第十三章、制动系.ppt

第十三章第十三章 制动系制动系1 1、掌握制动性能及制掌握制动性能及制 动过程分析动过程分析2 2、掌握制动器设计掌握制动器设计3 3、了解制动驱动机构了解制动驱动机构 要求：要求：功功 用：用：使行驶中的车辆减速甚至停车，或保证其下坡具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有稳定的行驶速度；使已停驶的车辆能够驻留原 地。地。（行车制动行车制动，停车制动停车制动，以及，以及应急制动应急制动）组组 成：成：由由制动器制动器和和制动驱动机构制动驱动机构组成。组成。类类 型：型：根据制动器结构，分为根据制动器结构，分为带式带式，蹄式蹄式和和盘式盘式三种。三种。设计要求：设计要求：工作可靠，操纵轻便，反映灵敏，散热性能好，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。维修调整方便，结构简单，成本低等。蹄式制动器蹄式制动器盘式制动器盘式制动器带式制动器带式制动器第一节第一节 制动过程及制动性能分析制动过程及制动性能分析一、车轮制动过程分析一、车轮制动过程分析制动前：制动前：制动时：制动时：有效制动力：有效制动力：抱死的临界状态，最佳制动状态。抱死的临界状态，最佳制动状态。P PB B不仅取决于制动转矩的大小，还取决于地面的附着条件。不仅取决于制动转矩的大小，还取决于地面的附着条件。制动轮抱死，车轮处于滑移状态。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。车轮的最大有效制动力等于附着力。制动时机器所能制动时机器所能 实现的最大减速度实现的最大减速度 减速系数减速系数 （评研制动性能的术语）（评研制动性能的术语）:车辆静止时车辆静止时 车辆行驶制动时车辆行驶制动时二、制动力的分配二、制动力的分配静静载载荷荷动动载载荷荷前桥：前桥：后桥：后桥：前后桥同时前后桥同时“抱死抱死”时制动力的比值为时制动力的比值为:表明表明:当机械的结构一定，重心位置一定时，前、后轮制当机械的结构一定，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。动力的比值是路面附着系数的函数。A A点点：P PBF2BF2P PBR2BR2，前后轮共同抱死点；前后轮共同抱死点；B B点点：P PBR1BR1 P PBR2BR2，后轮先抱死；后轮先抱死；C C点点：P PBF3BF3 P PBF4BF4，前轮先抱死。前轮先抱死。前轮先抱死前轮先抱死 后轮先抱死后轮先抱死 共同抱死共同抱死三、工程机械的行车制动性能三、工程机械的行车制动性能 行车制动性能是指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工程机械在行驶状态迅速降低行驶速度直至停止的能力。直至停止的能力。制动性能通常用制动距离来衡量制动性能通常用制动距离来衡量，制动距离是从操纵制动，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。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。制动距离不是越短越好。制动距离缩短会造成制动减速度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。变差。设计机器时，制动性能只要符合相关标准即可。四四 制动时整机制动力制动时整机制动力P PB B的确定的确定典型制动过程中的减速度与时间的关系曲线典型制动过程中的减速度与时间的关系曲线制动系反应时间 减速度增长时间 按标准中指定的制动初速度按标准中指定的制动初速度v v0 0和制动距离和制动距离S SB B，求得最，求得最大制动减速度大制动减速度总制动力总制动力：根据机器工作情况和重心位置来确定分配到每一制动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：轮的制动力，按下式可计算每一车轮的制动力矩：五五 工程机械的停车制动性能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。轮与地面之间具有足够的附着力。车桥的垂直负荷车桥的垂直负荷最大制动力最大制动力要使车辆不下滑，要使车辆不下滑，则则即：即：仅后轮制动的上坡工况仅后轮制动的上坡工况 若停车制动器安装在变速箱输出轴上，各车轮的制动力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，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：则停车制动器的制动转矩为：练习题六练习题六v画出制动轮的受力图，并据此分析车辆实现画出制动轮的受力图，并据此分析车辆实现最佳制动状态的条件是什么？