拖拉机汽车制动系统的制动过程

拖拉机汽车制动系统的制动过程

摘要：论述了拖拉机汽车制动系的功用、组成、原理及其制动过程的受力分析、评价指标和影响制动效率的因素等。

关键词：制动系统制动过程指标因素

1制动系的功用

1.1制动系的功用

根据需要使拖拉机、汽车减速或在最短距离内停车；下坡行驶时限制车速；协助或实现转向；使拖拉机、汽车可靠地停放原地，保持不动。

1.2制动系类型

（1）按制动器的工作原理可分为：机械摩擦式——制动力的获得靠接触副的摩擦来产生；液力式——利用阻滞由被制动件所搅动的液流达到制动作用；电力式——利用制动件旋转的动能转变为电能而产生制动作用；气力式——利用发动机排气阻力进行制动。

（2）按传动机构的型式可分为：机械式——利用各种传动杆件将操纵者的作用力传给制动器；液压式——以油液为介质将操纵者的作用力传给制动器；气压式——利用空气压缩机产生的压缩空气的能量来制动旋转元件。

2制动系的组成和工作原理

2.1制动系组成

拖拉机汽车制动系有两个装置，即行车制动装置和驻车制动装置，且都是由产生制动作用的制动器和操纵制动器的传动机构组成。现代拖拉机、汽车的制动装置广泛采用机械摩擦来产生制动作用，其中用来直接产生摩擦力矩迫使车轮减速或停转的部分，称为制动器；通过驾驶员的操纵或将其他能源的作用传给制动器，迫使制动器产生摩擦作用的部分，称为制动器传动机构。

2.2制动系的工作原理

以车轮制动器为例进行简述，车轮制动器由旋转部件、固定部件各张开部件组成。旋转部件是制动鼓，它固定在轮毂上并随车一起旋转。固定部件主要包括制动蹄各制动底板等。制动蹄上铆有摩擦片，制动蹄下端连接相应的操纵部件。制动蹄靠液压轮缸使其张开。不制动时，制动鼓的内圆柱面与摩擦片之间保留一定的间隙，使制动鼓可以随车轮一起旋转。

制动时，驾驶员踩下制动踏板通过传动杆件消除制动蹄与制动鼓之间的间隙后压紧在制动鼓上。这样不旋转的摩擦片对旋转的制动鼓产生一个摩擦力矩，该力矩传给车轮后，由于车轮与路面的附着作用，车轮即对路面作用一个向前的周缘力。同时，路面也会给车轮一个向后的反作用力，此力即是车轮受到的制动力。在制动力的作用下使拖拉机汽车减速或停车。

驾驶员松开制动踏板时，通过传动机构，制动蹄与制动鼓的间隙恢复原位，即可解除制动。

3制动过程

此部分内容是本文论述的重点，主要从车辆在制动过程中的工作情况、受力分析、制动性能的评价指标和影响制动效率的因素等几方面进行详解。

3.1制动过程中的工作情况

轮式拖拉机和汽车在制动过程中，随着制动踏板向下运动，制动器的摩擦表面相互贴合并相对滑磨，把动能转变为热能。踏板力越大，制动力矩、制动力也越大。但当制动力上升到等于车轮的附着力以后，踏板力如继续增大，只能将制动器抱死而不能使制动力有所增加。制动力的最大值受限于附着力。在硬路面上行驶时，附着力主要是车轮与地面之间的摩擦力。当制动器完全抱死时，车轮将在地面上滑移，轮胎和地面之间的附着系数将由静摩擦系数变为动摩擦系数，不仅数值有所下降（减少5%~25%）而且将使胎面剧烈发热，轮胎强烈磨损。因此为了获得最大的制动力不应该将制动器抱死，制动力矩的大小应该使制动力略小于轮胎开始滑移时的极限值。

在制动过程中，随着制动力的增大，减速度和惯性力随之增大，而后轴上的载荷则逐渐减小，因此附着力的极限值也相应减小。当随制动力增大而附着力减小至两者相等时，制动力就达到最大值，拖拉机、汽车所能得到的最大减速度也取决于这时的制动力。

