大型全地面汽车起重机制动系统仿真计算

1、第19卷第4期江苏理工大学学报Vol.19No.4大型全地面汽车起重机3制动系统仿真计算摘要通过对160t统的结构分析,计算结果与试验结果相吻合󰃗全地面U270135大型全地面汽车起重机集汽车起重机、越野轮胎起重机和塔式起重机于一体,它既有汽车起重机的高速行驶性能,又具轮胎起重机的机动灵活、高越野、高通过性能因此,要求具有较高的制动性能本文以160t大型全地面汽车起重机为例,对其进行仿真计算和试验研究160t大型全地面汽车起重机(QYU160)整备质量(约66t)和总体尺寸(16900mm×3000mm×3800mm)均较大,底盘部分采用油气悬挂技术,行走系

2、统有六根桥,其中第1、2、3、5为转向桥,第3、4为承载桥,公路行驶时,第5、6为驱动桥,越野行驶时,第1、2、5、6为驱动桥,该机使用条件复杂,适应于泥泞、沼泽、冰面、水面及干燥的等级路面行驶QYU160行车制动系采用双管路气制动,连续制动采用液压阻尼器实现,手制动采用气控弹簧加载制动器实现行车制动为气压驱动楔块式张开装置的双向双领蹄式结构1制动过程受力分析1.1系统模型建立(1)QYU160共有六根轴,其第1和第2轴、3和4轴及5和6轴分别组成三组独立的油气悬架结构,由此,克服了一般悬挂结构带来的静不定问题,使汽车起重机各轴上的载荷与路面结构无关图1反映了该车总体结构参数,图2、3、4、5

3、为QYU160制动过程中受力分析模型,图1QYU160总体参数图收稿日期:19982022243国家“八五”科技攻关项目(85-403-21-03)刘志强沈国贤杨小卫江苏理工大学汽车学院镇江市212013张洁江苏理工大学机械电子工程学院镇江市212013第4期刘志强等大型全地面汽车起重机制动系统仿真计算67由此可以确定下列数学模型图213整车受力分析图之2图4整车受力分析图之3图5整车受力分析图之4由图2得Z34L1+Z56(L1+L2)+jmh1=mgLZ12(L1+L2)=mjh1+mgL2-Z34L12(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)由图3得Z1+Z2+Z34+Z56=m

4、gZ1L3+mg(L1-L3+L4)=jmh1+Z34(L1-L3+L4)+Z56(L2+L1-L3+L4)由图4得Z12+Z34+Z5+Z6=mgZ6L6+mjh1+mg(L2-L5)=Z34(L2-L5)+Z12(L1+L2-L5)由图5得Z12+Z3+Z4+Z56=mgZ12(L1-L7)+mgL7=Z42L7+Z56(L2+L7)+mjh1式中Zi第i轴载荷,i=1,2,3,6,NZij第i和j轴载荷之和,Nm整备质量,kgFi地面产生的制动力,NL1,L2,L7图示尺寸,mmj制动减速度,m󰃗s268江苏理工大学学报1998年7月综合上述式(1)(8)可得出该车在各种

5、制动强度q下各轴荷Zi的变化情况112制动系统产生的制动力制动器产生的制动力式中pl制动管路压力,Pap0推出压耗,PaAC制动气室面积,mFx=2(pl-p0)ACEmR(9)2气室m)2)楔角,(°r制动鼓半径,mmR轮胎有效半径,mmE制动器制动效能因数11211推出压耗p0p0=kAC式中k弹簧刚度,kg󰃗mmll1+ltl1制动蹄端主要位移量,l1=0.1h󰃗a,mmlt温升T导致蹄片的变形量,mmlt=0.5DTta11h,a,D制动器结构参数,mm热膨胀系数,K-t11212制动系统管路压力pl以QF14F型脚制动阀为例,对其输入(F)和

