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1、6t平衡重式内燃叉车制动系统结构设计 第1章 绪论1.1制动系统概述使车辆强制减速或停止的过程称为制动。其实质是利用制动器的摩擦消耗车辆的动能,使之转化为热量散发掉,从而使车辆的行驶速度降低；当车辆停止后,利用制动器的摩擦力矩使车辆不因外力的作用而自行运动。制动性能是指使行驶中的车辆按要求迅速减速以致停止的能力。制动性能的好坏,对车辆完成作业任务,提高生产率及保证行驶的安全起着很重要的作用。1.2制动系统的功能制动系统是车辆安全行驶的重要装置。它必须具备如下基本功能：1） 在车辆行驶过程中,能以适当的减速度使车辆降速行驶直至停车。2） 在车辆下坡时,为避免车辆在本身重力分力作用下不断加速,应进
2、行制动,使之保持适当的稳定车速。3） 车辆停放时,使车辆在原地可靠地停住。为此,车辆一般均具有两套制动系统：一套为行车制动系统,他用以实现前两项功能。由驾驶员通过制动踏板来操纵,当踏下制动系统时起制动作用,松开制动踏板后,制动作用即行消失,故也称为脚制动系统,此类制动器亦可兼作驻车制动之用。另一套为停车制动系统,它主要用来实现第三项功能,并有助于车辆在坡道上起步,以防止车辆向下滑溜。这套制动系统通常用制动手柄操纵,并锁止在制动位置上,当驾驶员离开车辆后仍能可靠地保持在制动状态,故也称为手制动系统。1.3对制动系统的要求为保证行驶安全,制动系统应满足如下要求：1） 工作可靠,制动器产生的制动力矩
3、应满足车辆对制动性能的要求。叉车空载,车速20km/h,要求制动距离不大于6m。2） 制动平稳,制动力与操纵力成正比,制动时左右制动轮上的制动力矩应平稳增加,且保持相等,放松制动踏板时,制动作用应迅速消失。制动器不自行制动,不抱死,不失灵,制动效果不随温度等环境因素变化。3） 操作轻便,脚踏板力不应超过500N,行程不得大于150mm。维修、调整应便利,特别是摩擦副磨损后,最好能实现自动调整。4） 制动作用滞后时间尽可能短,即从踩下制动踏板到制动器起作用的空行程时间越短越好。5） 由于叉车前、后行驶的时间接近,故要求制动系统保证前行与后行的制动效能基本相同。 第2章 方案选择2.1传动形式：液
4、力传动2.2制动器选型制动器主要有摩擦式、液力式和电磁式等几种形式。电磁式制动器虽有作用滞后性好、易于连接而且接头可靠等优点,但因成本高,只在一部分总质量较大的商用车上用作车轮制动器或缓速器；液力式制动器一般只作缓速器。目前广泛使用的仍为摩擦式制动器。摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同,可分为鼓式,盘式和带式三种。带式制动器只用作中央制动器；鼓式和盘式制动器的结构形式有多种。盘式制动器的制动盘有两个主要部分：轮毂和制动表面。轮毂是安装车轮的部位,内装有轴承。制动表面是制动盘两侧的加工表面。它被加工得很仔细,为制动摩擦块提供摩擦接触面。整个制动盘一般由铸铁铸成。铸铁能提供优良的摩擦面。制动盘装车轮
5、的一侧称为外侧,另一侧朝向车轮中心,称为内侧。盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧表面为工作面的制动盘,其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。制动时,当制动盘被两侧的制动块夹紧时,摩擦表面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩。盘式制动器一般用于大吨位叉车上。制动盘制动表面的大小由盘的直径决定。大型车需要较多制动功能,它的制动直径达12in或者更大些。较小较轻的车用较小的制动盘。通常,制造商在保持有效的制动性能的情况下,尽可能将零件做的小些,轻些。按轮毂结构分类,制动盘有两种常用型式。带毂的制动盘有个整体式毂。在这种结构中,轮毂与制动盘的其余部分铸成单体件。另一种型式轮毂与盘侧
