谈惯性式汽车液压制动增压器设计范文
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摘要：为提升大型汽车制动性能，利用车辆运行惯性，设计了一种惯性增压式液压制动助力装置，包括单组、双组和四组增压器。增压助力装置由牵引惯性盘总成、液压制动总成构成。制动时，后轮牵引惯性盘旋转，制动卡钳夹紧惯性盘，摩擦旋转产生推力，牵引凸轮盘转动，挤压液压泵活塞，产生高压制动液，输入制动缸制动。利用惯性提高制动效能，可实现液压制动系统在大型商用汽车上的应用，大大提高了汽车的安全性与经济性。
关键词：惯性式；制动性；增压助力器；设计
前言
汽车的制动性是汽车的主要性能之一。汽车的制动性影响着驾驶员的行驶安全，是提高车速的安全保障，汽车如果缺乏可靠的制动性，动力性则无法充分发挥性能。车辆在制动时，影响汽车制动距离的因素有：制动器作用时间、附着力（或最大制动器制动力）和制动的起始车速。制动器作用时间与制动系统的结构形式有密切的关系。改进制动系统结构以减少制动器作用时间，是缩短制动距离的一项有效措施。大型汽车制动时，制动蹄与制动鼓摩擦，车轮与路面摩擦，将汽车的机械能转换成热能在空气中散发，消除汽车惯性能量，来实现制动目的。相比于气压制动系统，大中型客货汽车、挂车和半挂车采用惯性增压式液压制动系统，可以缩短制动距离，节约汽车燃料，延长轮胎使用寿命，提高运输效率。
单组惯性增压器如图1所示，由减速器、惯性盘、凸轮盘、三角板、制动钳和液压泵等组成。惯性盘是盘式制动器的制动盘，由于后轮代表惯性牵引制动盘旋转，故称制动盘为“惯性盘”。在传动轴与后桥连接的法兰盘，串联固定一个传动轴齿轮，后桥上固定一台蜗轮蜗杆减速器，蜗杆伸出壳体外的轴上，固定一个减速器齿轮与传动轴齿轮啮合旋转。蜗轮伸出壳体外的轴上，安装一个凸轮盘，其下半径固定一个制动钳，凸轮盘轴外侧轴上，固定一个惯性盘在制动钳口内旋转。减速器箱体上安装一个三角板和液压泵，三角板重点有一顶杆与液压泵活塞连接，三角板力点有一个滚轮压在凸轮盘上半径的凹槽内，来保证凸轮盘防止摆动。由于凸轮盘下半径固定一个制动钳，保持下垂状态，来保证凸轮盘不随便摆动。汽车在行驶中，传动轴齿轮牵引蜗杆齿轮旋转，蜗杆齿轮牵引减速器旋转，蜗杆轴齿轮同时也牵引蜗轮轴上惯性盘旋转。传动轴旋转8圈，惯性盘旋转1圈，减速比为8，最大不超过10。汽车制动时，汽车的惯性驱驶汽车继续向前或向后滚动，后轮滚动中牵引传动轴和惯性盘旋转。制动踏板力将制动总泵液压输入制动钳内，夹紧惯性盘在摩擦旋转中产生推力，拖带凸轮盘转动，凸轮盘上半径两侧弧坡相等，转动中推动三角板力点上的滚轮向上移动，使三角板重点上的顶杆，挤压液压泵活塞，产生高压制动液，输入各轮制动分泵制动，无论汽车前进或倒车都有制动力制动。汽车制动中，惯性增压器转换推力的大小，与惯性盘表面的粗糙度和制动钳施加于惯性盘的压力相关，粗糙度和压力越大，摩擦系数越大，产生的推力也越大。凸轮盘上半径两侧的弧坡和三角板，是放大推力的杠杆，放大后的推力挤压液压泵活塞，产生高压制动液输入制动分泵制动。根据车型、载量和制动要求，选用合适的鼓式液压制动器或盘式液压制动器。大型客货汽车通常采用气压鼓式制动器，为了达到液压制动要求，将鼓式制动器进行改造，采用用液压制动系统。制动鼓内拆除凸轮轴后，在凸轮位置安装一个液压制动分泵，支撑两个制动蹄将原130kg回位弹簧，改用约30kg回位弹簧，以拉动制动蹄回位和稳定制动蹄。回位弹簧拉力的减少，可增加制动蹄对制动鼓的压力，提高制动力。汽车制动中惯性能量的大小与质量和速度相关，车速越快质量越大，汽车的惯性也越大。汽车惯性的能量是制动器制动力的反作用力。惯性增压器在制动中，消耗后轮滚动中部分能量，对汽车产生一定的制动作用，并且使液压泵产生高压制动液，输入车轮制动分泵进行制动，又较大地消耗了汽车惯性的能量，惯性增压器和车轮制动器两次消耗汽车惯性的能量，可以产生较大的制动效能，所以惯性增压器既是增压器也是制动器，利用惯性提高制动分泵液压制动，无需外力辅助，也不浪费燃料，这种利用惯性克服惯性的制动方式，可以起到事半功倍的制动效果。惯性增压器使用8：1蜗轮蜗杆减速器，降低惯性盘转速，将惯性盘与制动钳的“动”摩擦，降为相对的“静”摩擦，提高摩擦系数，可以产生较大的推（拉）力，挤压液压泵6活塞，获得较大的液压输入制动分泵制动。
