刘文立

[摘 要]工程机械的行走制动装置应需具备实时精准的制动性能，才能确保工程机械在复杂工程环境中体现良好的机械性能。本文主要探讨设计工程机械行走的全液压制动系统，首先介绍了液压制动系统的基本组成及运行原理，分析了制动系统的性能评价理论，着重从液压制动系统的蓄能器、液压泵等方面做了设计考虑。

[关键词]工程机械；液压制动；系统设计

中图分类号：TQ521 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）04-0055-01

随着我国各地项目工程的建设力度不断加大，机械化作业已经成为工程建设的新时期特点。随处可见的施工现场上，工程机械来来往往，电机轰鸣。由于多数施工环境较为复杂，大量人员、物料分散，工程机械在行走过程中被要求可随时制动，这对机械制动系统提出了很大的要求。随着工程实践的增多，人们看中了全液压制动方式的高制动压力、高制动力矩、高灵敏度、全封闭回路等特点。工程机械逐步引入全新的全液压制动方式提高制动力，社会效益、经济效益、生态效益均取得更大的提升。

1 主流液压制动系统的组成与运行原理

液压制动系统，主要可分解为制动传动与制动执行两个单元。在制动传动单元中，制动接触板产生动力，并传输到制动执行单元；而以车轮制动器为主的制动执行单元能够将制动传动单元传出的瞬时动力变为一定的摩擦力矩。如下图1所示，典型的双回路液压制动系统中主要的元器件包括：液压油箱、滤油装置、液压制动油泵、溢流阀、蓄能器、制动接触板、盘式制动器等。

系统中所设置的蓄能器充液阀能对蓄能器的油量充盈程度和压力取值进行控制，而蓄能器的油量充盈程度和压力值则受到盘式制动器的影响，若制动器所需要的油量增加，对制动压力的要求提升，同时更需要多次紧急制动来完成效果，则蓄能器的油量增加，压力也将提升。若充液阀中的油量与压力值预设阈值后，蓄能器的压力一旦达到阈值，充液阀就能回流部分油量为蓄能器充压，液压制动油泵将同时进行负荷释放。对双回路制动系统而言，充液阀能够为两个蓄能器同时供油，蓄能器可在油泵出现故障的情况下，为不同的回路制动器供油，确保系统保持正常工作状态。当然，制动系统中存在低压报警开关，若蓄能器中的储存压力不断降低，一旦低于报警开关的预设值就会及时产生警报信号，及时提醒驾驶员注意检查液压制动系统。

2 机械制动系统的性能评价

通常，设计行走机械的制动系统应注意探讨系统制动力矩与散热问题。一个机械制动系统接受性能评价，也需要考虑系统制动力矩与散热问题。制动系统中热量的主要来源是内部多次制动摩擦和传动的结果，因此热量大小受多个因素的影响，如机械摩擦受力面积、制动次数、制动盘旋转速度、车辆制动的即时动能等。对于多数行走机械而言，需要应付的大量施工作业导致行走速度变缓，并不需连续多次制动，制动系统也不会产生太多热量。同时，很多机械都考虑用湿式盘式制动器来取代普通型号制动器，更淡化了制动系统的散热考虑。因此，机械制动系统的制动力矩就成为了制动性能考察的关键。

2.1 制动力矩

工程机械在行走中需要靈活制动，必然需要在设计时考虑：制动系统产生的制动力矩须能在制动蓄能器内含压最低时，确保车辆及时制动减速。通常，制动力矩应满足以下理论关系式：，代表的是工程机械的车辆制动器制动力矩，单位取N·m；T 代表的是来自地面的制动力矩，单位取N·m。对这两种制动力矩而言，后者往往受前者的影响，前者成为了后者的决定性因素。当然，地面制动力矩显然还受到地表接触面的影响，如受附着力矩的作用，若地面制动力矩与附着力矩数值相等，则地面制动力矩将不再增加。

通常对工程机械的地面制动力矩可用以下公式表示和计算：

2.2 工程机械的整机制动性评价

2.2.1整机制动性评价策略

通常，工程机械制动系统性能评价可由三个因素控制：其一是制动效能，包括制动作用距离与制动的减速度；其二是制动效能数值的恒定性；其三是制动作用期的机械行走方向稳定性。当然，在实际工程应用中，工程机械的制动系统中常采用盘式制动器，能够较好地体现抗热与抗湿方面的衰退性。而且工程机械的行走速度往往较慢，常保持在20km/h左右，因而在制动作用期的机械行走方向稳定性保持较好。可见，探讨工程机械的整机制动性只需要考虑制动效能。

2.2.2制动效能的具体计算

制动效能所包含的制动作用距离与制动减速度，都可由相应的数学公式表示和计算。

3 工程机械行走全液压制动系统的设计

全液压制动系统的设计应分几个步骤进行：一是估算出整个工程机械行走的制动力矩，具体由各分制动器的制动力矩相加得出。而且，整机制动力矩受综合机械总重、行走速度与路况条件等影响。二是初选制动系统压力，积极确定制动盘半径、制动钳规格等参数。通常，制动盘的半径应该集合所安装控件极致尺寸来确定。下面着重从液压制动系统的蓄能器、液压泵等方面技进行设计考虑。

3.1 制动系统蓄能器

蓄能器设计中，主要考虑其容积容量问题。一般假定蓄能器工作不存在热量的传导过程，即属于绝热状态，其蓄能器容积求解式为：

其中，P1表示蓄能器充液气压，P2、P3分别表示蓄能器的最低与最高工作压力。即为有效容积，是最高工作压力与最低工作压力的对应气体体积差值。

3.2制动系统液压泵

液压泵的排量也是系统设计的重点考虑点之一。蓄能器的满容积充液时间决定了液压泵的排量。通常出于安全考虑，充液一般都不允许高出20秒时长。

现在来分析，当蓄能器内部无液压油存在时，设容积为V1，满油充盈状态下容积为V3，上文已明确蓄能器属于绝热状态，因此不需考虑温度对容积的影响，则有蓄能器的充气压力与最高工作压力之间可以用克拉伯龙方程表示为：P1·V1=P3·V3，得到蓄能器的在充液前后体积变化量为V1与V3之差。然后确定制动系统中的蓄能器数，可直接得到油液的总体积，并结合充液时间，就能够计算出系统的总油液流量。下一步计算液压泵排量时，应考虑按照机械的发动机保持慢速时的转速来参与计算，并结合液压泵的实际容积效率，就可以求出液压本的实际排量。此数值将作为液压泵的排量要求，指导完成制动系统中的制动泵型选择。

在实际的工程机械行走全液压制动系统设计中，因机械本身含有液压转向系统，该系统的液压泵可以同时充当全液压制动系统的液压泵或动力源，就可以简化设计，并需要单独为全液压制动系统配置独立制动泵。

结束语

工程机械行走全液压制动系统的设计需要投入更多的专业知识，并结合实际工程中的各种工况来配合完成。设计完成的制动系统可体现诸多特点：一是液压制动性能高，制动能力强；二是系统管路可拆卸，方便维护检修；三是各零部件规格较小，省空间省材料；四是油液无外渗，不会污染环境等。相信未来的工程机械行走全液压制动系统将体现更大的功能，保障工程机械的安全可靠性。

参考文献

[1] 黄国锋，乔跃平.工程机械全液压制动系统的液压制动阀的应用[J].中国高新技术企业，2014（8）：47-48.

[2] 刘阳生.行走机械全液压制动系统的设计[J].中国科技投资，2013（A19）：217-217.

[3] 王展.全液压制动系统仿真分析与实验研究[D].吉林大学，2012.