液压控制垂直制动系统工作原理及设计要点研究

刘军

（中航工业航宇救生装备有限公司试验部，湖北 襄阳 441003）

液压控制垂直制动系统工作原理及设计要点研究

刘军

（中航工业航宇救生装备有限公司试验部，湖北 襄阳 441003）

国内外针对向下运动物体刹车制动方式有电磁制动、气体弹簧制动、变截面轨道制动等多种方式。电磁制动方案工程造价高；气体弹簧制动方案缸体加工难度大、制动起始点可控技术实施困难；变截面轨道制动方案对竖向高塔地基载荷冲击大、解锁困难，且上述方案均无法有效解决高空试验要求的任意高度悬停难题，而我们研制的“常闭式可控液压制动技术”较好地解决了上述问题，国内外没有同类产品报道。该制动技术具有刹车效能高、成本相对较低、性能可靠、能够在竖向及水平等特殊工况使用等显著特点，从而具有较高推广应用价值。

液压控制垂直制动系统；工作原理；设计要点

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.085

1 液压控制垂直制动系统工作原理说明

1.1 电控系统工作原理

系统得电启动以后，制动系统软件通过采集系统连续不间断接受用户的控制命令、位置信号和各传感器信号，经自动分析和不断修正后，通过控制系统完成控制命令的功率输出。再经信号屏蔽线将命令传递至电气控制部分，电气控制电路由固有的系列开关动作，经输电线缆向各类负载（电动机、电磁阀、电磁锁、指示灯、其他开关负载等）供／失电。

1.2 液压控制系统工作原理

1）油泵电机组、电磁溢流阀得电油泵启动，系统高压。

2）所有电磁液压锁、电磁换向阀、机电换向阀、报警装置D4得电处于接通状态，应急蓄能器处于充压状态，制动装置处于正常供油状态。在油压作用下所有制动装置弹簧被压缩收回，滑车可以上升下落。

3）所有电磁换向阀、机电换向阀失电，所有制动装置在液压和机械力的双重作用下伸出，将滑车牢牢地夹紧在某个高度位置上。滑车处于全程制动状态，可完成定点弹射和滑行弹射的制动。

4）当滑车释放下滑时，所有电磁换向阀、机电换向阀被接通，制动装置缩回，滑车被释放下滑，到达某高度弹射时，滑车切割指令导线，塔载制动系统随即发出制动指令，控制制动装置迅速伸出，所有电磁换向阀、机电换向阀断电，触头伸出，该高度段下的制动装置均处于制动准备状态，随着滑车向下滑动，电换向阀上的触头在滑车制动板前端楔形挤推作用下逐步被激发，连续被打开，这种多米诺式制动效应保证了滑车的有效制动。

5）应急状态下，在试验过程中，如果制动装置发生了故障，特别是液压系统发生了压力下降，甚至没有压力时，电控系统根据传感器采集的数据作出应急处理，电磁液压锁失电，主液压系统自行切除，应急液压系统自行启动，在应急压力作用下所有制动装置油缸伸出，制动系统处于全制动状态，保证滑车安全。

2 制动系统中的关键、重要件

制动系统中核心部件是液压式常闭制动装置，该装置由制动油缸、刹车盘（包括刹车片）、机械常闭装置、液控单向阀、止回阀等组成，其结构见图1。

图1 制动装置结构图

制动装置有两个液压控制输入口，主控口和应急控制口。主控口有液控单向阀，应急控制口有止回阀。主控口和应急控制口可实现或门控制逻辑。

将液控单向阀、止回阀集成到制动装置里，能减少外管路、减少漏油点，提高系统的可靠性和维护性能。

3 技术关键与难点

1）制动盘刹车片要求摩擦系数大，高承载力，耐磨性能好，防潮防锈，寿命长。

2）安装空间小，要求制动装置制动力大、外形尺寸小。

3）动特性要求高，响应时间为0.02s。油缸的加工精度高。

4）液控单向阀和止回阀集成在缸体上，增加了结构工艺难度。

4 关键技术解决方案

1）滑车高速下落过程中，为避免制动板与制动装置的直接撞击，可采用楔形导引加机电换向阀，将撞击变为摩擦和挤压。

2）如何保证在40m/s的速度下机电换向阀与制动装置迅速响应即要在不到0.1s的时间内，制动装置能迅速接触制动轨，并能达到相应的力量。这就要求每对制动装置从输出力为0到输出力为设定值的响应时间要小于0.1s，为安全起见，本方案初步设定响应时间为0.02s，也就是响应频率为50Hz。该要求远远高于军用飞机刹车系统的响应频率。

3）漏油及维护性问题，塔载制动装置数量多结构复杂，油路管接头多，可采用集成化油路设计，尽可能不用接头、少用接头来减少泄漏点。我们采用快速连接结构，尽可能不用管钳、少用管钳来改善维修性。

5 结论

1）安全性与可靠性。安全性高，对元、部件可靠性要求较低，可用地面件保证。

2）性能特点：

（1）额定压力；21MPa，最大工作流量；600L/min；（2）可以实现紧急情况下的人工干预，滑车安全有保障；（3）电气系统交流供电方便；（4）液压油源设计简单；（5）实现常闭式制动容易，系统的安全系数高；（6）可实现长时间工作，长时间保持滑车刹停位置。

3）重量体积：滑车重量轻，有利于制动；制动系统安装在塔体上，不受重量体积的限制；元、部件可根据高压大流量要求做得足够强大。

4）控制系统：可以提供很好的人机界面，方便试验人员掌握了解试验系统的状况。

5）维护与维修：仅需在刹车片磨损或刹车片损坏后更换刹车片。出现故障漏油时，维护、维修方便。

6）技术经济性：首次投入资金较多，但使用维护成本较低，安全牢靠。

【1】刘学军.电磁-液压复合制动系统防抱死控制技术研究[D].镇江：江苏大学，2014.

【2】马翠贞.基于电控液压制动系统的车辆稳定性研究[D].南京：南京航空航天大学，2014.

Research on Working Principle and Design Points of Hydraulic Control Vertical Braking System

LIUJun
（TestingDepartment,AVICAerospaceLife-SupportingCo.Ltd.,Xiangyangcity441003,China）

The brakingmode in viewofdownwardmovingobject has electromagnetic brake, gas spring brake, variable cross-section track brake and anyother breakingmode athome and abroad.electromagnetic brakingscheme hasa high construction cost;gas spring brake cylinder processing is difficult and controllable technologyimplementationofbrakestartingpointishard;Variablecross-section rail brakingscheme hasa great shock load on the vertical tower foundation and it has a difficulty in unlocking. In addition, the above solutions can not effectively solve the hovering problems in any height of altitude test requirements,whilewe develop a "normally closed controlled hydraulic brake technology" better to solve these problems,and there is no reports of similar products at home and abroad. The brake technology has high brake efficiency, relatively low cost, reliable performance ,special usage in vertical and horizontal conditions and any other characteristics,andthusithasahighvalueofpopularizationandapplication.

hydrauliccontrolverticalbrakingsystem;workingprinciple;designpoints

TH6

A

1007-9467（2016）07-0134-02

刘军（1974～），男，贵州遵义人，高级工程师，从事火箭橇试验技术研究，（电子信箱）763606998@qq.com。

2016-6-13