一种重载车辆水冷制动系统的制作方法

本发明属于车辆制动领域，尤其涉及一种重载车辆水冷制动系统。

背景技术：

制动系统是车辆的重要组成部分之一，其担任着保证车辆行驶、驻停安全的重要责任。随着运输需求的不断增加，车辆的载重及行驶速度也在不断增加，使得车辆对于制动系统稳定性的需求也越来越高，尤其针对长途运输的重载车辆，制动器的稳定性尤为重要。

重载车辆在长途运输中常会遇到持续下坡路段，或一些特殊路况，需要频繁制动来保证车辆行驶安全，也因此导致制动盘或制动鼓温度快速上升；而在散热条件较差的情况下，会进一步导致制动器出现热衰退问题，使车辆制动力下降，出现车速失控甚至轮胎起火等危险情况，进而导致严重的交通事故发生，造成人员伤亡和经济损失。所以为了避免制动器的热衰退，大多数重载车辆采用了水箱喷淋的降温方法，即在行驶过程中，通过水管向高温的制动盘或制动鼓喷水以达到制动器散热的目的。该方法虽然成本低廉，但是由于喷淋出的水不能进行回收，所以需要驾驶员在运输途中不断地往水箱中补水，以保证淋水散热的正常工作，无形中增加了驾驶员的工作量及运输成本；该方法耗水量也是极大的，例如在云贵川等地区的长下坡路段，几十公里的行程就需要喷淋几百升的水，不可避免地造成了大量水资源的浪费；而且由于喷淋装置的喷水区域位于车轮外侧，会使得制动器散热效果不均，导致制动盘或摩擦片因应力分布不均而出现破损。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于大幅提高重载车辆制动系散热性能，降低制动器热衰退风险，并且可以提高制动系冷却水利用率，延长制动器工作寿命，提高车辆行驶、驻停安全稳定性等。为此，本发明提供一种重载车辆水冷制动系统。

本发明的一种重载车辆水冷制动系统，包括轮边水冷制动装置、气动控制系统和循环水冷系统。

轮边水冷制动装置安装于车桥两端，与车轮连接，包括固定安装在车桥壳上的安装座，活动于安装座中的活塞，穿过安装座并均匀分布在其外缘的导向螺栓，位于安装座外侧且可浮动于导向螺栓上的推力盘，固定在导向螺栓上的固定盘，套在导向螺栓上并位于推力盘和固定盘之间的复位弹簧，固定安装在固定盘与推力盘内侧的摩擦盘，与固定盘、推力盘底部进水口连接的进水管，和与其顶部出水口连接的出水管,与安装座端面气孔连接的加载气管；与车辆半轴固定连接的车轮法兰，与车轮法兰连接的驱动齿轮，啮合于驱动齿轮并位于推力盘和固定盘之间的转动盘，固定在转动盘两侧的摩擦片，以及与安装座固定连接的防尘罩。

气动控制系统包括空气压缩机、气动二联、第一单向阀、第二单向阀、第一储气筒、第二储气筒、气压表、行车制动气控阀、第一继动阀和第二继动阀；其中气动二联进气口与空气压缩机出气口相连，其出气口分别与第一单向阀和第二单向阀连接；第一单向阀、第二单向阀出口分别连接了第一储气筒和第二储气筒；气压表与两个储气筒出口同时连接；行车制动气控阀的第一入口和第一继动阀入口同时与第一储气筒出口相连，行车制动气控阀的第二入口和第二继动阀入口同时与第二储气筒出口相连；第一继动阀和第二继动阀出口分别与相对应的制动气缸连接。

行车制动气控阀和第一继动阀、第二继动阀之间还接有第一梭阀和第二梭阀，第一梭阀和第二梭阀的一侧入口与行车制动气控阀出口相连，第一梭阀和第二梭阀的出口分别与第一继动阀和第二继动阀控制气口相连；第二储气筒出口还接有驻车制动气控阀，所述驻车制动气控阀出口分别与第一梭阀、第二梭阀的另一侧入口相连接。

循环水冷系统包括散热水箱、过滤器、液压泵、安全阀、单向阀和分流阀；液压泵入口通过过滤器与散热水箱相连，其出口分别与单向阀和安全阀入口相连；单向阀出口与分流阀入口相连，推力盘与固定盘的进水口与分流阀出口相连，其出水口通过出水管连接至散热水箱。

