全液压制动系统管路布置对车辆制动性能的影响

第40卷2009年1月工程机械TestandResearch喷洒流量的稳定和喷洒扇面角度的稳定，从而确保参考文献洒布均匀性。[1]李国柱.沥青洒布车作业的起步距离分析[J].工程机5结论械与维修，2007（9）：98-100.[2]李国柱，顾海荣，张平.同步碎石封层机作业速度[J].多重叠洒布是影响沥青洒布均匀性的重要因筑路机械与施工机械化，2008(5)：55-57，60.素，为了提高沥青洒布车的多重叠沥青洒布精度，从[3]盛骤，谢式千，潘承毅.概率论与数理统计[M].北京：设计上应确保喷嘴的正确安装角、所选喷嘴的喷洒高等教育出版社，1995.扇面角度、合理的喷嘴数量及喷嘴间距等，施工时严[4]郴州筑路机械厂.JT/T276-2004沥青洒布车/机[S].北格按照2重叠或3重叠进行洒布，并保证稳定的洒京:中国标准出版社，2004.布车行进车速及喷嘴距地高度。通信地址：长安大学人文学院实验中心（7100）（收稿时间：2008-09-08）全液压制动系统管路布置对车辆制动性能的影响林慕义1，刘珺2（1.北京信息科技大学；2.北京天玛电液系统有限公司）\"!摘要：全液压制动系统在动态响应特性方面的要求与常规液压系统不同。以某井下无轨轮式车辆在设计与研制\"!过程中出现的问题为例，测试与分析制动系统管路布置对车辆制动性能的影响，提出相应的改进建议，经实施后达到!\"预期的效果，!!!!!可为全液压制动系统在国产工程车辆中的应用提供参考!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!。!!!!!!!!!!!!!!!!!\"关键词：全液压制动；管路布置；制动性能全液压制动系统以其优越的性能及较高的可靠与解决方法具有一定的代表性，本文将以此为例分性被国外工程车辆广泛采用。与国内应用较多的气析系统管路布置对车辆制动性能的影响，供设计与液综合式制动系统相比较，该系统具有回路简单、结使用者参考。构紧凑、制动迅速及易于维护等特点，因此从气顶液到全液压制动，是轮式工程车辆制动系统的发展趋1管路布置与存在的问题势[1]。作为整机重要的系统之一，制动性能直接关系井下车辆要求制动必须安全可靠，同时还必须到车辆的行驶与安全性，而全液压制动系统与常规符合防爆要求，因此该车全部选用了进口全液压制液压系统存在一定差异，在设计应用中如不加以注动系统控制元件，制动器为自主开发的全封闭防爆意则会造成一系列的问题，最终表现为车辆制动时型湿式多盘制动器，其液压制动系统管路布置简图存在制动响应速度过快或过慢、制动踏板力与制动如图1所示。在样车总装完成后的性能检测中发现力矩作用不同步、制动反馈冲击压力过大、蓄能器充制动系统存在较多问题。首先是车辆制动响应速度液时间过长等现象。这些问题部分源于制动阀等系慢，当驾驶人员开始踩踏制动踏板时，制动器没有响统元件的自身结构特性，其余大多是由于在系统设应，继续踩下踏板至极限位置后，系统迟滞约3s后计与管路布置时未考虑液压制动系统自身的特点，才开始响应，使驾驶人员难以准确控制制动距离；其而是按照常规液压系统的设计原则布置管路造成次是制动器一旦响应，制动力矩急速上升至最大，造的，致使制动系统无法发挥其应有的功能和优势。国成车辆紧急制动，制动系统无法实现驾驶人员通常产某井下无轨轮式车辆全液压制动系统出现的问题