6、制成两个独立件。轮毂用轴承装到车轴上。车论凸耳螺栓通过轮毂,再通过制动盘毂法兰配装。这种型式制动盘称为无毂制动盘。这种型式的优点是制动盘便宜些。制动面磨损超过加工极限时能很容易更换。制动盘可能是整体式的或者通风的。通风的制动盘在两个制动表面之间铸有冷却叶片。这种结构使制动盘铸件显著的增加了冷却面积。车轮转动时,盘内扇形叶片的旋转增加了空气循环,有效的冷却制动。盘式制动器具有散热快,重量轻,构造简单,调整方便等优点。特别是高负载时耐高温性能好,制动效果稳定,而且不怕泥水侵袭,在冬季和恶劣路况下行车,盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。虽然盘式制动器的制动盘与空气接触的面积很大,但很多
7、时候其散热效果还是不能让人满意,于是有的制动盘上又被开了许多小孔,加速通风散热以提高制动效率,这就是通风盘式制动器。一般来说,尺寸大的制动盘要比尺寸小的制动盘散热效率高,而通风盘则要比实体盘的散热效率高。根据制动盘固定元件的结构形式,盘式制动器可分为钳盘式制动器和全盘式制动器两类。钳盘式制动器钳盘式制动器的固定摩擦元件是制动块,装在与车轴连接且不能绕车轴线旋转的制动钳中。制动衬块与制动盘接触面积很小,在盘上所占的中心角一般仅30o50o,故盘式制动器又被称为点盘式制动器。全盘式制动器全盘式制动器摩擦副的固定元件和旋转都是圆盘形的,分别称为固定盘和旋转盘。其结构原理和摩擦离合器相似。多片全盘式制
8、动器的各盘都封闭在壳体中,散热条件较差。因此,有些国家正在研制一种强制液冷多片全盘式制动器。这种制动器完全封闭,内腔充满冷却油液。冷却在制动器内受热升温后,被液压泵吸出,而后被压送入发动机水冷系中的热交换器,在此受发动机冷却水的冷却后再流回制动器。钳盘式制动器按制动钳的结构不同,分为以下几种。1.固定钳式制动钳固定安装在车桥上,既不能旋转,也不能沿制动盘轴线方向移动,因而其中必须在制动盘两侧装设制动块促动装置,以便分别将两侧的制动块压向制动盘。这种形式也成为对置活塞式或浮动活塞式。固定钳式制动器存在着以下缺点：1液压缸较多,使制动钳结构复杂。2液压缸分置于制动盘两侧,必须用跨越制动的钳内油道或
9、外部油管来连通。这必然使得制动钳的尺寸过大,难以安装车的轮毂内。3热负荷大时,液压缸和跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化。4若要兼用于驻车制动,则必须加装一个机械促动的驻车制动钳。这些缺点使得固定钳式制动器难以适应现代汽车的使用要求,故70年代以来,逐渐让位于浮钳盘式制动器。a固定钳式 b滑动钳式 c摆动钳式图2.22.浮动钳式1滑动钳式 制动钳可以相对于制动盘作轴向滑动,其中只有在制动盘的内侧置有液压缸,外侧的制动块固定安装在钳体上。制动时活塞在液压作用下使活动制动压靠到制动盘上,而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块压向制动盘的另一侧,直到两制动块受力均等为止。2摆动钳式 它也是
10、单侧液压缸结构,制动钳体与固定在车轴上的支座铰接。为实现制动,钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。显然,制动块不可能全面而均匀的磨损。为此,有必要经衬块预先作成楔形。在使用过程中,衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀后即应更换。浮钳盘式制动器的制动钳一般设计得可以相对制动盘转向滑动。其中,只在制动盘的内侧设置液压缸,而外侧的制动块则附加装在钳体上。浮动钳式制动器的优点有：1仅在盘的内侧有液压缸,故轴向尺寸小,制动器能进一步靠近轮毂；2没有跨越制动噢案的油道或油管,加之液压缸冷却条件好,所以制动液汽化的可能性小；3成本低4浮动钳的制动块可兼用于驻车制动。与鼓式制动器相比,盘式制动器有如下优点：
