ZL50C轮式装载机制动系统设计

ZL50C轮式装载机制动系统设计
【摘要】介绍ZL50C轮式装载机制动系统的工作原理，分析了钳盘式制动器的制动力矩与整机制动所需制动力矩和由地面附着条件所决定的制动力矩之间的关系，确定了在最佳制动工况下选择制动系统参数和结构的方法,本文着重叙述了行车制动系统的设计。

【关键词】装载机；制动系统；设计
1.ZL50C轮式装载机制动系统工作原理
制动系统是装载机的一个重要组成部分，它不仅关系到行车作业的安全性，而且，良好可靠的制动系统，可以使装载机具有较高的平均行驶速度，提高其运输效率。

装载机的制动系统，通常包括以下三个部分：双管路行车制动系统，停车制动和紧急制动。

每个部分主要由制动器和制动驱动机构两大部分组成。

本文所论述的是行车制动系统设计，即脚制动系统设计。

本机采用双管路安全制动系统，钳盘式制动器实现四轮制动，主制动器（停车制动）采用双蹄内涨式气动操纵。

系统包括气泵，储气罐制动阀及加力器，制动器以气推油方式制动。

1、发动机
2、空压机
3、油水分离器
4、单向阀
5、储气筒
6、调压阀
7后桥钳盘制动器8、后桥加力器9、脚制动阀10、前桥加力器11、选择筒
12、双向换通阀13、变速箱切断阀14、前桥钳盘制动器15、气压表
图1 ZL50C轮式装载机制动系统工作原理图
该系统的原理是发动机驱动空压机，压缩空气从空压机2进入油水分离器3，空气中的水分及部分杂质被油水分离器的过滤网滤出去后，压缩空气经单向阀4进入储气筒5，而且压缩空气经调压阀6调整后，保持系统压力为0.68Mpa～0.7MPa,踩下脚制动阀9时，储气筒中的空气分两路分别进入前后驱动桥的制动钳14和7推动活塞、摩擦片，压向制动盘，当放开制动踏板时，加力器中的压缩气体从制动阀处排入大气，制动状态解除。

而ZL50C手制动是手控气制动，当弹簧气缸处于进气状态时，手制动器处于解除制动状态，当手制动阀向上拉时，弹簧气缸中的空气从手制动阀处排入大气，此时，气罐中的活塞杆在弹簧力的作用下带动手动制动器手柄向上运动，使制动器处于制动状态，实现无气制动，提高了驾驶安全性；同时空气通过手动制
动阀进入双向换通阀，再进入变速操纵阀的切断阀，切断变速器的动力。

2.钳盘式制动器工作原理
钳盘式制动器的制动力矩是由一对带摩擦衬片的夹钳从两边夹紧与车轮一起旋转的圆盘而产生的。

钳盘式制动器分为固定式和浮动式两种，图2即为固定式。

1.活塞
2.密封圈
3.制动盘
4.钢板
5.摩擦衬片
6.夹钳
图2固定式钳盘式制动器
制动夹钳固定在桥壳的支架上，制动盘位于制动钳中间，制动盘与车轮固定在一起，同车轮一起旋转。

从加力器来的高压油进入内外钳，油缸推动活塞夹紧制动盘而起制动作用，活塞靠矩形密封圈变形的弹性力自动回位，还可自动调整间隙。

3.钳盘式制动器的制动力矩计算
钳盘式制动器的制动力矩与制动钳的数量，制动活塞的数量，制动油压及有效摩擦半径等因素有关，即：
Ｍ■＝Ｎ·n■·p·μ·R
式中：N——整机制动钳副数；n ——每副制动钳中活塞个数
D——活塞直径；p——制动油压
μ——摩擦片与制动盘摩擦系数；R——有效摩擦半径
R——■■+R■；R1摩擦衬片作用的旋转圆盘外径
A——比值A=R■R■ ；R2——摩擦衬片作用的旋转圆盘内径
Rp——平均摩擦半径；Rp——R■+R■2
4.制动时车轮受力分析
图3制动时车轮受力分析简图
制动时由于传动系统已切断动力，车轮不再受发动机传来的扭矩作用，但与车轮相连接的各旋转零件仍有惯性力矩作用在车轮上，同时图3制动车轮受力简图还有滚动阻力矩以及由制动器产生的制动力矩作用在车轮上。

此外，作用
在车轮上的还有驱动桥上的动负荷，路面对车轮的反作用力Z，以及与行驶方向相反的切向反作用力，切向反作用力就是作用在车轮的有效制动力如对车轮中心取矩，则得：
Ｍ■-M■+M■-P■R■=0
在制动过程中，影响很小，一般可忽略去不计，此时：
P■=M■-M■R■=P■-M■R■
式中：Pb1 ——制动器作用在车轮上的制动力
有效制动力Pb 的值受轮胎和地面间的附着力P=G?鬃的限制，即：
妆■≤G■?鬃
式中：?鬃——轮胎与地面附着系数
有效制动力?妆b，当它达到其P■=G■?鬃时，车轮将被抱死（停止旋转）而发生滑移，轮胎在地面滑移，将使值降低，并且使装载机制动时方向稳定性受到破坏，因此，这种制动态并不是最佳的制动效果，理想的最佳制动应是车轮将抱死而未抱死，轮胎临近滑移而仍沿路面滚动的工况。

