一种高制动力多缸液压制动钳的研究

王丽丽 张景煜 张文强 王鑫

摘 要：制动钳也就是钳盘式制动器，在机械运动中能够有效阻止运动状态达到减速或者停止的状态的机械零件，主要有制动件、操纵装置等构成。液压制动钳往往应用于提升机刹车系统，液压站输出压力油打开制动器，提升机工作，通过调整制动器提供的制动力来制动工况压力，制动力的大小由液压站来调控。本文建立在研究提升液压制动钳制动力采用多缸液压硬件方式，对液压制动钳的结构应用进行规律的验证和测算，得出如何利用多缸液压提升制动力的结论。本文讨论过程中采用模型化的建立，对数据进行量化分析，经过大量数据验证得出最后的研究结果。

关键词：高制动力;多缸液压;制动钳;研究应用

一、前言

伴随着人们生活水平社会经济发展的不断进步和提升，民众对生活生产的速度和效率产生了更大更高的需求，人民对生产安全的研究和探索也没有止步。作为生产活动中重要的一部分，制动钳能否高效应用，能否及时提供保障制动力成为生产过程安全水平考察的重要方向。一直以来，我国在生产活动中所需要的大型机械，对提升机制动能力的提升和研究不断加强，利用高制动力的液压制动钳对工程工业活动进行保障，以一种更加安全高效的工业生产态度发展，带动我国重工业技术发展进步;另外在国民日常生后中，在汽车领域中车轮制动器和中央制动器都有采用液压制动钳，利用旋转原件工作表面产生的摩擦产生制动力达到有效制动的目的，对人们生活出行安全起到了非常大的影响作用。因此研究高制动力的制动钳对国民生产生活都有非常大的意义。

二、制动钳研究发展现状

制动钳分为定钳盘式制动器和浮钳盘式制动器两种：

定钳盘式制动器的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都装设制动块促动装置，相当于制动轮缸的液压缸，以便分别将两侧的制动块压向制动盘。如图1所示为定钳盘式制动器的结构示意图。制动盘1 固定在轮毂上，制动钳5 固定在车桥上，既不能旋转也不能沿制动盘轴向移动。制动钳内装有两个制动轮缸活塞2，分别压住制动盘两侧的制动块3。当驾驶员踩下制动踏板使汽车制动时，来自制动主缸的制动液被压入制动轮缸，制动轮缸的液压上升，两轮缸活塞在液压作用下移向制动盘，将制动块压靠到制动盘上，制动块夹紧制动盘，产生阻止车轮转动的摩擦力矩，实现制动[1]。

浮钳盘式制动器的制动钳设计则可以相对运动，图2为浮钳盘式制动器的结构示意图。制动钳支架3固定在转向节上，制动钳体1与支架3可沿导向销2轴向滑动。制动时，活塞8在液压力p1的作用下，将活动制动块6（带摩擦块磨损报警装置）推向制动盘4.与此同时，作用在制动钳体1上的反作用力p2推动制动钳体沿导向销2向右移动，使固定在制动钳体上的固定制动块5压靠到制动盘上。于是，制动盘两侧的摩擦块在p1和p2的作用下夹紧制动盘，使之在制动盘上产生于运动方向相反的制动力矩，促使汽车制动。

其中只在制动盘内测设置液压缸，外侧制动快附装在钳体上，浮钳盘式制动器不需要跨越制动盘的油道，受到制动汽化机会较少，在应用上也只需要一些压缸活塞的机械传动零件辅助[2]。

总的来说，相比其他制动器，钳盘式制动器在结构上不易受热变形，摩擦系数影响小，制动性能相比稳定，而且在后期维修调整也非常方便，这也是本次研究制动钳的主要原因。在实际生产生活中，大部分的汽车或者小型客车在前轮都采用制动钳作为刹车模块，也正是由于制动钳具有的高效特殊性，在研究钳盘式制动器的过程中，我们能够采用引入数学模型的方式进行数据估算性能预测，对其产生制动力的大小能够有一个较为标准划的模拟值，有助于本次研究讨论的成功进行。

