剩余制动性能：前失效时： j = 1.3(m /s 2 )后失效时： j = gL 2L 一h g1.3(m /s 2 )4.3.4 应急制动性能：F j = B 弹 2.2(m/s 2 )max m4.3.5 驻车制动性能：按 GB12676-1999 规定：驻车制动系必须使满载车辆停在 18%坡道上(上坡或者下坡)；允许 挂接挂车的车辆，牵引车的驻车制动系必须能使列车停在 12%坡道上。

F以 arcsin B 弹mg4.3.6 比能量耗散率：前桥制动器： e = mv 2 β1< 1.8W /mm 21 4tA后桥制动器： e =mv 2 (1 β )1 1.8W /mm 22 4tA式中： v －制动初速度1A －单个制动器的磨擦片面积t －制动时间4.3.7 比磨擦力：M f = 0.48N /mm 2RA式中： M －单个制动器的制动力矩气制动管路系统中常用的制动阀类及总成有： 空气压缩机、组合式空气干燥器(含卸载阀)、 四回路保护阀、贮气筒、放水阀、取气阀、串联式双腔制动阀、快放阀、感载阀、弹簧制动气 室、手控阀、差动式继动阀、挂车控制阀、分离开关及连接头、排气制动阀、缓速器、 ABS 电 磁阀、单向阀、继动阀等。

5.1 空气压缩机：空压机用来向汽车气制动系统或者其它辅助用气装置提供必要的能源， 即一定的气压和空气 量。

空压机经皮带轮由发动机驱动。

空气经滤清器到达空压机吸气口，由进气门进入气缸。

气 体被活塞压缩后，经排气门到达空压机供气口，再经干燥器、四保阀等进入贮气筒。

5.2 组合式空气干燥器:由于经空压机压缩后的气体温度很高(普通在220℃摆布)，因此空气中包含的水分和油污将随同空气一起进入了管路中。

含有水蒸气的压缩空气，经过管道凝结成水。

这些水分会引起金属零件锈蚀，橡胶密封件龟裂、润滑油脂分解失效，管路阻塞等故障，严重影响行车安全性。

特殊在寒冷地区的冬季，滞留在管路中的水分容易冻结成冰，破坏阀的正常工作，甚至使制动控制失效。