全地面汽車起重機(jī)制動(dòng)安全性能分析

　　1 QYU160型全地面汽車起重機(jī)概述 $lesson$

　　隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工程車輛對經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮著愈來愈大的作用，其使用安全性能也愈加受到重視。工程車輛的使用性能包括制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、可靠性能及作業(yè)安全性能。筆者以QYU160大型全地面汽車起重機(jī)為例，探討全地面多軸工程車輛制動(dòng)安全性能。

　　QYU160是汽車起重機(jī)、越野輪胎汽車吊和塔式起重機(jī)的結(jié)合，既有汽車起重機(jī)的高速性能，又具有輪胎汽車起重機(jī)的機(jī)動(dòng)靈活、高越野、高通過性能。該機(jī)整備質(zhì)量和總體尺寸都較大，運(yùn)行速度高，是全地面多軸工程車輛的典型代表。其底盤部分采用油氣懸掛結(jié)構(gòu)，行車系統(tǒng)有六根橋。該機(jī)使用條件復(fù)雜，適于在泥濘、沼澤、冰面、水面及干燥的等級(jí)路面行駛。

　　2 制動(dòng)系統(tǒng)選型分析

　　2.1 制動(dòng)系統(tǒng)簡介

　　QYU160行車制動(dòng)采用雙管路氣制動(dòng)，連續(xù)制動(dòng)采用液力阻尼器，手制動(dòng)采用氣控彈簧加載來實(shí)現(xiàn)，行車制動(dòng)器采用氣壓驅(qū)動(dòng)楔塊式張開裝置的雙向雙領(lǐng)蹄制動(dòng)器結(jié)構(gòu)。

　　2.2 制動(dòng)系統(tǒng)主要元器件選型分析

　　2.2.1 制動(dòng)器

　　行車制動(dòng)采用楔塊式制動(dòng)器有以下優(yōu)越性：

　　①效率高;②有間隙自調(diào)機(jī)構(gòu)，保證使用過程中有良好的制動(dòng)力匹配以及良好的方向穩(wěn)定性;③熱穩(wěn)定性及高速制動(dòng)性能好。

　　該制動(dòng)器的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是，氣室可以直接安裝在制動(dòng)器的底架上，以達(dá)到“凈化”車橋的目的。

　　2.2.2 液力阻尼器

　　液力阻尼器是利用油液的粘滯阻力來產(chǎn)生制動(dòng)力矩的裝置。該元件的特點(diǎn)是，車速越高，產(chǎn)生的阻力越大。其持續(xù)制動(dòng)能力可由下式來確定：

　　G×V×(i-f)×3600/778=Hrad×Arad×(Trad (1)

　　式中，Arad──散熱器的冷卻面積，m2;i―道路坡度，°;Hrad──發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器的傳遞系數(shù)，Kcal/h?(F?m2;f―滾動(dòng)阻力系數(shù);V―車速，m/s;G―車重，N;(Trad―散熱器中水和空氣的平均溫差，(F;

　　通過式(1)可以確定在給定的道路坡度、路面狀況且不使用主制動(dòng)器時(shí)，該車的最大安全行駛速度。

　　3 油氣懸掛對制動(dòng)性能的影響

　　3.1 靜不定問題

　　QYU160為六軸車，采用油氣懸架后，克服一一般懸架結(jié)構(gòu)帶來的靜不定問題，使得該車各車軸上的軸荷與路面結(jié)構(gòu)形狀無關(guān)。

　　3.2 QYU160縱向尺寸為16900mm，整備質(zhì)量約72000kg，采用油氣懸掛并作適當(dāng)布置，使制動(dòng)過程中軸荷轉(zhuǎn)移較小(道路附著系數(shù)(=0.8時(shí)其轉(zhuǎn)移量約為4.5%)，而且第三、四軸軸荷基本恒定不變()。

　　3.3 制動(dòng)點(diǎn)頭現(xiàn)象

　　油氣懸掛的剛度(C)可用下式來表示：

　　Vk0 dA Vk0 dV

　　c=(P0── ―1) ── ―AKP0── ── (2)

　　Vk df Vk+1 df

　　式中，P、V、P0、V0分別為任意位置及靜平衡時(shí)，氣體的絕對壓力和容積;K―多變系數(shù);V=A×H，H―折算高度，A―有效面積，這里A為常數(shù);f―高度位移。

　　對車輛多制動(dòng)工況下懸架變形分析和計(jì)算表明，由制動(dòng)產(chǎn)生的軸荷轉(zhuǎn)移不引起點(diǎn)頭現(xiàn)象。

　　4 整車制動(dòng)安全性能分析

　　4.1 制動(dòng)效能分析

　　4.1.1 制動(dòng)時(shí)間t

　　制動(dòng)系統(tǒng)可作圖1簡化：制動(dòng)時(shí)間由兩部分組成。其一：輔助時(shí)間t1，為制動(dòng)管路氣壓由0上升到90%最大壓力所消耗的時(shí)間;其二：為制動(dòng)持續(xù)時(shí)間t2。