5.整机制动所需制动力矩的确定
5.1确定速度
要求在制动距离s以内，使以初速度行驶的装载机制动停止所需的减速度为ａ＝■制动系的性能，首先以制动时制动器能使车轮达０．５ｇ
5.2整机制动所需制动力矩
Ｍ＝Ｆ·R■=Gg·a·R■
其中G——整机操作重量; a——制动减速度
Rk——车轮动力半径;g——重力加速度
6.脚制动系统的设计
根据以上的分析，最佳制动工况应是
Ｍ＜Ｍ■＜■Ｐ■Ｒ■
即制动器提供的制动力矩Ｍｚ应大于整车制动所需的制动力矩Ｍ，同时应小于车轮将被抱死而产生滑移时由地面附着条件决定的制动力矩■Ｐ■Ｒ■
Ｍ＜Ｍ■
■ ·■·R■<N■■ ·P·μ·R —（1）
Ma<■Ｐ■Ｒ■
N·n■·p·μ·R≤G■·ψ·R■ —（2）
根据实践，满足（1）式即可保证制动效果。

但考虑到尽量减小制动过程温升，在选择制动器结构参数时一般按（2）式确定，在满足（1）式的前提下如果附着系数ψ取较小值，可将式（2）取等号即：
N·n■·p·μ·R=G■·ψ·R■
在结构参数D和R选定的情况下，根据制动油压的大小确定制动钳副N 和每副制动钳内的活塞数n(一般n应为正偶数)。

如果结构参数N，n，D，R已确定，可选择合适的制动油压来满足制动力矩的要求，但必须同时验算制动温升是否满足要求。

我厂生产的ZL50C轮式装载机按此设计方方法设计了脚制动系统的参数。

其脚制动系统采用气顶油钳盘式制动器，四轮同时制动，每个轮八个制动分泵。

脚制动系统按普通轮式装载机在空载时以24km/h速度行驶，其制动距离不大于11米。

6.1整机制动所需制动力矩
M=■ ·■·R■
式中：G ——空载车辆17t；a——减速度2.02 m/
Rk——车轮动力半径0.77m；g——重力加速度9.8m/s2
a=■ ■×■=2.02ms■；M=■=2.7(t·m)
M■=■=0.67(t·m)
6.2钳盘式制动器的制动力矩M■
Mz=N·n■·p·μ·R
式中N——整机制动钳副数6
n——每副制动钳中活塞的个数4；D——活塞直接75mm
P——制动油压102kg/ ；μ——摩擦片与制动盘摩擦系数0.25
R——有效摩擦半径
R=■·■+R■
=■·1-■■1+■+■
=45.4×■+238.75
=240mm
M■=6×4×■×102×0.25×24
=654000kg·m
=6.54(t·m)
6.3按粘着条件决定的最大制动力矩
图4 ZL50C轮式装载机制动时前后轴荷分配
整机空载时参数如下：
总重G■=17t；前桥静负荷G■=6.97t；后桥动负荷G■=10.03t
重心距前桥S■=1770mm；重心距后桥S■=1230mm；重心高度h=1000mm；滚动半径R■=770mm；附着系数μ=0.5；轴距L=2.25m
车辆在制动时，由于惯性力的作用，前后轴上的重量分配与静止时是不同的。

由于制动减速度引起的惯性力，使前轴上的动负荷比静负荷要大，使后轴上的动负荷比静负荷要小，如图4。

P■=M·a=■·a；G■=■=6.97t
G■·L=G■·S■+P■·hG■=■+■
G■=G■+■
M■=G■+■μ·R■
=（6.97+■）×0.5×0.77
=3.28（t·m)
G■·L+P■·h=G■·S■
G■=■=■
G■=■=10.03t
G■=G■-■
M■=G■-■μ·R■
=(10.03-■)×0.77×0.5
＝3.26(t·m)
■P■·P■=M■+M■=3.28+3.26=6.54(t·m)
根据最佳制动工况
以上计算的ZL50C装载机制动力矩符合以上条件：
M=2.7(t·m）；M■=6.54(t·m)；所以M<M■≤■P■·P■
即制动器提供的制动力矩大于整车制动所需的制动力矩，同时小于或等于车轮将被抱死而产生滑移时由地面附着条件决定的制动力矩■P■·P■。

7.结束语
实践证明，按以上介绍的方法设计的ZL50C轮式装载机脚制动系统，结构合理,制动可靠。