气压盘式制动器的性能因素探讨

2013-10-15吴剑增刘关学

客车技术与研究 2013年6期

吴剑增，刘关学

（1.三浪集团股份有限公司，浙江宁波 315700；2.湖北飞龙摩擦密封材料股份有限公司，湖北襄樊 441200）

近年来在我国汽车行业，气压盘式制动器（Air Disc Brake）作为一项新型的制动技术得到了较快的发展。作为传统的气压鼓式制动器的替代品，目前其应用主要集中在以客运为特征的城间客车和市内城市客车上，中重货车也在少量应用。国家一系列法规的出台在强行推动该项技术的应用，如工信部联产业[2011]632号文[1]明确要求车长大于9 m的公路客车、旅游客车前轮装配盘式制动器；CJ/T 240-2006[2]、CJ/T 389-2012[3]、GB 24407-2012[4]规定前轮要采用盘式制动器[4]；JT/T 325-2010[5]等对盘式制动器作了使用要求。上述专业标准对气压盘式制动器的性能、型式、试验方法、评价指标等作了较详细的规定，推动了该项技术的发展。

作为一项引进吸收的新型制动技术，在我国实际道路状况、城市客车超载严重、高频次强制动情况下，如何使该项制动技术适应我国车辆达到较完美的匹配、更本土化地发挥其作用是制动器生产厂家和整车厂要面临和受到的考验。影响制动器可靠性的因素是多方面的，本文从气压盘式制动器的结构特点、制动间隙的调整、摩擦元件、与车桥的匹配等方面对其可靠性能进行了探讨。以Knorr和Wabco公司的气压盘式制动器为研究对象。

1 气压盘式制动器的结构及性能特点

市场上常见的Knorr和Wabco公司的气压盘式制动器的结构如图1所示，属于浮动钳盘式制动器，制动钳相对制动盘在轴向通过导向销可以滑动，主要由制动钳总成、制动盘、气室三大部件系统构成。制动钳总成包括摩擦块、制动钳体和实现制动间隙自动补偿的调整机构、加力杠杆——压力臂，后者机构处在密闭的钳体内部，实现随机调整制动间隙、增大制动力的作用。

盘式制动器的制动间隙是指单个制动器摩擦块与制动盘双边间隙的和。气压盘式制动器的制动间隙一般在0.6～1.0 mm范围内是合适的，既能保证制动的灵敏性，又能防止间隙小拖磨而出现的高温、发滞、磨损异常等现象。

1.1 Knorr制动器的调整功能

Knorr制动器采用双推杆加力机构，见图2。当制动间隙大于设定值时，制动时压力臂会多一个额外的转动位移，带动主动调整轴7转动，使螺杆2转动一个微量的角度，从而使螺杆2向制动盘4方向移动一个补偿位移，使摩擦块5和制动盘4的间隙减小，同时通过链条3的带动，使从动调整轴作相同的同步旋转，带动另一个螺杆，也向前补偿一个相同的位移。解除制动后，主动轴上的单项轴承打滑，使压力臂回位。

其特点是采用双螺杆同步调整，制动时推盘6和制动盘4接触面积较大，比较稳定、可靠。缺点是零件多，机构复杂。可靠性体现在提高各个零件的精度，使零件间的配合合适，调整时顺畅无阻滞。因为制动时一整套零件都在作微量的运动，所以必须提高各个零件的表面硬度，如主动调整轴7、从动调整轴1、螺杆2采用表面氮化处理，表面硬度HV700-900。

Knorr制动器的单向离合器采用滚针轴承式离合器，特点是无级调整，调整可靠性好，承受力大。

1.2 Wabco制动器的调整功能

Wabco盘式制动器采用单活塞机构，见图3。在制动时，压力臂销3插在调节环2的外槽内转动。当转动量超过调节环2外槽内的预设间隙时，设计制动间隙消除，调节环2通过矩形弹簧4的匝紧力将转动传递给调整螺母5；由于螺杆6不能转动，所以调整螺母5的转动转化成螺杆6的轴向运动，消除制动盘和摩擦块之间的间隙产生制动作用。解除制动时，压力臂1抬起，压力臂销3带动调节环2和矩形弹簧4打滑分离，调整螺母不再转动。