单向阀后连接有压力传感器，出水管处装有水温传感器，压力传感器与水温传感器会将采集到的信号传递至控制器；液压泵为变量泵，排量大小由控制器调节。

进一步的，轮边水冷制动装置中，安装座上有活塞凹槽，为活塞的安装与运动提供空间，凹槽底部还设置有进气口。

进一步的，安装座上设置有水管孔，出水管和进水管穿过安装座并由相应的水管孔固定，接入循环水冷系统。

进一步的，车轮法兰通过轴承安装在半轴套筒上，并通过键与驱动齿轮连接。

进一步的，固定盘与推力盘内侧开有水槽，并且在水槽里设置有均匀分布的三角形扰流柱。

进一步的，第一继动阀和第二继动阀与制动气缸间还分别装有第一快排阀和第二快排阀，第一快排阀和第二快排阀入口分别与第一继动阀和第二继动阀出口相连接，第一快排阀和第二快排阀出口分别与对应的制动气缸进气口相连。

进一步的，循环水冷系统中，单向阀与轮边水冷制动装置间装有分流阀，分流阀出口分别与推力盘和固定盘的进水口相连；分流阀的数量和连接方式根据安装盘数量及各盘的不同流量需求进行调整。

本发明的有益技术效果是：

本发明采用了可变排量的循环水冷系统，在制动装置内部对摩擦制动部件进行降温，不仅可以有效提高制动器散热能力，避免热衰退问题，提高重载车辆的制动稳定性，而且相对于淋水散热，还大幅地提高了冷却水的利用率，减少了水资源的浪费，同时也在一定程度上减轻了重载车辆驾驶员的工作负担。

附图说明

图1是本发明中轮边水冷制动装置的结构示意图。

图2是本发明中轮边水冷制动装置另一视角的结构示意图。

图3是本发明中轮边水冷制动装置的内部结构示意图。

图4是本发明中车轮法兰的安装示意图。

图5是本发明中水冷盘式制动器的工作原理示意图。

图6是本发明中水冷盘式制动器安装盘内侧水槽的结构示意图。

图7是本发明中气动控制系统的原理图。

图8是本发明中循环水冷系统的原理图。

图中：1-防尘罩；2-车轮法兰；3-车辆半轴；4-出水管；5-车桥壳；6-半轴套筒；7-加载气管；8-进水管；9-安装座；10-导向螺栓；11-复位弹簧；12-固定盘；13-推力盘；14-驱动齿轮；15-轴承；16-摩擦盘；17-转动盘；18-摩擦片；19-活塞；20-扰流柱；21-空气压缩机；22-气动二联；23-第二单向阀；24-第一单向阀；25-第二储气筒；26-第一储气筒；27-压力表；28-驻车制动气控阀；29-第一梭阀；30-第一快排阀；31-第二梭阀；32-第二快排阀；33-制动气室；34-第二继动阀；35-第一继动阀；36-行车制动气控阀；37-散热水箱；38-过滤器；39-安全阀；40-液压泵；41-单向阀；42-压力传感器；43-分流阀；44-水温传感器；45-控制器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。

本发明的重载车辆水冷制动系统，包括轮边水冷制动装置、气动控制系统和循环水冷系统。

如图1、2所示，轮边水冷制动装置安装于车桥两端，并通过车轮法兰2与车轮固定连接；包括防尘罩1、车轮法兰2、安装座9、活塞19、推力盘13、固定盘12、摩擦盘16、导向螺栓10、复位弹簧11、转动盘17、摩擦片18、驱动齿轮14、进水管8、出水管4和加载气管7；防尘罩1安装于固定盘12外侧，并通过法兰连接固定在安装座9外端面，起到保护制动装置的作用；安装座9通过其内缘的法兰孔与车桥壳5固定连接。

如图3所示，推力盘13的外端面与安装座9端面贴合，装在穿过安装座9的导向螺栓10上，并可以在导向螺栓10上做轴向运动；固定盘12装在推力盘13外端的导向螺栓10上，并由相应的螺母固定其位置；复位弹簧11也套在导向螺栓11上，并位于推力盘13和固定盘12之间，起到固定固定盘12以及解除制动效果的作用；进水管8与固定盘12和安装盘13底部的进水口连接，出水管4与固定盘12和安装盘13顶部的出水口连接，二者穿过安装座9接入循环水冷系统，并由安装座9相应位置上的水管孔固定；加载气管7与安装座9凹槽底部的进气口相连接。

如图4所示，车轮法兰2通过端部的法兰孔与车辆半轴3固定连接在一起，并且经由一对轴承15将车轮法兰2安装在固定于车桥内的半轴套筒6上；车轮法兰2另一端设置有键槽，与驱动齿轮14通过键连接；工作时，半轴3带动车轮法兰2绕半轴套筒6做旋转运动，进而带动驱动齿轮14做同步旋转。

如图5所示，活塞19装于安装座9的凹槽内，并可以在凹槽内部做轴向运动，其一侧端面与推力盘13贴合，工作时为推力盘13提供正压力；摩擦盘16分别固定安装在固定盘12和安装盘13的内端面上；摩擦片18固定安装在转动盘17的两侧，二者通过转动盘17内缘的齿圈与驱动齿轮14相啮合，并置于固定盘12和安装盘13之间，工作时摩擦片18与转动盘17共同由驱动齿轮14驱动，在摩擦盘16间旋转。

