CC BY
40
УДК 629.114.4
МОДУЛЯТОР ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ТОРМОЗНОГО ПРИВОДА С БОЛЬШИМ РАСХОДОМ РАБОЧЕЙ ЖЦД^ОСГИ
МИ. Жилевич, доц., к.т.н., СВ. Ермилов, ассисг., П.Р. Бартош, доц., к.т.н., П.Н. Кишкевич, доц., к.т.н., Белорусский национальный технический университет
(г. Минск, Республика Беларусь)
Аннотация. Выполнен анализ схемных решений модуляторов гидравлических тормозных систем, проанализированы их преимущества и недостатки, предложена схемная реализация модулятора для антиблокировочной тормозной системы с большим расходом рабочей жидкости применительно к автомобилям особо большой грузоподъемности.
Ключевые слова: тормозной гидропривод, модулятор, большой расход рабочей жидкости.
МОДУЛЯТОР ПДРАВЛ1ЧНОГО ГАЛЬМШНСГО ПРИВОДУ 3 ВЕЛИКОЮ
ВИТРАТОЮ Р0Б0Ч01РЩИНИ
ML Жилевич, доц., к.т.н., СВ. Срмшов, асисг., П.Р. Бартош, доц., к.т.н., П.Н. Кишкевич, доц., к.т.н., Бшоруський нащональний техшчний ушверситег
(м. Миськ, Респу&гпка Б5лорусь)
Анотащя. Виконано талгз схемних piweHb модулятор1в 2idparni4HUX галытвних систем, про-аналЬовано 'ix переваги та недстщ запропоновано схемну реалгзацт модулятора для антиб-локувалъног галытвног системи з великою витратою робочог piduHU стосовно автомобы1в особливо великог вантажотдйамноап.
Климов слова: галытвний zidponpueid, модулятор, велика випрата робочоуродили
DRIVE HYDRAULIC BRAKE MODULATOR WITH HIGH FLUID FLOW
M Zhylevich, Assoc. Prof., Ph. D., S. Ermilov, Assist., P. Bartosh, Assoc. Prof., Ph. D.,
P. Kishkevich, Assoc. Prof., Ph. D., Belarusian National Technical University (Minsk, Belarus)
Abstract. Analysis of the circuit design of modulators for hydraulic braking systems is carried out, and their advantages and disadvantages are analyzed, the circuit implementation of the modulator for an anti-lock braking system with a large flow rate of the working fluid with respect to heavy-duty vehicles is offered.
Key words: brake hydraulic modulator, high consumption of working fluid.
Введение
Обязательным требованием, предъявляемым к современным автомобилям, является обеспечение минимального тормозного пути с сохранением устойчивого и управляемого дрижения при торможении. Для выполнения этого условия применяют антиблокировочные системы (АБС). Первые известные па-
тенты по АБС относятся к концу 20-х годов XX века. Однако до конца 40-х годов такие системы применялись ютько на дорогих и спортивных автомобилях. Активные исследования начались после внедрения электронной АБС на автомобили Fcrd в 1969 году.
В настоящее время практически все вцдщ транспортных средетв оборудованы АБС.
Бапьпюе распространение получили пневматические АБС. Гидравлические чаше применяются на автомобилях малой грузоподъёмности. В настоящее время совершенствование систем ведётся, как правило, путем разработки оптимальных алгоритмов управления АБС при установившейся структуре и конструкции исполнительных элементов.
Анализ публикаций
Основная задача АБС - регулирование скорости врашрния колёс транспортного средства при торможении путем изменения давления в магистралях тормозной системы Исполнительным механизмом АБС, регулирующим давление в тормозных цщицдрах, является модулятор давления. Существуют три основных способа установки модуляторов на автомобилях: в тормозных контурах по мостам автомобиля; в приводе каждого из колес и по комбинированной схеме.
