4气压制动驱动机构的设计计算
气压制动系必须采用空气压缩机,贮气罐,制动阀等装置,使结构复杂,笨重,轮廓尺寸大,造价高;管路中气压的产生和撤除均较慢,作用滞后时间较长(0.3～0.9s),因此在制动阀到制动气室和贮气罐的距离较远时有必要加设气动的第二级控制元件——继动阀(即加速阀)以及快放阀;管路工作压力较低(一般为0.5～0.7MPa),因而制动气室的直径大,只能置于制动器之外,再通过杆件及凸轮或楔块驱动制动蹄,使非簧载质量增大;另外,制动气室排气时也有较大噪声。图4-1为一汽车的气压双回路制动系示意图。
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图4-1气压双回路制动系示意图
Fig4-1.Schematic diagram of dual-circuit brake system pressure
1—气喇叭；2—气喇叭开关；3—气压调节阀；4—前制动器室；5—双针气压表；6—主储气筒（供后制动器）；7—放水阀；8—低压报警器；9—取气阀；10—储气筒单向阀；11—主储气筒（供前制动器）；12—快放阀；13—后制动器室；14—连接头；15—挂车分离开关；17—梭阀；18—安全阀；19—湿储气筒；20—并列双腔制动阀；21—单缸空气压缩机
此制动系统中，它备有两个主储气筒11和6。单缸空气压缩机21输出的压缩空气首先经储气筒单向阀9进入湿储气筒并进行油水分离，然后分为两个回路：一个回路经主储气筒11及并列双腔制动阀20的后腔，通向前制动器室4；另一回路经主储气筒6及并列双腔制动阀20的前腔和快放阀12，通向后制动气室13。当其中一个回路因故障而失效时，另一回路可继续工作，以使汽车保持有一定的制动能力，因此也提高了汽车的行驶安全性。然而，绝不应如此仅利用一个制动回路长时间行车，以免发生意外。
其中，空气压缩机以压力达到1.0Mpa的压缩空气向贮气罐充气但由调压器调定的贮气罐压力，一般为0.67—0.73Mpa 而安全阀限定的贮气罐最高压力则为0.9Mpa左右。为了在空气压缩机停止工作的时间内仍能保证制动气室、空气伺服气室、驻车制动操纵气缸以及汽车上的其他气动装置正常工作，在计算时可取工作气压为0.6Mpa，贮气罐有也应有较大的容积储备。为了减少气压制动系统尤其是贮气罐的体积和质量，个别车型也有采用贮气罐压力达1.8Mpa、工作压力达0.9Mpa的高压气制动系统的。
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气压系统设计首先要解决好空气压缩机、贮气罐等压缩空气的供给装置与制动气室、空气伺服气室、驻车制动操纵气缸等气压使用装置间的合理匹配。为此，就要进行初步的设计计算。
4.1制动气室
制动气室有膜片和活塞式两种。膜片式的结构简单，对室壁的加工要求不高，无摩擦副，密封性较好，但所容许的形成较小，膜片寿命也不及活塞式的。活塞式制动气室的行程较长，推力一定，但有摩擦损失。
制动气室输出的推杆推力Q应保证制动器制动蹄所需的张力。例如，当采用非平衡式凸轮张开装置时，两蹄的张开力与制动气室输出的推力Q之间的关系可由下式
a[13]
Q=（p1?p2）= 8705N ??????????（4-1） 2h式中:a/2-P1P2对凸轮中心的力臂；
h-Q力对凸轮轴线的力臂。
根据凸轮形状的不同，a和h可能会随凸轮转角而变化a取30mm，h取328mm。 为了输出推力Q,则制动气室的工作面积应为
A=
Qa(P1?P2)87052
?145?=cm??????????（4-2） 56?10p2hp式中：p-制动气室的工作压力。 对于活塞式制动气室：
A=
?2D 4式中:D-活塞或气缸直径。 D?2a（P1?P2）
?hpD和d由表4-1[15]选取,重型货车初选型号为24
表4-1活塞式制动气室的参数
Tablet. Diaphragm brake chamber parameters
型号 16 24
D （mm） 128 155 176