用于控制速度的点制动减速过程。最为关键的问题

作者简介：林慕义（19—），男，福建省福州市人，教授，博士，研究方向：工程车辆设计理论。

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试·验研究TestandResearch工程机械第40卷2009年1月试验研究·是由上述因素导致整车制动距离超出国家标准，无法通过整机型式检验。滞后，压力变化引起管路的膨胀或收缩产生的流量损失Qst可表示为[3]：Qst=pDL·dp2Eδdt式中：p———制动压力；L———制动管路长度；δ———制动管的壁厚；E———制动管路材料的杨氏模量；D———制动管路直径。油液在管路中流动会产生沿程压力损失，制动管路较长时，管路传输滞后时间对制动效果影响较大。由制动管路中压力传递造成的轮缸压力变化滞后时间T可表示为：T=Lc[3]32分析与测试制动系统出现上述问题是由多方面因素造成（1）的，其中系统迟滞时间较长与液压软管的流量损失、沿程压力损失、局部压力损失有关。在典型的全液压制动系统中，液压油从蓄能器到制动阀再到制动器轮缸的流量为液压油黏度、液流横截面积及制动管路长度的函数。决定液压制动管路流量的是管路的容量、阻力及液流的惯性。经由制动阀的制动压力在克服轮缸空行程时由零增至一定值，在随后的制动增压过程中系统滞后时间相对较短，如果不考虑膨胀等因素，制动管路长度对时间滞后的影响较小。制动管路包括硬管和软管两种形式，制动硬管的管壁为钢质材料，与制动油液相比，体积弹性模量大，设计时可不考虑其弹性的影响，而制动软管一般采用内含钢丝网的液压软管，与硬管相比在制动过程中其径向膨胀量较大，此时制动油液的体积弹性模量已无法反映制动软管内部的液流特性，须考虑管路膨胀的等效体积弹性模量[2]。

选用液压软管会产生部分流量损失并造成时间—28—

（2）式中：c为压力波传递速度，c=弹性模量，ρ为油液密度。

姨Ks，Ks为等效体积ρ由此说明轮缸压力变化滞后时间与制动管路的布置、油液的等效体积弹性模量有关。对于液压制动软管，其压力传递速度远小于硬管。

液压制动系统中的管接头、弯头、配液板等也会产生局部压力损失，这些损失对系统造成的影响较

第40卷2009年1月工程机械TestandResearch常规液压系统更为显著。要想获得尽可能高的压力图2为配液板B2出口与后桥制动器入口压力响应速度，在管路布置时应尽可能减少管接头与弯比较。由图2可以看出，由于配液板布置在距后桥制头的数量。局部压力损失△pξ一般按下式计算：动器入口较远的位置，两者采用4.1m液压软管连2[4]接，制动器压力上升前首先克服制动器空行程的时△pξ=ξρv2（3）间约需0.6s，而后随配液板出口压力变化升高，但由于液压软管较长，压力损失较大（最高可达1式中：ξ为局部阻力系数；v为油液平均流速；ρ为油MPa），压力响应严重滞后（接近1s）。液密度。图3为制动阀A2出口与配液板B2出口压力由以上分析可以看出，除了系统参数、元件结比较。由图中配液板出口压力变化可以看出，尽管制构参数影响液压制动系统响应特性外[2]，管路布置也很关键，如不加以重视可能会大大超出其它因素造成的影响。由图1的管路布置及制动系统出现的问题与现象可以初步判定，制动系统管路按常规液压系统布置是造成性能不达标的主要原因，其次是制动器空行程的影响，具体表现在以下3个方面：1）制动系统全部采用普通液压软管且管路较长。管路布置仅考虑了车辆的结构、布置位置、技术参数等要求，在性能要求方面未作详细分析，应使用制动硬管的地方用了软管，很多软管长度超过21———B2出口处2———制动器入口处m，如从蓄能器到配液板间的连接软管长达3m、从图2配液板B2出口与后桥制动器入口压力比较配液板到后桥三通接头间的连接软管长达4m，虽然方便了管路布置，但液压制动系统动态响应性能受到严重影响。2）管路中设置了配液板与过多管接头。为方便各元器件间的连接，采用了常规液压系统中的配液板，除了其自身对油液产生阻力外，由此增加的管接头对油液产生了多处节流，加之系统中其它管接头（包括数个90°弯头）的节流作用，回路中的总压力损失非常严重。1———A2出口处2———B2出口处3）制动器空行程未进行有效调整。蓄能器的压图3制动阀A2出口与配液板B2出口压力比较力在空行程过程中迅速下降，下降幅值与蓄能器液容、压力等参数有关。轮缸在制动阀开启瞬间由于需要克服轮缸活塞惯性力及回位弹簧预压缩力，存在压力瞬时增高现象，随后缓慢上升直至空行程结束，压力上升幅值与轮缸容积及回位弹簧刚度等参数相关。由于该车采用的湿式制动器是根据气液综合制动系统设计的，改用全液压制动后，未调整制动器空行程，较大的轮缸容积使空行程持续时间增加。