Конструкция модулятора, как правило, включает золотниковые или клапанные исполнительные элементы с электромагнитным управлением. В работе [1] проведен сравнительный анализ таких исполнительных элементов. Расчеты показали, что клапанные элементы обладают более высокой чувствительностью, одцако для их перемещения необходимо на 20 % большее усилие электромагнита, чем для золотниковых. Также было установлено, что стабильность расходных характеристик при равных давлениях у клапанных распределителей обеспечивается в диапазоне частот на 25-40 % меньшем, чем у золотниковых. В связи с этим рекомендуется отдавать предпочтение золотниковым исполнительным элементам, а клапанные -использовать в дополнительном клапане многофазового модулятора при необходимости обеспечения слива жидкости
АБС устанавливают как в замкнутом, так и в разомкнутом тормозном приводе. Замкнутый, или закрытый (гидростатический), тормозной гидропривод работает по принципу изменения объема тормозной системы в процессе торможения. Для выполнения функций АБС в привод устанавливают модулятор давления с дополнительной камерой. Разомкнутый (открытый) привод высокого давления имеет более сложную конструкцию с внешним источником знергии в виде гидронасоса высокого давления, обычно в сочета-
нии с гидроаккумулятором. Предпочтение отдают гидроприводу высокого давления, так как он облщрет большим быстродействием.
По типу рабочего цикла модуляторы можно разделить на двухфазные, трехфазные и многофазные Достоинством трехфазного цикла считается меньший расход рабочего тела, но модулятор получается более сложным, чем при двухфазном цикле. Трехфазный модулятор позволяет увеличить величину среднего тормозного момента, а наличие фазы выдержки способствует предотвращению щд-роударов и волновых процессов в трубопроводах при резком изменении направления потока жидкости
На рис. 1 представлена схема модулятора давления гидростатического тормозного привода [2]. Мэдуляюр работает по друх-фазному циклу. При фазе нарастания давления рабочая жидкость проходит от вывода I к выводу II и далее к тормозным цилицдрам Напряжение на обмотке электромагнита 1 отсутствует, клапан 6 открыт постоянно. Якорь 3 с плунжером 4 находится под действием пружины 2 в крайнем правсм положении. Клапан 6 отжат пружиной 5 ог своего гнезда. При нажатии на тормозную педаль давление жидкости, создаваемое в главном цщицдре (вывод II), передается через вывод I к рабочим тормозным цилицдрам Происходит увеличение тормозного момента.
2 3 4 Вывод!! 5 в
1 7
Рис. 1. Схема модулятора давления гидростатического тормозного привода
Во время фазы сброса давления блок управления подает напряжение на обмотку электромагнита 1. Якорь 3 с плунжером 4 перемешается влево, увеличивая при этсм объем камеры 7. С^цовременно клапан 6 также перемешается влево, перекрывая подрод рабочей жидкости от вывода I к рабочим тормозным цилицдрам колес. Из-за увеличения объема камеры 7 давление в рабочих цилиндрах падает, а тормозной момент снижается.
Далее блок управления даег комацау на нарастание давления, и щкл повторяется.
Для реализации друхфазного алгоритма работы модулятора разомкнутого привода может быть использован трехлинейный друхпо-зицронный распределитель. Трёхфазный и многофазный алгоритмы мсгут быть получены комбинацией таких распределителей. На рисунке 3 предетавлены различные схемные решения модулятора для реализации трехфазного ццкла работы
По всем схемам на рис. 2 модулятор выполнен открытым, то есть фаза торможения осуществляется при отсутствии сигналов на перемещение золотника со стороны обоих электромагнитов ЭМ1 и ЭМ 2. Для модулятора по схеме на рис. 2, а фаза опормажива-ния осуществляется путём подачи сигнала на электромагнит ЭМ2 распределителя Р2, сообщающего тормозные цщицдры со сливом, а фаза вьдержки обеспечивается включением электромагнита ЭМ2 распределителя Р1 при отключении ЭМ1.
В
Г1
к
Ш"
Ь) ч____■ Р1 ч ь Р2 Ц
Л.
