静液压传动工程机械的制动系统

静液压传动工程机械的制动系统

摘要国内外研制和应用静液压传动的工程机械越来越多，本文简要介绍了其制动系统的特点、类型，分析了不同工况下制动系统的作用以及不同制动系统的应用范围。

关键词：静液压传动工程机械制动系统

根据技术要求及通行安全，采用静液压传动的工程机械与常规机械一样，需要具备行走制动、停车制动和应急制动等3套制动系统。它们的操纵装置必须是彼此独立的。

1 行车制动系统

行车制动系统应能在所以运行状态下发挥作用。它首先用以使运动中的车辆减速，继而在必要时使车辆完全停止运动处于静止状态。对行走制动系统的要求是：第一，在车辆运动的整个速度范围内均能产生足够的制动阻力，使车辆减速直至停车；第二，具有足够的耗能或贮能容量来吸收车辆的动能；第三，行走制动装置的作用必须是渐进的；第四，行走制动系统的操纵功能必须是独立的，不应受其它正常操纵机构的影响，不能在离合器分离或变速器空档时丧失制动能力。从原则上说，凡是能完全满足上述要求的装置，均可用于行走制动系统。行走制动是使用最频繁的制动装置，一般称为主制动系统。

现代工程机械行走制动系统除普遍采用带有较大容量的制动盘、鼓等摩擦式机械制动器作为主执行元件外，也越来越多地利用发动机排气节流、电涡流、液涡流等作为辅助的吸能装置。后几种装置的优点是本身没有产生磨损的元件，能更好地控制减速力（矩），从而减少主制动元件（刹车盘、片等）的磨损和延长其使用寿命。但它们的制动力都与行走速度有关，一般无法独立使车辆完全停止，只能作为辅助制动装置（缓速装置）来使用。

静液压传动系统由连接在一个闭式回路中的液压泵和液压马达构成。对这种传动装置所选用的泵和马达，除了有与一般液压元件相同的高功率密度、高效率、长寿命等性能要求外，还要求两者均能在逆向工况下运行，即在必要时马达可作为泵运行，泵可成为马达运行，使整个系统具备双向传输功率或能量的能力。这样当泵的输出流量大于马达在某一转速下需要的流量时，多余的流量就使马达驱动车辆加速，而加速力的反作用力通过马达使入口压力升高，液压能转化为车辆的动能增量；反之，如调节变量泵的排量使其通过流量不敷于马达的需求时，马达出口阻力增大，在马达轴上建立起反向扭矩阻止车辆行驶，车辆动能将通过车轮反过来的驱动马达使其在泵的工况下运行，并在马达出油口建立起压力，迫使泵按马达工况拖动发动机运转，车辆的动能将转化为热能由发动机和液压系统中的冷却器吸收并耗散掉。由于静液压传动系统产生的阻力（矩）原则上只取决于系统压力和马达排量而与行走速度无关，所以这种系统既能象上述“缓速器”那样使车辆减速，又能使其完全停止运动，不仅能满足行走制动全部功能要求，而且在制动过程中没有元件磨损且可控性良好。因此，静液压传动系统本身完全可以作为行走制动装置使用。装有静液压传动系统的车辆一般无须另行配置机械制动器，但系统中不能有驾驶员可随意操纵的使功率流中断的装置（如液压系统中的短路阀、马达与驱动之间的离合器或机械换

挡装置等）。

在许多工业发达国家中，允许静液压传动装置作为行走制动系统使用已为相关安全法规所确认。例如，1987年4月1日起生效的德国交通工具及设备和自行式机械“静液压传动装置可以作为行车制动器使用，前提是这一驱动系统中不含有短路阀，或只装有驾驶员无法直接操纵的短路阀（例如将短路阀的操纵手柄装于机罩下面）。”

