某輕型卡車盤式制動器摩擦片脫落原因分析及解決措施

謝飛，常慶軍，陳偉

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

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某輕型卡車盤式制動器摩擦片脫落原因分析及解決措施

謝飛，常慶軍，陳偉

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：針對某輕型卡車盤式制動器摩擦片脫落問題，對可能的原因進行分析并排查，確定造成制動器摩擦片脫落的原因，針對此問題對制動器摩擦片的材料及結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，最終解決制動器摩擦片脫落問題，并對方法進行了固化。

關(guān)鍵字：摩擦片脫落；高溫；山路試驗；摩擦材料

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.056

CLC NO.: U467.3Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-157-03

引言

汽車的制動性能是汽車的重要性能之一，汽車的制動系統(tǒng)出現(xiàn)故障將直接影響汽車的行車安全。隨著技術(shù)的發(fā)展，盤式制動器越來越多的應(yīng)用于輕型卡車上，而摩擦片是盤式制動器的重要部件之一，其發(fā)生故障直接導(dǎo)致制動性能下降，發(fā)生安全事故。

本司某輕型卡車新開發(fā)的一款盤式制動器，在進行試驗驗證時，發(fā)生制動器摩擦片從摩擦片背板脫落情況，本文針對此問題進行原因分析并提供解決措施解決此問題。

1、故障描述

車輛在進行4325km山路試驗時前盤式制動器出現(xiàn)”嘰嘰“噪音，但沒有發(fā)現(xiàn)其他異常，繼續(xù)進行5000km山路試驗和5000km強化路試驗，在強化路試驗2000km拆解制動器進行例行檢查時發(fā)現(xiàn)，制動器摩擦片從摩擦片背板脫落。

圖1　摩擦片脫落故障件

2、原因分析

針對制動器摩擦片從摩擦片背板脫落進行FTA分析。

圖2　摩擦片脫落故障樹

通過查詢該批摩擦片使用的粘結(jié)劑的生產(chǎn)日期及保質(zhì)期，確認摩擦片粘結(jié)劑在保質(zhì)期內(nèi)；對粘結(jié)劑的質(zhì)量進行檢驗，粘結(jié)劑的質(zhì)量滿足相關(guān)性能要求，不屬于故障原因。通過調(diào)查該批產(chǎn)品過程檢驗單、工藝卡等原始記錄進行確定，產(chǎn)品在制動過程中是滿足規(guī)范要求。同時對該批制動器摩擦片進行冷剪切力和熱剪切力試驗，均滿足要求。

通過對故障件解剖分析，故障件出現(xiàn)以下幾個特征：a）摩擦面表面發(fā)藍；b）不銹鋼消音片與油缸接觸面已受高溫影響大面積發(fā)黃；c）隔熱片表面橡膠已融化，粘連在消音片與鋼背上。這些現(xiàn)象表明，制動器摩擦片承受非常高的溫度作用。

圖3　故障件摩擦片

圖4　故障件不銹鋼消音片

將制動器摩擦片與摩擦片背板粘結(jié)在一起的粘結(jié)劑能夠承受的最高溫度在350攝氏度，超過此溫度，粘結(jié)劑將會分解失效。綜合以上信息分析，造成制動器摩擦片脫落的原因很可能為在進行山路試驗時產(chǎn)生的高溫超過摩擦片粘結(jié)劑能夠承受的溫度，摩擦片粘結(jié)劑在高溫下分解，使制動器摩擦片與摩擦片背板之間的作用力減小，在制動過程中，摩擦片與制動盤的摩擦力大于摩擦片與摩擦片背板之間的作用力，導(dǎo)致摩擦片從摩擦片背板脫落。

3、原因驗證

為了驗證高溫是否是導(dǎo)致制動器摩擦片從摩擦片背板脫落的原因，在車輛進行山路試驗時，對前盤式制動器摩擦片的溫度進行實時測量，一輪山路試驗的試驗里程為10km，共循環(huán)進行15輪山路試驗，總計150km試驗里程。試驗設(shè)備包括：溫度傳感器、GPS信號接收器、加速度傳感器、數(shù)據(jù)處理計算機。

通過GPS信號接收器記錄車輛在試驗過程中的速度，通過加速度傳感器記錄車輛每次制動時車輛的減速度，通過溫度傳感器測量制動試驗過程中的摩擦片溫度，溫度傳感器安裝在盤式制動器摩擦片中，距離摩擦片工作面3mm處，其安裝如圖5所示，通過計算機可以實時記錄試驗過程中的各項參數(shù)。