为验证上述分析并进行改进设计，对该车制动系统一些关键位置的制动压力响应特性进行了测试，部分测试结果如图2～图4所示。

1———C2出口处

2———P2入口处

图4

蓄能器C2出口与制动阀P2入口压力比较

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试·验研究TestandResearch工程机械第40卷2009年1月试验研究动阀出口压力迅速上升，但配液板出口压力迟滞约0.2s后才开始上升，且因管接头及配液板自身的节流阻尼作用，其压力响应滞后接近2s，压力损失异常严重，占整个系统损失的三分之二左右。图4为蓄能器C2出口与制动阀P2入口压力比较。由蓄能器出口压力变化曲线可以看出，由于蓄能器容积较大（2.5L），一次制动压力下降不明显，满足设计要求。但由制动阀入口压力随蓄能器出口压力变化曲线可明显看出，由于从蓄能器到制动阀入口连接软管长达4m，其中还经过了配液板及数个接头的节流作用，随着制动阀的开启，因沿程与局部压力损失的作用，制动阀入口压力急剧下降而得不到及时补液，压力补充时间近1.8s，严重影响了制动阀的出口压力。小，踏板弹簧使阀芯保持在控制位置直至制动压力上升到位，此时反馈压力使阀芯回位并关闭所有压力口，保持轮缸的制动压力[1]。当驾驶员需要点制动减速而踩下制动踏板时，制动油液首先需克服制动器空行程后才能开始增压，空行程结束时的压力冲击会对制动踏板产生反弹；空行程结束后由于制动阀的踏板行程较小，驾驶员难以控制踩踏幅度，加之制动阀出口与制动器之间因管路、接头及轮缸等因素造成制动压力反馈滞后，使驾驶员无法及时得到制动响应而过度踩踏制动踏板至极限位置，此时的点制动演变为制动压力最大的紧急制动。压力反馈式制动阀造成的上述影响可通过在出口处予以节流的方法调整，但阻尼节流太小对冲击反弹不起作用，太大则造成压力响应滞后而影响制动性能，需要通过充分的试验与分析确定。·3改进与讨论由于每次踩踏板的速度不同，相同测点得出的测试曲线略有差异，但结果完全能够验证前面的分析判断。根据测试与分析结果，车辆的全液压制动系统管路布置应在原有基础上作较大调整，需重点采取如下措施：1）取消配液板，压力表直接连接在蓄能器出口处。2）蓄能器与制动阀间连接距离应尽可能缩短，同时减少中间过渡接头。3）制动阀与制动器间的连接尽可能采用硬管，缩短长度并减少管接头，尤其是90°弯头。4）在保证摩擦片间隙的条件下，尽可能减少制动器的空行程。经过对车辆制动系统的重新布置与调整，制动性能得到明显改善，系统响应迟滞时间缩短到0.4s以内。由于车辆结构与布置方面的，其制动性能仍无法调整到最佳状态，但经检测已能够满足使用需要并达到了国家标准，系统符合《煤矿用防爆柴油机无轨胶轮车技术检验规范》中的防爆要求，车辆制动迅速、安全可靠。此外，全液压制动系统在使用中出现的踏板反弹、无点制动等现象主要与制动阀自身结构与特点有关。压力反馈式制动阀的原理是：制动时，阀芯受踏板弹簧的作用向下移动，首先关闭回油口，而后将蓄能器出口与制动轮缸的压力口相连通，踏板力通过踏板弹簧与制动压力的平衡决定制动压力的大—30—

4结论全液压制动系统的布置受车辆自身结构的，因液压制动系统在动态响应特性方面的要求高于常规液压系统，系统管路布置对整车制动性能影响较大，对其进行管路布置与设计时除了要考虑控材制元件的结构特点，还应注意尽量减少管路长度、质、接头数量及制动器空行程等因素对制动系统性能的影响，尤其是不可在制动阀与制动器、蓄能器与制动阀之间增设节流作用明显的配液板等装置。由制动阀自身结构与特性所造成的一些影响可通过充分的试验与分析调整来消除。参考文献[1]林慕义，宁晓斌.工程车辆全动力制动系统[M].北京：冶金工业出版社，2007.[2][美]L鲁道夫.汽车制动系统的分析与设计[M].张蔚林，陈名智，译.北京：机械工业出版社，1985.[3]陈宏伟.Audi盘式制动器防抱制动动态响应特性分析[D].长春：吉林大学，1999.[4]宋鸿尧，丁忠尧.液压阀设计与计算[M].北京：机械工

业出版社，1979.

