魯國慶， 黃文軍

(江蘇林海動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)有限公司，江蘇 泰州 225300)

全地形車(All-Terrain-Vehicles，ATV)是具有跨騎式座椅、把式轉(zhuǎn)向、四輪結(jié)構(gòu)、大尺寸低氣壓輪胎的單人多用途車輛，在國內(nèi)通常被稱為沙灘車。全地形車主要應(yīng)用涵蓋農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)、景觀美化、經(jīng)營牧場(chǎng)、探險(xiǎn)、工業(yè)、建筑及軍事等領(lǐng)域，被國內(nèi)外市場(chǎng)廣泛認(rèn)同。

聯(lián)動(dòng)剎車系統(tǒng)(Combination Braking System，CBS)的核心功能是駕駛員在單獨(dú)操縱前剎或單獨(dú)操縱后剎車時(shí)，前后輪都能獲得恰當(dāng)而有效的剎車力。

1 問題描述

全地形車在定型試驗(yàn)考核過程中，試車員反饋車輛在進(jìn)行顛簸試驗(yàn)過程中，在緊急剎車時(shí)第一把手剎或者第一腳剎車時(shí)出現(xiàn)軟弱無力、剎車不起作用的現(xiàn)象，但第二把或者第二腳再進(jìn)行剎車時(shí)，該現(xiàn)象消失，而在平坦路面行駛從未出現(xiàn)該現(xiàn)象。

這種剎車的失效模式，對(duì)使用者以及車輛存在極大的風(fēng)險(xiǎn)，甚至車毀人亡。

2 問題分析

2.1 剎車系統(tǒng)制動(dòng)力計(jì)算

首先分析該CBS系統(tǒng)的制動(dòng)效果是否適配對(duì)應(yīng)的車型LH600ATV。

2.1.1 前碟剎系統(tǒng)

前碟剎系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 前碟剎系統(tǒng)

2.1.2 后碟剎系統(tǒng)

后碟剎系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 后碟剎系統(tǒng)

2.1.3 前后摩擦片有效面積

前后摩擦片有效面積如圖3、圖4所示。

圖3 前摩擦片

圖4 后摩擦片

2.1.4 常用制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算

常用制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算如圖5所示。

圖5 常用制動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算

(1)腳踩力轉(zhuǎn)換為制動(dòng)桿力：

式中：F1為駕駛員腳踩力，F(xiàn)1=27 kgf。

(2)制動(dòng)系統(tǒng)壓強(qiáng)：

式中：D1為制動(dòng)液壓系統(tǒng)活塞直徑，D1=19 mm。

(3)制動(dòng)力矩：

T=μ×N×P×πR2×Rb

式中：μ為制動(dòng)系統(tǒng)的摩擦片摩擦系數(shù)(前 0.4，后 0.48)；N為泵數(shù)量，N=2。

(4)后制動(dòng)泵：

后制動(dòng)泵如圖6所示。

圖6 后制動(dòng)泵

制動(dòng)活塞外半徑R1：R1=38/2=19 mm；制動(dòng)活塞內(nèi)半徑R2：R2=27/2=13.5 mm；

(5)前制動(dòng)泵：

前制動(dòng)泵如圖7所示。

圖7 前制動(dòng)泵

活塞半徑R：R=34/2=17

Tf(前)=0.4×2×4 411 271×3.14

×0.0172×0.102 5=328 N·m

Ttr(后)=0.48×2×4 411 271×3.14

×178.75×10-6×0.092=218.7 N·m

(6)輪胎摩擦力：

B=Bf+Br=643+477=1 120 kgf

式中：f1為前減速比，f1=Rw/Rb=317.5/102.5=3.05；f2為后減速比，f2=Rw/Rb=317.5/91.5=3.4；n為制動(dòng)輪數(shù)量，n前=2，n后=2；Rw為半徑，Rw=317.5 mm。