三、高制动力多缸液压制动钳的研究以及应用

在轿车和中小型客车设计过程中，一般前轮制动采用浮钳式制动器，有时也会采用定钳式制动器，在本次研究过程中，我们根据汽车参数分析汽车制动力和制动力矩等相关参数，可以对相关数据进行量化，分析。在本次研究假设中存在许多误差，因而在数据推算以及制动力公式推导过程都需要借鉴大量的数据，在数据量足够大的情况下进行讨论能够保证数据的合理性，验证多缸液压式制动钳的过程也是参照单缸液压对照，对比其优势，但其中也有许多工程上的难度并未体现。

首先确定制动钳的结构和相关参数，根据钳盘式制动器根据相关资料查得，通常应满足空载同步附着系数在0.6-0.7之间较为合适，满载同步附着系数在0.8- 0.9之间较为合适。可以在数学物理公式的引导下初步推算制动钳的刚体直径，可以估算制动面积，由此演算制动开启压力[3]。再确定钳盘式制动器的最大制动力矩，由于理论值和实际值之间的影响因素太多，制动片在实际生活中的磨损，以及摩擦系数再实际生活中受到各种因素影响而变化，最大制动力矩便受到更多因素的影响，因此再此次研究运算时，我们对制动力矩有一个参数上的估算。另外对钳盘式制动器的制动半径的计算，我们也进行了一定数据方法，再确定制动力矩以及制动钳缸孔半径等值，对有效半径进行了数学模型化，测算出有效半径于测量数据之间的关系。

再验证多缸液压制动钳的制动力变化数学模型问题上，我们对多个工作缸液压机进行了工程上的比较，按照上述方式完成制动钳数据测算以及制动力数据比较，验证多缸液压制动的原理和应用效率，进行数据比较，功能测定。多缸式液压机是对液压机工作时不仅能够提高工作效率，通过液压推手或者液压马达推动工作产生压力，促进能量转换。在多缸液压环境研究中，第i个轮缸的工作容积为：

式中，di为第i个轮缸活塞的直径;n为轮缸中活塞的数目;δi为第i个轮缸活塞在完全制动时的行程，初步设计时，对盘式制动器可取2.0-2.5mm.此处取δ=2.5mm.

所以一個前轮轮缸的工作容积为

一个后轮轮缸的工作容积为

由此可得，在多缸液压环境中，不仅仅是对注油环节还是在提供制动力环节都有很大的优势，在注油过程多缸工作，润滑效果好的同时对油的利用率非常高，另外其提供的制动力承载力都要大于单缸制动，这在资源利用工作效率方面进行了很大的提升[4]。还有一方面，多缸液压给料需求大，同时利用率高，这样省去外部人员操纵的麻烦，在产生高制动力的同时还能够提升机械构造方面的优势。

四、结语

通过研究讨论，在社会生产活动中，人们对利用效率安全性能的追求是没有止境的，这也是推动技术进步社会文明发展的重要原因，面向制动钳结构研究技术探索改进，我们对其制动力的需求也是越来越高，为产生高制动力，本次研究专门讨论了多缸液压结构的制动钳，通过数学模型的建立，我们在数学公式推导以及物理结构引导的探索模式下，简要探究了数据制动力影响以及制动钳结构研究，对结构数据量化得到对多缸液压制动钳的性能判断，能够对多缸液压制动钳产生的制动力以及最大制动力矩有大概的性能判断。

参考文献

[1]刘亚波，成建平，姚平喜.一种新型液压制动阀的原理与性能研究[J].液压与气动，2014，15（10）：103-106.

[2]吴嘉宜，苏智剑，闫扬义.气动式制动能量回收技术研究[J].液压与气动，2016，20（7）：109-113.

[3]康宁，尹飞行，史佑民.一种基于模型的高响应液压翼尖制动装置研究与实现[J].液压与气动，2018，32（3）：106-113.

[4]马恩，李素敏.新型气制动阀特性的试验研究[J].液压与气动，2016，17（12）：54-60.

作者简介

王丽丽（1983-），女，汉族，山东临沂人，讲师，硕士，主要从事机械制造及自动化方面教学与研究

（作者单位：山东英才学院）