1 QYU160型全地面汽車起重機概述
隨著國民經濟的迅速發(fā)展,工程車輛對經濟建設發(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、轉向、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為例,探討全地面多軸工程車輛制動安全性能。
QYU160是汽車起重機、越野輪胎汽車吊和塔式起重機的結合,既有汽車起重機的高速性能,又具有輪胎汽車起重機的機動靈活、高越野、高通過性能。該機整備質量和總體尺寸都較大,運行速度高,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構,行車系統(tǒng)有六根橋。該機使用條件復雜,適于在泥濘、沼澤、冰面、水面及干燥的等級路面行駛。
2 制動系統(tǒng)選型分析
2.1 制動系統(tǒng)簡介
QYU160行車制動采用雙管路氣制動,連續(xù)制動采用液力阻尼器,手制動采用氣控彈簧加載來實現,行車制動器采用氣壓驅動楔塊式張開裝置的雙向雙領蹄制動器結構。
2.2 制動系統(tǒng)主要元器件選型分析
2.2.1 制動器
行車制動采用楔塊式制動器有以下優(yōu)越性:
①效率高;②有間隙自調機構,保證使用過程中有良好的制動力匹配以及良好的方向穩(wěn)定性;③熱穩(wěn)定性及高速制動性能好。
該制動器的另一個顯著特點是,氣室可以直接安裝在制動器的底架上,以達到“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生制動力矩的裝置。該元件的特點是,車速越高,產生的阻力越大。其持續(xù)制動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)動機散熱器的傳遞系數,Kcal/h·(F·m2;f—滾動阻力系數;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器時,該車的最大安全行駛速度。
3 油氣懸掛對制動性能的影響
3.1 靜不定問題
QYU160為六軸車,采用油氣懸架后,克服一一般懸架結構帶來的靜不定問題,使得該車各車軸上的軸荷與路面結構形狀無關。
3.2 QYU160縱向尺寸為16900mm,整備質量約72000kg,采用油氣懸掛并作適當布置,使制動過程中軸荷轉移較小(道路附著系數(=0.8時其轉移量約為4.5%),而且第三、四軸軸荷基本恒定不變(見表1)。
3.3 制動點頭現象
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,氣體的絕對壓力和容積;K—多變系數;V=A×H,H—折算高度,A—有效面積,這里A為常數;f—高度位移。
對車輛多制動工況下懸架變形分析和計算表明,由制動產生的軸荷轉移不引起點頭現象。
4 整車制動安全性能分析
4.1 制動效能分析
4.1.1 制動時間t
制動系統(tǒng)可作圖1簡化:制動時間由兩部分組成。其一:輔助時間t1,為制動管路氣壓由0上升到90%最大壓力所消耗的時間;其二:為制動持續(xù)時間t2。
1)制動輔助時間t1
t1=t11+t12+t13 (3)
式中,t11──滯后時間,t11=l2/c,s;l2──制動閥與制動氣室間的距離,m;c──制動液中聲速,m/s;t12──由制動氣室推桿克服間隙所需位移引起的時間。
t12=(V0+Vs)(0.007l1+0.025l2),s
式中,V0──在活塞或膜片產生任何位移之前需充滿的制動氣室的容積,m3;Vs──消除間隙所需充滿的制動氣室的容積,m3;t13──制動管路壓力達到儲氣筒最大壓力90%所需的時間,s,t13=0.042(l1+l2)(Vs+V0+V2),s,V2──連桿制動閥與制動氣室的制動管路的容積,m3。式中未列參數,如圖1所示,由此根據給定的條件可得出輔助時間值。
2)制動持續(xù)時間t2
制動過程中,制動器開始發(fā)生作用至車輛停止所用的時間t2:
t v2 1
t2=∫dt=∫ —dv,s (4)
0 V1 j
式中,V1──制動初速度,m/s;V2──制動末速度,m/s;j──制動減速度,m/s2;
4.1.2 制動距離S
分別由對應于上述制動時間所產生的距離組成。
t13 V2 t
S=(t11+t12+—)V1+,∫ ∫jdvdt,m (5)
2 0 0
式中參數如前所述
4.2 制動時車輛的方向穩(wěn)定性
由于該車采用多軸轉向(第1、2、3、5軸)和多橋驅動(越野行駛時,第1、2、3、5、6軸驅動;公路行駛時,第5、6軸驅動),故在制動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時,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時,前輪過早抱死,失去轉向能力。
車輛制動過程中,各車輪被利用附著系數(f)與制動強度(q)的關系,可以明確反映出制動過程各工況各車軸的抱死情況,即制動穩(wěn)定性能。
4.2.1 制動過程中受力分析
QYU160制動過程中受力分析力學模型,如圖2所示。
4.2.2 確立數學模型
QYU160六根橋中,第1和2軸、3和4軸、5和6軸各組成一個獨立的油氣懸掛系統(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模型和相應的數學模型。經分析計算,可以得出該機在各種制動強度(qi)下的各軸軸荷(表1)
4.2.3 確定被利用附著系數
各軸在各種制動工況下被利用附著系數(fi)可以用下式來確定:
fi=β(i)×qi×G/Zi (6)
式中,β(i)—第i軸制動力分配系數,i=1,2……6;Zi—第i軸軸荷,N;G—整機重量,N;
計算結果,如表1所示。
@b7101
4.3 試驗及計算結果
QYU160汽車起重機制動效能的計算值及試驗結果,如表2所示。
@b7102
表1被利用附著系數計算值及表2試驗表明,該機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 結論
1)試驗結果和分析均表明,該車的制動效能及方向穩(wěn)定性良好。制動元器件適合并滿足了該車的各種工況。該車制動系統(tǒng)的設計選型是成功的。
2)本文提出的制動性能計算結果與試驗相吻合。該方法可以用來預測多軸車輛的制動性能并為制動系統(tǒng)元器件選型提供可操作的方法。
3)車輛的制動安全性能,除取決于制動系統(tǒng)的結構組成、整車的制動狀態(tài)及相關條件外,與車輛的行走系統(tǒng)結構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集眾多工程車輛的特點于一體。其制動安全性能的分析,具有典型的代表意義。