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摘 要：介绍了后驱三支点叉车湿式制动系统的设计过程，重点阐述了根据整车设计的结构需求进行制动系统设计和理论计算的过程。
关键词：后驱三支点叉车;湿式制动器;行车制动;驻车制动
0 引言
湿式制动器因其制动摩擦片浸在封闭的油池中，可采用多摩擦片，而具有制动力矩大，外形尺寸小，散热性好，环境适应性强，免维护等优点，常集成于重载工程车的驱动装置和制动系统中。
后驱三支点叉车是后轮驱动兼转向的三支点叉车，前轮为从动轮，转弯半径小，适宜在较小的区域内作业。干式制动器外形尺寸大，不利于小型化整车的布置，而湿式制动器可满足整车小型化的要求。
1 前轮制动器和前轮的安装结构
图1为安装在车体一侧的前轮湿式制动器1和前轮2的结构，为满足整车小型化，首创性地采用分体式前轮湿式制动器，将制动器嵌入到前轮中，最大限度地释放出车体内部的空间，实现整车的小型化。
2 前轮湿式制动器结构
图2为前轮湿式制动器，采用多盘湿式制动摩擦片组和行星齿轮结构，制动器通过高压油驱动制动分泵1，制动分泵1转动推动顶杆2和压盘3，使摩擦片4和隔片5压紧并产生制动力矩，其中，摩擦片4与太阳轮6外齿套合，隔片5与齿圈7内齿套合，随着制动油压不断加大，最终使太阳轮6相对齿圈7停止转动，制动了与太阳轮6和齿圈7同时啮合的行星齿轮8，使行星齿轮架9停止转动，行星齿轮架9与半轴10连接，车轮与半轴10连接，最终实现车轮制动。当制动油压释放后，复位弹簧11工作，使摩擦片4和隔片5分離，车轮又可自由转动。
3 行车制动系统设计计算
图3为行车制动操纵系统，行车制动操纵系统由行车制动支架1、脚制动踏板2、制动总泵3、制动油管（右）4、制动油管（左）5组成。行车制动系统采用人力制动，踩下脚制动踏板2，推动制动总泵3中活塞，产生高压油，通过制动油管（右）4、制动油管（左）5进入制动分泵，制动分泵工作实现制动。
根据标准《机动工业车辆 制动器性能和零件强度》（GB/T 18849—2011），制动踏板操纵力不大于450 N，行车制动系统计算如下：
制动总泵输出油压计算Pm：
Pm==7.006 MPa
式中：is为制动踏板杠杆比;Bf为踏板操纵力，Bf=450 N;ηl为连杆效率;Am为制动总泵工作面积。
整车各车轮的制动力矩之和T：
T=2×T=2 357.682 N·m
单个制动器摩擦片组提供的制动力矩T：
T=μ×F×R0×Z×K×ηax b×iax b =1 178.84 N·m
式中：μ为摩擦副的摩擦系数;F为作用在摩擦面上的压紧力;R0为摩擦副的等效摩擦半径;Z为摩擦副的数量;K为考虑摩擦花键连接的摩擦阻力对压紧力影响的修正系数;ηax b为行星齿轮机构传动效率;iax b为行星齿轮机构传动比。
作用在摩擦面上的压紧力F：
F=Fw-Fk
式中：Fw为制动分泵的推力（顶杆）;Fk为压盘的复位弹簧力。
Fw=Pm×Aw×iw×ηw
式中：Pm为制动总泵输出油压计算;Aw为制动分泵工作面积;iw为制动分泵杠杆比;ηw为制动分泵机械效率。
考虑摩擦花键连接的摩擦阻力对压紧力影响的修正系数K取值如表1所示。
按照满载工况计算的制动距离（参考《叉车设计》P176）：
s=st2+st3=1.946 m
司机踩制动踏板过程的制动距离st2：
st2==0.256 m
式中：v1为制动初始车速（此处按满载最大行驶速度计算）;v2为t2″时间后的车速;t2′为操纵系统空行程所用的时间;t2″为操纵系统从t2′后到踏板踩到最大值所用的时间。
