制动器设计的计算过程

制动器设计的计算过程
钳盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定，而且空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好，在各种路面都有良好的制动表现。

将越来越多地应用于轮式装载机的制动系统设计中。

目前，轮式装载机制动系统的设计有两大发展有两大发展趋势。

其一是行车制动起向封闭式湿式全盘式发展。

这种制动器全封闭防水防尘，制动性能稳定，耐磨损使用寿命长，不需调整。

散热效果良好，摩擦副温度显著降低。

不增大径向尺寸的前提下改变摩擦盘数量，可调节制动力矩，实现系列化标准化。

其二是制动传动装置由气推油向全液压动力制动发展。

这种制动装置的制动踏板直接操纵制动液压阀，可省去气动元件，结构简单紧凑，冬季不会冻结，不需放水保养，阀和管路不会锈蚀，制动可靠性提高。

所以在轮式装载机的制动系统中被越来越多地得到应用。

本文对此系统的设计计算方法和步骤简单介绍。

1 假设条件和制动性能要求
1.1 假设条件
忽略空气阻力，并假定四轮的制动器制动力矩相等且同时起作用；驻车制动器制动力矩作用于变速器的输出端或驱动桥的输入端。

1.2 制动性能要求
1.2.1 对制动距离的要求
根据GB8532-87（与ISO 3450-85等效），非公路行驶机械的制动距离的（水平路面）要求如表1。

表1 非公路行驶机械的制动距离最高车速
(km/h) 最大质量
(kg) 行车制动系统的制动距离
(m) 辅助制动系统的制动距离
(m)
≥32
/ θ≤32000 V2/68+（V2/124）.（G/32000） V2/39+（V2/130）.（G/32000）
≥32000 V2/44 V2/30
≤32 / θ≤32000 V2/68+（V2/124）.（G/32000）+0.1(32-V) V2/39+（V2/130）.（G/32000）+0.1(32-V)
≥32000 V2/44+0.1(32-V) V2/30+0.1(32-V)
* V——制动初速度（Km/h） G——整机工作质量（kg）
1.2.2 对行车系统的性能要求
除了满足制动距离要求外，还要求行车制动系统能满足装载机空载在25%（14.0）的坡度上停住。

1.2.3 对辅助制动系统的性能要求
满载时，应在15%（8.5）的坡道上驻车无滑移；空载时，应在18%（10.2）的坡道上无滑移。

行车制动系统失效时，应能作为紧急制动。

2 制动力矩计算
2.1 按所需制动距离计算
在水平路面上四轮制动的轮式装载机的，其行车制动总制动力矩MB1:
MB1=δ.G.a1.rk (N.m)
a1=V02/[25.92(S0-V0.t1/3.6)] (m/S2)
式中 G—整机工作质量（kg）
a1 —制动减速度（m/s2)
rk—车轮滚动工半径（m）
δ—回转质量换算系数
δ=1+[4Jk+∑（Jm.Im2)]/(rk2.G)
Jk—轮胎和轮辋的转动惯量（kg.m2)
Jm__m转动件转动惯量（kg.m2)
Im—m转动件到车轮的传动比
若Jk、Jm尚未可知，可取近似δ=1.1
V0——制动初速度（km/h)
轮式装载机V0=20km/h
S0——表1中V=V0时的制动距离（m)
t1——制动系统滞后时间（s)
对全液压制动系统，取t1=0.2
2.2 按坡道上驻车计算总制动力矩
（1）用行车制动器时总制动力矩
Mp1=G.g.sin14o.rk)(N.m)
式中g——重力加速度（m/s2）
（2）空载驻车用制动器时总制动力矩
Mp2=G.g.sin10.2o.rk)(N.m)
（3）满载驻车用制动器时总制动力矩
Mp3=(G+W).g.sin8.5o.rk)(N.m)
式中W——装载机额定载质量（kg）
根据2.1和2.2的计算，所需行车制动总制动力矩 M'B=max{MB1,Mp3};
所需驻车制动总制动力矩
M'P=max{MP1,Mp3};
2.3 按附着长件校核总制动力矩
（1）水平路面行车制动
MBu=G.g.δ.u.rk(N.m)
u——轮胎与水泥路面的滑动磨擦系数一般取u=0.6 （2）坡道空载驻车制动
MPu1=G.g.f.rkcos10.2o/(Id.If)(N.m）
f——轮胎与水泥路面的静磨擦系数
Id——桥主传动传动化
If——桥终传动传动化
（3）坡道满载驻车制动
Mpu2=(G+W).g.f.rkcos8.5/(Id.If)(N.m）
事实上，MPu1<Mpu2
2.4 制动力矩确定
综合考虑2.1、2.2和2.3的计算结果，则行车制动总力矩MB应满足
MB=min{M'B,MBu}
驻车制动总力矩Mp应满足：
Mp=min{MP,MPu1}
确定MB2后，再重新计算制动减速度a和制动距离S：
a=MB/(G.δ.rk)=(0.32-0.37)g (m/s2)
S=V02/(25.92a)+V0.t/3.6 (m)
确定Mp后，还可计算停车制动器作为紧急制动用的制动减速度ae和制动器距离Se：
ae=Mp.Id.If/（G.δ.u.rk）0.25g (m/s2)
Se=V02/(25.92ae)+V0.t/3.6 (m)
S和Se要满足表1的要求。