2双组惯性增压器结构设计
在蜗轮蜗杆减速器蜗轮单出轴上安装一套惯性增压器，即为单组惯性增压器，此种增压器适用于中小型汽车制动。在蜗轮双出轴两端各安装一组惯性增压器，即为双组惯性增压器，如图2所示，可以两次提高制动器液压，此种增压器适用于大中型汽车制动。汽车制动时，驾驶员踩下制动踏板，挤压制动总泵活塞提高制动液压力，输入第一组制动钳内，夹紧惯性盘摩擦旋转中产生推力，牵引凸轮盘转动，推动三角板杠杆力点上滚轮向上移动，迫使三角板重点上顶杆挤压液压泵活塞，产生更大的液压输入第二组制动钳内，再次夹紧惯性盘摩擦旋转，产生更大的推力，牵引凸轮盘转动，推动三角板挤压液压泵活塞，产生更强大的液压，输入汽车各轮制动分泵制动，第一液压泵产生的高压制动液，输入第二制动钳内，提高第二制动钳液压，夹紧第二惯性盘摩擦产生更大的推力，挤压第二液压泵活塞，产生更高的液压输入各轮制动分泵制动。大中型汽车使用双组惯性增压器，两个盘式制动器制动，进一步加大了制动力，使大中型汽车产生足够大的制动力进行制动。
3四组惯性制动增压器结构设计
双蜗轮减速器如图3所示，蜗轮蜗杆减速器箱内，有两个蜗轮排列在蜗杆齿轮上，用一根蜗杆齿轮牵引两个蜗轮旋转。蜗轮轴伸出箱外两侧的四个轴头上，各加装一组惯性增压器，组合成一台“四组惯性增压器”，用于重型超长汽车制动。汽车制动时，制动总泵向第一组惯性增压器制动钳内注入高压制动液，夹紧惯性盘摩擦产生推力，挤压液压泵活塞产生更高的液压，输入第二组制动钳内与惯性盘摩擦，提高第二组液压泵液压，再将高压制动液输入第三组和第四组制动钳内，再次提高三、四两组液压泵液压，采用并联方式，把两个液压泵输出的高压制动液并联，共同输入汽车各轮制动分泵制动。重型汽车和大型拖挂汽车制动车轮较多，制动时仅靠一个液压泵制动液输入多个制动分泵，不能满足制动分泵的制动要求，如果加大液压泵活塞直径，而液压又很难提高，必须将第三组和第四组两个液压泵输出的高压制动液，并联输入汽车各轮制动分泵，才能满足汽车制动力要求。
4制动效能分析
大中型汽车废除气压制动系统，使用惯性增压式液压制动系统，将汽车惯性部分能量转换成制动力，让惯性二次做功，变害为利。惯性增压器和制动器利用惯性克服惯性，共同消除汽车惯性，可以达到良好的制动效果。如图4所示，汽车惯性增压器将部分惯性能量b1转换成推力，提高增压泵液压，减少了汽车制动距离b2。汽车使用惯性增压器数目越多，转换推力中消耗汽车惯性能量b1也越多，减少制动距离b2也越大。
5结论
本文设计了惯性式汽车液压制动增压器，汽车后轮牵引惯性盘旋转，制动卡钳夹紧惯性盘，摩擦产生推力，牵引凸轮盘转动，挤压液压泵活塞，产生高压制动液，输入制动缸制动。单组惯性增压器采用一套惯性增压系统进行制动。双组惯性增压器采用两个盘式制动器制动。四组惯性制动增压器组合成一台四组惯性增压器,第三、四组两个液压泵输出的高压制动液，并联输入汽车各轮制动分泵，产生足够大的制动力，用于重型超长汽车制动。惯性增压式液压制动助力装置利用惯性提高了制动力效能，节约了汽车燃料，缩短了制动距离，减少了汽车交通事故发生率，可实现液压制动系统在大型汽车上的应用，大大提高了汽车的安全性和经济性。
作者：张通 翟震环 邢振宇 翟仁 刘沈佳 夏怡 徐礼超 刘永臣 张申 单位：淮阴工学院交通工程学院