最佳制动状态的条件是什么？v影响制动力大小的两个因素是什么？影响制动力大小的两个因素是什么？第二节第二节 制动器的设计制动器的设计制动器设计制动器设计盘式制动器盘式制动器蹄式制动器蹄式制动器带式制动器带式制动器一、带式制动器一、带式制动器 根据根据制动带端部的固定连接方式制动带端部的固定连接方式不同，带式制动器可分为不同，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、浮式和双端收紧式三种结构形式。单端收紧式单端收紧式 浮式浮式 双端收紧式双端收紧式1 1带式制动器的制动效应分析带式制动器的制动效应分析 （1 1）单端收紧式制动器）单端收紧式制动器结构：结构：一端连接在固定点，另一端与一端连接在固定点，另一端与操纵杠杆相连，制动时由与杠操纵杠杆相连，制动时由与杠杆相连的一端收紧。杆相连的一端收紧。特点：特点：制动鼓旋转方向不一样，操纵制动鼓旋转方向不一样，操纵杠杆产生的力不一样。杠杆产生的力不一样。应用：应用：不适合大中型机械所采用。不适合大中型机械所采用。紧端松端紧端松端制动力矩与制动带两端拉力关系：制动力矩与制动带两端拉力关系：制动带两端拉力关系：制动带两端拉力关系：紧端拉力紧端拉力松端拉力松端拉力1 1带式制动器的制动效应分析带式制动器的制动效应分析（2 2）浮式制动器）浮式制动器紧端松端结构：结构：两端固定点浮动，制动时依据两端固定点浮动，制动时依据制动鼓旋转方向，由一端成为制动鼓旋转方向，由一端成为支承点，另一端成为移动点。支承点，另一端成为移动点。特点：特点：无论制动鼓旋转方向是否一样，无论制动鼓旋转方向是否一样，操纵杠杆产生的力一样。操纵杠杆产生的力一样。应用：应用：适合现代作业机械的使用。适合现代作业机械的使用。1 1带式制动器的制动效应分析带式制动器的制动效应分析（3 3）双端收紧式制动器）双端收紧式制动器紧端松端结构：结构：制动时，制动带两端同时收紧。制动时，制动带两端同时收紧。d d1 1d d2 2，可保证不管制动鼓旋转，可保证不管制动鼓旋转方向，制动器都有相同制动效应。方向，制动器都有相同制动效应。特点：特点：收紧制动带所需的力比收紧单端收紧制动带所需的力比收紧单端收紧式的任一状态都大。收紧式的任一状态都大。应用：应用：不适合无液压助力大功率机械。不适合无液压助力大功率机械。2.2.典型带式制动器结构典型带式制动器结构D80AD80A推土机制动器推土机制动器3 3带式制动器基本参数的确定带式制动器基本参数的确定基本参数包括：基本参数包括：制动鼓半径制动鼓半径R R、包角包角，制动带衬面宽度制动带衬面宽度b b。（1 1）制动带与制动鼓之间的单位压力）制动带与制动鼓之间的单位压力q q最大单位压力在制动带的紧端最大单位压力在制动带的紧端 （2 2）最大单位滑磨功）最大单位滑磨功 增加增加制动鼓的半径制动鼓的半径R R，可使拉力，可使拉力S S、最大的单位压力、最大的单位压力q qmaxmax和最和最大的单位滑磨功大的单位滑磨功l lAmaxAmax减小，当然操纵力也可以减小。减小，当然操纵力也可以减小。摩擦衬面宽度摩擦衬面宽度b b增加，不会减小拉力增加，不会减小拉力S S及操纵力，但可以防止及操纵力，但可以防止单位压力和单位滑磨功过大。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，为使制动带能紧密贴紧制动鼓，b b不能太宽。若单位压力不能太宽。若单位压力过大而过大而R R无法增大时，可把制动带做成两条，平行地装在鼓上。无法增大时，可把制动带做成两条，平行地装在鼓上。包角包角增加，可以减小操纵力与磨损，故设计时应尽量增大增加，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包角，干式制动器包角一般在300300左右，太大散热不好；湿式左右，太大散热不好；湿式制动器包角一般在制动器包角一般在330330350350左右。左右。基本参数确定原则基本参数确定原则：履带推土机履带推土机 常规驱动桥常规驱动桥离合器转向离合器转向二、蹄式制动器二、蹄式制动器1.1.基本原理基本原理制动蹄的转动方向与制制动蹄的转动方向与制动鼓的旋转方向一致的动鼓的旋转方向一致的制动蹄，称为制动蹄，称为领蹄领蹄；制动蹄的转动方向与制制动蹄的转动方向与制动鼓的旋转方向相反的动鼓的旋转方向相反的制动蹄，称为制动蹄，称为从蹄从蹄。2.2.