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摘要：為提升大型汽車制動(dòng)性能，利用車輛運(yùn)行慣性，設(shè)計(jì)了一種慣性增壓式液壓制動(dòng)助力裝置，包括單組、雙組和四組增壓器。增壓助力裝置由牽引慣性盤總成、液壓制動(dòng)總成構(gòu)成。制動(dòng)時(shí)，后輪牽引慣性盤旋轉(zhuǎn)，制動(dòng)卡鉗夾緊慣性盤，摩擦旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力，牽引凸輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)，擠壓液壓泵活塞，產(chǎn)生高壓制動(dòng)液，輸入制動(dòng)缸制動(dòng)。利用慣性提高制動(dòng)效能，可實(shí)現(xiàn)液壓制動(dòng)系統(tǒng)在大型商用汽車上的應(yīng)用，大大提高了汽車的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：慣性式；制動(dòng)性；增壓助力器；設(shè)計(jì)

前言

汽車的制動(dòng)性是汽車的主要性能之一。汽車的制動(dòng)性影響著駕駛員的行駛安全，是提高車速的安全保障，汽車如果缺乏可靠的制動(dòng)性，動(dòng)力性則無法充分發(fā)揮性能。車輛在制動(dòng)時(shí)，影響汽車制動(dòng)距離的因素有：制動(dòng)器作用時(shí)間、附著力（或最大制動(dòng)器制動(dòng)力）和制動(dòng)的起始車速。制動(dòng)器作用時(shí)間與制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式有密切的關(guān)系。改進(jìn)制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以減少制動(dòng)器作用時(shí)間，是縮短制動(dòng)距離的一項(xiàng)有效措施。大型汽車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓摩擦，車輪與路面摩擦，將汽車的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成熱能在空氣中散發(fā)，消除汽車慣性能量，來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)目的。相比于氣壓制動(dòng)系統(tǒng)，大中型客貨汽車、掛車和半掛車采用慣性增壓式液壓制動(dòng)系統(tǒng)，可以縮短制動(dòng)距離，節(jié)約汽車燃料，延長(zhǎng)輪胎使用壽命，提高運(yùn)輸效率。