v2=v1-ajt2″
减速度aj：
aj=·
式中：δ为旋转质量影响的系数（大约1.1～1.4），此处按照1.3计算;Ga为叉车额定总重量;rg为制动车轮的滚动半径。
司机踩紧制动踏板，制动器持续制动的距离st3：
st3==1.69 m
根据标准《机动工业车辆 制动器性能和零件强度》（GB/T 18849—2011），该车的行车制动距离是s0：
s0<0.15 v+=4.353 m
理论计算制动距离小于标准要求的制动距离，行车制动系统满足制动性能的要求。
4 驻车制动系统设计计算
图4是驻车制动操纵系统，包括驻车制动安装支架1、驻车制动操纵手柄2、驻车制动棘爪3、驻车制动操纵手柄转轴4、软轴5。驻车制动系统采用手柄式制动操纵系统，它与行车制动系统共用前轮湿式制动器，当需要驻车制动时，拉起驻车制动操纵手柄2，驻车制动操纵手柄2拉动软轴5，软轴5拉动前轮湿式制动器的制动分泵转动，同样推动前轮湿式制动器的顶杆和压盘，最终实现行星齿轮架和车轮制动。当驻车制动操纵手柄2完全拉紧后，驻车制动棘爪3与棘齿卡住，实现驻车制动，并保持前轮湿式制动器有一定的制动力矩。当车辆需要行走时，松开驻车制动棘爪3和驻车制动操纵手柄2，驻车制动力释放后，前轮湿式制动器的复位弹簧工作，使摩擦片和隔片分离，车辆可以行走。
《机动工业车辆 制动器性能和零件强度》（GB/T 18849—2011）标准中规定，该车辆应能停放在15%的坡度上，整车所需的驻车制动力矩： T2=Ga（sin α-fcos α）rg=1 089.15 N·m
式中：Ga为叉车额定总重量;α为驻坡坡度角，α=8.53°;f为滚动阻力系数，可取f=0.03;rg为制动车轮的滚动半径。
手制动拉起时制动分泵的推力Fh：
Fh=×iw=3 128.6 N
式中：Bh为手制动操纵力，Bh=300 N（标准规定的最大操纵力为450 N，为提高操纵舒适性，以下按照300 N计算）;ih为手制动杠杆比;ηh为手制动效率;ηrz为软轴效率;iw为制动分泵杠杆比。
单个制动器摩擦片组提供的制动力矩Tz：
Tz=μ×Fz×R0×Z×K=105.53 N·m
駐车制动系统作用在摩擦片组上的压紧力Fz：
Fz=Fh-Fk=2 808.2 N
整车驻车制动力矩之和T：
T=2×Tz×ηax b×iax b =1 228.36 N·m
式中：ηax b为行星齿轮机构传动效率;iax b 为行星齿轮机构传动比。
T>T2
该车驻车制动力矩之和大于驻车制动需求，满足驻车制动性能的要求。
5 结论
该制动系统研制完成后，各项制动性能达到相关标准和技术规范的要求，并得到大量用户的使用验证，用户反馈制动系统制动可靠，易操控，免维护。整个项目设计得出以下结论：
（1）对于需要制动器小型化的车辆，可采用湿式制动器替代鼓式制动器;
（2）采用大减速比减速箱，通过制动减速机构高速端，实现较小的制动力产生较大的制动力矩;
（3）尽量使行车制动和驻车制动采用同一套制动执行机构，降低制动系统成本。
[参考文献]
[1] 陆植.叉车设计[M].北京：机械工业出版社，1991.
[2] 叶克明，石凤山，许洪基，等.齿轮手册[M].北京：机械工业出版社，1990.
[3] 马乙，张丽.叉车多盘湿式制动器冷却系统的设计[J].起重运输机械，2012（10）：62-64.
[4] 蔡中青，黄宗益.湿式全盘式制动器设计计算[J].工程机械，1990（10）：22-25.
