《工程机械设计》第6章-制动系

➢ 包角α增加，可以减小操纵力与磨损，故设计时应尽量增大 包角，干式制动器包角一般在300°左右，太大散热不好；湿式 制动器包角一般在330°~350°左右。
二、蹄式制动器
1. 基本原理
制动蹄的转动方向与制 动鼓的旋转方向一致的 制动蹄，称为领蹄； 制动蹄的转动方向与制 动鼓的旋转方向相反的 制动蹄，称为从蹄。
F02 )
2)活塞式制动气室的计算
A F pg
Vs AL
3)贮气筒容积的设计
4)空气压缩机的计算和选用
2. 液压驱动机构的设计和计算
1)制动轮缸直径d的计算
d 4F
py
2)制动主缸直径D0的计算
V0
m
4
d 2
V0
4
D02 S0
D0
4V0
S0
三、制动防抱死系统（ABS）简介
控制器
轮速传感器 压力调节器
Mr M f (PB Pf )rd M j 0
PB Pf，Pf 0；M r M f，M f 0
当PB Gd 时， rd，a rd
PB Pj Pj ma Gd a / g
M r PBrd M j 0
M j I
PB g
Gd rd
PB
Mr rd
I
PB
Mr
a
g
二、制动力的分配
车辆静止时
静
GSF
GS
LR L
载
荷
GSR
GS
LF L
车辆行驶制动时
动
GDF
GSF
GS a g
H L
载
荷
GDR
GSR
GS a g
H L
前桥： PBF GDF 后桥： PBR GDR
前后桥同时“抱死”时制动力的比值为:
PBF GDF LR H PBR GDR LF H
Mr
PBrd (1
Ig Gdrd2
)
五、工程机械的停车制动性能
工程机械在一定倾斜度的坡道上停放，除了必需备有合适的 停车制动器使机械的车轮不在坡道上滚动之外，还应保证制动车 轮与地面之间具有足够的附着力。
PB GS sin PB Gd cos
车桥的垂直负荷
GF
GS
LR L
cos
H L
sin
q F S l Amax qmaxv
A Rb
➢ 增加制动鼓的半径R，可使拉力S、最大的单位压力qmax和最
大的单位滑磨功lAmax减小，当然操纵力也可以减小。
➢ 摩擦衬面宽度b增加，不会减小拉力S及操纵力，但可以防止 单位压力和单位滑磨功过大。
为使制动带能紧密贴紧制动鼓，b不能太宽。若单位压力过 大而R无法增大时，可把制动带做成两条，平行地装在鼓上。
GR
GS
LF L
cos
H L
sin
最大制动力
PBmax GR
GS
LF L
cos
H L
sin
要使车辆不下滑，则
GS
LF L
cos
H L
sin
GS
sin
仅后轮制动的上坡工况
即：
tan 1
LF L H
若停车制动器安装在变速箱输出轴上，各车轮的制动力 通过轮胎、轮边减速器、中央传动以及传动轴与制动器相连， 则停车制动器的制动转矩为：
rd
1
Ig Gdrd2
PB不仅取决于制动转矩的大小，还取决于地面的附着条件。
当PB Gd 时，抱死的临界状态，最佳制动状态。 当PB Gd 时，制动轮抱死，车轮处于滑移状态。
——车轮的最大有效制动力等于附着力。
制动时机器所能 实现的最大减速度
am ax
PB Gd
Gd
Gd
g
g
g
减速系数 （评研制动性能的术语） :
1．带式制动器的制动效应分析--双端收紧式制动器
结构：
制动时，制动带两端同时收紧。 d1＝d2，可保证不管制动鼓旋转 方向，制动器都有相同制动效应。
特点：
收紧制动带所需的力比收紧单端 收紧式的任一状态都大。
应用：
不适合无液压助力大功率机械。
紧端
松端
（3）双端收紧式制动器
2. 典型带式制动器结构
D80A推土机制动器
3. 蹄式制动器的参数确定
1）制动鼓内径D 2）摩擦衬片包角β和宽度b 3）摩擦衬片起始角β0 4）制动器中心到张开力F0
作用线的距离e 5）制动蹄支承点位置坐标a
和c
为什么e、a尽可能 大，而c尽可能小？