1單組慣性制動(dòng)增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

單組慣性增壓器如圖1所示，由減速器、慣性盤、凸輪盤、三角板、制動(dòng)鉗和液壓泵等組成。慣性盤是盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤，由于后輪代表慣性牽引制動(dòng)盤旋轉(zhuǎn)，故稱制動(dòng)盤為“慣性盤”。在傳動(dòng)軸與后橋連接的法蘭盤，串聯(lián)固定一個(gè)傳動(dòng)軸齒輪，后橋上固定一臺(tái)蝸輪蝸桿減速器，蝸桿伸出殼體外的軸上，固定一個(gè)減速器齒輪與傳動(dòng)軸齒輪嚙合旋轉(zhuǎn)。蝸輪伸出殼體外的軸上，安裝一個(gè)凸輪盤，其下半徑固定一個(gè)制動(dòng)鉗，凸輪盤軸外側(cè)軸上，固定一個(gè)慣性盤在制動(dòng)鉗口內(nèi)旋轉(zhuǎn)。減速器箱體上安裝一個(gè)三角板和液壓泵，三角板重點(diǎn)有一頂桿與液壓泵活塞連接，三角板力點(diǎn)有一個(gè)滾輪壓在凸輪盤上半徑的凹槽內(nèi)，來保證凸輪盤防止擺動(dòng)。由于凸輪盤下半徑固定一個(gè)制動(dòng)鉗，保持下垂?fàn)顟B(tài)，來保證凸輪盤不隨便擺動(dòng)。汽車在行駛中，傳動(dòng)軸齒輪牽引蝸桿齒輪旋轉(zhuǎn)，蝸桿齒輪牽引減速器旋轉(zhuǎn)，蝸桿軸齒輪同時(shí)也牽引蝸輪軸上慣性盤旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)8圈，慣性盤旋轉(zhuǎn)1圈，減速比為8，最大不超過10。汽車制動(dòng)時(shí)，汽車的慣性驅(qū)駛汽車?yán)^續(xù)向前或向后滾動(dòng)，后輪滾動(dòng)中牽引傳動(dòng)軸和慣性盤旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)踏板力將制動(dòng)總泵液壓輸入制動(dòng)鉗內(nèi)，夾緊慣性盤在摩擦旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生推力，拖帶凸輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)，凸輪盤上半徑兩側(cè)弧坡相等，轉(zhuǎn)動(dòng)中推動(dòng)三角板力點(diǎn)上的滾輪向上移動(dòng)，使三角板重點(diǎn)上的頂桿，擠壓液壓泵活塞，產(chǎn)生高壓制動(dòng)液，輸入各輪制動(dòng)分泵制動(dòng)，無論汽車前進(jìn)或倒車都有制動(dòng)力制動(dòng)。汽車制動(dòng)中，慣性增壓器轉(zhuǎn)換推力的大小，與慣性盤表面的粗糙度和制動(dòng)鉗施加于慣性盤的壓力相關(guān)，粗糙度和壓力越大，摩擦系數(shù)越大，產(chǎn)生的推力也越大。凸輪盤上半徑兩側(cè)的弧坡和三角板，是放大推力的杠桿，放大后的推力擠壓液壓泵活塞，產(chǎn)生高壓制動(dòng)液輸入制動(dòng)分泵制動(dòng)。根據(jù)車型、載量和制動(dòng)要求，選用合適的鼓式液壓制動(dòng)器或盤式液壓制動(dòng)器。大型客貨汽車通常采用氣壓鼓式制動(dòng)器，為了達(dá)到液壓制動(dòng)要求，將鼓式制動(dòng)器進(jìn)行改造，采用用液壓制動(dòng)系統(tǒng)。制動(dòng)鼓內(nèi)拆除凸輪軸后，在凸輪位置安裝一個(gè)液壓制動(dòng)分泵，支撐兩個(gè)制動(dòng)蹄將原130kg回位彈簧，改用約30kg回位彈簧，以拉動(dòng)制動(dòng)蹄回位和穩(wěn)定制動(dòng)蹄。回位彈簧拉力的減少，可增加制動(dòng)蹄對(duì)制動(dòng)鼓的壓力，提高制動(dòng)力。汽車制動(dòng)中慣性能量的大小與質(zhì)量和速度相關(guān)，車速越快質(zhì)量越大，汽車的慣性也越大。汽車慣性的能量是制動(dòng)器制動(dòng)力的反作用力。慣性增壓器在制動(dòng)中，消耗后輪滾動(dòng)中部分能量，對(duì)汽車產(chǎn)生一定的制動(dòng)作用，并且使液壓泵產(chǎn)生高壓制動(dòng)液，輸入車輪制動(dòng)分泵進(jìn)行制動(dòng)，又較大地消耗了汽車慣性的能量，慣性增壓器和車輪制動(dòng)器兩次消耗汽車慣性的能量，可以產(chǎn)生較大的制動(dòng)效能，所以慣性增壓器既是增壓器也是制動(dòng)器，利用慣性提高制動(dòng)分泵液壓制動(dòng)，無需外力輔助，也不浪費(fèi)燃料，這種利用慣性克服慣性的制動(dòng)方式，可以起到事半功倍的制動(dòng)效果。慣性增壓器使用8：1蝸輪蝸桿減速器，降低慣性盤轉(zhuǎn)速，將慣性盤與制動(dòng)鉗的“動(dòng)”摩擦，降為相對(duì)的“靜”摩擦，提高摩擦系數(shù)，可以產(chǎn)生較大的推（拉）力，擠壓液壓泵6活塞，獲得較大的液壓輸入制動(dòng)分泵制動(dòng)。

2雙組慣性增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在蝸輪蝸桿減速器蝸輪單出軸上安裝一套慣性增壓器，即為單組慣性增壓器，此種增壓器適用于中小型汽車制動(dòng)。在蝸輪雙出軸兩端各安裝一組慣性增壓器，即為雙組慣性增壓器，如圖2所示，可以兩次提高制動(dòng)器液壓，此種增壓器適用于大中型汽車制動(dòng)。汽車制動(dòng)時(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，擠壓制動(dòng)總泵活塞提高制動(dòng)液壓力，輸入第一組制動(dòng)鉗內(nèi)，夾緊慣性盤摩擦旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生推力，牽引凸輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)三角板杠桿力點(diǎn)上滾輪向上移動(dòng)，迫使三角板重點(diǎn)上頂桿擠壓液壓泵活塞，產(chǎn)生更大的液壓輸入第二組制動(dòng)鉗內(nèi)，再次夾緊慣性盤摩擦旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生更大的推力，牽引凸輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)三角板擠壓液壓泵活塞，產(chǎn)生更強(qiáng)大的液壓，輸入汽車各輪制動(dòng)分泵制動(dòng)，第一液壓泵產(chǎn)生的高壓制動(dòng)液，輸入第二制動(dòng)鉗內(nèi)，提高第二制動(dòng)鉗液壓，夾緊第二慣性盤摩擦產(chǎn)生更大的推力，擠壓第二液壓泵活塞，產(chǎn)生更高的液壓輸入各輪制動(dòng)分泵制動(dòng)。大中型汽車使用雙組慣性增壓器，兩個(gè)盤式制動(dòng)器制動(dòng)，進(jìn)一步加大了制動(dòng)力，使大中型汽車產(chǎn)生足夠大的制動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)。