　　1)制動(dòng)輔助時(shí)間t1

　　t1=t11+t12+t13 (3)

　　式中，t11──滯后時(shí)間，t11=l2/c,s;l2──制動(dòng)閥與制動(dòng)氣室間的距離，m;c──制動(dòng)液中聲速，m/s;t12──由制動(dòng)氣室推桿克服間隙所需位移引起的時(shí)間。

　　t12=(V0+Vs)(0.007l1+0.025l2),s

　　式中，V0──在活塞或膜片產(chǎn)生任何位移之前需充滿的制動(dòng)氣室的容積，m3;Vs──消除間隙所需充滿的制動(dòng)氣室的容積，m3;t13──制動(dòng)管路壓力達(dá)到儲(chǔ)氣筒最大壓力90%所需的時(shí)間,s，t13=0.042(l1+l2)(Vs+V0+V2),s，V2──連桿制動(dòng)閥與制動(dòng)氣室的制動(dòng)管路的容積，m3。式中未列參數(shù)，如圖1所示，由此根據(jù)給定的條件可得出輔助時(shí)間值。

　　2)制動(dòng)持續(xù)時(shí)間t2

　　制動(dòng)過程中，制動(dòng)器開始發(fā)生作用至車輛停止所用的時(shí)間t2：

　　t v2 1

　　t2=∫dt=∫ ―dv,s (4)

　　0 V1 j

　　式中，V1──制動(dòng)初速度，m/s;V2──制動(dòng)末速度，m/s;j──制動(dòng)減速度，m/s2;

　　4.1.2 制動(dòng)距離S

　　分別由對應(yīng)于上述制動(dòng)時(shí)間所產(chǎn)生的距離組成。

　　t13 V2 t

　　S=(t11+t12+―)V1+,∫ ∫jdvdt,m (5)

　　2 0 0

　　式中參數(shù)如前所述

　　4.2 制動(dòng)時(shí)車輛的方向穩(wěn)定性

　　由于該車采用多軸轉(zhuǎn)向(第1、2、3、5軸)和多橋驅(qū)動(dòng)(越野行駛時(shí)，第1、2、3、5、6軸驅(qū)動(dòng);公路行駛時(shí)，第5、6軸驅(qū)動(dòng))，故在制動(dòng)過程中為保證良好的方向穩(wěn)定性，要求做到：

　　1)防止在干燥路面上以高減速度制動(dòng)時(shí)，后輪過早抱死，失去穩(wěn)定性。

　　2)防止在滑溜路面上以低減速度制動(dòng)時(shí)，前輪過早抱死，失去轉(zhuǎn)向能力。

　　車輛制動(dòng)過程中，各車輪被利用附著系數(shù)(f)與制動(dòng)強(qiáng)度(q)的關(guān)系，可以明確反映出制動(dòng)過程各工況各車軸的抱死情況，即制動(dòng)穩(wěn)定性能。

　　4.2.1 制動(dòng)過程中受力分析

　　QYU160制動(dòng)過程中受力分析力學(xué)模型，如圖2所示。

　　4.2.2 確立數(shù)學(xué)模型

　　QYU160六根橋中，第1和2軸、3和4軸、5和6軸各組成一個(gè)獨(dú)立的油氣懸掛系統(tǒng)，通過“釋放自由度法”，借助圖2整車受力分析模型建立子力學(xué)模型和相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)分析計(jì)算，可以得出該機(jī)在各種制動(dòng)強(qiáng)度(qi)下的各軸軸荷

　　4.2.3 確定被利用附著系數(shù)

　　各軸在各種制動(dòng)工況下被利用附著系數(shù)(fi)可以用下式來確定：

　　fi=β(i)×qi×G/Zi (6)

　　式中，β(i)―第i軸制動(dòng)力分配系數(shù)，i=1，2……6;Zi―第i軸軸荷，N;G―整機(jī)重量，N;

　　計(jì)算結(jié)果。

　　@b7101

　　4.3 試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果

　　QYU160汽車起重機(jī)制動(dòng)效能的計(jì)算值及試驗(yàn)結(jié)果。

　　@b7102

　　被利用附著系數(shù)計(jì)算值及試驗(yàn)表明，該機(jī)無論在干燥路面或滑溜路面，其方向穩(wěn)定性均滿足要求。

　　5 結(jié)論

　　1)試驗(yàn)結(jié)果和分析均表明，該車的制動(dòng)效能及方向穩(wěn)定性良好。制動(dòng)元器件適合并滿足了該車的各種工況。該車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型是成功的。

　　2)本文提出的制動(dòng)性能計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)相吻合。該方法可以用來預(yù)測多軸車輛的制動(dòng)性能并為制動(dòng)系統(tǒng)元器件選型提供可操作的方法。

　　3)車輛的制動(dòng)安全性能，除取決于制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、整車的制動(dòng)狀態(tài)及相關(guān)條件外，與車輛的行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式及其布置方式是密不可分的。

　　4)QYU160型全地面汽車起重機(jī)集眾多工程車輛的特點(diǎn)于一體。其制動(dòng)安全性能的分析，具有典型的代表意義。

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