维普资讯 http://www.cqvip.com ・试验・测试・ 半挂汽车列车制动系统设计与试验研究 程志兵 杨国权 张翔 雷启明 （１．中国人民总装备部汽车试验场；２．陕西汽车集团有限责任公司） 【摘要】根据半挂汽车列车制动特点，在研究制动控制阀、继动阀等部件的基础上，设计了某半挂汽车列车气动 制动系统。针对半挂汽车列车制动性能的特殊性，设计了相应的试验方案并依据国家标准进行了多项制动效能道路 试验。试验结果表明，所设计的制动系统性能良好、安全性高，可满足道路行驶的要求。 主题词：半挂汽车列车制动系统控制阀 设计 中图分类号：Ｕ４７０．３５文献标识码：Ａ文章编号：１０００－３７０３（２００７）０７～００３８－０３ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ ０ｆ Ｔｒａｃｔ０ｒ—Ｔｒａｉｌｅｒ Ｃｈｅｎｇ Ｚｈｉｂｉｎｇ ，Ｙａｎｇ Ｇｕｏｑｕａｎ ，Ｚｈａｎｇ Ｘｉａｎｇ ，Ｌｅｉ Ｑｉｍｉｎ￣ （１．Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｐｒｏｖｉｎｇ Ｇｒｏｕｎｄ ｏｆ Ｇｅｎｅｒａｌ Ａｒｍａｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ ＰＬＡ；２．Ｓｈａｎｘｉ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．） 【ＡｂｓｔｒａｃｔＪＩｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒａｋｅ ｏｆ ｔｒａｃｔｏｒ～ｔｒａｉｌｅｒ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｂｒａｋｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅｓ ａｎｄ ｒｅｌａｙ ｖａｌｖｅ ｅｔｃ，ｈｔｅ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｔｒａｃｔｏｒ－ｔｒａｉｌｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｈｔｅ ｂｒａｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｒｔａｃｔｏｒ－ｔｒａｉｌｅｒ．ｈｔｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｂｒａｋｉｎｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｒｏａｄ ｔｅｓｔｓ ａｒｅ ｄｏｎｅ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｎａｔｉｏｎａｌ ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｂｒａｋｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｗｉｈｔ ｇｏｏｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓａｆｅｔｙ，ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｒｏａｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｒａｃｔｏｒ－ｔｒａｉｌｅｒ，Ｂｒａｋｅ ｓｙｓｔｅｍ，Ｃｏｎｔｒｏｌ ｖａｌｖｅｓ，Ｄｅｓｉｇｎ １前言 发展，国家标准对其制动性能提出了相应的强制性 要求 ， 。 ’ 半挂汽车列车以其装载量大、运输成本低及具 本文给出了某半挂汽车列车（牵引车、半挂车 有甩挂运输、区段运输、滚装运输等优点，已成为公 均为三轴）制动系统设计方案，并设计了相应的试 路运输的重要车型。但半挂汽车列车制动性能较 验方案对制动系统性能进行了验证。 差，在制动过程中经常出现折叠和甩尾以及牵引车 和半挂车之间的相互撞击，这些将导致半挂汽车列 ２制动系统设计 车的行驶方向突然改变，极易造成重大交通事故。 ２．１气压制动驱动系统 因而，随着半挂汽车列车向大装载量和高速方向的 动力制动系统主要有气动和液压两种形式。液 向车体传递的振动，提高乘坐舒适性。 ５ Ｍａｈｍｏｕｄ Ｓ Ｆ．Ｍｏｈａｍｍａｄ Ｄ．Ａ Ｎｅｗ Ｈｉｇｈ—Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｄａ— ｂ．建立了半主动悬置的键合图模型和数学模 ｐｔｉｖｅ Ｅｎｇｉｎｅ Ｍｏｕｎｔ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，２００４ 型，对半主动悬置的动态特性进行了仿真计算和试 （１Ｏ）：３９￣５４． 验研究。结果表明，在低频段仿真与试验具有良好 ６何渝生等．汽车振动学．北京：人民交通出版社．１９９０． 