圖5　溫度傳感器安裝圖

在第一輪山路試驗后，通過數(shù)據(jù)處理計算機顯示，制動器摩擦片的溫度上升到約300℃，此溫度是下長坡后的最高溫度，未進行制動時溫度在200℃左右；在第二輪山路結(jié)束后最高溫度接近400℃，未進行制動時，溫度維持在300℃左右；第三輪山路結(jié)束后，最高溫度接近450℃，未進行制動時，溫度在350℃左右；此后隨著試驗的進行，最高溫度接近550℃，在不制動時溫度維持在400℃左右，其中溫度超過350℃時間占整個試驗過程90%，摩擦片各溫度分布如圖6所示：

圖6　摩擦片溫度所處區(qū)間圖

從采集的數(shù)據(jù)可以看出，在試驗過程中，摩擦片超過350℃的高溫階段的確非常多，在進行4輪山路試驗后，平均溫度一直維持在接近400℃，而目前國內(nèi)外摩擦片的粘結(jié)劑在350度就會發(fā)生分解，通過本次試驗確認高溫是造成摩擦片從背板脫落的原因。

4、解決措施

因為是高溫造成摩擦片與背板之間的粘結(jié)劑分解導(dǎo)致摩擦片脫落的問題，因此解決措施從這個方面著手，解決措施有以下幾個方面：

A.降低摩擦材料中金屬纖維成分比例。摩擦片中含有金屬纖維成分，由于金屬纖維具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能（ 40× 1.163W/m·℃ ），工作面產(chǎn)生的熱量很容易傳遞到鋼背，從而導(dǎo)致粘結(jié)劑分解失效。所以通過降低摩擦材料中金屬纖維成分比例，增加礦物纖維等低導(dǎo)熱系數(shù)成分比例，減少從摩擦片工作面?zhèn)鬟f到摩擦片與背板結(jié)合處的熱量。

B.在鋼背和摩擦材料之間增加底料層。底料成分主要為粘接劑、礦物填料及少量的有機纖維，底料不僅可以起到隔熱的作用，也是一個摩擦材料和鋼背之間的過渡層，可以提高鋼背和摩擦材料的粘接強度。

圖7　摩擦片溫度所處區(qū)間圖

圖8　加焊鐵絲網(wǎng)圖

C.在背板上加焊鐵絲網(wǎng)。由于摩擦片的面積較大，且輕型卡車的慣量較大，僅靠鋼背上設(shè)計的四個通孔來增加剪切力是不夠的。通過在背板上加焊鐵絲網(wǎng)，來增加背板和摩擦材料之間的接觸面積，以增加背板和摩擦材料之間的粘接強度。

5、解決措施效果驗證

通過上述的解決措施，對新狀態(tài)的摩擦片進行臺架試驗，摩擦片的摩擦系數(shù)、熱衰退性能及磨損率等均滿足相關(guān)要求。進行5000km山路試驗和5000km強化路試驗后，摩擦片磨損正常，未出現(xiàn)摩擦片從背板脫落情況。

6、總結(jié)

本文針對摩擦片從背板脫落問題，調(diào)查可能導(dǎo)致此問題的原因，分析為高溫導(dǎo)致摩擦片粘結(jié)劑分解造成摩擦片從背板脫落，并進行試驗確認了此原因；通過低摩擦材料中金屬纖維成分比例、在鋼背和摩擦材料之間增加底料層、在背板上加焊鐵絲網(wǎng)等措施來解決此問題，通過試驗驗證，未出現(xiàn)摩擦片從背板脫落情況，此問題解決。

參考文獻

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[2] 劉惟信.汽車制動系的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計計算.清華大學(xué)出版社. 2004.9

[3] 肖麗萍.汽車前制動器摩擦片的可靠性特征量估計.《中國制造業(yè)信息化》，2010年01期.

中圖分類號：U467.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-157-03

作者簡介：謝飛，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

The cause analysis and solution measures of the friction plate dropping of some light trucks’disc brake

Xie Fei, Chang QingJun, Chen Wei
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )

Summary: Aiming at the friction plate dropping of some light trucks’ disc brake, we analyze and check some probable reasons. Then we try to make sure the reason that makes the friction plate drop. For this problem, we optimize the materials and structure of the disc brake’s friction plate. Finally, we solve the problem and solidify the method.

Keywords:Friction Plate Drop; High Temperature; Mountain Road Test; Friction Material