г ч
Р]ЭМ1
Р|ЭМ2 -■ Р2
0,
л
Р|ЭМ1 РЭМ2
№
Рис. 2. Схемы модуляторов для реализации трехфазного алгоритма работы
Для схемы на рис. 2, б опормаживание происходит при включении ЭМ1, вьдержка -включением ЭМ2. По схеме 2, в для обеспечения фазы оггормаживания подаются сигналы на оба электромагнита - ЭМ1 и ЭМ2, а для обеспечения фазы выдержки - только на ЭМ1.
Для того, чтобы осуществить опормаживание модулятором по схеме 2, г, необходимо подать сигнал на ЭМ2, после чего поршневая полость щдроцщицдра через распределитель, управляемый электромагнитном ЭМ1, сообщатся со сливом в бак. Фаза вьдержки обеспечивается подачей сигналов на оба электромагнита - ЭМ! и ЭМ2.
На рис. 3 представлена конструктивная схема модулятора, соответствующая принципиальной схеме на рис. 2, г и реализованная на основе друх друхпозицронных трехлинейных щарсраспределителей. Фаза торможения осуществляется при отсутствии сигналов на электромагнитах обоих распределителей и верхнем (по рисунку) положении золотников. Автоматическое опормаживание осуществляется перемещением золотника правого (по рисунку) распределителя из верхнего положения в нижнее путём подачи сигнала на электромагнит ЭМ2; при этом сигнал ЭМ! отсутствует, а второй золотник нахо-дщся в верхнем положении (нормально открыт). Правый золотник во время перемещения сначала перекрывает нагнетательную магистраль, а затем сообщает поршневую полость цщицдра со сливной.
Рис. 3. Конструктивная схема модулятора для трехфазного алгоритма работы
Представленная на рис. 4 схема модулятора исключает одновременное включение исполнительных элементов стопсрением одаого из золотников, находящихся в исходром положении, другим (включенный), что предотвращает ошибки его функционирования при эксплуатации [3]. Недостатком конструкции являются существенные инерцронные задержки при подаче управляюшцх сигналов в процессе перехода от фазы слива или фазы вьдержки к фазе наполнения.
И
6 2
Рис. 4. Схема модулятора с разделенной жесткой связью между поясками золотника
Г)
Схема модулятора, изображенная на рис. 5, отличается минимизированной ксмпоновкой и количеством деталей [3]. В данной конструкции функцию распорной пружины выполняет рабочая жидкость, находящаяся при торможении под давлением из напорной магистрали.
В исходном положении, когда нет управляющего давления в напорной магистрали и электромагниты отключены, плунжеры 4 и 5 могут находиться как в крайних положениях, так и в контакте. При торможении жидкость под давлением поступает в межторцовую полость и действует на поверхности внутренних торцов плунжеров 4 и 5, раздригая их в крайние положения в гильзе 3. Через осевое отверстие плунжера 4 и каналы в крышке 2 и корпусе 1 жидкость подродигся к колёсным щлицдрам
поновкой
Для снижения давления толкателем 7 электромагнита плунжер 5 перемешается вниз до упсра пилицдрическим выступом в седло плунжера 4, закрывая питающую магистраль. Рабочая жидкость из колесных щлицдров сливается в бак. Вьдержка давления в колесных щлицдрах осуществляется перемещением плунжера 4 толкателем 6 вверх.
Недостаточная герметичность в полостях с толкателями электромагнитов не позволяет использовать данный модулятор в тормозных системах с высоким давлением. Также при циклическом режиме работы возможен повышенный расход рабочей жидкости, так как при перемещении плунжера 5 из верхнего положения (по рисунку) в нижнее имеет место соединение питающей магистрали че-
рез отверстия в клапане 4, крышке 2 и корпусе 1 со сливом.
Цель и постановка задачи
В модуляторах АБС гидравлических тормозных приводов для регулирования давления в тормозных щлицдрах в качестве исполнительного элемента применяют, как правило, гидрораспределители с электромагнитным управлением. При небольших расходах рабочей жидкости размеры золотниковых пар получаются небольшими, для управления ими не требуются большие усилия, вследствие чего могут применяться серийно выпускаемые электромагниты.