拖拉机和汽车的重量和速度对制动性能的影响极为显著。一般重量增加一倍，则转化为的热量也增加一倍，因此需要制动器吸收和散失的热量也增大一倍。从这个意义上来说，拖拉机、汽车都规定了不得超载。速度对制动的影响则更大，如果速度增加一倍，则制动所需的能量就是原来的4倍。因此制动器就要吸收和消耗四倍于原来的热量。由此可见，如果载荷和速度都增加一倍，则制动能量将是原来的8倍，制动器要吸收和消耗8倍于原来的热量。

3.2制动过程受力分析

3.2.1车辆在纵垂面方向的受力

车辆制动过程在纵垂面方向的受力如图所示。此时平衡的方程式为：

Pzc+Pzq+Pfc+Pfq-Pj+Pw±Gssinα=0(1)

式中Pzc、Pfq—前、后车轮所受地面制动力；

Pfc、Pfq—前、后车轮滚动阻力；

Pj—车辆惯性阻力；

Pw—空气阻力；

Gssinα—坡道阻力，上坡取“+”，下坡取“－”（Gs

为使用重量，α为路面坡度角）。

令Pz=Pzc+Pzq；Pf=Pfc+Pfq，则式（1）化简移向后得

Pz+Pf=Pj-Pw±Gssinα（2）

此式中Gssinα项上坡取“－”，下坡取“+”。

图车辆制动受力图示3.2.2制动时，前、后车轮垂直载荷的变化

车辆制动时，由于惯性力Pj的影响，前、后车轮所受垂直载荷与车辆静态或匀速直线行驶时比较是不同的，现以路面对车辆前、后轴上车轮的法向反作用力来表征。

静态时：

Yco=1L(aGscosα±hGssinα)（3）

Yqo=1L［(L-a)Gscosα±hGssinα］（4）

式中L—车辆的轴距；

a—车辆质心距后轮轴心的纵向距离；

h—质心距路面高度。

等速行驶时：

Y′co=1L［aGscosα-h(Pw±Gssinα)］（5）

Y′qo=1L［(l-a)Gscosα+h(Pw±Gssinα)］（6)

由上式可以看出，空气阻力Pw使路面对前轮的法向反力减小，对后轮的法向反力增大。上坡时，车重的分力Gssina与空气阻力Pw的作用相同；下坡时Gssina力使路面对前轮的法向反力增大，而对后轮的法向反力减小。

对行驶中的车辆紧急制动时：

Yc=1L［aGscosα+h(Pj-Pw±Gssinα)］（7）

Yq=1L［(L-a)Gscosα-h(Pj-Pw±Gssinα)］（8）

由上式可知：在制动时产生的惯性力Pj可使路面对前轮的法向作用力增大，而对后轮的法相作用力（支撑力）的重新分配影响也越大。在制动过程中，空气阻力Pw的作用逐渐变小的。将式（1）带入式（7）和式（8），得

Yc=1L［aGscosα+h(Pz+Pf)］（9）

Yq=1L［(L-a)Gscosα-h(Pz+Pf)］（10）

假定车辆在水平路面（α=0）上行驶制动,当前轮和后轮同时制动而接近“抱死”状态,即车轮在被制动到不旋转且要做纯滑移之前的时候,可得到地面最大制动力Pzcmax和Pzqmax,并且地面最大制动力还取决于轮胎接地面上作用的垂直载荷大小和轮地间的附着系数（φ），设各轮与地面间的附着系数均为（φ），则：

Pzcmax=Ycφ=GsφL［a+h(φ+f)］（11）

Pzqmax=Yqφ=GsφL［(L-a)-h(φ+f)］（12）

式中f—车轮滚动阻力系数。

制动力的最大值出现在制动器接近“抱死”车轮,而车轮要做纯滑移之前。此时,如果再增加踏板力,制动器将会抱死车轮,车轮作纯滑移,则其制动效果反而更差。

3.2.3前轮和后轮制动力的合理分配

当地面对车轮的制动力没有达到最大值之前,Pzc与Pzq和制动踏板用力F的大小成正比。而前后轮制动力的最大值,则取决于车轮与地面之间的附着力。如果附着系数（φ）是一常数，则Pacmax和Pzqmax之间的比例关系应按制动时前后车轮法向载荷之间的比例而定。即：

PzcmaxPzqmax=YcYq=a+h(φ+f)(l-a)-h(φ+f)（13）

可见前后轮最大制动力的合理配比，与车辆重心位置（a、h）,轴距（L）,