通信地址：北京市海淀区清河小营东路12号技大学机电学院（100085）

北京信息科

（收稿日期：2008-09-08）

ConstructionMachineryandEquipment

Vol．40No．1AbstractsinEnglish

Thecauseofoverlappedmulti-layerasphaltstrayinganditseffectonsprayingaccuracyandevennessandfactorsinfluencingthequalityofoverlappedmulti-lay-er,includingtheheightbetweennozzleandground,nozzlespacing,sprayingsectorangleandnozzlemount-ingangle,arestudiedusingprobabilitystatisticstheoryandexperiment.Rationaloverlappedmulti-layernum-bersandmethodtoimproveoverlappedmulti-layersprayingqualityarepresented.Aprototypeofasphaltsprayingsystemisdesignedandfieldtestiscarriedout.Resultsofexperimentshowthattheasphaltsprayingaccuracywhenusingoverlappedmulti-layersprayingisevidentlyhigherthanthatwithoutoverlapping.Keywords:Overlappedmulti-layerspraying

AsphaltsprayingaccuracyInfluencingfactors

ImpactofFullyHydraulicBrakingSystemPipingLayoutonVehicleBrakingPerformance

Therequirementsforfullyhydraulicbrakingsystemaredifferentfromconventionalhydraulicbrakingsystem.Takingtheproblemsoccurringduringdesignandre-searchofundergroundtracklesswheelvehiclesasex-amples,theimpactofpipinglayoutofbrakingsystemonvehicleperformanceistestedandanalyzedandcorre-spondingimprovementsaresuggested,whichachievedpredictedeffectsviaimplementation.Itprovidesarefer-encetotheapplicationoffullyhydraulicbrakingsystemtodomesticconstructionvehicles.Keywords:Fullyhydraulicbraking

Pipinglayout

Brakingperformance

MonteCarloFiniteElementAnalysisfortheCutterDiskofShields

AmathmodelforANSYSnumericalsimulationofthecutterdiskiscreatedviaananalysisinthemutualac-tionbetweenshieldcutterdiskanditscuttersandtheworkingface.Becauseoftherandomnessofthemutualactionbetweencutterdiskandworkingface,themajorfactorstobestudiedaretreatedasrandominputvari-ablesandtheintendedresultsasoutputvariables.Thatis,bysettingelasticresistancefactorsasrandominputvariablesandmutualactionbetweencutterdiskandworkingfaceasrandomvariables,MonteCarlofiniteel-ementprocedureisappliedtosimulatethestatisticval-uesofthemutualactionbetweencutterdiskanditscut-tersandtheworkingface,hencetoprovideaneffectiveapproachfortheanalysisontheappliedforceontherollercuttersandcutterlayoutoncutterdisk.Themethodandresultsbothpresentcertainmeaningforthedesignofshieldcutterdiskandshieldoperationinsub-ways.

Keywords:Shield

Cutterdisk

MonteCarlofiniteelementanalysis

ApplicationAnalysisofTB593E/TSDoubleShieldTBMCutters

QinghaiYindajihuangProjectisalargearea-across,watertransferprojectadoptingTB593E/TSDoubleShieldTBMfromGermanyforconstruction.Becausethelongdistancetunnelandcomplicategeologicalcondi-tions,severalcutterproblemsoccurredduringthecon-structionandconstructionhasbeenseriouslyrestricted.CuttermanagementastheforegoerofTBMequipmentmanagement,theoperationofcutteraffectsgreatlytheTBM.ThroughdesignofthecutterdiskandcuttersforTB593E/TSDoubleShieldTBM,andspecificanalysisofoperationproblemsduringconstruction,theregularityofcutterreplacementinnormaloperationissummarizedbystatistics.Throughstatisticsofabnormalcutterdam-agesandanalysisaimingatcutterdiskdesignandcutterdamagephenomena,thecauseofcutterdamagesisstudied.IdeasforimprovingcutterdiskdesignofDou-