重型载重汽车制动热衰退的机理与鉴定方法探讨

袁晓云　高加泉

摘 要：随着现代化技术以及信息化手段的飞速发展，社会已经全面进入到了科技时代当中，这也为重型载重汽车的发展奠定了坚实基础，而重型载重汽车在高速制动或是连续制动的状态中，其内部制动器的温度会逐步提升，并且在制动器内部的具体摩擦系数也会逐步减小，大幅度降低相应的摩擦力矩，不仅会引发制动效能热衰退的问题出现，甚至还会使得制动系统直接失效，引发出各类安全事故出现。因此，文章首先对热衰退的主要机理加以明确;其次，对降低制动器热衰退的具体措施展开深入分析;在此基础上，提出热衰退导致重型载重汽车制动失效的鉴定措施。

关键词：重型载重汽车 制动热衰退机理 鉴定方式

Discussion on the Mechanism and Appraisal Method of Braking Thermal Decay of Heavy Truck

Yuan Xiaoyun Gao Jiaquan

Abstract：With the rapid development of modern technology and information technology， the society has fully entered the era of science and technology， which has also laid a solid foundation for the development of heavy-duty trucks， and heavy-duty trucks are braked at high speed or continuous braking. In this state， the temperature of its internal brake will gradually increase， and the specific friction coefficient inside the brake will gradually decrease， which greatly reduces the corresponding friction torque， and will not only cause the problem of thermal degradation of braking efficiency， but also cause the direct failure of the braking system leading to various safety accidents. Therefore， the article first clarifies the main mechanism of thermal decay; secondly， the article conducts an in-depth analysis of specific measures to reduce thermal decay of brakes. On this basis， the article proposes the identification measures of thermal decay leading to brake failure of heavy-duty trucks.

Key words：heavy-duty truck， brake thermal decay mechanism， identification method

1 引言

汽車最早起源于1886年，而随着第一辆汽车出现过后，也就代表着交通工具的革命已经悄然开展。而在经历了多年的发展过后，在当前的社会环境中，汽车已经成为了群众日常生活当中必不可少的交通工具，这一点也是社会物质以及社会文明的具体象征。然而，尽管汽车为群众的生活以及工作带来了极大的便利，但由于汽车所引发的交通安全事故数量也呈现出一种逐步提升的状态，特别是重型载重汽车，其所引发的安全事故更是成为了世界范围中的安全难题。由于重型载重汽车在连续制动或是高速制动的情况下，其内部制动器的温度会逐步上升，再加上化学、物理以及机械三方面因素产生的作用，制动器的具体摩擦系数也会不断降低，这一现象就被称之为制动效能的热衰退现象，同时也是导致重型载重汽车制动失效并出现交通事故的主要原因。因此，这就需要深入探究重型载重汽车热衰退机理以及鉴定方式，以求更好的解决热衰退问题。

2 热衰退的主要机理

在重型载重汽车内部的制动器当中，其所采用的大多为传统的鼓式制动器，主要由制动鼓、制动蹄、摩擦衬片以及制动底板等多个零部件所构成。而这种鼓式制动器，其自身的制动性能是通过制动鼓与摩擦衬片之间产生的相互作用所产生的。因此，如果鼓式制动器在制动过程当中产生的温度过高，就会导致摩擦衬片以及制动鼓在物理性能与化学性能方面产生极大的变化，进一步引发热衰退等问题出现。

2.1 制动鼓的热衰退

在我国所采用的各类重型载重汽车当中，其所采用的大多为灰铸铁材料所制造出的制动鼓，而由于鼓式制动器自身主要为一种封闭结构，其导热能力以及散热面积方面比较有限，使得重型载重汽车在进行高速制动以及连续制动的过程当中，制动鼓的表面温度由于剧烈摩擦而急速上升，在最高时甚至可以达到800摄氏度。同时，原子之间的距离也会由于温度的不断提升而随之变大，在长时间的应用过程中，也会使得材料产生一种塑性变形的问题，站在宏观的角度上来看，具体表现为制动鼓出现的膨胀变形现象，制动鼓与摩擦衬片之间的间隙也会逐步提升，因接触面积变小而降低输出摩擦力矩，对重型载重汽车的制动效果产生极其严重的影响。并且制动鼓在经历过高温过后急速冷却，制动鼓材料也会从原本的珠光体转变为索式体/马氏体，制动鼓最终也会出现龟裂或是开裂等不良现象，导致制动方面失效。

2.2 摩擦衬片的热衰退

在当前的市场环境中，商业化用途的汽车制动摩擦材料，其大多为有机型摩擦材料，通常情况下由多组分的树脂基复合材料所构成，其中涉及到了改性剂、粘结剂以及增强体等内容。而粘合剂作为其中的核心所在，一般都是由树脂材料所构成，其具体的热分解温度在200摄氏度到350摄氏度左右。同时，重型载重汽车由于连续制动产生了极高的温度，摩擦衬片当中蕴含的有机化合物就会出现热氧化分解的现象，随着液体以及气体来一同析出，并存在于制动鼓与摩擦衬片之间的部位当中，起到了一种润滑膜的作用，导致整体摩擦系数不断降低[1]。