其特点是相比目前市场上

同类产品，执行调整的零件少，制动器重量轻，可以实现更优的制动性能。单推杆促动调整机构相较于双推杆促动调整机构，结构更简单，零件数量更少，结构更紧凑，有效地降低了总成重量以及故障率。缺点：调整离合器采用的是摩擦簧式离合器，国内没有优质可靠的材料，矩形弹簧和调整套干摩擦易磨损，调整可

靠性差。国内常见的汉德、美驰、威伯科均采用这种结构。

2 摩擦元件的性能与可靠性

制动盘和摩擦块是制动器的执行元件，是制动力矩输出的直接来源。

1）传统的制动盘材料为灰铸铁HT250，具有良好的铸造成型性、加工性、耐磨耐热性、吸振性以及成本低廉等特点，特别适合制造制动盘等零件。铸造毛坯必须进行时效处理才可加工，以去除内部的应力，减小零件的变形和裂纹等隐患[6]。制动盘的可靠性至关重要，摩擦的表面要精加工，粗造度达到Ra1.6。制动盘高速旋转，质量比较大，需要动平衡，以减轻对轮毂轴承的损伤，取材部位为外圆盘的圆周方向。摩擦材料中添加抗热裂的Cr、Ni、Mo、Cu等合金元素，使耐磨性、强度、刚度大大提高[7]。

2）为了提高摩擦块的抗剪切能力，一般的作法是在钢板上冲孔，使孔充满材料；改善粘接胶的配方和粘接模具，使涂胶-模压—加热—固化一次完成。在钢板上焊接钢网或倒刺钢背是新工艺，能增强摩擦块和钢背剪切强度，保证在极端恶劣条件下，摩擦块和钢背不分离，已在一些产品中应用。在各种温度下，均应保持摩擦系数的稳定，从而保证可靠的摩擦性能[8]。

3 气压盘式制动器与车桥的匹配

目前在国内专门为匹配气压盘式制动器的车桥较少，主要还是在原有车桥上进行改进匹配，一般采用连接过渡板，见图4。安装时最重要的问题是制动器与其周围部件的干涉问题：由于卡钳总成为浮动结构，当摩擦块和制动盘发生磨损后，钳体总成和制动气室会向车架中心发生移动。在安装之前，应根据制动器相关参数和整车参数进行校核，避免制动器在前桥转向时与其周边零件干涉；还应考虑汽车在车架上下跳动和左右摆动时，制动器在其极限位置与悬架系统的干涉问题。对后桥，因为没有转向功能，故应侧重考虑与车架悬架系统的干涉问题。

卡钳体和支架一般采用高牌号球墨铸件，如QT500-7。很多非配合面没有加工，设计时，应考虑有相对移动部位的间隙。必要时，做干涉检查。卡钳体和上盖壁厚有限，连接螺栓孔大小受到限制，故连接螺栓强度也应充分考虑。在空间允许的情况下，选择既能保证强度又经济的螺栓[9]。由于支架所处的空间有限，使该零件形成一个哑铃形，中间采用细桥连接结构，见图5，因而支架的刚性很差，与车架的连接螺纹孔的中心距离加工是一道困难的工序[10]。最好采用铰制沉孔的结构，见图6。连接的螺钉至少有两条销型螺钉，以避免配合间隙大、承受交变载荷造成的支架断裂（见图5）。

为增加冷却效果和避免泥浆溅入制动器内部引起摩擦片和制动盘的损坏或锈蚀，设计时应尽量将制动器安装在车桥的前方[11]。