盘式制动器
钳盘式
全盘式
三 钳盘式制动器
1.钳盘式制动器的基本结构
活塞自动回位 间隙自动补偿
紧端
S1
Mme R(e 1)
紧端拉力
S2
Mm R(e 1)
松端拉力
1．带式制动器的制动效应分析--浮式制动器
结构：
两端固定点浮动，制动时依据 制动鼓旋转方向，由一端成为 支承点，另一端成为移动点。
特点：
无论制动鼓旋转方向是否一样， 操纵杠杆产生的力一样。
应用：
适合现代作业机械的使械的结构一定，重心位置一定时，前、后轮制 动力的比值是路面附着系数的函数。
前轮先抱死 后轮先抱死 共同抱死
A点：PBF2＝PBR2， 0 前后轮共同抱死点； B点： PBR1>PBR2， 0 后轮先抱死； C点： PBF3>PBF4， 0 前轮先抱死。
三、工程机械的行车制动性能
盘式制动器不足之处是效能较低，故用于液压制动系统时所需
制动促动管路压力较高，一般要用伺服装置。
第三节 制动驱动机构
功 用：用于产生制动动作和控制制动效果的装置。 类 型：分为人力制动，动力制动和伺服制动三种。 设计要求：保证所有车轮制动器同时起作用，且同一车
桥两侧车轮制动力矩相等； 保证驾驶员施于踏板上的力与作用在制动器 上的力成一定比例关系。
结构：
一端连接在固定点，另一端与 操纵杠杆相连，制动时由与杠 杆相连的一端收紧。
特点：
制动鼓旋转方向不一样，操纵 杠杆产生的力不一样。
应用：
不适合大中型机械所采用。
紧松端端
紧端 松端
（1）单端收紧式制动器
制动力矩与制动带两端拉力关系：
M m (S1 S2 )R
松端
制动带两端拉力关系：
S1 S2e
第六章 制动系 主 1、制动性能及 要 制动过程分析 讲 授 2、制动器设计 内 容 3、制动驱动机构
功 用：使行驶中的车辆减速甚至停车，或保证其下坡具 有稳定的行驶速度；使已停驶的车辆能够驻留原地。
（行车制动，停车制动，以及应急制动）
组 成：由制动器和制动驱动机构组成。
类 型：根据制动器结构，分为带式，蹄式和盘式三种。
3．带式制动器基本参数的确定
基本参数包括：制动鼓半径R、包角α，制动带衬面宽度b。
（1）制动带与制动鼓之间的单位压力q
F
F1
F2
S
sin
d
2
(S
S ) sin
d
2
A bRd
qF S A Rb
最大单位压力在制动带的紧端
qmax
S1 Rb
（2）最大单位滑磨功
l Amax qmaxv
基本参数确定原则：
2. 蹄式制动器的结构型式（制动效能，制动鼓受力平衡状况）
领从蹄式（凸轮张开式） 领从蹄式（油压张开式）
单向双领蹄式
双向双领蹄式
单向增力式 Q>P
双向增力式
蹄式制动器存在的缺陷
➢ 由于摩擦副表面温升或浸 水，会使摩擦系数下降，存在 制动效能稳定性同制动效能本 身之间的矛盾。
➢ 制动鼓受热膨胀后使制动 器间隙加大，为消除此间隙并 得到同样大的制动力矩，使踏 板行程增大，操作不便。
一、制动驱动机构的型式
3.伺服制动 特点：兼用人力和发动机动力进行制动。
正常情况下，由动力伺服系统作用。 分类：真空伺服，空气伺服，液压伺服。
（负气压能） （气压能） （液压能）
活塞
滑阀 液压随动机构
二、制动驱动机构设计计算
1. 气压驱动机构的设计和计算
1)凸轮机构推杆的推力
F
b h
( F01
设计要求：工作可靠，操纵轻便，反映灵敏，散热性能好， 维修调整方便，结构简单，成本低等。
盘式制动器
蹄式制动器
带式制动器
第一节 制动过程及制动性能分析
一、车轮制动过程分析
制动前： M j , Pj M f , Pf
制动时： M r , PB 有效制动力： PB Gd
X 0 Y 0 Mo 0
Pf PB Pj Gd Z
制动钳体应有高的强度和刚度。为了减少传给制动液的热量， 尽量将杯形活塞的开口端顶靠制动块的背板。 3）制动块
