STL350Z型非公路矿用自卸车的制动系统采用气压动力制动系。前、中、后制动器都采用复合式储能弹簧制动气室驱动的鼓式凸轮制动器,制动管路采用双回路,配备排气制动。本次计算的目的在于校核制动力、最大制动距离及驻车极限倾角。
1.制动系的主要参数及其选择
整车基本参数见表1,零部件及测量参数见表2。
整车基本参数 | ||||
项目 | 代号 | 单位 | 数值 | 备注 |
空载总质量 | ma, | ㎏ | 21610 | |
满载总质量 | ma | ㎏ | 50000 | |
轴距 | L | mm | 4530 | |
空载质心高度 | Hg1 | mm | 1410 | |
满载质心高度 | Hg2 | mm | 2552 | |
空载前轴到质心距离 | L1, | mm | 2914 | |
空载后轴到质心距离 | L2, | mm | 1616 | |
满载前轴到质心距离 | L1 | mm | 3927 | |
满载后轴到质心距离 | L2 | mm | 603 | |
车轮滚动半径 | rr | mm | 625 | |
表1 整车基本参数
零部件及测量参数 | ||||
同步附着系数 | φ0 | 0.355401607 | ||
路面附着系数 | φ | 0.4 | ||
重力加速度 | g | m/s2 | 9.8 | |
最大制动减速度 | du/dt | m/s2 | 4.8 | |
每个制动器制动力矩 | Tf | N·m | 汽车制动器25000 | |
制动初速度 | v0 | m/s | 8.33 | 即30Km/h |
路面与轮胎间的滚动摩擦系数 | f | 0.018 | ||
表2 零部件及测量参数
制动力与制动力分配系数
对于任一角速度ω>0的车轮,其力矩平衡方程为
(1)
Tf—制动器对车轮的制动力矩,N •m;
FB—地面对车轮的摩擦力,N;
re—车轮的有效半径,mm;
则
根据汽车制动时的整车受力分析,考虑到制动时的轴荷转移,可求得地面对前后轴车轮的法向反力Z1,Z2:
(2)
求得,前后轴车轮附着力为:
(3)
—前轴车轮附着力
—后轴车轮附着力
—汽车制动减速度
—制动强度
—公式引用来自《汽车设计》刘惟信主编
因制动过程中,可能出现前先抱死拖滑、后轮先抱死拖滑、前后轮同时抱死拖滑三种情况,而其中以前后轮同时抱死拖滑附着条件利用最好,并且最安全可靠。所以有:
(4)
该比值0.6符合《汽车设计》中的经验数据,在0.5 ~0.7之间。
—前轴车轮制动器制动力
—后轴车轮制动器制动力
—前轴车轮地面制动力
—后轴车轮地面制动力
由式(3)消去φ,可得
(5)
以、为坐标绘制前后轮制动器制动力分配曲线,即Ⅰ曲线。
Ⅰ曲线与β线
(6)
(7)
β—汽车制动器制动力分配系数
同步附着系数选取
对于STL350Z车型,制动系统中没有调节装置,所以前、后制动器制动力的分配比是固定值,只有在附着系数φ等于同步附着系数的路面上制动时,前后车轮制动器才会同时抱死。也只有在φ=的路面上制动时,附着系数利用率ε最高
(8)
汽车制动时,若后轮先抱死,不仅会产生侧滑甩尾,甚至会掉头,失去操纵稳定性。所以,同步附着应尽量取大些,根据设计经验, 大型客车及中重型货车的值在0.45~0.65之间(引用《汽车理论》)。
但是因为该车型的工作环境是矿区,道路条件非常恶劣,因此,综合各方面因素,选取。
制动强度和附着系数利用率
根据所定的同步附着系数,由式(4)和(6)求得
(9)
(10)
当φ=时:
(11)
(12)
q=φ=0.43
ε=1
按照GB21670-2008中5.5.2的要求,当附着系数φ在0.2 ~0.8之间时,制动强度q≥0.1+0.7(φ-
0.2)=0.39,故满足设计要求。
制动器最大制动力矩
最大制动力是在汽车附着质量被完全利用的条件下获得的,这时制动力与地面作用于车轮的法向反力、成正比。
该车型因道路条件较差,车速较低而选取了较低的同步附着系数,为了保证在φ>的良好路面上能够制动到后轴和前轴先后抱死滑移,所以:
·m<25000N·m
·m<25000N·m
故制动器制动力矩符合要求,并且在路面附着系数小于0.43的情况下会出现车轮抱死。
制动距离
按照GB7258-2004《机动车运行安全技术条件》中的要求,汽车在水平干燥的沥青、混凝土
路面上(φ=0.75),以初速度v=30Km/h制动时,制动距离应不大于10m。
前面已经计算过,本车型在路面附着系数大于0.43时,不会产生车轮抱死,即制动器制动力<地面最大制动力,故实际制动力为:
制动距离为:
V—制动初速度,m/s
—最大制动减速度,m/s2
—制动反应时间,取0.05s
—减速度增长时间,取0.5s
—公式引用和参数选取来自《汽车工程手册·基础篇》
计算制动距离S=9.7m<10m,故满足设计要求。
最大驻坡度
按GB21670-2008中5.2.3的要求,驻车制动系应能使满载车辆在坡度为20%的上﹑下坡道上保持静止。
因本车型前、中、后桥都参与驻车制动,并且驻车制动使用的仍是行车制动的车轮制动器。所以,驻车所需的制动器制动力为:
地面附着力的验证:
—坡度角
—路面附着系数,取0.7
—公式引用和参数选取来自《汽车工程手册·设计篇》
故在地面附着系数的路面上,地面附着力大于制动器制动力,能提供汽车驻车所需的制动力,最大驻坡度为,即56%。符合设计要求。
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