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

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