(7)所需制動(dòng)力：

Br=μr×W=0.070 7×834=59 kgf

式中：μr為摩擦系數(shù)；W為質(zhì)量，W=584+250=834 kg。

B=1 120 kgf>Br=59 kgf。

(8)駐車系統(tǒng)：

手握最大力F=400 N，手柄杠桿比R=3.5，制動(dòng)桿杠桿比R1=8。

施加在制動(dòng)器上的力為：

F1=F·R·R1=400×3.5×8=11 200 N

相應(yīng)的制動(dòng)力矩：

Mfs=F1·rex·U=11 200×0.09

×0.35=352.8 N·m

式中：有效半徑rex=9 cm；摩擦系數(shù)U=0.35。

輪胎總制動(dòng)力為：

F2=Mfs·1.09/Rsc=352.8×

1.09/0.3175=1 211 N

所需要的駐車力：

Br=10μt×Wt=10×0.070 7×834=590 N

式中：μt為摩擦系數(shù)；W為質(zhì)量，W=834 kg。

F2=1 211N>Br=590 N

以上計(jì)算表明，該CBS剎車系統(tǒng)完全適配該車型。

2.2 幾種碟剎系統(tǒng)造成制動(dòng)力不足的原因分析

(1)碟剎系統(tǒng)破損，造成泄漏導(dǎo)致系統(tǒng)壓力喪失；

(2)碟剎液失效，導(dǎo)致制動(dòng)效果衰減；

(3)碟剎系統(tǒng)內(nèi)主泵碟剎液不足，導(dǎo)致供油不足，系統(tǒng)壓力達(dá)不到要求；

(4)碟剎系統(tǒng)內(nèi)有空氣，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力達(dá)不到要求；

(5)碟剎分泵活塞內(nèi)矩形油封失效，造成泄漏導(dǎo)致系統(tǒng)壓力喪失；

(6)碟剎分泵活塞進(jìn)給量不足，導(dǎo)致制動(dòng)達(dá)不到效果。

經(jīng)檢查零部件狀態(tài)以及因?yàn)樵谄铰飞系鷦x系統(tǒng)正常，所以前5項(xiàng)均排除。經(jīng)過多次試驗(yàn)，研究有問題的故障車，發(fā)現(xiàn)每次都是后碟剎系統(tǒng)內(nèi)，卡鉗中的蹄塊與碟剎盤之間的間隙過大，導(dǎo)致剎車時(shí)第一剎手剎或踩腳剎，制動(dòng)系統(tǒng)沒有效果。

2.3 造成活塞進(jìn)給量不足的原因分析

2.3.1 理論計(jì)算主泵排液量是否不足

主泵活塞直徑為19 mm，手柄使主泵活塞極限位移量約為12 mm，主泵排除液體體積為3 400 mm3，四只分泵活塞移動(dòng)1 mm，需要體積為3 000 mm3左右，理論上僅需要分泵活塞移動(dòng)0.5 mm就有足夠的剎車力，所以主泵排液量足夠。

2.3.2 外因造成活塞異?；匚?/p>

經(jīng)顛簸檢查一輛LH600ATV的前碟剎蹄塊與碟剎盤間隙為0.5 mm，而后碟剎蹄塊間隙達(dá)到3～4 mm。

對(duì)造成后碟剎分泵活塞異常串位的原因分析如下：

(1)碟剎盤端面跳動(dòng)嚴(yán)重超差。

前后碟剎盤在車輛上的端面跳動(dòng)為0.15 mm左右，在允許范圍之內(nèi)，排除此項(xiàng)。

(2)輪轂軸承內(nèi)圈晃動(dòng)大導(dǎo)致輪轂上碟剎盤端面跳動(dòng)超差。

在整車上收緊前后球籠上的大螺母達(dá)到137 N·m，后輪轂軸承內(nèi)圈和輪轂很緊，另外重新更換套新部件，也未發(fā)生松動(dòng)，排除此項(xiàng)。