的一致性，验证了键合图模型的适用性。 ７ Ｓｈｉ Ｗｅｎｋｕ，Ｍｉｎ Ｈａｉｔａｏ，Ｄａｎｇ Ｚｈａｏｌｏｎｇ．Ｏｐｔｉｍｕｍ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ 参考文 献 Ｎｏｎ－ＴＪｉｎｅａｒＭｏｄｅｌｏｆＰｏｗｅｒＰｌａｎｔＨｙｄｒａｕｌｉｃＭｏｕｎｔＳｖｓｔｅｍ．Ｃｈ－ １ Ｗａｌｌａｃｅ Ｃ Ｆ．Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｍｏｕｎｔ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｖｅ— ｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００３，１６（３）：２３７～ ２４０． ｈｉｃｌｅ Ｎｏｉｓｅ，Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｉｄｅ Ｑｕａｌｉｔｉｅｓ．ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ ８５０９７５， １９８５． ８闵海涛．汽车动力总成悬置系统的动态特性仿真与主动控 ２ Ｇｕｎ Ｋ，ｅｔ １ａ．Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｎｇ－ 制理论研究：［学位论文］．长春：吉林大学，２００４． ｉｎｅ Ｍｏｕｎｔ．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆｔｈｅ ＡＳＭＥ，Ｖｏ１．１ １５，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，１９９３． ９ Ｗｅｎ－Ｂｉｎ Ｓｈａｎｇｇｕａｎ￣ｈｅｎ－Ｈｕａ Ｌｕ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ Ｓｔｕｄｙ ｎａｄ Ｓｉ— ｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｎｇｉｎｅ Ｍｏｕｎｔ ｗｉｔｈ Ｆｕｌｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｆ１一 ３卡诺普Ｄ Ｃ，罗森堡Ｒ Ｃ．系统动力学．北京：机械工业出版 ｕｉｄ—Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｍｏｄｅ１．Ｃｏ． 社，１９８５． ４ Ｋｙｕ Ｈ ＬＹｏｕｎｇ Ｔ Ｃ，Ｓａｎｇ Ｐ Ｈ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈｙｄｒ－ ｍｐｕｔｅｒｓ ｎａｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ８２（２００４）：１７５１～１７７１． ａｕｌｉｃ Ｍｏｕｎｔ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｂｏｎｄ Ｇｒａｐｈ Ｍｅｔｈｏｄ．ＳＡＥ Ｐａｐｅｒ ９５ １ ３４７（责任编辑文楫） ， １９９５． 修改稿收到日期为２００７年２月１５日。 ～３８— 汽车技术 维普资讯 http://www.cqvip.com ・试验・测试・ 口２１进入挂车充气气路双接头，一路给半挂车制 压动力制动系统结构复杂、精密件多，对系统的密 封性要求较高；气压制动系统操纵轻便、工作可靠、 维修保养便利 州。考虑到牵引车和半挂车分离、结 合的方便性，本设计采用气压制动系统，其气压制 动驱动系统如图１所示。 ｌ ２ ３ １．空压机２．调压器３．管路保护阀 ４．储气筒 ５．放气阀６．控制阀７．挂车制动接头 ８．差动式 继动阀９．直通开关 １０．双膜片制动气室 １１． 轮速传感器１２．单膜片制动气室 １３．气动电磁 调节阀 １４．紧急制动阀 １５．电控单元 １６．继动 阀 １７．驻车制动阀 １８．双腔制动阀 图１气压制动驱动系统示意 牵引车和半挂车之问通过３条气压管路（充气 管路、行车控制管路和驻车控制管路）与ＡＢＳ管路 进行连接。 ２．１．１行车制动回路 牵引车和半挂车的行车制动均为双回路，牵引 车第一轴为一个回路，后两轴为一个回路。而半挂 车的前两轴为一个回路，后一轴为一个回路。两回 路互不影响，当其中某一回路失效时，另一个回路 可以继续发挥作用，保证行车安全。 ２．１．２驻车制动回路 驻车制动为弹簧储能断气制动，作用于半挂车 前两轴，亦可作为紧急制动使用。在牵引车驾驶室内 设有手控制动阀，可对挂车实施驻车制动，同时在挂 车上设有驻车制动开关，也能对挂车实施驻车制动。 ２．２关键元件设计 ２．２．１挂车控制阀设计 系统设计要求控制阀不仅要控制列车的行车 制动和驻车制动，还要保证当挂车制动系统控制管 路出现连接断裂或漏气时实现自动制动。 所设计的挂车控制阀工作原理如图２所示。正 常工作时，来自空压机的压缩空气由输人口ｌ１进 入，使柱塞处于上方，节流孑Ｌ全部打开，气体从输出 ２００７年第７期 动回路充气，另一路接到输人口１２进入Ｃ腔。 