收稿日期：2021-04-30
作者简介：刘栋（1970—），男，安徽合肥人，机械工程师，研究方向：前移式叉车整车设计。
关键词：后驱三支点叉车;湿式制动器;行车制动;驻车制动
0 引言
湿式制动器因其制动摩擦片浸在封闭的油池中，可采用多摩擦片，而具有制动力矩大，外形尺寸小，散热性好，环境适应性强，免维护等优点，常集成于重载工程车的驱动装置和制动系统中。
后驱三支点叉车是后轮驱动兼转向的三支点叉车，前轮为从动轮，转弯半径小，适宜在较小的区域内作业。干式制动器外形尺寸大，不利于小型化整车的布置，而湿式制动器可满足整车小型化的要求。
1 前轮制动器和前轮的安装结构
图1为安装在车体一侧的前轮湿式制动器1和前轮2的结构，为满足整车小型化，首创性地采用分体式前轮湿式制动器，将制动器嵌入到前轮中，最大限度地释放出车体内部的空间，实现整车的小型化。
2 前轮湿式制动器结构
图2为前轮湿式制动器，采用多盘湿式制动摩擦片组和行星齿轮结构，制动器通过高压油驱动制动分泵1，制动分泵1转动推动顶杆2和压盘3，使摩擦片4和隔片5压紧并产生制动力矩，其中，摩擦片4与太阳轮6外齿套合，隔片5与齿圈7内齿套合，随着制动油压不断加大，最终使太阳轮6相对齿圈7停止转动，制动了与太阳轮6和齿圈7同时啮合的行星齿轮8，使行星齿轮架9停止转动，行星齿轮架9与半轴10连接，车轮与半轴10连接，最终实现车轮制动。当制动油压释放后，复位弹簧11工作，使摩擦片4和隔片5分離，车轮又可自由转动。
3 行车制动系统设计计算
图3为行车制动操纵系统，行车制动操纵系统由行车制动支架1、脚制动踏板2、制动总泵3、制动油管（右）4、制动油管（左）5组成。行车制动系统采用人力制动，踩下脚制动踏板2，推动制动总泵3中活塞，产生高压油，通过制动油管（右）4、制动油管（左）5进入制动分泵，制动分泵工作实现制动。
根据标准《机动工业车辆 制动器性能和零件强度》（GB/T 18849—2011），制动踏板操纵力不大于450 N，行车制动系统计算如下：
制动总泵输出油压计算Pm：
Pm==7.006 MPa
式中：is为制动踏板杠杆比;Bf为踏板操纵力，Bf=450 N;ηl为连杆效率;Am为制动总泵工作面积。
整车各车轮的制动力矩之和T：
T=2×T=2 357.682 N·m
单个制动器摩擦片组提供的制动力矩T：
T=μ×F×R0×Z×K×ηax b×iax b =1 178.84 N·m
式中：μ为摩擦副的摩擦系数;F为作用在摩擦面上的压紧力;R0为摩擦副的等效摩擦半径;Z为摩擦副的数量;K为考虑摩擦花键连接的摩擦阻力对压紧力影响的修正系数;ηax b为行星齿轮机构传动效率;iax b为行星齿轮机构传动比。
作用在摩擦面上的压紧力F：
F=Fw-Fk
式中：Fw为制动分泵的推力（顶杆）;Fk为压盘的复位弹簧力。
Fw=Pm×Aw×iw×ηw
式中：Pm为制动总泵输出油压计算;Aw为制动分泵工作面积;iw为制动分泵杠杆比;ηw为制动分泵机械效率。
考虑摩擦花键连接的摩擦阻力对压紧力影响的修正系数K取值如表1所示。
按照满载工况计算的制动距离（参考《叉车设计》P176）：
s=st2+st3=1.946 m
司机踩制动踏板过程的制动距离st2：
st2==0.256 m
式中：v1为制动初始车速（此处按满载最大行驶速度计算）;v2为t2″时间后的车速;t2′为操纵系统空行程所用的时间;t2″为操纵系统从t2′后到踏板踩到最大值所用的时间。
v2=v1-ajt2″
减速度aj：
aj=·