3四組慣性制動(dòng)增壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雙蝸輪減速器如圖3所示，蝸輪蝸桿減速器箱內(nèi)，有兩個(gè)蝸輪排列在蝸桿齒輪上，用一根蝸桿齒輪牽引兩個(gè)蝸輪旋轉(zhuǎn)。蝸輪軸伸出箱外兩側(cè)的四個(gè)軸頭上，各加裝一組慣性增壓器，組合成一臺(tái)“四組慣性增壓器”，用于重型超長(zhǎng)汽車制動(dòng)。汽車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)總泵向第一組慣性增壓器制動(dòng)鉗內(nèi)注入高壓制動(dòng)液，夾緊慣性盤摩擦產(chǎn)生推力，擠壓液壓泵活塞產(chǎn)生更高的液壓，輸入第二組制動(dòng)鉗內(nèi)與慣性盤摩擦，提高第二組液壓泵液壓，再將高壓制動(dòng)液輸入第三組和第四組制動(dòng)鉗內(nèi)，再次提高三、四兩組液壓泵液壓，采用并聯(lián)方式，把兩個(gè)液壓泵輸出的高壓制動(dòng)液并聯(lián)，共同輸入汽車各輪制動(dòng)分泵制動(dòng)。重型汽車和大型拖掛汽車制動(dòng)車輪較多，制動(dòng)時(shí)僅靠一個(gè)液壓泵制動(dòng)液輸入多個(gè)制動(dòng)分泵，不能滿足制動(dòng)分泵的制動(dòng)要求，如果加大液壓泵活塞直徑，而液壓又很難提高，必須將第三組和第四組兩個(gè)液壓泵輸出的高壓制動(dòng)液，并聯(lián)輸入汽車各輪制動(dòng)分泵，才能滿足汽車制動(dòng)力要求。

4制動(dòng)效能分析

大中型汽車廢除氣壓制動(dòng)系統(tǒng)，使用慣性增壓式液壓制動(dòng)系統(tǒng)，將汽車慣性部分能量轉(zhuǎn)換成制動(dòng)力，讓慣性二次做功，變害為利。慣性增壓器和制動(dòng)器利用慣性克服慣性，共同消除汽車慣性，可以達(dá)到良好的制動(dòng)效果。如圖4所示，汽車慣性增壓器將部分慣性能量b1轉(zhuǎn)換成推力，提高增壓泵液壓，減少了汽車制動(dòng)距離b2。汽車使用慣性增壓器數(shù)目越多，轉(zhuǎn)換推力中消耗汽車慣性能量b1也越多，減少制動(dòng)距離b2也越大。

5結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了慣性式汽車液壓制動(dòng)增壓器，汽車后輪牽引慣性盤旋轉(zhuǎn)，制動(dòng)卡鉗夾緊慣性盤，摩擦產(chǎn)生推力，牽引凸輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)，擠壓液壓泵活塞，產(chǎn)生高壓制動(dòng)液，輸入制動(dòng)缸制動(dòng)。單組慣性增壓器采用一套慣性增壓系統(tǒng)進(jìn)行制動(dòng)。雙組慣性增壓器采用兩個(gè)盤式制動(dòng)器制動(dòng)。四組慣性制動(dòng)增壓器組合成一臺(tái)四組慣性增壓器,第三、四組兩個(gè)液壓泵輸出的高壓制動(dòng)液，并聯(lián)輸入汽車各輪制動(dòng)分泵，產(chǎn)生足夠大的制動(dòng)力，用于重型超長(zhǎng)汽車制動(dòng)。慣性增壓式液壓制動(dòng)助力裝置利用慣性提高了制動(dòng)力效能，節(jié)約了汽車燃料，縮短了制動(dòng)距離，減少了汽車交通事故發(fā)生率，可實(shí)現(xiàn)液壓制動(dòng)系統(tǒng)在大型汽車上的應(yīng)用，大大提高了汽車的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

作者：張通 翟震環(huán) 邢振宇 翟仁 劉沈佳 夏怡 徐禮超 劉永臣 張申 單位：淮陰工學(xué)院交通工程學(xué)院