TR30 非公路矿用车制动性能仿真分析与试验研究

陈志刚，李 强

( 内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古 包头 014010)

摘 要: 根据 TR30 矿用车主要部件参数，利用 I － deas NX5 软件建立整车模型，在平直路面状态下进行了实际制动力仿真，并对该车行车时制动减速度、制动距离、反应时间进行了试验测试。结果表明，在实际状态下仿真准确度可达 98%，在一定条件下能够预测实际行车的制动性能。

关键词: 矿用车; 制动性能; 仿真分析; 试验研究

非公路矿用车是一种专用于矿山、大型工地等场所进行物料、矿石及土方短途运输的大型非公路运输工程车辆。因其车速低、承载量巨大，运行环境、道路条件较差，其路况大多是坡多坡长、弯多弯急，路面凸凹不平，制动频率高，对车的制动系统提出更高的要求。车辆制动性能是车辆的主要性能之一，它直接影响车辆的行驶安全性。其中主要是指车辆的制动距离，即车辆根据其用途和类别的不同，规定在一定的路面、坡度、速度等条件下应在一定的距离范围内把车辆停住［1］。

1 整车模型

根据 TR30 产品图纸在 I － deas NX5 软件中建立 TR30 主要部件的三维模型，得出各主要部件的质量和惯量参数见表 1。然后导入 ADAMS 软件中，并装配成整车虚拟样机模型。

由表 1 知，虚拟样机满载时整车质量 48． 5 t( 实测为 48． 54 t) ，前轴荷 36% ( 即 17． 6 t，与实测相同) ，后轴荷 64% ( 即 30． 9 t，与实测相同) ; 空载时整车质量 20 t，前轴荷 53%，后轴荷 47%。

2 平直路面制动仿真

根据前后制动器参数，可得出前、后制动器的制动 力 矩 常 数 分 别 为 2 3487 N · m/MPa、41 264 N·m / MPa。根据试验结果，前制动系统压力为 0． 63 MPa，消除间隙时间为 0． 1 s，气压上升时间 0． 95 s; 后制动系统压力为 0． 64 MPa，消除间隙时间为 0． 1 s，气压上升时间 0． 35 s。则得前、后制动系统总的制动力矩分别为29 594 N·m、52 819 N·m，将此力矩代入虚拟样模型即可进行仿真。仿真结果为: 平均制动减速度 av为 2． 373 m/s2，充分发出的平均减速度( MFDD) 为2． 365 m / s2，制动距离 Db为38． 25 m，制动时初速度为 49． 5 km/h，制动时间 tb为 6． 80 s，前轮滑移率0． 069，后轮滑移率 0． 062，前轮提供地面制动力 Fbf为 40． 52 kN，后轮提供地面制动力 Fbr为 68． 9 kN。

3 实际制动试验

该试验主要测量 TR30 行车制动减速度、制动距离、反应时间，采集的量有前后各制动器制动管路压力、车速、制动距离。

3． 1 试验方法

选择合适的变速箱档位，使发动机的转速不超过 制 造 厂 规 定 的 最 高 转 速。 使 自 卸 车 以( 48 ±2) km/h( 最 高 车 速 50 km/h) 的 速 度，在10 ～ 20 min时间间隔内，连续进行 5 次制动，每次制动距离应不大于 v2/48 的规定［2］。开始制动时需将动力切断，不用缓速器。制动初速度应在制动器操纵机构刚要开始动作之瞬时测量。行车制动系统的压力应在靠近制动器的地方测量。

详细步骤如下:

①发动车辆，使气压值达到最大 ( 气压表指示为 800 kPa) ，开 动 车 辆 并 加 速 至 要 求 的 车 速( 48 km/h) 并稳定。②到达制动起点时，驾驶员快速踩下制动踏板实施制动，待车辆停止后，测量制动起点到停车点的距离。③重复上述步骤，再做一次，每次间隔 10 min。制动系统反应时间测试: 分别在自卸车静止和试验行驶状态下，在 0． 2 s 内将踏板踩至到基准管路压力，绘制压力 － 时间曲线。

3． 2 试验条件

试验路面为水泥平直路面; 车辆轴荷: 前轴荷17 620 kg ，后轴荷 30 920 kg，总重 48 460 kg; 试验仪器: 惯性测量系统 RT3100，ACME 便携工控机，气压传感器( 型号: CYB －20 s) ，数据采集系统。

3． 3 试验结果与分析

共进行了 8 次行车制动，其中 5 组为有效数据。从现场看出，常规制动前后轮均未抱死。现场所采集的试验数据见图 1，图中分别为前行车制动压力、后行车制动压力、车速和踏板信号。

SAE J1473 行车制动标准要求: 9% 的坡度路面上，车辆以初速度 50 km/h 制动时产生的制动距离为［3］

受试验条件限制，没有 9% 的坡度路面作为试验路面。为了与 SAE J1473 的标准进行对比［3］，将标准中的行车制动距离要求按照试验条件进行折算。由于试验路面为平直路面，则将标准相应的平均减速度 a50_9折算到平直路面上

由表 2 可知，试验平均最大减速度( 0． 24 g) 小于按标准折算的平均最大减速度( 0． 3 g) ，实际制动距离 ( 均 值 39． 04) 大 于 标 准 折 算 距 离 ( 均 值36． 502) 。从式( 2) 、( 5) 可知，最大减速度和制动距离受系统反应时间的影响，在同样的制动初速度、不同的试验条件下，得出的折算制动距离标准会不同。所以，该文只对试验结果与仿真结果对比分析。

4 结论

( 1) 仿真结果的制动距离和实际制动距离都没有超出 SAE J1473 行车制动标准要求数值 v2/ ( 48 －2． 6 × 坡度% )［3］，说明试验机械制动性能满足要求，试验条件合理，符合标准。

( 2) 仿真得出的平均减速度 2． 365 m/s2与试验结果 2． 352 m/s2基本相同，仿真得出的制动距离38． 25 m 与试验结果均值 39． 04 m 偏差为 2% ，表明在同等条件下采用仿真完全能够预测实际制动性能。

参 考 文 献

［1］ 余志生． 汽车理论( 第四版) ［M］． 北京: 机械工业出版社，2006．

［2］ GB 8532—87，轮胎式土方机械制动系统的性能要求和试验法［S］．

［3］ SAE J1473—90，Brake Performance － Rubber －Tired Earthmoving Machines［S］