制动块由背板和摩擦衬块构成，两者直接压嵌在一起。活塞 应能压住尽量多的制动块面积，以免衬块卷角而引起尖叫声。
四、全盘式制动器
盘式制动器与鼓式制动器相比，有以下优点：
➢一般无摩擦助势作用，制动器效能受摩擦系数的影响较小，即 效能较稳定； ➢在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小； ➢制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会象制动鼓的热膨胀那 样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大； ➢较容易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。 ➢对于钳盘式制动器而言，制动盘外露，还有散热良好的优点。
ZL40装载机
2.钳盘式制动器的设计计算
假设衬块的摩擦表面与制动盘接触良好，且各处的单位 压力分布均匀，则盘式制动器的制动力矩Mm为
M m 2 fNR R Rm (R1 R2 ) / 2或R Re
3.钳盘式制动器的结构设计要点
1）制动盘直径D D应尽可能取大些，有效半径增加，
可降低制动钳的夹紧力，减少衬块的 单位压力和工作温度。 2）制动钳
一、制动驱动机构的型式
1.人力制动 特点：单靠驾驶员施加的踏板力或手柄力
作为制动力源； 分类：机械式，液压式。
D80A推土机制动器（机械式）
特点：机械效率低，润滑点多，难以保证前后、轴制动力的正确比例和 左、右轮制动力的均衡；结构简单，成本低，工作可靠。
人力液压制动系统示意图
特点：响应时间短，工作压力高，结构简单，尺寸和质量小，自润滑作 用使机械效率较高；过渡受热后易在管路中形成汽泡，降低制动效能。
四、制动时整机制动力ΣPB的确定
制动系反应时间 减速度增长时间
典型制动过程中的减速度与时间的关系曲线
按标准中指定的制动初速度v0和制动距离SB，求得最
大制动减速度
amax
2[ S B
v02 v0 (ta
tb / 2)]
总制动力：
PB
GS g
amax
根据机器工作情况和重心位置来确定分配到每一制动 轮的制动力，按下式可计算每一车轮的制动力矩：
对比项目
响应时间
工作压力
气压制动
0.3～0.9s
0.5～0.7MPa
液压制动
0.1～0.3s
10～20MPa
为什么气压制动的 响应时间要长？
气顶液制动
贮气筒
气推油加力器
气推 油加 力器
贮气筒
制动阀
变速操纵阀
特点：用气压系统作为普通液压制动系统主缸的驱动力源，兼用液压、 气压制动优点；结构复杂、质量大、成本高，主要用于重型机械。
一、制动驱动机构的型式
2.动力制动 特点：完全靠发动机的动力转化而成的气压
或液压形式的势能作为制动力源； 分类：气压式，气顶液式，全液压式。
空压机
贮气筒
制动阀（并列式双腔结构）
特点：操纵轻便，工作可靠，制动气源一机多用；结构复杂，笨重，成 本高，响应时间较长，工作压力低，制动气室排气有噪声。
气压制动与液压制动的对比
➢ 行车制动性能是指工程机械在行驶状态迅速降低行驶速
度直至停止的能力。
➢ 制动性能通常用制动距离来衡量，制动距离是从操纵制
动机构开始作用到机械完全停止所行驶的距离。
➢ 制动距离不是越短越好。制动距离缩短会造成制动减速
度的增大，制动力增大，操纵力增大，进而导致机器稳定 性变差。设计机器时，制动性能只要符合相关标准即可。
Mr
PBrd ioi f
io－ 主 传 动 的 传 动 比 ； if－轮边减速传动比。
第二节 制动器的设计
带式制动器
蹄式制动器 制动器设计
盘式制动器
一、带式制动器
根据制动带端部的固定连接方式不同，带式制动器可分为 单端收紧式、浮式和双端收紧式三种结构形式。
单端收紧式
浮式
双端收紧式
1．带式制动器的制动效应分析--单端收紧式制动器