汽车金属刹车片磨损对制动性能的影响研究

崔云龙

（大庆钻探井下作业工程公司维修保养站，吉林 松原 138000）

在工业方面汽车已经开始向轻量化、高寿命为发展趋势，在汽车速度不断提高的同时，车辆制动系统安全性能和稳定性的要求日益提高[1]。刹车性能与驾驶员的安全、财产等重大问题密切相关，是以安全行驶为目标的重点联系，车辆制动器中的主要组成部件是摩擦力部分，车辆在使用过程中的稳定性和可靠性受其性能的直接影响。刹车片的摩擦力主要材料是起到摩擦作用的零件，金属刹车片的磨损情况对制动性能起到直接影响[2]。刹车片最理想的状态应该就是稳定性较好，挺高制动性能的可靠性在于摩擦系数变化与磨损值较小，提高制动片使用寿命。由于禁止石棉摩擦片，对无石棉刹车片研制的新材料，提高摩擦材料性能的研究迫在眉睫。根据以上所述，本文根据金属刹车片磨损程度，对车辆制动性能产生的影响进行研究。

1 刹车片磨损对制动性能安全性影响

1.1 增加制动压力

通过分析金属刹车片磨损量对制动性能安全性的影响，为此我们制作了制动性能随磨损量变化曲线图，首先根据不同磨损量为0.1mm,0.15mm,0.2mm,0.25mm,0.30mm,0.35mm,0.4mm,0.4 5mm,0.5mm，进行统计和整理了金属刹车片磨损量对制动性能的压力影响产生的数据对比，其中制动性能压力随离油缸较远侧刹车片磨损量的变化曲线，如图1 所示。

图1 制动性能压力随磨损量变化曲线图

在远离油缸侧刹车片和靠近油缸侧刹车片在制动压力大小1.0MPa，1.5MPa，2MPa，2.5MPa，下的磨损量均值将结果绘制成曲线，如图2 所示。

图2 制动性能压力随磨损量均值变化曲线图

由图1 的大部分曲线趋势和图2 的总体趋势来看，随着平均磨损量的增加，制动性能压力总体上有轻微上升的趋势。如图1所示，相对而言，当磨损量速度增加时，制动性能压力随磨损量略有增加。

1.2 加速制动材料的损坏

随着金属刹车片磨损量的增加，也就是说，制动性能在短时间内收到的剪切力和正压力的冲击更强，部分硬质颗粒在金属刹车片上会有较大几率脱离表面变成磨粒状态，因此加剧了制动性能启动时所造成磨粒磨损状况，原子的粘附效应同时存在，使金属刹车片上的金属纤维随之从表面拉出来，与填料和其它颗粒混合后零落下来[3]。所以可考虑为导致制动副表面磨粒磨损增加在提高制动性能压力的发生时。而且，随着制动性能压力的增加，刹车盘将在较短时间内停止，把制动盘动能在短时间内转化为消耗能量，使制动性能控制器副接触界面会迅速升高温度，短短的时间里，热气来不及散发。由于制动盘的散热过程主要发生在转向进程，刹车盘转动将加速摩擦副表面与周围空气的流动，有利于散热速度的提升。所以在刹车盘急速停止加剧刹车片热磨损时，会妨碍整个散热工作，从而导致制动压力的增加[4]。

综上所述，当金属刹车片磨损量增大时，将导致理论上更剧烈的磨粒磨损和热磨损，而且制动性能会相对缩短摩擦时间，促使加速制动材料的损坏程度。

2 金属刹车片磨损对制动性能稳定性影响

2.1 抑制制动速度

在刹车片磨损对制动性能稳定性产生的影响进行了研究，在对金属刹车片磨损量对制动性能速度数据进行对比与整理，磨损量以制动度性能速度数据对比40km/h,，50km/h，60km/h，70km/h，80km/h，90km/h，100km/h，110km/h，120km/h 为参考，将制动性能速度下一组试验刹车片磨损量的数值作为统计和整理，其中制动性能速度随远离油缸侧刹车片磨损量变化曲线图，如图3所示。

图3 制动性能速度随磨损量的变化曲线图

在远离油缸侧刹车片和靠近油缸侧刹车片的平均磨损量的制动性能速度大小分别是40km/h，50km/h，60km/h，70km/h， 80km/h，90km/h，100km/h，110km/h，120km/h，绘制制动性能速度随磨损量均值变化曲线图，如图4 所示。

图4 制动性能速度随磨损量均值变化曲线图

在对制动性能速度随磨损量变化曲线图和制动性能速度随磨损量均值变化曲线图，我们得出了以下数据，如图5 所示。

图3 表明显示在0.5MPa，1.0MPa，1.5MPa，2.0MPa 和2.5MPa条件下，磨损程度对制动性能速度的影响。如图所示，当刹车片磨损增大时，无论制动性能压力如何，启动制动性能速度都随之提升。如图4 所示，制动速度随着磨损量的增加而呈明显的递增趋势，与制动性能压力相比，增高幅度较为明显，当制动性能初始速度为40km/h 时两刹车片的磨损量仅为0.01mm 和0.09mm，当制动初始速度为120 km/h 时，磨损量变到了0.09mm和0.884mm，在40 km/h 至120 km/h 之间，平均磨损量增加约10倍。尤其当制动初速度大于100 km/h 时，制动性能启动速度也随之增加。

图5 不同制动性能速度下的制动力矩曲线图

2.2 促使制动产生热能

当磨损量增加时，制动性能温度也会迅速升高。在能源转换观点评析，因速度增加，会导致制动盘产生更大的动能，启动制动过程本质上是制动盘动能转化成热能的一种局面，热能量值表现为制动界面温度升高，随着温度的升高，金属刹车片表面层的状态发生了变化，削弱了制动性能的制动性，局部温度过高，甚至可能造成刹车片力有机粘结剂部分熔化的状态，基体强度大幅度下降，对制动性能速度产生了一定的影响。快速制动状态下的的时候，在强剪切作用下，制动副之间的表层破裂，灰铸铁制动盘与金属刹车片有相关联的联系。

当制动压力不变时，制动初始速度越大，制动时间越长，制动副摩擦接触时间越长，磨损越严重。在制动压力为1.0MPa 时，第一次制动速度为60 km/h,80 km/h 和100 km/h 时，图5 所示制动力矩曲线。由此可见，随着金属刹车片磨损量的增加，制动性能启动的时间将被延长。

总之，制动盘表面微凸体与刹车片表面摩擦碰撞频率对制动性能速度变化时间的影响，在金属刹车片磨损量提升使，会明显增加制动性能表层材料的破坏。另外，较大的金属刹车片磨损值会使制动性能过程中产生高热量。所以当金属刹车片磨损值增大时，制动性能也在明显降低[5]。

3 结语

通过对金属刹车片磨损导致制动性能发生变化进行研究，本文采用了磨损量与制动性能数据对比的方法，根据对磨损程度和制动性能之间的影响进行数据整理与对比数据，以此研究出金属刹车片磨损对制动性能安全性与稳定性产生了一定的影响，未来我们还应该以金属刹车片磨损对制动性能的影响进行更深层次的研究。