1 QYU160型全地面汽車起重機(jī)概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工程車輛對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮著愈來(lái)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(guò)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(jiǎn)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(lái)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(guò)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(lái)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(lái)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(guò)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(duì)制動(dòng)性能的影響

3.1 靜不定問(wèn)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(lái)的靜不定問(wèn)題，使得該車各車軸上的軸荷與路面結(jié)構(gòu)形狀無(wú)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(guò)程中軸荷轉(zhuǎn)移較?。ǖ缆犯街禂?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（見表1）。

3.3 制動(dòng)點(diǎn)頭現(xiàn)象

油氣懸掛的剛度（C）可用下式來(lái)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(duì)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(duì)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(jiǎn)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(guò)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(duì)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(guò)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(guò)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(guò)早抱死，失去轉(zhuǎn)向能力。

車輛制動(dòng)過(guò)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(guò)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(guò)程中受力分析

QYU160制動(dòng)過(guò)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(guò)“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（表1）

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(lái)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，如表1所示。

@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，如表2所示。

@b7102

表1被利用附著系數(shù)計(jì)算值及表2試驗(yàn)表明，該機(jī)無(wú)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(lái)預(yù)測(cè)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。