气阀门 排气口 图２控制阀工作原理示意 当挂车制动控制管路连接断裂或漏气时，则制 动时在输出口２２处不能建立压力，从行车制动控制 口４１输入Ｇ腔的压缩空气使柱塞下移，节流孑Ｌ被堵 住，使从输人口１１到输出口２１的气流受到很大的 节流作用，同时使进气门打开，挂车充气管路中气体 很快经输人口１２、进气阀门从输出口２２排气。 该设计中，控制口４１接牵引车后两轴行车制 动回路（回路一），行车制动控制口４２接牵引车第 一轴行车制动回路（回路二），则两回路气压随输入 压力增长过程见图３。由图３可看出，气压输入时， 回路一的压力增长相对回路二有一个超前量，超前 量的调节范围在０－８０ ｋＰａ。这种设计使得后两轴相 对一轴有一个超前压力，对后二轴的制动起到了一 个加速作用，增加了制动的稳定性。 砖 山 ＼ 丑 输入压力／ｋＰａ 图３控制阀特性曲线 ２．２．２继动阀设计 本设计中采用的继动阀分为差动式继动阀和 紧急制动阀两种。 差动式继动阀的控制信号是输出气压，是一种 先导式调压阀。采用差动式继动阀后，可使距制动 阀或其它控制阀较远的制动气室等气动元件的工 作时问缩短，本设计中主要用于缩短牵引车后两轴 回路及半挂车第三轴制动回路的制动作用时间。 紧急制动阀的功能主要体现在应急制动时，当 牵引车与半挂车脱离后，紧急制动阀的作用是使半 一３９— 维普资讯 http://www.cqvip.com ・试验・测试・ 挂车自行断气，制动停车。 当踩下制动踏板时即开始采集牵引车和半挂车制 动气室的压力信号。牵引车一轴和半挂车三轴制动 ３试验与结果分析 ３．１制动效能试验 制动效能试验主要考核行车制动系统ＭＦＦＤ （一定初速度下充分发出的平均减速度）、制动距离 和制动力等。 制动效能试验路面为某汽车试验场综合性能 试验道路，纵向坡度为零，路面等级为Ａ级，路面附 着系数为０．８。试验样车参数见表１。 表１试验样车基本参数 基本参数 牵引车 半挂车 质量／ｋｇ １２ ８１Ｏ ３８ １１Ｏ 轮胎规格 １２．００Ｒ２０子午线轮胎 ２３５／７５Ｒ１７．５无内胎轮胎 轮胎气压／ｋＰａ ８００ ８６０ 进行本制动系统的制动效能试验时，制动初速 度为３０ ｋｍ／ｈ，制动时方向稳定且无车轴抱死，试验 结果见表２。由表２可看出，本系统的制动效能满足 相关标准的规定 ｌ１ 。 表２制动效能试验结果 项目 ＭＦＤＤ／ｍ・ｓ＿２ 制动距离／ｍ 制动力／Ｎ ０型制动试验 ４．８ １１．４ ３９５ 奎 全失效 ２．３ １９．９ ３８３ 制 引 前桥 ３．９ １４．５ ３６７ 动 车 中、后桥 ３．２ １４．４ ３７５ 失 坐 一、二轴 ４．３ １０．４ ３８０ 效 挂 车 三轴 ４．６ ９．６ ３９３ ３．２能耗试验 所设计制动系统的储能装置剩余压力与全行 程制动次数的关系如图４所示。试验开始时对储能 装置充气，充气结束后牵引车储气筒的初始压力略 高于半挂车储气筒的初始压力；而经过８次全行程 制动后，半挂车储气筒的剩余压力略高于牵引车储 气筒的剩余压力，使得半挂车的剩余制动效能优于 牵引车的制动效能，从而保证行车安全。 ０ ２ ４ ６ ８ ｌＵ 制动次数 图４储能装置压力下降试验结果 ３．３制动管路压力分析 管路压力测量原理见图５，在牵引车的～轴制 动气室和半挂车的三轴制动气室分别联接一个管 路压力传感器，在制动踏板上安置一个触发开关， ．—－——４０．—－—— 气室的压力增长测量结果见图６。 Ｉｌ半垫制 室挂动车气第室三Ｉ ｌ’ｌ管佳传路感压壁器 Ｌ１ｌ 一 １糊Ｉ４应ｚ＿ｌｆ —＿’一ｌＬ嚣蓄 ＬｌＬ 瞽 ’ｌ 转装 Ｉ采 集 处 理 一一一． 一一— 固一 装 置 ８００ ７００ ６００ 翼 ３００ ２００ １００ ０ 时间／ｓ 图６制动作用时间曲线 在制动管路达到储气筒最大压力的９０％以前， 半挂车制动经历了气体从储气筒传递到控制阀、继 动阀、充满制动气室并消除制动问隙及制动管路压 力增长等几个阶段；而牵引车一轴制动经历了气体 从储气筒传递到制动阀、充满制动气室并消除制动 间隙和制动管路压力增长３个阶段［５］。 根据图６可看出，半挂车三轴开始制动时，其 动作滞后牵引车一轴制动动作时间为０．０８ ｓ，压力 增长到储气筒最大压力的９０％时，其滞后时间为 ０．１８ ｓ，满足国家标准不大于０．２ ｓ的要求。 ４结束语 在研究控制阀、继动阀等部件的基础上，设计 了某半挂汽车列车的气压驱动制动系统。根据国家 标准，对此半挂汽车列车进行了制动安全的道路试 验，试验结果表明，所设计的制动系性能良好，满足 行车安全的要求。同时，针对半挂汽车列车制动试 验项目的特殊性，设计了相关的试验方案，充分、有 效地对制动系统进行了考核。 参考文献 １ ＧＢ ７２５８—２００４机动车运行安全技术条件． ２ ＧＢ １２６７６—１９９９汽车制动系统结构、性能和试验方法． ３刘惟信．汽车设计．北京：清华大学出版社，２００１． ４余志生．汽车理论．北京：机械工业出版社，２００６． ５刘志强等．多轴工程车制动性能试验研究．江苏理工大学 学报，２０００，２１（４）． （责任编辑文楫） 修改稿收到日期为２００７年４月２１日。 汽车技术
