某型履带车辆液力制动器外部液压操纵机构的设计

赵 耀（装甲兵工程学院,北京 100072）

某型履带车辆液力制动器外部液压操纵机构的设计

赵 耀
（装甲兵工程学院,北京 100072）

由于道路的状况变化无常，为了保证车辆实现快速制动，液力制动器制动作用的启效时间必须足够短，因此我们需要设计一种液力制动器外部液压操纵机构。

履带车辆；液力制动器；操纵机构；设计

0 设计要求

查阅资料可知，一般液力制动器液压控制系统的制动启效时间在0.4 s以内，由于充液时间较短，假定动轮转速恒定不变。而仿真模型的入口流量必须满足在这段时间里充入足够多的油液，而出口流量满足将空腔内的空气排净，即Qi=V/t (i=1,2) vi=Qi/Ai(i=1,2)。式中： Qi——入、出口所需流量V——工作腔体积Ai——入、出口流道截面积vi——入、出口流动速度。下标i=1时表示入口参数，i=2时表示出口参数。通过计算得出液力制动器入口流量Q1和流速v1分别为492L/min和16.67m/s；出口排出空气的流量Q2和流速v2分别为492L/min和33.34m/s。

动轮转速在3150 r/min紧急充液时液力减速器充液率与时间的变化关系。可见随着充液时间的增加，液力减速器工作腔中的油液比例逐渐递增。而随着充液时间的延长，出口同时也开始甩出油液，因此充液率增长的速度逐渐减慢。当快接近全充液状态(q=1.0)时充液率随时间变化曲线斜率最小。

1 设计图绘制

根据设计要求，设计满足要求的设计图。电机泵给蓄能器充入液压油，蓄能器在车辆制动时释放液压油，给制动器充油，完成制动，在液压系统中装有溢流阀、单向阀、常闭开关、压力传感器、处理器、报警开关和二位二通换向阀等液压辅件。溢流阀作为安全阀，将系统最高油压控制在一定范围内；单向阀实现液压油的单向流通；常闭开关用于在车辆停止时的检查工作；压力传感器、处理器和报警开关用于控制电机泵的开启与停止，并作为系统的安全装置控制液压油的最低油压；二位二通换向阀用于控制进入制动器的流量大小，以便控制制动力矩的大小。

2 制动器基本参数

该型履带车辆的液力制动器最高转速为3150r/min。两个液力制动器的四个工作容腔总容积V1=4*π2*0.37*0.0152=3.28*10-3m3，进油口与工作容腔之间的容积V2=0.16*10-3m3，叶片的总体积V3=2*（30+2*36+32）*0.002*（0.5*π*0.0152-0.0015*0.03）=0.16*10-3m3，那么，两个液力制动器工作容腔总的工作容积V=V1+V2-V3=3.28*10-3+0.16*10-3-0.16*10-3=3.28*10-3m3，进油口总面积A1=2*π*(0.0062+0.00252+0.0062)=4.92*10-4m2，出油口总面积A2=2*π*0.0062=2.26*10-4m2。

根据制动器的solidworks三维模型可知，A、x、d、n、D都是已知数，将这些已知数带入上面的公式中可得：三个进油口的进油压力分别为0.10MPa、0.09MPa、0.09MPa；出油口的出油压力为0.04 MPa。

由于制动器与外界相通，制动器内有大气压，那么，蓄能器给制动器充油压力必须加上一个大气压，这样液压油才能顺利从进油口充入工作容腔，故进口液压油压力为0.20MPa；因为出油口两端都有大气压，故出油的出口压力等于两端的差值，还是为0.04 MPa。

3 液压泵的选择

液压泵是动力元件，它的作用是把机械能转变成液压能，向系统提供一定的压力和流量的油液，从而满足系统对液压油的需要。液压泵的种类很多，主要分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。

齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种，外啮合齿轮泵应用较广，内啮合齿轮泵则多为辅助泵；叶片泵有单作用式（变量泵）和双作用式（定量泵）两大类，在机床、工程机械、船舶及冶金设备中得到广泛应用。它具有输出流量均匀、运转平稳、噪声小的优点。叶片泵对油液的清洁度要求较高；柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。柱塞泵的特点是泄露小、容积效率高，可以在高压下工作。按照柱塞的运动形式可分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。CBK0型齿轮泵为小排量高压齿轮泵，具有体积小、质量轻、压力高、结构简单、工作可靠等特点。主要用于工程机械、矿山机械、起重运输机及航空机械等液压系统中。因系统中安有蓄能器，故要求泵的耐压性较高，排量应适当小，型号为CBK0-0.8的外啮合齿轮泵理论排量为0.82ml/r，额定压力为20MPa，最高压力为23MPa，额定转速为3500r/min，最高转速为4000r/min，符合要求，故选用型号为CBK0-0.8的外啮合齿轮泵。

为保证液压泵能有效工作，选用一个可靠的电动机是非常有必要的。电动机分为交流电动机和直流电动机两类，根据实际情况，坦克上只能安装直流电动机。

因齿轮泵的排量为0.82ml/r，额定压力为20MPa，额定转速为3500r/min，那么流量为0.82ml/r*3500r/min=2870ml/min，换算成基本单位为4.78*10-5m3/s,额定功率则为4.78*10-5m3/s*20MPa=965W。按照已知的参数，查阅相关资料，选用ΗN-1000型号的无刷直流电动机，额定转速为3000r/min其功率为1kW，额定电压为24V。虽然电机的额定转速3000r/min低于泵的额定转速3500r/min，对齿轮泵向系统泵油的速度有所影响，但是对其它方面没有影响，而且系统对齿轮泵给蓄能器充油的流量要求不高。故可以选用ΗN-1000型号的无刷直流电动机带动齿轮泵泵油。

4 总结

液压泵不断从油箱中吸油，并向系统泵油，给蓄能器充油。当蓄能器达到最大工作压力20MPa时，系统上的传感器感受压力信号，并将压力信号转化成电信号传给处理器，处理器发出指令信号让电机停止工作，液压泵不再向系统泵油；当管路油压低于15 MPa时，传感器将低压电信号传给处理器，处理器发出指令信号让电机启动，开始工作，电机带动液压泵开始向系统泵油，给蓄能器充油；当液压系统出现故障，如传感器失效，系统内压力不断升高，超过20MPa，或是系统压力不断下降，低于10MPa，传感器给处理器传出高压或低压信号，处理器控制报警开关发出警报，提示驾驶员停车检查，同时，在系统出现高压时，安装在液压泵旁边的先导式溢流阀发挥作用，将系统油压控制在21MPa，保证了系统的安全。

[1]闫清东,张连第,赵毓芹等.坦克构造与设计[M].北京：北京理工大学出版社,2007.

[2]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社,2011.

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.020