重型載重汽車鼓式制動(dòng)器制動(dòng)失效模式分析

郭斌，宋博，孟擁軍

（陜汽集團(tuán)陜西華臻車輛部件有限公司，陜西 西安 710200）

前言

鼓式制動(dòng)器是最早被廣泛使用至汽車工業(yè)剎車系統(tǒng)中的制動(dòng)器，常用的鼓式制動(dòng)器主要分為內(nèi)張式與外束式兩種，目前主流的鼓式制動(dòng)器以內(nèi)張氏為主，其工作原理是利用制動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使制動(dòng)蹄將制動(dòng)摩擦片壓緊在制動(dòng)鼓內(nèi)側(cè)，從而產(chǎn)生制動(dòng)力，以確保行車安全及車輛停放狀態(tài)的自主滑移。

1 鼓式制動(dòng)器的組成及工作原理

鼓式剎車因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且可以提供強(qiáng)大的制動(dòng)力，被廣泛使用在重型載重汽車上，其主要組成部分包括制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄總成、制動(dòng)底板。其中制動(dòng)底板主要作用是連接制動(dòng)器與橋殼；在汽車正常行駛情況下由于回位彈簧的拉力作用兩個(gè)制動(dòng)蹄處于閉合狀態(tài)，制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓分離，此時(shí)制動(dòng)蹄不推動(dòng)摩擦片制動(dòng)；當(dāng)需要制動(dòng)的時(shí)候制動(dòng)蹄凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)兩個(gè)制動(dòng)蹄相互分離，分離后制動(dòng)蹄推動(dòng)摩擦片與制動(dòng)鼓接觸產(chǎn)生摩擦力，從而產(chǎn)生制動(dòng)效應(yīng)；制動(dòng)結(jié)束時(shí)，制動(dòng)蹄凸輪軸旋轉(zhuǎn)回位，制動(dòng)蹄在回位彈簧的拉力作用下回位，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。

2 制動(dòng)器制動(dòng)失效常見(jiàn)的模式分析

常見(jiàn)的制動(dòng)器失效形式主要有三種形式，分別是制動(dòng)蹄總成導(dǎo)致的制動(dòng)失效、制動(dòng)底板總成導(dǎo)致的制動(dòng)失效以及回位彈簧導(dǎo)致的制動(dòng)失效。以下根據(jù)這三種失效形式進(jìn)行論述。

2.1 制動(dòng)蹄總成常見(jiàn)制動(dòng)失效

2.1.1 持續(xù)下坡制動(dòng)造成的制動(dòng)蹄總成制動(dòng)失效

當(dāng)載重汽車長(zhǎng)時(shí)間下坡而造成的行車持續(xù)制動(dòng)，由于制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓持續(xù)摩擦產(chǎn)生的熱量積累，從而造成制動(dòng)蹄發(fā)熱溫度過(guò)高而引起制動(dòng)蹄制動(dòng)失效；經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究：當(dāng)滿載時(shí)持續(xù)下坡制動(dòng)200s后，制動(dòng)蹄外表面最高溫度達(dá)到200攝氏度，制動(dòng)熱量進(jìn)一步向四周擴(kuò)散，熱量主要集中在制動(dòng)鼓截面的左側(cè)，當(dāng)持續(xù)制動(dòng)過(guò)程中最高溫度達(dá)到400攝氏度，制動(dòng)過(guò)程中制動(dòng)效能減弱甚至出現(xiàn)完全失效；在載重汽車超負(fù)荷四倍于核定載重時(shí)，這一狀況會(huì)更加明顯。

2.1.2 制動(dòng)蹄總成摩擦片損壞導(dǎo)致制動(dòng)失效

制動(dòng)器摩擦片的損壞主要分為：制動(dòng)過(guò)程中摩擦片磨損嚴(yán)重導(dǎo)致的制動(dòng)失效與摩擦片破損從而引起的制動(dòng)失效。制動(dòng)過(guò)程中摩擦片磨損嚴(yán)重導(dǎo)致的制動(dòng)失效，主要是由于車主未按要求進(jìn)行車輛檢修，進(jìn)而忽略了摩擦預(yù)警線的位置導(dǎo)致制動(dòng)失效。

摩擦片破損從而引起的制動(dòng)失效：制動(dòng)蹄生產(chǎn)過(guò)程中，中心對(duì)稱度尺寸要求0.4mm，導(dǎo)致左右制動(dòng)蹄安裝于制動(dòng)底板后，制動(dòng)蹄制動(dòng)中心線不處于同一水平面，存在錯(cuò)偏。在載重汽車因下坡或其他原因車輛連續(xù)制動(dòng)時(shí)，摩擦片受力不均，先行與輪轂接觸的位置局部應(yīng)力過(guò)大，導(dǎo)致摩擦片破損制動(dòng)失效。