式中：δ为旋转质量影响的系数（大约1.1～1.4），此处按照1.3计算;Ga为叉车额定总重量;rg为制动车轮的滚动半径。
司机踩紧制动踏板，制动器持续制动的距离st3：
st3==1.69 m
根据标准《机动工业车辆 制动器性能和零件强度》（GB/T 18849—2011），该车的行车制动距离是s0：
s0<0.15 v+=4.353 m
理论计算制动距离小于标准要求的制动距离，行车制动系统满足制动性能的要求。
4 驻车制动系统设计计算
图4是驻车制动操纵系统，包括驻车制动安装支架1、驻车制动操纵手柄2、驻车制动棘爪3、驻车制动操纵手柄转轴4、软轴5。驻车制动系统采用手柄式制动操纵系统，它与行车制动系统共用前轮湿式制动器，当需要驻车制动时，拉起驻车制动操纵手柄2，驻车制动操纵手柄2拉动软轴5，软轴5拉动前轮湿式制动器的制动分泵转动，同样推动前轮湿式制动器的顶杆和压盘，最终实现行星齿轮架和车轮制动。当驻车制动操纵手柄2完全拉紧后，驻车制动棘爪3与棘齿卡住，实现驻车制动，并保持前轮湿式制动器有一定的制动力矩。当车辆需要行走时，松开驻车制动棘爪3和驻车制动操纵手柄2，驻车制动力释放后，前轮湿式制动器的复位弹簧工作，使摩擦片和隔片分离，车辆可以行走。
《机动工业车辆 制动器性能和零件强度》（GB/T 18849—2011）标准中规定，该车辆应能停放在15%的坡度上，整车所需的驻车制动力矩： T2=Ga（sin α-fcos α）rg=1 089.15 N·m
式中：Ga为叉车额定总重量;α为驻坡坡度角，α=8.53°;f为滚动阻力系数，可取f=0.03;rg为制动车轮的滚动半径。
手制动拉起时制动分泵的推力Fh：
Fh=×iw=3 128.6 N
式中：Bh为手制动操纵力，Bh=300 N（标准规定的最大操纵力为450 N，为提高操纵舒适性，以下按照300 N计算）;ih为手制动杠杆比;ηh为手制动效率;ηrz为软轴效率;iw为制动分泵杠杆比。
单个制动器摩擦片组提供的制动力矩Tz：
Tz=μ×Fz×R0×Z×K=105.53 N·m
駐车制动系统作用在摩擦片组上的压紧力Fz：
Fz=Fh-Fk=2 808.2 N
整车驻车制动力矩之和T：
T=2×Tz×ηax b×iax b =1 228.36 N·m
式中：ηax b为行星齿轮机构传动效率;iax b 为行星齿轮机构传动比。
T>T2
该车驻车制动力矩之和大于驻车制动需求，满足驻车制动性能的要求。
5 结论
该制动系统研制完成后，各项制动性能达到相关标准和技术规范的要求，并得到大量用户的使用验证，用户反馈制动系统制动可靠，易操控，免维护。整个项目设计得出以下结论：
（1）对于需要制动器小型化的车辆，可采用湿式制动器替代鼓式制动器;
（2）采用大减速比减速箱，通过制动减速机构高速端，实现较小的制动力产生较大的制动力矩;
（3）尽量使行车制动和驻车制动采用同一套制动执行机构，降低制动系统成本。
[参考文献]
[1] 陆植.叉车设计[M].北京：机械工业出版社，1991.
[2] 叶克明，石凤山，许洪基，等.齿轮手册[M].北京：机械工业出版社，1990.
[3] 马乙，张丽.叉车多盘湿式制动器冷却系统的设计[J].起重运输机械，2012（10）：62-64.
[4] 蔡中青，黄宗益.湿式全盘式制动器设计计算[J].工程机械，1990（10）：22-25.
收稿日期：2021-04-30
作者简介：刘栋（1970—），男，安徽合肥人，机械工程师，研究方向：前移式叉车整车设计。