重型载重汽车鼓式制动器制动失效模式分析

2018-06-25郭斌宋博孟拥军

汽车实用技术 2018年11期

郭斌，宋博，孟拥军

（陕汽集团陕西华臻车辆部件有限公司，陕西西安 710200）

前言

鼓式制动器是最早被广泛使用至汽车工业刹车系统中的制动器，常用的鼓式制动器主要分为内张式与外束式两种，目前主流的鼓式制动器以内张氏为主，其工作原理是利用制动传动机构使制动蹄将制动摩擦片压紧在制动鼓内侧，从而产生制动力，以确保行车安全及车辆停放状态的自主滑移。

1 鼓式制动器的组成及工作原理

鼓式刹车因其结构简单并且可以提供强大的制动力，被广泛使用在重型载重汽车上，其主要组成部分包括制动鼓、制动蹄总成、制动底板。其中制动底板主要作用是连接制动器与桥壳；在汽车正常行驶情况下由于回位弹簧的拉力作用两个制动蹄处于闭合状态，制动蹄与制动鼓分离，此时制动蹄不推动摩擦片制动；当需要制动的时候制动蹄凸轮轴转动，推动两个制动蹄相互分离，分离后制动蹄推动摩擦片与制动鼓接触产生摩擦力，从而产生制动效应；制动结束时，制动蹄凸轮轴旋转回位，制动蹄在回位弹簧的拉力作用下回位，制动过程结束。

2 制动器制动失效常见的模式分析

常见的制动器失效形式主要有三种形式，分别是制动蹄总成导致的制动失效、制动底板总成导致的制动失效以及回位弹簧导致的制动失效。以下根据这三种失效形式进行论述。

2.1 制动蹄总成常见制动失效

2.1.1 持续下坡制动造成的制动蹄总成制动失效

当载重汽车长时间下坡而造成的行车持续制动，由于制动蹄与制动鼓持续摩擦产生的热量积累，从而造成制动蹄发热温度过高而引起制动蹄制动失效；经过试验研究：当满载时持续下坡制动200s后，制动蹄外表面最高温度达到200摄氏度，制动热量进一步向四周扩散，热量主要集中在制动鼓截面的左侧，当持续制动过程中最高温度达到400摄氏度，制动过程中制动效能减弱甚至出现完全失效；在载重汽车超负荷四倍于核定载重时，这一状况会更加明显。

2.1.2 制动蹄总成摩擦片损坏导致制动失效

制动器摩擦片的损坏主要分为：制动过程中摩擦片磨损严重导致的制动失效与摩擦片破损从而引起的制动失效。制动过程中摩擦片磨损严重导致的制动失效，主要是由于车主未按要求进行车辆检修，进而忽略了摩擦预警线的位置导致制动失效。

摩擦片破损从而引起的制动失效：制动蹄生产过程中，中心对称度尺寸要求0.4mm，导致左右制动蹄安装于制动底板后，制动蹄制动中心线不处于同一水平面，存在错偏。在载重汽车因下坡或其他原因车辆连续制动时，摩擦片受力不均，先行与轮毂接触的位置局部应力过大，导致摩擦片破损制动失效。

2.2 制动底板总成导致的制动失效

制动底板是制动系统中的关键零部件，制动底板失效将直接导致制动器失效、抱死。当制动器抱死出现在前轮时，驾驶员将无法操控车辆行驶方向，车辆转向系统失灵，当制动器抱死出现在后轮时，车辆会很容易出现侧滑现象。

在制动系统中，制动底板负责连接制动蹄总成、桥壳等组成部件。制动底板的设计尺寸如图所示，在机械加工时，一般工艺人员会选择上偏差进行加工生产，这样在保证产品尺寸符合图纸的要求下，还可以节约因为刀具磨损所引起的刀具重新调试时间，再加工制动蹄时，则会选择以下偏差进行产品加工生产，这就导致了，制动底板与制动蹄在装配完成后，配合尺寸总会有0.4-0.9mm的尺寸间隙，而作为主要制动原材料的摩擦片又属于多种粉末复合而成。在制动过程中，摩擦片磨损成产生摩擦片粉末，在封闭的轮毂内，摩擦片粉末被及时清洁打扫，堆积于轮毂内随轮毂转动，在轮毂内浸水或者湿度过大时粘结成块，进而侵入到制动底板与制动蹄总成的装配间隙，致使制动底板总成制动动作延误，制动失效、抱死，严重时还会损坏制动元件如图所示。

图3 制动底板加工示意图

图4 制动蹄加工示意图

图5 制动原件损坏实物图

2.3 回位弹簧导致的制动失效

弹簧作为制动器总成中不可缺少的基础元件，弹簧的性能直接关系到制动器总成制动性能的强弱。重型载重汽车鼓式制动器使用的弹簧材质大都为冷拉圆钢丝（GB342-1997），其主要失效形式共分为三类：弹簧塑性变形引起的制动失效、弹簧快速脆性断裂引起的制动失效以及疲劳断裂引起的制动失效。以下根据这三种原因导致的制动失效进行论述。

弹簧塑性变形引起的制动失效：载重汽车制动时，凸轮轴转动推动两个制动蹄相互分离，回位弹簧收到回位弹簧销的拉力，当制动减弱或结束时回位弹簧靠拉力无法使制动蹄总成回位，摩擦片与轮毂不定时接触，磨损摩擦系数下降，从而导致制动失效。另外，在连续制动过程中，高温也会导致弹簧出现蠕变和应力松弛，产生永久变形导致制动失效。弹簧快速脆性断裂引起的制动失效：弹簧快速脆性断裂主要是由于材料缺陷、加工缺陷、热处理缺陷等原因引起的。当重载汽车制动时，制动冲击直接让弹簧断裂，制动蹄总成无法回位制动失效。疲劳断裂引起的制动失效：在交变应力作用下,弹簧表面缺陷（微裂纹），裂纹扩展后造成断裂，导致制动失效。