蹄式制动器的结构型式（蹄式制动器的结构型式（制动效能，制动鼓受力平衡状况制动效能，制动鼓受力平衡状况）领从蹄式（凸轮张开式）领从蹄式（凸轮张开式）领从蹄式（油压张开式）领从蹄式（油压张开式）单向双领蹄式单向双领蹄式双向双领蹄式双向双领蹄式单向增力式单向增力式 QPQP双向增力式双向增力式蹄式制动器存在的缺陷蹄式制动器存在的缺陷 由于摩擦副表面温升或浸由于摩擦副表面温升或浸水，会使摩擦系数下降，存在水，会使摩擦系数下降，存在制动效能稳定性同制动效能本制动效能稳定性同制动效能本身之间的矛盾。身之间的矛盾。制动鼓受热膨胀后使制动制动鼓受热膨胀后使制动器间隙加大，为消除此间隙并器间隙加大，为消除此间隙并得到同样大的制动力矩，使踏得到同样大的制动力矩，使踏板行程增大，操作不便。板行程增大，操作不便。1 1）制动鼓内径）制动鼓内径D D 2 2）摩擦衬片包角）摩擦衬片包角和宽度和宽度b b 3 3）摩擦衬片起始角）摩擦衬片起始角0 0 4 4）制动器中心到张开力）制动器中心到张开力F F0 0 作用线的距离作用线的距离e e 5 5）制动蹄支承点位置坐标）制动蹄支承点位置坐标a a 和和c c 3.3.蹄式制动器的参数确定蹄式制动器的参数确定为什么为什么e e、a a尽可能尽可能大，而大，而c c尽可能小？尽可能小？本节学习要点v不同类型带式制动器的结构特点；不同类型带式制动器的结构特点；v带式制动器的基本参数及其设计原则；带式制动器的基本参数及其设计原则；v不同类型蹄式制动器的结构特点；不同类型蹄式制动器的结构特点；v蹄式制动器基本参数的设计原则。蹄式制动器基本参数的设计原则。盘式制动器盘式制动器钳盘式钳盘式全盘式全盘式三三 钳盘式制动器钳盘式制动器 1.1.钳盘式制动器的基本结构钳盘式制动器的基本结构活塞自动回位活塞自动回位 间隙自动补偿间隙自动补偿ZL40ZL40装载机装载机销轴销轴罩壳罩壳卡环卡环摩擦卡环摩擦卡环弹簧座弹簧座盖板盖板 挡圈挡圈 假设衬块的摩擦表面与制动盘接触良好，且各处的单位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，则盘式制动器的压力分布均匀，则盘式制动器的制动力矩制动力矩M Mm m为为 2.2.钳盘式制动器的设计计算钳盘式制动器的设计计算任一单元面积上的摩擦力对制动盘中心的力矩任一单元面积上的摩擦力对制动盘中心的力矩单侧制动块作用于制动盘上的制动力矩单侧制动块作用于制动盘上的制动力矩单侧衬块给予制动盘的总摩擦力单侧衬块给予制动盘的总摩擦力有效半径有效半径令令 则有则有 3.3.钳盘式制动器的结构设计要点钳盘式制动器的结构设计要点1 1）制动盘直径）制动盘直径D D D D应尽可能取大些，有效半径增加，应尽可能取大些，有效半径增加，可降低制动钳的夹紧力，减少衬块的可降低制动钳的夹紧力，减少衬块的 单位压力和工作温度。单位压力和工作温度。2 2）制动钳）制动钳 制动钳体应有高的强度和刚度。为了减少传给制动液的热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。量，尽量将杯形活塞的开口端顶靠制动块的背板。3 3）制动块）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。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。四四 全盘式制动器全盘式制动器 盘式制动器与鼓式制动器相比，有以下优点：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，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；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；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；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。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。对于钳盘式制动器而言，制动盘外露，还有散热良好的优点。盘式制动器不足之处是效能较低，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。需制动促动管路压力较高，一般要用伺服装置。第三节第三节 制动驱动机构制动驱动机构功功 用：用：用于产生制动动作和控制制动效果的装置。用于产生制动动作和控制制动效果的装置。