С^цако с увеличением расхода рабочей жидкости (например, применительно к тормозным системам автомобилей особо больпюй грузоподъемности, в частности, БелАЗ) обоснованно растут конструктивные размеры золотниковых пар модулятора и их инерционность. Для управления такими золотниками необходимо использовать либо гидроусилители, что снижает быстродействие тормозного привода в целом и не позволяет обеспечить требуемую частоту срабатывания модулятора, либо специальные форсированные электромагниты, обеспечивающие заданные частоту и усилие на толкателе.
В связи с этим была поставлена задана минимизировать инерционность элементов гидравлического модулятора с целью обеспечения заданного быстродействия антиблокировочной системы при больших расходах рабочей жидкости.
Мэдулягор АБС с большим расходом рабочей жидкости
Для решения поставленной задачи предлагается схема гидравлического модулятора АБС, в котором параллельно впускному клапану с электромагнитным управлением установлен нормально закрытый клапан с гидравлическим управлением [4] Схема модулятора представлена на рис. 6
Мэдулягор содержит впускной клапан 1, выполненный в виде друхпозиционнсго трехлинейного распределителя, нормально закрытый выпускной клапан 4 и нормально закрытый клапан 6 с гидравлическим управлением. Клапаны 1 и 6 установлены парал-
лельно и соединены с линией 2 подачи рабочей жидкости и линией 3 подрода рабочей жидкости к тормозному цилиндру. Выпускной клапан 4 соединен с линией 3 подрода рабочей жидкости к тормозному щлицдру и линией 5 сброса давления. Управление впускным клапаном 1 осуществляется по-средетвом электромагнита 9 и возвратной пружины 10, управление выпускным - по-средетвом электромагнита 11 и возвратной пружины 12. Давление в линиях 7 и 8 управляет клапаном 6, пружина 13 обеспечивает возврат клапана 6 в исходное положение.
Рис. 6. Гидравлический модулятор
Мэдулятор работает следующим образом. Основное торможение осуществляется при выключенных электромагнитах 9 и 11, рабочая жидкость через линию 2, впускной клапан 1 и линию 3 подается к тормозному цилиндру. Для привода с большим расходом рабочей жидкости клапан 1 имеет заведомо малый условный проход, так как размеры золотниковой пары выбираются исходя из возможности использования серийных электромагнитов с требуемыми частотой срабатывания и развиваемым усилием на толкателе. Это может вызвать значительный перепад давлений на клапане 1 (в линиях 2 и 3). По каналам 7 и 8 рабочая жидкость поступает в торцовые полости клапана 6, который усилием пружины 13 удерживается в верхнем по рисунку положении. Когда перепад давления на клапане 1 достигнет определенной величины, за счет разности давлений в торцевых полостях клапана 6 последний перемешается вниз по рисунку, пропуская дополнительный поток рабочей жидкости в линию 3 подрода рабочей жидкости к щдроцилицдру. Так как клапан 6 управляется гидравлически, его размеры могут быть выбраны исходя из требуемого расхода в гидросистеме.
При растормаживании, когда снимается усилие с тормозной педали, падает давление в линии 2, рабочая жидкость из тормозного цилиндра через линию 3, впускной клапан 1 и линию 2 возвращается в бак. Процесс торможения прекращается, клапан 6 под действием пружины 13 возвращается в верхнее по рисунку положение.
В циклическом режиме работы АБС для обеспечения фазы растормаживания включаются электромагниты 9 и 11 и смешают золотники клапанов 1 и 4 влево по рисунку. Подача рабочей жидкости из линии 2 к линии 3 подрода к тормозному цилиндру через клапан 1 прекращается. Давления в трубопроводах 7 и 8 выравниваются, под действием усилия пружины 13 запорный элемент клапана 6 перемешается вверх по рисунку в исходное положение, отсоединяя подачу рабочей жидкости от линии 2 к линии 3 подрода рабочей жидкости к тормозному цилиндру через клапан 6. Рабочая жидкость из тормозных цилиндров через линию 3, клапан 4 и трубопровод 5 сливается в бак.
