1、飞机牵引车全液压制动系统动态性能分析 程振东 田晋跃 江苏大学汽车与交通工程学院 江苏镇江 212013 摘要：分析了全液压制动系统的动态性能，并建立了全液压制动系统的数学模型。基于数学模型，应用 MatlabSimulink仿真程序，对全液压制动系统的动态特性进行仿真。并将仿真结果与气压制动系统和气顶 液制动系统进行了分析对比，证明全液压制动系统具有良好的制动性能。 关键词：飞机牵引车 全液压制动系统动态特性数学模型 仿真 中图分类号：U46352 1O1 文献标识码：A文章编号：10040226(2005)O1002403 Analyzing Dynamical Performance o
2、f Hydraulic Brake System of Aircraft Towing Tractor CHENG Zhen-dong et al Abstract This paper analyzes dynamical performances of a full power hydraulic brake system of aircraft towing tractor，and sets up a mathematical model of the hydraulic brake systemBased on the mathematical model，the dynamical
3、performances of hydraulic brake system are simulated by MatlabSimulink softwareIt shows that the hydraulic brake system has good performances of brake Key words Aircraft towing tractor，Full power hydraulic brake system，Dynamical performance，Mathe matica1 mode1Simulation 制动性能是车辆的重要性能之一，良好的制动 性能是汽车安全行
4、驶的重要保障。目前，国内车辆 制动系统多采用气压、气顶液的结构形式。近年来， 车辆也趋于采用全液压制动的方式，其制动力矩大、 工作安全可靠、操纵轻便灵敏，且更便于实现电子控 制。 收稿El期：2005一O114 作者简介：程振东，男，1981年生，硕士研究生，从事车辆流体传动及控制方面研究。 (这些部位可通过计算或用模型试验确定)。当物体 振动时，其表面上的阻尼材料产生拉伸或压缩变形， 将振动能转化为热能，从而达到减小振动的目的。 不同的材料，其损耗因子卢是不同的。常温下：金属 材料的卢一00020006；木纤维材料的卢一013 017；阻尼橡胶材料的卢一015；而高分子聚合物 材料的卢可高达
5、10。为了得到较好的减振效果，可 选用卢值较大的材料。 常用的阻尼处理结构形式有两种：一是自由阻 尼结构，就是在振动的物体表面上直接粘贴阻尼材 料，如以蛭石为填料的环氧树脂或以石棉为填料的 沥青减振膏等。这种结构常用于振动物体刚度较 小、振动位移大、减振要求不高的场所。二是约束层 阻尼结构，就是在振动的物体表面上粘贴阻尼材料 I 后，再在阻尼材料上粘贴一层刚度较大的约束板。 阻尼材料可选用厚度为053 mm的减振橡胶，或 厚度为002015 mm的压敏胶薄膜等。这种结 构常用于对减振要求较高的场合，由于这种结构可 提供较大的卢，因此广泛应用于汽车、航天、建筑等 领域。阻尼减振的计算较复杂，请参
6、阅文献L1。 需要说明的是，隔振效果到底如何，要经过最终 的试验或检测来获得，不合适时须调整有关参数或 重新设计，做到既要满足隔振要求，又要经济合理。 参考文献 1王启义中国机械设计大典南昌：江西科学技术出版 社，20021 2韩润昌隔振降噪产品应用手册哈尔滨：哈尔滨工业 大学出版社，20037 维普资讯 1 全液压制动系统性能分析 11 系统组成及工作原理 全液压制动系统是以蓄能器储存的液压能或限 制液流循环而产生液压作用的动力制动装置。系统 一般是由供能装置、传动装置、控制装置和制动执行 元件四部分组成。全液压制动系统中除制动踏板 外，其供能、控制和传动装置全是液压控制。供能装 置通过液压
7、泵、充液阀向蓄能器供油，积蓄能量；传 动装置将制动踏板控制的动力源传递给制动执行元 件；控制装置将驾驶员踩踏板的控制信号传到控制 阀上；制动执行元件是装在车轮上的制动器，它将传 动装置传来的动力变成摩擦力矩。 图1 车辆典型的全液压制动系统 图1所示是典型的车辆全液压制动系统的示意 图。制动时，驾驶员踩下制动踏板，制动油液在蓄能 器压力的作用下进入制动油缸，产生制动效果。在 整个制动过程中，由蓄能器提供能量。充液阀可以 使蓄能器的内压保持在最低限度。当蓄能器的内压 低于最低限度时，充液阀就会使泵向蓄能器充油，直 至达到预定的压力上限。蓄能器的充油量和最高制 动压力可以根据制动器的用油量、制动力
8、和紧急制 动的次数来决定。正常制动时，蓄能器充液完毕后 能单独为制动系统提供近11次的有效制动，液压泵 通过充液阀给蓄能器的充液过程很短，一般不超过 2 Sl_】 。全液压制动系统完全可以满足各种工况下 车辆的制动要求。 12系统动态特性分析 为便于分析，对全液压制动系统进行了简化，如 图2所示。 根据全液压制动系统工作过程，可以将其分为 两个阶段：活塞运动阶段和制动油压建立阶段。 活塞运动阶段：当踩下踏板阀，油路接通。蓄能 器中的油液进入制动油缸，推动活塞移动，迅速消除 制动器的制动间隙。整个运动阶段由踩下制动踏板 开始，到制动衬块接触制动盘为止。 图2制动系统示意图 制动油压建立阶段：制动