类类 型：型：分为人力制动，动力制动和伺服制动三种。分为人力制动，动力制动和伺服制动三种。设计要求：设计要求：保证所有车轮制动器同时起作用，且同一车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；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。上的力成一定比例关系。一、制动驱动机构的型式一、制动驱动机构的型式 1.1.人力制动人力制动 特点：特点：单靠驾驶员施加的踏板力或手柄力单靠驾驶员施加的踏板力或手柄力 作为制动力源；作为制动力源；分类：分类：机械式，液压式。机械式，液压式。D80AD80A推土机制动器（机械式）推土机制动器（机械式）特点：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。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人力液压制动系统示意图特点：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。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。一、制动驱动机构的型式一、制动驱动机构的型式 2.2.动力制动动力制动 特点：特点：完全靠发动机的动力转化而成的气压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；或液压形式的势能作为制动力源；分类：分类：气压式，气顶液式，全液压式。气压式，气顶液式，全液压式。特点：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。本高，响应时间较长，工作压力低，制动气室排气有噪声。制动阀（并列式双腔结构）制动阀（并列式双腔结构）贮气筒贮气筒空压机空压机对比项目对比项目响应时间响应时间工作压力工作压力气压制动气压制动0.30.30.9s0.9s0.50.50.7MPa0.7MPa液压制动液压制动0.10.10.3s0.3s101020MPa20MPa气压制动与液压制动的对比气压制动与液压制动的对比为什么气压制动的为什么气压制动的响应时间要长？响应时间要长？特点：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、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。气压制动优点；结构复杂、质量大、成本高，主要用于重型机械。气顶液制动气顶液制动气推油加力器气推油加力器气推气推 油加油加 力器力器贮气筒贮气筒贮气筒贮气筒制动阀制动阀变速操纵阀变速操纵阀一、制动驱动机构的型式一、制动驱动机构的型式 3.3.伺服制动伺服制动 特点：特点：兼用人力和发动机动力进行制动。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。正常情况下，由动力伺服系统作用。分类：分类：真空伺服，空气伺服，液压伺服。真空伺服，空气伺服，液压伺服。（负气压能）（负气压能）（气压能）（气压能）（液压能）（液压能）滑阀滑阀活塞活塞液压随动机构液压随动机构二、制动驱动机构设计计算二、制动驱动机构设计计算1.1.气压驱动机构的设计和计算气压驱动机构的设计和计算1)1)凸轮机构推杆的推力凸轮机构推杆的推力2)2)活塞式制动气室的计算活塞式制动气室的计算3)3)贮气筒容积的设计贮气筒容积的设计 4)4)空气压缩机的计算和选用空气压缩机的计算和选用2.2.液压驱动机构的设计和计算液压驱动机构的设计和计算1)1)制动轮缸直径制动轮缸直径d d的计算的计算2)2)制动主缸直径制动主缸直径D D0 0的计算的计算三、制动防抱死系统（三、制动防抱死系统（ABSABS）简介）简介控制器控制器压力调节器压力调节器轮速传感器轮速传感器中篇中篇 工程机械底盘设计工程机械底盘设计第一章第一章 传动系设计概述传动系设计概述4t 4t 第二章第二章 主离合器主离合器4t4t 第三章第三章 人力换档变速箱人力换档变速箱4t4t 第四章第四章 液力传动液力传动8t8t 第五章第五章 动力换档变速箱动力换档变速箱 10t10t 第六章第六章 万向节与传动轴万向节与传动轴2t2t 第七章第七章 轮式驱动桥轮式驱动桥4t4t 第八章第八章 履带驱动桥履带驱动桥2t2t 第九章第九章 轮式转向系轮式转向系6t6t 第十章第十章 轮式行驶系轮式行驶系4t4t 第十一章第十一章 履带式行驶系履带式行驶系.2t2t 第十二章第十二章 制动系制动系.6t6t