如图6所示，所述在固定盘12和推力盘13内侧的水槽中，有均匀布置的三角形扰流柱20，工作时，冷却水在安装盘内的流动受扰流柱20扰动，会变得更加均匀，进而使制动盘上的散热效果更均匀，制动装置的制动稳定性更好。

如图7所示，所述气动控制系统包括空气压缩机21、气动二联22、第一单向阀24、第二单向阀23、第一储气筒26、第二储气筒25、气压表27、驻车制动气控阀28、行车制动气控阀36、第一梭阀29、第二梭阀31、第一继动阀35、第二继动阀34、第一快排阀30和第二快排阀32；所述空气压缩机21出口与气动二联22入口连接；所述第一单向阀24和第二单向阀23的入口同时与气动二联22出口连接，出口分别与第一储气筒26和第二储气筒25的入口连接；所述第一储气筒25的出口分别与行车制动气控阀36的第一入口、第一继动阀35的入口相连；所述第二储气筒26的出口分别与行车制动气控阀36的第二入口、第一继动阀36的入口以及驻车制动气控阀28的入口相连；所述气压表27与储气筒25、26的出口同时连接，以检测储气筒内的气体压力，一般为保证车辆前后桥制动的同步，第二储气筒25的气压会略高于第一储气筒26；所述第一梭阀29和第二梭阀31的一侧入口分别与行车制动气控阀36的两个出口相连，另一侧入口同时连接驻车制动气控阀28的出口，其出口分别与第一继动阀35、第二继动阀34的控制口相连；所述第一快排阀30和第二快排阀32的入口分别与继动阀35、34的出口相连，其出口连接至对应的制动气室33。

如图8所示，所述循环水冷系统包括散热水箱37、过滤器38、安全阀39、液压泵40、单向阀41、压力传感器42、分流阀43、水温传感器44和控制器45；所述液压泵40吸油口通过过滤器38连接到散热水箱37，其出口分别与安全阀39及单向阀41相连，以保证系统运行安全；所述单向阀41出口经由分流阀43连接到轮边水冷制动装置，冷却水通过分流阀43的分配，按一定的流量比例为固定盘12和推力盘13供给，这样可以有效提高冷却水的利用效果；冷却水在水槽内与摩擦盘16进行热交换，从固定盘12和推力盘13的出水口经由出水管4流回散热水箱37；所述控制器45通过采集单向阀41后的压力信号和出水管4内的水温信号了解制动系统的工况，并通过调节液压泵40的排量来控制循环水冷系统的流量。

工作过程及原理：

车辆正常行驶时，由半轴3带动车轮法兰2以及与之固定连接的车轮旋转，同时车轮法兰2通过键连接，将旋转运动传递至驱动齿轮14，进而带动转动盘17及摩擦片18旋转；行车制动气控阀36及驻车制动气控阀28均工作下位，即不导通状态，此时没有压缩空气进入制动气室33，制动装置不工作；摩擦盘16表面没有温升，冷却水与制动盘的热交换现象不显著，所以出水管4内水温较低，此时变量液压泵40的排量最小。

在行车过程中需要制动时，踩下制动踏板，行车制动气控阀36逐渐开启，工作于上位，压缩气体进入第一、第二继动阀35、34的控制气口，随之继动阀35、34打开，大流量压缩空气直接由储气筒25、26经继动阀34、35由安装座9上的气孔进入制动气室33内，推动活塞19，进而挤压推力盘13，使摩擦盘16与摩擦片18开始摩擦，产生制动力；随着摩擦副的不断做功发热，对流换热逐渐显著，流出制动装置的冷却水水温逐渐升高，水温信号反馈至控制器45，增加变量泵40的排量，增大制动装置内的换热效率，保证摩擦副工作在合适温度范围。

制动结束时，制动踏板松开，行车制动气控阀36恢复初始工位，继动阀34、35闭合，停止向制动气室供给压缩气体，气室内的压缩空气经快排阀30、32快速排到大气中；推力盘13在复位弹簧11的作用下退回至初始位置，制动状态解除；随着摩擦盘16的冷却，出水管4内水温逐渐降低，随之变量泵40的排量在控制器45调节下逐渐下降，恢复到初始状态。

在需要驻车制动时，拉起驻车开关，驻车制动气制阀28由工作位下位切换成上位，压缩气体由第二储气筒25经过气控阀28及梭阀29、31到达继动阀35、34控制口，继动阀被打开，压缩空气进入制动气室33，实现车辆的驻车制动。

如果出现气动系统压力异常，经压力表27显示，向驾驶员发出警告，提示驾驶员系统需要进行维修。