3 降低制动器热衰退的具体措施

3.1 制动鼓的改进优化

目前针对制动鼓所展开的改进研究，其主要集中在优化制动鼓材质以及转变制动鼓结构方面。而通过对于熔炼过程科学合理的控制，能够大幅度降低各种杂质元素的整体含量，稳步提升材料自身所具备的高温力学性能、导热性能以及抗热疲劳性能。而通过Mo、Cu以及Cr等合金元素的添加，还可以进一步提升制动鼓的使用寿命，并且在制动鼓材料中添加相應的合金元素，也可以促进制动鼓机械性能以及导热能力之间的均衡发展，在根本上避免出现制动鼓开裂等不良问题。站在制动鼓结构的角度上来看，重型载重汽车在制动鼓周边表面的设计所采用的主要为沟壑状设计方式，其截面位置从内到外会依次降低，不仅结构相对较为简单，使用起来也更加便利，以此限制制动热衰退问题的发生。除此之外，通过设计环形加强筋或是密集周向筋的设计，也可以在潜移默化之间提升制动鼓自身的散热性能，而对制动鼓表面部位展开涂层处理，也能够提高重型载重汽车制动器的抗热衰退能力。

3.2 摩擦衬片的改良优化

在制动摩擦材料中，其主要由改性剂、粘结剂以及增强体等组成，这就可以在各组的热衰退性能方面入手，进一步提高制动器自身的抗热衰退能力。目前所使用的粘合剂当中，大部分都是由树脂材料所构成，具体的分解温度大约在200摄氏度到350摄氏度之间，而通过对于树脂加以改性的方式，还能够将树脂的热分解温度提高到350摄氏度到450摄氏度，能够在最大程度上提升摩擦材料的降解能力以及抗热氧化能力。同时，通过科学合理的热处理工艺，还可以有效降低摩擦材料当中各类有机化合物的整体含量，在提高数值分子链刚性程度的同时，减少低熔点金属的构成，确保制动器在高温的情况下仍旧拥有着稳定的摩擦性能，避免出现热衰退问题。而通过粉末冶金方式所生产出的铁基或是铜基金属等材料，都有着相对较高的使用温度，能够有效解决重型载重汽车制动器摩擦衬片出现的热磨损以及高温摩擦系数热衰退等多种问题，但这种方式会提升偶件的磨损程度。除此之外，蛭石作为一种无机填料，能够对摩擦过程中所产生的低频噪音进行更加科学合理的抑制，延缓摩擦材料当中各类有机成分的分解速度，逐步提升摩擦材料自身所具备的抗衰退性能，而其他类型的优化措施，比如研发新型耐高温纤维材料、碳纤维以及新型粘结剂等方式，都可以提升摩擦材料自身的抗衰退性能，然而，这些技术措施在实际使用过程当中，应重点考虑到生产制造所产生的成本[2]。

4 热衰退导致重型载重汽车制动失效的鉴定措施

在重型载重汽车所产生的各类交通安全事故当中，其通常与超速、疲劳驾驶以及超载等多方面因素有着紧密联系。而在产生这些安全事故的过程中，经常会出现连续制动或是高速制动等问题，使得制动器内部的温度不断提升而产生热衰退现象，因制动失效引发出各种安全事故出现。因此，这就需要采取更加科学的鉴定方式，进一步找寻出热衰退过程当中材料的具体表现规律以及主要特征，以此来更好的分析重型载重汽车交通事故中热衰退所起到的作用[3]。

4.1 充分收集背景数据信息

这种方式与传统的失效分析方式基本一致，第一点内容就在于积极收集与交通事故相关的背景数据信息，除却事故发生现场当中出现的信息之外，还要对事故前重型载重汽车的制动情况、天气情况以及地形情况等多方面因素进行深入分析，还需要对车辆的维护历史以及行驶历史等内容加以了解，以此为基础来做出更加客观的判断。

4.2 制动器失效的分析

在重型载重汽车所用的鼓式制动器当中，对制动性能产生直接影响的就在于制动鼓以及摩擦衬片这两个部位，而鼓式制动器在制动过程中所产生的高温，会导致摩擦衬片以及制动鼓部位在化学性能以及物理性能方面所产生的变化，这些都是导致制动力矩不断下降的主要因素，很容易就会引发热衰退问题出现。因此，这就需要对摩擦衬片以及制动鼓展开综合分析，首先要对摩擦衬片与制动鼓的基本材料展开科学合理的分析，深入判断其中的具体化学成分以及金相显微组织是否符合标准要求，以及其中是否出现加速制动鼓或是引发摩擦衬片热衰退的主要因素;其次，要对摩擦衬片与制动鼓之间的接触部位进行分析，重型载重汽车当中的制动鼓，其在重复热应力所产生的作用下，在表面部位很容易就会出现开裂以及龟裂等问题，而摩擦材料在热分解过后所产生的焦油状物体以及残碳状物体，其都会在摩擦材料的表面产生一种润滑膜或是氧化膜，再加上高温摩擦所产生的作用，摩擦材料在这种高温的状态下，就会出现开裂、纤维分布混乱以及组分剥落等不良现象，这时就可以采用热分析的方式来明确膜材材料在热分解温度方面所出现的变化，以此为基础来明确摩擦材料当中树脂材料的受热历史，从而明确制动器的基本受热情况[4]。

5 结论

在重型载重汽车的制动系统当中，由于各类客观因素所产生的影响，其很容易就会出现热衰退问题，导致整体制动系统失效，引发较为严重的交通安全事故出现。因此，为了确保重型载重汽车制动系统的安全性以及稳定性，就应当进一步明确热衰退过程中材料所产生的失效特征，以此为基础来展开针对性的优化处理，确保重型载重汽车能够更加安全稳定的运转。

参考文献：

[1]孙涛，李湘生，傅梦婷.重型卡车盘式制动器制动力测试台研发[J].现代制造工程，2020，{4}（06）：130-136.

[2]武美丹. 重型载货汽车辅助制动仿真系统开发[D].长安大学，2020.

[3]史培龙，余强，赵轩，袁晓磊，刘攀.重型载货汽车气压制动系统危险状态识别[J].中国公路学报，2019，32（07）：182-190.

[4]彭德彪.液力缓速器在重型卡车上的匹配研究[J].柴油机设计与制造，2018，24（02）：20-23.