(3)碟剎分泵是浮動(dòng)泵受外力影響，異常串動(dòng)導(dǎo)致活塞受力串動(dòng)。

碟剎分泵固定牢固，碟剎管串動(dòng)靈活，未對(duì)碟剎分泵產(chǎn)生位移，排除此項(xiàng)。

(4)碟剎分泵是浮動(dòng)泵受慣性影響，導(dǎo)致活塞串動(dòng)，碟剎分泵左右晃動(dòng)大。

造成后碟剎分泵晃動(dòng)大的原因是碟剎分泵與固定板之間的銷軸間隙大導(dǎo)致，如圖8所示。

圖8 碟剎分泵與固定板

此結(jié)構(gòu)為摩托車碟剎經(jīng)典結(jié)構(gòu)，分泵上孔為直徑Φ8 mm，銷軸為直徑Φ8 mm；采用經(jīng)典配合Φ8 H9/c11(孔公差為0～+0.036 mm，軸公差為-0.08～-0.17 mm)，實(shí)際檢查問題整車分泵孔為8.035 mm，銷軸為Φ8為-0.15 mm，符合圖紙要求。

2.4 浮動(dòng)銷在此種配合尺寸下產(chǎn)生問題的原因分析

造成這種問題的原因是在顛簸試驗(yàn)場(chǎng)上，搓板路對(duì)車輪產(chǎn)生側(cè)向力，而且不是同時(shí)作用于前后輪。前輪因?yàn)槭寝D(zhuǎn)向輪，側(cè)向力通過轉(zhuǎn)向系傳到方向把作用人手上，且轉(zhuǎn)向系內(nèi)部球頭、支撐聯(lián)軸節(jié)也分解了一部分力，前安裝銷軸之間距離也比后部銷軸安裝距離大。后輪僅僅由A臂緩沖套分解一部分力，大部分直接作用在輪轂上，所以才導(dǎo)致在車輛顛簸時(shí)，相當(dāng)一部分力作用在后輪轂上，從而產(chǎn)生的部分側(cè)向力作用在浮動(dòng)卡鉗上，在加上卡鉗與滑動(dòng)銷之間的間隙配合，使得浮動(dòng)卡鉗帶動(dòng)里面的兩個(gè)蹄塊左右相互與碟剎盤自由撞擊，擺動(dòng)導(dǎo)致蹄塊與碟剎盤之間的距離越來越大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出允許的浮動(dòng)范圍。

3 小結(jié)

根據(jù)理論分析，公司定制了一批直徑Φ8 d10(公差為-0.04～-0.098 mm)和直徑Φ8 d11(公差為-0.04～-0.13 mm)以及滑動(dòng)銷直徑Φ8 e10(公差為-0.025～-0.083 mm)，進(jìn)行試驗(yàn)。

經(jīng)過多次試驗(yàn)比較更換直徑Φ8 d10滑動(dòng)銷，問題車顛簸剎空現(xiàn)象消除，試驗(yàn)效果良好；同時(shí)發(fā)現(xiàn)采用Φ8 e10滑動(dòng)銷在試驗(yàn)過程中有自剎現(xiàn)象。

消除碟剎銷軸與分泵孔之間的間隙，也不是說越小越好。新車碟剎安裝后蹄塊與碟剎盤接觸面可能不會(huì)貼合很好，短時(shí)間造成偏磨，銷軸回位不良，造成新車有自剎現(xiàn)象。

為此碟剎、輪轂、轉(zhuǎn)向節(jié)、后HUB制造廠商要保證圖紙上的垂直度和端面跳動(dòng)。

偶爾發(fā)生的剎空現(xiàn)象困擾公司很久，該項(xiàng)研究從故障再現(xiàn)入手，找到故障發(fā)生的典型規(guī)律，再排除大量表面現(xiàn)象，找到了該問題的源頭，對(duì)滑桿懸浮式制動(dòng)卡鉗的設(shè)計(jì)和質(zhì)量改進(jìn)有很好的指導(dǎo)意義。