2.2 制動(dòng)底板總成導(dǎo)致的制動(dòng)失效

制動(dòng)底板是制動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件，制動(dòng)底板失效將直接導(dǎo)致制動(dòng)器失效、抱死。當(dāng)制動(dòng)器抱死出現(xiàn)在前輪時(shí)，駕駛員將無(wú)法操控車輛行駛方向，車輛轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失靈，當(dāng)制動(dòng)器抱死出現(xiàn)在后輪時(shí)，車輛會(huì)很容易出現(xiàn)側(cè)滑現(xiàn)象。

在制動(dòng)系統(tǒng)中，制動(dòng)底板負(fù)責(zé)連接制動(dòng)蹄總成、橋殼等組成部件。制動(dòng)底板的設(shè)計(jì)尺寸如圖所示，在機(jī)械加工時(shí)，一般工藝人員會(huì)選擇上偏差進(jìn)行加工生產(chǎn)，這樣在保證產(chǎn)品尺寸符合圖紙的要求下，還可以節(jié)約因?yàn)榈毒吣p所引起的刀具重新調(diào)試時(shí)間，再加工制動(dòng)蹄時(shí)，則會(huì)選擇以下偏差進(jìn)行產(chǎn)品加工生產(chǎn)，這就導(dǎo)致了，制動(dòng)底板與制動(dòng)蹄在裝配完成后，配合尺寸總會(huì)有0.4-0.9mm的尺寸間隙，而作為主要制動(dòng)原材料的摩擦片又屬于多種粉末復(fù)合而成。在制動(dòng)過(guò)程中，摩擦片磨損成產(chǎn)生摩擦片粉末，在封閉的輪轂內(nèi)，摩擦片粉末被及時(shí)清潔打掃，堆積于輪轂內(nèi)隨輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)，在輪轂內(nèi)浸水或者濕度過(guò)大時(shí)粘結(jié)成塊，進(jìn)而侵入到制動(dòng)底板與制動(dòng)蹄總成的裝配間隙，致使制動(dòng)底板總成制動(dòng)動(dòng)作延誤，制動(dòng)失效、抱死，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)損壞制動(dòng)元件如圖所示。

圖3 制動(dòng)底板加工示意圖

圖4 制動(dòng)蹄加工示意圖

圖5 制動(dòng)原件損壞實(shí)物圖

2.3 回位彈簧導(dǎo)致的制動(dòng)失效

彈簧作為制動(dòng)器總成中不可缺少的基礎(chǔ)元件，彈簧的性能直接關(guān)系到制動(dòng)器總成制動(dòng)性能的強(qiáng)弱。重型載重汽車鼓式制動(dòng)器使用的彈簧材質(zhì)大都為冷拉圓鋼絲（GB342-1997），其主要失效形式共分為三類：彈簧塑性變形引起的制動(dòng)失效、彈簧快速脆性斷裂引起的制動(dòng)失效以及疲勞斷裂引起的制動(dòng)失效。以下根據(jù)這三種原因?qū)е碌闹苿?dòng)失效進(jìn)行論述。

彈簧塑性變形引起的制動(dòng)失效：載重汽車制動(dòng)時(shí)，凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)推動(dòng)兩個(gè)制動(dòng)蹄相互分離，回位彈簧收到回位彈簧銷的拉力，當(dāng)制動(dòng)減弱或結(jié)束時(shí)回位彈簧靠拉力無(wú)法使制動(dòng)蹄總成回位，摩擦片與輪轂不定時(shí)接觸，磨損摩擦系數(shù)下降，從而導(dǎo)致制動(dòng)失效。另外，在連續(xù)制動(dòng)過(guò)程中，高溫也會(huì)導(dǎo)致彈簧出現(xiàn)蠕變和應(yīng)力松弛，產(chǎn)生永久變形導(dǎo)致制動(dòng)失效。彈簧快速脆性斷裂引起的制動(dòng)失效：彈簧快速脆性斷裂主要是由于材料缺陷、加工缺陷、熱處理缺陷等原因引起的。當(dāng)重載汽車制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)沖擊直接讓彈簧斷裂，制動(dòng)蹄總成無(wú)法回位制動(dòng)失效。疲勞斷裂引起的制動(dòng)失效：在交變應(yīng)力作用下,彈簧表面缺陷（微裂紋），裂紋擴(kuò)展后造成斷裂，導(dǎo)致制動(dòng)失效。

3 結(jié)語(yǔ)

重載汽車鼓式制動(dòng)器制動(dòng)失效的主要原因，是在人為因素與道路因素下所共同產(chǎn)生的。隨著80后駕駛員的增加、重卡行業(yè)駕駛員整體人員安全意識(shí)的提高，以及國(guó)家對(duì)于文明駕駛的提倡、車輛超載現(xiàn)象的嚴(yán)懲，都將會(huì)促使因人為因素導(dǎo)致的鼓式制動(dòng)器制動(dòng)失效問(wèn)題極大減少。

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