11、1） 热稳定性好。原因是一般无自行增力作用。衬块摩擦表面压力分布较鼓式中的衬片更为均匀。此外,制动鼓在受热膨胀后,工作半径增大,使其只能与蹄中部接触,从而降低了制动效能,这称为机械衰退。制动盘的轴向膨胀极小,径向膨胀根本与性能无关,故无机械衰退问题。因此,前轮采用盘式制动器,汽车制动时不易跑偏。2） 水稳定性好。制动块对盘的单位压力高,易将水挤出,因而浸水后效能降低不多；又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用,出水后只需经一,二次制动即能恢复正常。鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。3） 制动力矩与车运动方向无关。4） 易于构成双回路制动系,使系统有较高的可靠性和安全性。5） 尺寸小,质量小,散
12、热良好。6） 压力在制动衬块上分布比较均匀,故衬块上磨损也均匀。7） 更换制动块简单容易。8） 衬块与制动盘之间的间隙小0.050.15mm,从而缩短了制动协调时间。9） 易实现间隙自动调整。盘式制动器的主要缺点是：1） 难以实现完全防尘和锈蚀封闭的多片式全盘式制动器除外。2） 兼作驻车制动器时,所需附加的手驱动机构比较复杂。3） 在制动驱动机构中必须装用助力器。4） 因为衬块工作面积小,所以磨损快,寿命低,需用高材质的衬块。因此,从结构,散热,技术,成本等多方面考虑,决定采用浮钳盘式制动器。 第3章 制动器材料的选择3.1制动盘制动盘一般用珠光体铸铁制成,或用添加等的合金铸铁制成。其结构形状
13、有平板形和礼貌形。制动盘在工作时不仅承受着制动块作用的法向力和切向力,而且承受着热负荷。为了改善冷却效果,钳盘式制动器的制动盘有的铸成中间有径向通风槽的双层盘,这样可大大地增加散热面积,降低温升约20%-30%,但盘的整体厚度较厚。制动盘的工作表面应光洁平整,制造时应严格控制表面的跳动量,两侧表面的平行度厚度差及制动盘的不平衡量。根据有关文献规定：制动盘两侧表面不平行度不应大于0.008mm,盘的表面摆差不应大于0.1mm；制动盘表面粗糙度不应大于0.06mm。本次设计采用的材料为合金铸铁,结构形状为礼帽形,通风盘。图3.1 礼帽形制动盘3.2制动钳制动钳由可锻铸铁KTH370-12或球墨铸铁
14、QT400-18制造,也有用轻合金制造的。例如用铝合金压铸。可做成整体的,也可做成两半并由螺栓连接。其外缘留有开口,以便不必拆下制动钳便可检查或更换制动块。制动钳体应有高的强度和刚度。在钳体中加工出制动油缸。为了减少传给制动液的热量,将活塞的开口端顶靠制动块的背板。活塞由铸铝合金制造,为了提高耐磨损性能,活塞的工作表面进行镀铬处理。为了解决因制动钳体由铝合金制造而减少传给制动液的热量的问题,减小了活塞与制动块背板的接触面积。制动钳在叉车上的安装位置可在车轴的前方或后方。制动钳位于车轴前可避免轮胎甩出来的泥,水进入制动钳,位于车轴后则可减小制动时轮毂轴承的合成载荷。因此本次设计采用可锻铸铁,整体
15、式、镀铬处理。3.3制动块制动块由背板和摩擦衬块构成,两者直接牢固地压嵌或铆接或粘接在一起。衬块多为扇形,也有矩形,正方形或圆形的。活塞应能压住尽量多的制动块面积,以免衬块发生卷角而引起尖叫声。制动块背板由钢板制成。为了避免制动时产生的热量传给制动钳而引起制动液汽化和减小制动噪声,可在摩擦衬块与背板之间或在背板后粘或喷涂一层隔热减震垫胶。由于单位压力大和工作温度高等原因,摩擦衬块的磨损较快,因此其厚度较大。许多盘式制动器装有衬块磨损达极限时的警报装置,以便及时更换摩擦衬片。本次设计取衬块厚度14mm,3.4摩擦材料制动摩擦材料应具有高而稳定的摩擦系数,抗热衰退性能好,不能在温度升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降；材料的耐磨性好,吸水率低,有较高的耐挤压和耐冲击性能；制动时不产生噪声和不良气味,应尽量采用少污染和对人体无害的摩擦材料。以往车轮制动器采用广泛应用的模压材料,它是以石棉纤维为主并与树脂粘结剂、调整摩擦性能的填充剂与噪声消除剂等混合后,在高温下模压成型的。模压材料的挠性较差,故应按衬片或衬块规格模压,其优点是可以选用各种不同的聚合树脂配料,
