ABS在液壓盤式剎車中應(yīng)用的可行性

蘇涵岳

前言

液壓盤式剎車是一種剎車裝置。它的結(jié)構(gòu)主要是鉗盤式結(jié)構(gòu)，制動器件是剎鉗。近些年來，液壓盤式剎車在修井與鉆井中的應(yīng)用越來越廣泛，不過在實(shí)際應(yīng)用中，由于鉆井作業(yè)太過復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)制動力過大或不足、操作手感差、響應(yīng)不及時、控制不平穩(wěn)等問題。ABS系統(tǒng)具有減緩車輪磨損、減小制動距離以及防抱防側(cè)滑等優(yōu)勢。將ABS系統(tǒng)引入到液壓盤式剎車中進(jìn)行應(yīng)用正好可以解決液壓盤式剎車在修井作業(yè)中的問題，保證修井作業(yè)可以順利完成。

一、ABS防抱死制動系統(tǒng)與液壓盤式剎車

在液壓盤式制動系統(tǒng)中應(yīng)用ABS，這種系統(tǒng)的控制原理與汽車ABS防抱死制動系統(tǒng)的原理在大體上是一樣的，可以進(jìn)行有或無ABS常規(guī)制動。當(dāng)然在沒有ABS下也具有緊急制動的功能。

二、液壓盤式剎車中ABS防抱死制動系統(tǒng)應(yīng)用的可行性分析

（一）仿真對比

1、液壓系統(tǒng)

結(jié)合盤式剎車系統(tǒng)原理，建立液壓系統(tǒng)模型。可以使用AMESIm仿真軟件來建立仿真模型。具體情況如圖1。

2、制動系統(tǒng)

建立ADAMS仿真系統(tǒng)（如圖2），可以對制動系統(tǒng)進(jìn)行具體分析。以大地為參照物，在模型的中心位置建立一個旋轉(zhuǎn)副。對模型增加一個合力距，方向是z向。對于剎車盤給其一個初始角度為59.30rad/s的制動。通過傳感器，感知剎車盤輔助點(diǎn)的角速度在零以下，完成仿真。

（二）具體分析

從液壓角度來進(jìn)行分析。在初始啟動時，壓力調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)了一瞬間的停頓，時長大約有0.010秒。壓力調(diào)節(jié)閥的壓力因ABS的關(guān)系，無論是在哪一個周期中都是先下降然后再上升。在頭一個周期，壓力調(diào)節(jié)閥的壓力值就可以上升到進(jìn)口壓力值，但在以后周期中均不能再達(dá)到進(jìn)口壓力值。

ABS防抱死制動系統(tǒng)開啟指令后，無論是其常閉閥還是常開閥的初始反應(yīng)都存在停頓。這種情況的發(fā)生是因?yàn)殚y體的填充會花費(fèi)一點(diǎn)時間。在水平階段，常閉閥與常開閥的波形是一模一樣的，但是到了下降階段，常開閥壓降要慢于常閉閥壓降。再一次開啟ABS防抱死制動系統(tǒng)增壓指令，常開閥的增壓非?？?，但常閉閥的增加相對較慢，需要很長的時間才能達(dá)到增壓的最高值。開啟ABS防抱死制動系統(tǒng)的減壓指令后，則會出現(xiàn)與頭一周期一樣的情況。常閉閥與常開閥在頭一個周期，其最小值均不會為零。這樣的情況是因?yàn)樵诠?jié)流閥與管路部分存在一定的壓力降。

通過調(diào)整ABS防抱死制動系統(tǒng)的占空比與控制頻率，可以得到不一樣的壓力值。壓力變化波形根據(jù)ABS防抱死制動系統(tǒng)的控制策的變化而發(fā)生改變。頻率一樣的情況下，系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)的數(shù)值隨著壓力保持時間的變化而發(fā)生變化，時間約長，數(shù)值越小。占空比為1：7：1：1，具體頻率為0.060秒，占空比為2：4：2：2，具有頻率為0.040秒。

當(dāng)系統(tǒng)的信號為10Hz時，沒有ABS防抱死制動系統(tǒng)與有ABS防抱死制動系統(tǒng)的響應(yīng)效果是一樣的，均有一定的周期與確定的峰值。有ABS防抱死制動系統(tǒng)的響應(yīng)是同步的，但沒有ABS防抱死制動系統(tǒng)的響應(yīng)是稍微滯后的。在頻率為100.0Hz時，沒有ABS防抱死制動系統(tǒng)的調(diào)節(jié)幅值為1.20MPa。液壓缸的壓力值存在周期變化?？傊?，有ABS防抱死制動系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的響應(yīng)不但具有同步性，其時間還非常短，且其高頻壓力可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。

從動力角度分析，具有ABS防抱死制動系統(tǒng)的系統(tǒng)制動合理距被分成了四個部分，且具有一定的周期性。第四部分的合力矩沒有變化，是因?yàn)橄到y(tǒng)的速度小于某個值時，系統(tǒng)就不會再產(chǎn)生影響。

結(jié)合上文的圖與分析，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：第一，有ABS防抱死制動系統(tǒng)的剎車的振動較小，但卻會浪費(fèi)一些剎車時間與制動距離。通過對占空比進(jìn)行調(diào)整，可以使剎車時間接近沒有ABS系統(tǒng)時的時間值。第二，不管處于高頻還是低頻，有ABS的系統(tǒng)的壓力響應(yīng)都非常的好，且其壓力幅值可以進(jìn)行調(diào)整，這樣就可以處理司鉆的手感問題。第三，合適的占空比可以使具有ABS系統(tǒng)的角位移與剎車時間接近沒有ABS系統(tǒng)的角位移與急剎車時間，從而得到理想的壓力波形。通過對ABS防抱死制動系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行有效調(diào)整，進(jìn)而使系統(tǒng)得到較好的剎車制動力矩與剎車時間，進(jìn)而達(dá)到修井作業(yè)中的各種要求。總而言之，在液壓盤式剎車中應(yīng)用ABS防抱死制動系統(tǒng)是非常可行的。

結(jié)語

通過上文仿真模型的建立與模型分析可以得出，ABS防抱死制動系統(tǒng)完全可以在液壓盤式剎車中進(jìn)行應(yīng)用。

（作者單位：京西重工（上海）有限公司）