人们常回担心静液压传管路爆破或元件损坏后会丧失制动能力，但在显得技术条件下，出现这种风险的概率不会大于传统行走制动器的概率。

2 停车制动系统

停车制动系统用来使车辆保持静止状态。从原则上说，它可以采用任一种具有足够锁定能力的机械加紧、锚固、插销、锲块、挡铁、卡齿等止机构，并不一定非要是渐进作用的。但在实用上为了和前述行走制动装置系统兼容，绝大多数停车装置仍然采用了结构原理与机械制动器类似的、带摩擦元件的结构，常见的有蹄式、带式、单盘式和多盘式等。停车制动系统对制动装置的要求是，制动能力应足以防止车辆在各种条件下向任一方向意外移动，停车制动器与车轮之间不得存在可能使传动链中断的可操纵元件；停车制动的操作都是在车辆已处于静止状态时进行，纯粹的停车制动器无须具备吸收车辆动能的能力，也不允许在行进过程中操作；停车制动多在发动机熄火状态下进行操作，机构中的制动力只能由驾驶员人力能控制的纯机械传输，且必须在不输入任何外界能量的条件下长时间地保持在制动状态。这样，就排除了用液压、气压、电磁等助力方式实现停车自动的可能。但相关法规却不禁止实用这些辅助施力方式来解脱停车制动。因此，许多现代车辆都采用蓄能弹簧加压的方式实现停车制动，而用液压或气压方式解脱它。这种型式的停车制动器动作灵活可靠，并具备发动机熄火或主液压系统失压后自动完成保护性制动的功能。实际上，问题往往出在缺少压力能源无法解脱它们，以便将故障车辆拖走。为此，设置了机械式（螺杆、杠杆等）液压式（手动泵或借用应急液压转向系统作为压力源）或气压式（手动气泵）应急解脱系统。

3 应急制动系统

应急制动系统用于主制动系统全部或部分失效时完成制动任务。因此，应该和主制动系统一样，具备以渐进方式吸收车辆动能的能力。考虑到应急制动系统通常仅车辆发生故障时才使用，无须频繁操作。在极端情况下，应急制动器只有一次使用寿命，是靠“牺牲“自己来保全整机的安全。对它的其它要求类似于停车制动，不得由驾驶员人力以外的外部能源操作，制动元件与车轮之间不能存在足以使传动使传动链中断的可操纵元件等。由于停车和应急制动系统在要求上具有相似性，实践中大多利用可渐进作用的摩擦式停车制动器兼作应急制动器使用。

4 制动系统的一般配置方式

传统的机械传动车辆行走制动器（盘式或鼓式及蹄式）都直接装在车轮上，而停车和应急制动器则装在变速器与驱动桥之间，也称为“中央制动器”。前者都用脚踏板

操纵，允许采用机械拉杆、软轴的或液压管路作为传力系及设置液压、气力等助力装置；后者则只能用于手柄经机械拉杆或软轴操纵。考虑到制动器本身（盘或鼓）失效的可能性远小于制动操纵系统，新的法规已不再要求采用与主制动器完全分开的停车应急制动器，而是强调主制动装置的操纵系统完全失效时，应急制动器应能独立操纵直接作用在车轮或与车轮有固定传动关联的制动元件上。这样，就使一大批现代车辆可能采用兼有行走、停车或应急制动能力“三位一体”的多功能车轮制动器。在这样的系统中，制动蹄片（用于鼓式）或夹钳（用于盘式）一方面可以由行车制动系统中的液压缸或汽缸操纵，另一方面也可以由停车与应急制动手柄通过杠杆系统施力或释放蓄能弹簧，彼此互不干扰。在后一种情况下，用来控制由蓄能弹簧加压的停车制动器的手柄连接一个液压或气压阀（停车时泄压），或电磁阀的电路开关，而并非机械拉杆。

上述规定主要针对公路车辆，并非所有工程机械都装备如此完善的制动系统。

5 静液压制动系统的配置特点

静液压传动车辆除与传统车辆一样配齐上述三套制动系统外，也可以取消常规的行走制动系统，以简化机构和降低成本。考虑到人们的驾驶习惯，有时应设置一个与常规车辆类似的制动踏板，只不过它是通过渐变地减少静液压传动系统中变量泵的排量来使车辆减速和停止运动的。由于存在漏损，静液压传动系统并不能满足停车制动的要求，也必须配置独立操纵的停车和应急制动系统。为此许多液压元件制造厂都根据用户的要求，在所生产的液压元件上装设机械制动器。法国波克兰液压公司生产的车轮液压马达就装有行走、停车和应急制动三位一体的鼓式（蹄式）制动器（图1），也可选装结构更为紧凑的多盘式制动器（图2）。后者由蝶型蓄能弹簧压紧、低压液压系统供能和解脱，解脱压力1.2~3.0MPa，可直接利用静液压驱动系统中的补油压力。当静液压传动系统发生故障或发动机熄火时，这种闭式制动器将立即动作，使车辆自动停止运动，以确保安全。此制动器设有供强制解脱用的机构。

图1 兼有行走,停车和应急制动能力的鼓型制动器式车轮液压马达

图2 兼有停车和应急制动能力的多盘制动器式车轮液压马达

在工业发达国家中，静液压传动已广泛用于工程机械。普遍采用静液压传动装置作为行走制动，附加机械操纵停车与应急制动器这样的制动系统。只有少数速度特别高（>50 km/h）或有特殊要求的车辆才加设常规机械式行走制动系统。国内生产的林德系列叉车、液压传动扫路车、振动压路机、滑移式装载机、井下凿岩机和飞机牵引车等，都采用静液压传动装置兼作为行走制动系统。

法国Poclain液压公司北京代表处王意