3 制动器设计计算
四轮制动器所能产生的制动力矩应大于或等于总制动力矩，即
4F.（nj+nd-1）.ud.re≥MB
nj——每个制动器中静磨擦盘片数
nd——每个制动器中动磨擦盘片数一般nj=nd+1
ud——动、静磨擦盘间的磨擦系数
F——磨擦盘上的压紧力（N）
F=Pd.Ad-Fs
Pd——作用在磨擦衬块上的压力（Mpa）
Pd/ θ≤[Pd]
[Pd] ——磨擦衬块许用压力（Mpa）
Ad——磨擦盘有效面积（m)
Ad=3.14(R22-R2)
R1、R2——分别为磨擦衬块的内径、外径（m），由结构布置和磨擦盘生产厂家产品的尺寸系列决定。

Fs——制动器活塞回位弹簧作用力（N）一般取Fs=0 .1F re——磨擦盘当量磨擦半径（m）
假设磨擦盘均匀受力，可按下式计算：
re=R1(1-γ)2/[6(1+γ)]+(R1+R2)/2
式中γ=R1/R2
4 一次制动单个制动器用油量V1计算
V1=Ap.Lp (L）
式中 Ap——受油压侧活塞环面积（m2）
活塞环的平均半径应与磨擦盘的当量半径一致
Lp ——一次制动活塞总行程（mm）
Lp =(E+0.05).nj+(Ed+0.05).nd
Ej、Ed——静、动磨擦盘的平面度误差（mm）
根据单个制动器用油量可计算时滞控制阀和制动传动装置的用油量。

5 温升校核
5.1 制动能量计算
一次制动产生的总能量：
E=G.V2/25.92 （J）
单根驱动桥中制动器所要耗散的能量为
E1=E.β
式中β——前（后）桥制动器制动力分配比按前述假设β=0.5
5.2 温升计算A
△t=E1/(C1m1+C2m2)
=G.V2β/[25.92(C1m1+C2m2)]/ θ≤[△t/ θ]
式中C>1/ θ、——前（后）桥中制动器金属部件和冷却液的热容量[J/(kg./ θK)]
m1/ θ、m2/ θ——前（后）桥中邻接磨擦表面的金属部件质量和冷却液的质量（kg）
/ θ[△t]/ θ——一次制动最大允许温升（K）
[△t]/ θ的计算，是按制动器和驱动桥所产生的热量与所能散发的热量相平衡的原则，以及磨擦材料、油液和密封件所能承受的温度来决定的原则，以及磨擦材料、油液和密封件所能承受的温度来决定。

一般一次制动温度上升不应超过18oC，纸基磨擦材料表面温度经常高于200oC，将导致其迅速摩损。