9、衬块碰到制动盘瞬间 会导致制动缸中油液冲击，并引起瞬间的压力升高。 制动缸中油压在瞬间的压力波动之后，会迅速而平 稳的增加，直至油压逐渐稳定。 2建立数学模型 在全液压制动系统中，对制动系统进行动态分 析时，将不分析液压泵对制动系统的影响。 21 活塞运动阶段数学模型建立 蓄能器的动态方程可以描述成： P(a)( )一r一( )z一垄 +1 (1) ( ( n 式中：k 为气室气囊的弹性系数，k 一； 。为蓄 厂 一 能器的固有角频率， 一 ；已为蓄能器的阻 、，p宠 尼比，己一 2 N pl。 踏板阀的流量方程： qL一是 一是 P L (2) 式中：k。为流量放大系数，m s；k 为流量一
10、压力系 数，m NS； 为踏板阀位移，m。 踏板阀的压力损失 ： ApP 一P 一号( )2 (3) 式中：P为液压油密度，kgm。；C 为流量系数；A 为阀芯的有效面积，m。 活塞受力方程： ApP 一 +B ) 式中：7Yt为液压缸所驱动的工作部件质量(包括活 塞、制动衬块等)，kg；k 为活塞密封圈对活塞的阻 力系数(主要是弹性形变引起的)，Nm；B 为活塞 的粘性阻尼系数，Nsm； ，为活塞位移，m；A 为活塞有效工作面积，m 。 式(1)、(2)、(3)和(4)构成了活塞运动阶段的数 学模型。 22油压建立阶段数学模型建立 制动缸工作腔的流量连续方程： - 维普资讯 qLktP +
11、(5) 式中：k 为制动缸工作腔泄漏系数，m P s；K为 油液体积模量，Pa；V为液压缸工作腔及进油管内 的油液体积，m。 式(1)、(2)(3)和(5)构成了油压建立阶段的数 学模型。 3动态特性仿真 在确定了全液压制动系统的数学模型后，运用 MatlabSimulink仿真程序，对某车辆的全液压制 动系进行仿真。 31 活塞运动阶段动态特性仿真 某车辆全液压制动系统的各有关仿真参数为： k。一0004 m s；k 一310一 P ；k 一110。；(，。一 40；已一07；K一710 P ；V一31510 m。；k 一910一“m。P s；lz 一86710一 m；AP：228 10一。
12、m ；kH一0210 Nm；A一62510一。 m ；优一5 kg；Cd一07；D一900 kgm。 由于制动器的间隙很小，因此活塞运动阶段的 时间极短，一般液压制动系统的反应时间为0O15 0035 s 。图3所示是活塞位移变化曲线。图 中可以清楚的看出，该车的制动系统反应时间为 0024 S，时间极短。相对于气压和气顶液制动系 统，全液压制动系统反应更灵敏，能够有效地减小制 动距离，提高行驶的安全性。受踏板阀响应能力、制 动管路长度和压力波传播速度等因素的影响，在踩 下踏板阀时，制动油缸的活塞对控制指令的响应存 在一定的滞后。 从图3可以看出，踩下制动约3 ms以后，活塞 才开始运动，踏板
13、阀的切换滞后时间约为3 ms。 E 2 稔 时闻，s 图3活塞位移变化曲线 32油压建立阶段动态特性仿真 图4是油压建立阶段油缸压力变化曲线。图中 可以看出，制动器作用时间约为022 S，压力建立的 时间极短，且压力增长平稳。正常的制动压力约为 93 MPa，因此在制动时可以提供足够的制动力，以 保证车辆的行驶安全。在持续制动阶段，虽然有油 缸泄漏和油液压缩等因素的影响，但压力下降并不 _ R 出 图4油缸压力变化曲线 明显，油缸压力基本保持不变。制动系统可以为车 辆提供稳定持久的制动力。 4 结论 a、本文阐述了全液压制动系统的组成和工作原 理，对其动态特性进行了分析，并在动态特性分析的 基
14、础上，建立了全液压制动系统的数学模型。 b、基于数学模型对某车辆的全液压制动系统 进行了动态仿真，通过仿真曲线，我们对于制动系统 的动态特性有了一个较为直观的认识，并且验证了 之前动态特性分析的正确性。 C、全液压制动系统制动反应灵敏，滞后时间短。 制动过程中，系统压力高，制动力增长迅速平稳，可 以有效的缩短制动距离。 参考文献 1潘社卫等JY_5型井下多功能服务车液压系统动态性能 的实验研究J矿冶，2003(3)：13-16 2雷天觉液压工程手册M北京：机械工业出版社， 1998 3孟树兴，汽车轴间制动力分配优化设计与制动性能计算 机仿真研究硕士学位论文，合肥工业大学，2003 4卢长耿等液
15、压控制系统的分析与设计M北京：煤炭 工业出版社，1991 ， 日本新型泡沫消防车 日本日经产业新闻2004年1月28日报道： 日本一家企业新开发一种泡沫消防车，商品号为 “CD-iacafspey8”。其特点是：在现行消防泵浦车内 搭载一个空气压缩机和泡沫消防制造装置。车上的 水同少量泡沫原液混合后经加压，使水流中充入一 定量的空气扩大喷射水流的表面面积。喷射出的水 泡80 可直接投入灭火，其中高压喷雾占30 。汽 化后，可有效冷却灭火，能提高灭火效率8倍。同时 减少了用水量，也就减少了水渍损失。这种装置适 用于2 000 In长的水龙带伸展范围，也适用于高度 80 ITI以内的高层建筑。这种消防车将于2004年4 月投放市场，价格每辆2 400万日元。 (虹) 维普资讯