6、输出(pl)进行曲线拟合,得如下关系式:pl=(0.7F-4.2)MPa270pl=0.8MPa当F>330N时,式中F踏板力,N制动气室采用QF系列产品,有确定的输入输出特性2整车制动性能计算211利用附着系数fi各制动工况下,各轴被利用附着系数fi为第4期刘志强等大型全地面汽车起重机制动系统仿真计算69fi=Zi,i=1,2,3,6(10)式中i各轴制动力分配比i=66F(i)i=1F(i)第i轴制动力,N根据上述分析,可以得出QYU160(见表1)表1qffffff1234560.1.1.40.10140.09750.09750.80.20280.20280.19640.19640

7、.30.29930.29930.30430.30430.29650.29650.0.39640.39640.40570.40570.39810.39810.50.49230.49230.50710.50710.50100.50100.60.58690.58690.60850.60850.60540.60540.70.68030.68030.71000.71000.71120.71120.80.77250.77250.81140.81140.81850.8185212制动时间t制动时间t由制动滞后时间t1及制动器起作用时间t2组成21211制动滞后时间t1气制动系统中压力增涨情况见图6,气制动系

8、统可以作图7的简化图6气制动管路压力增长图图7气制动系统简化图t1=t11+t12+t13式中t11滞后时间,st11=,scl2制动阀与制动气室之间的制动管路长度,mc制动液中的声速,m󰃗st12=(V0+Vs)(0.007l1+0.025l2),s70江苏理工大学学报1998年7月l1贮气筒与制动阀之间的制动管路长度,mV0在活塞(或膜片)产生任何位移之前需充满的制动气室的容积,mVs消除间隙所需充满的制动气室的容积,mt13=0.042(l1+l2)(Vs+V0+V2),sV2333t13制动管路压力达到贮气筒最大压力90%所需时间,s21212制动时间t2t2jdv0t

9、=2v1式中v1,mv2,m󰃗s213制动距离s制动距离由制动器发生作用前、后产生的制动距离s1+s2组成仿真计算结果,当制动初速度分别为20km󰃗h、30km󰃗h时,其制动距离和制动时间分别为s󰃜v1=20=4.68m,t󰃜v1=20=1.5ss󰃜v1=30=8.74m,t󰃜v1=30=1.91s3试验研究311试验设计本课题研制有“多轴车辆制动性能测试仪FT201”,通过该仪器可以对车辆的制动过程进行实时检测,经计算判别后可以得到制动系统在各种工况下的状态参数以及整车的制动性能,

10、包括:(1)整车性能制动时间,制动距离,各轴抱死顺序及各轴制动效率,制动减速度(2)系统状态参数踏板力,制动管路压力增涨时间序列,车轮滑转率,整车速度时间序列312试验结果试验场地为机械部工程机械军用改装车试验场试验单位为国家工程机械质量监督检验中心试验时间为1995年7月20日,试验性质为鉴定试验试验结果如下:(1)制动距离s󰃜v1=20=4.34m;s󰃜v1=30=8.72m(2)制动时间t󰃜v1=20=1.45s;t󰃜v1=30=1.98s(3)紧急制动跑偏量50mm󰃜v1=20;110mm󰃜

11、v1=30;制动抱死顺序:3(4),5(6),1(2)与仿真计算结果相同第4期刘志强等大型全地面汽车起重机制动系统仿真计算714结论(1)本文提出的制动性能仿真计算结果与试验结果相吻合,该方法可以用来预测车辆的制动性能并为制动系统的元器件选型提供了可操作的方法(2),与车辆的行走系统结构形式有密切的关系(3)对QYU160符合国家相关标准参考文献1鲁道夫L1汽车制动系统的分析与设计1北京:机械工业出版社,19852余志生1汽车理论1第2版,北京:机械工业出版社,1990SimulationonBrakeSystemofLargeCross2CountryAutomobileCraneLiuZhiqiangShenGuoxianYangXiaoweiZhangJieAbstractBasedontheanalysisofthebrakeprocessandsystemstructureofthelargecross2countryautocrane,thispaperintroducesasimulationmeth