Фаза вьдержки обеспечивается отключением сигнала управления на электромагните 11 клапана 4 при включенном сигнале управления на электромагните 9 клапана 1. Запорный элемент клапана 4 смешается в правое по рисунку положение, отсоединяя линию 3 подрода рабочей жидкости к тормозному цилиндру от линии 5 слива рабочей жидкости в бак. Запорный элемент клапана 1 смешается в левое по рисунку положение, давление в трубопроводах 7 и 8 будет одинаковым, запорный элемент клапана 6 под действием пружины 13 удерживается в верхнем по рисунку положении, линия 2 подачи рабочей жидкости клапанами 1 и 6 отсоединена от линии 3 подрода к тормозному цилиндру.
Повторное торможение в циклическом режиме осуществляется отключеннием сигналов управления на электромагнитах 9 и 11. Под действием возвратных пружин 10 и 12 впускной клапан 1 и выпускной клапан 4 находятся в правом по рисунку положении. Линия 5 слива перекрыта, линия 2 подачи рабочей жидкости через клапан 1 соединяется с линией 3 подрода рабочей жидкости к тормозному цилиндру.
В циклическом режиме работы АБС, когда расход жидкости через впускной клапан 1 и,
следовательно, разность давлений в линиях 7 и 8 незначительны, клапан 6 может быть не задействован, он будет находиться в исходном закрытом (верхнем по рисунку) положении, включаясь в работу лишь в случаях, когда необходимо пропустить большой поток рабочей жидкости, например, при экстренном торможении.
Е^вода
Установленный параллельно впускному клапану нормально закрытый клапан с гидравлическим управлением, соединенный с линией подачи рабочей жидкости и линией подвода рабочей жидкости к тормозному цилиндру, и элемент управления впускного клапана, выполненный в виде друхпозицронного трехлинейного распределителя, позволяют уменьшить инерционность элементов гидравлического модулятора и повысить быстродействие АБС, что особенно актуально для гидросистем с большим расходом рабочей жидкости, в частности, для тормозных систем автомобилей особо больпюй грузоподъемности.
Предложенная схема позволяет использовать в качестве впускнсго и выпускного клапанов модулятора АБС тормозных систем с большим расходом рабочей жидкости щдрорас-пределители с ординарными электромагнитными элементами управления.
Подбор конструктивных размеров нормально закрытого клапана, установленного параллельно впускному клапану, позволяет создать типоразмерный ряд модуляторов для систем с различным расходам рабочей жидкости на основе использования типовых, получивших широкое распространение, гидро-
распределителей и электромагнитных устройств управления в качестве впускного и выпускного клапанов.
Литература
1. Капустин В.В. Исследование динамики и
обоснование параметров модулятора противоблскировочного устройства гидравлического тормозного привода большегрузных автомобилей: дис. ... кацд техн. наук: 05.05.03/ В. В. Капустин. -Минск, 1977. -239 с.
2. фрумкин АК Регуляторы тормозных сил и
ашиблокирсвочные системы / АК фрум-кин - М: МДЦИ, 1981. - 58 с.
3. Разработка методики выбора схемы и па-
раметров модуляторов противоблокиро-вочных тормозных систем автомобилей особо больпюй грузоподъемности: авто-реф. дис. на соиск. учен. степ. кацд, техн. наук: 05.05.03 / H.H. Первышин. -X, 1985. - 21 с.
4. Патент РБ на изобретение, 60T 8/48
(2006.01), BY 19812 С1, 2016.02.28, Жи-левич МИ Гидравлический модулятор для тормозной системы транаторгнсго средства / МИ Жилевич, С.В. Ермилов; заявитель и патентообладатель Национальный центр интеллектуалЕной собственности. - 0(}ж1иальный бюллетень № 1 2016.0228. - 89 с.
Рецензент: С.И Ломака, профессор, дт.н, ХНДДУ.
Статья поступила в редакцию 3 октября 2016 г.