d （mm） 100 120 133
d/D 0.781 0.775 0.756
冲压壳体壁厚（mm）
3.0
3.0 3.0
卡箍壁推杆最大行厚（mm） 程（mm） 2.5 45 2.5 3.0
57 60
30
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若已知制动蹄端部行程及制动凸轮轮廓几何参数，便于求出制动时所需的凸轮转角，并据以求得尺寸a与h，于是制动气室推杆行程为
l=?2h ??????????（4-4） a式中?-行程储备系数，其中还考虑了摩擦衬片容许磨损量的影响。对于在使用过程中推杆行程不变的刚性中间传动机构，取?=1.2-1.4；对于带有摩擦副的中间传动机构，则
?=2.2-2.4或更大些。这里取?=2.3。代入式：
l=?2h2.3?2?328?43.1[15]<55mm符合要求 =
a35制动气室的工作容积Vs可按下式计算：
4.2贮气罐
贮气罐由钢板焊成，内外涂以防锈漆，也有用玻璃钢制造的，其防腐性很好。贮气罐的容积大小应适当，过大将使充气时间过长；过小将使每次制动后罐中压力降落太大，因而当空气压缩机停止工作时，可能进行的有效制动次数太少。当汽车具有空气悬架、气动车门开闭机构等大量消耗压缩空气的装备时，往往加装副贮气罐，。主、副贮气罐间应有压力控制阀，使得只有在主贮气罐的气压高于0.60-0.63MPa左右时才向副贮气罐充气。主贮气罐的气压达到上述压力值时方可出车。贮气罐上装有安全阀，贮气罐底装有放水阀。
设贮气罐容积为Vc全部制动管路的总容积为 ∑Vg ，各制动气室压力腔最大容积之和为∑Vs通常∑Vg约为∑Vs的25%-50%。
?Vg?(25%?50%)?Vs?1028cm3??????????（4-5）
制动前贮气罐与制动管路、制动气室隔绝。制动气室压力腔的容积为零，管路中的绝对压力与大气压p0相等。若此时贮气罐中的相对压力为pc，则制动前由贮气罐-制动管路-制动气室系统中空气的绝对压力与容积的乘积之总和为：
?pV?(pc?p0)Vc?po?Vg
完全制动时，贮气罐中的压缩空气经制动阀进入所有制动管路和各制动气室，直至管路和气室中的相对压力达到制动阀所控制的最大工作压力pmax后、再度将贮气罐与制动管路及制动气室隔绝为止。此时制动气室压力腔容积达到最大值∑Vs，同时贮气罐中的相对
‘压力降至pc。此时上述系统中的空气绝对压力与容积的乘积得总和为
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(?pV)'?(pc?p0)Vc?(?Vg??Vs)(pmax?p0)
设系统中空气的膨胀过程为等温过程，则
?pV?(?pV)'
即
(pc?p0)Vc?p0?Vg?(pc'?p0)Vc?(?Vg??Vs)(pmax?p0)
所以在空气压缩机不工作时，进行一次完全制动后的贮气罐压力将为
?pc?pc?pc'?(?Vg??Vs)(pmax?p0)?p0?VgVc
相对于调压器调定的贮气罐气压的压力降△pc应不超过0.03Mpa。设计时一般取贮气罐的总容积为：
Vc=（20-40）∑Vs=38580cm2
设计时还应考虑在空气压缩机停止工作的情况下，贮气罐中气压由最大压力降至最小安全压力前的连续制动次数n为
Pcmax)Pcminn=
?Vs??Vglg(1?)Vclg(式中:Pcmax Pcmin-贮气罐内空气的最高绝对压力和最低绝对压力。
一般要求n=8-12次
贮气罐的直径远大于其壁厚，是一薄壁结构，应按薄壁圆筒对其壁厚进行强度计算。 如图所示，在贮气罐壁上取一单元体，其左右侧面作用着拉应力?x，上下侧面作用着拉应力?y。单元体的外表面为自由表面，内面为圆筒壁，作用着内压pc。根据材料力学的公式，可求出：
?x=
PcD 4tPcD 2t?y=
式中：pc-贮气罐内的气压
D-贮气罐圆筒部分内径 t-贮气罐壁厚。
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