客車盤式制動器摩擦片前后磨損不均的分析

汪桂金，劉文虎，孫克亮（上海申沃客車有限公司，上海201108）

客車盤式制動器摩擦片前后磨損不均的分析

汪桂金，劉文虎，孫克亮
（上海申沃客車有限公司，上海201108）

盤式制動器具有制動距離短、制動響應(yīng)快、制動強(qiáng)度大、水穩(wěn)定性強(qiáng)、散熱性能好、結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，但在我國大中城市客車上的應(yīng)用才剛剛開始。本文對城市客車前后橋采用盤式制動器造成的摩擦片磨損不均問題進(jìn)行試驗(yàn)分析，找出問題原因，并提出相應(yīng)的解決措施。

盤式制動器；磨擦片；磨損不均；解決措施

隨著盤式制動技術(shù)的發(fā)展和成熟，歐美國家自20世紀(jì)90年代初就開始將盤式制動器用于城市客車；至2000年左右，前、后橋均采用盤式制動器已經(jīng)成為歐美國家城市客車的標(biāo)準(zhǔn)配置。盤式制動器在我國客車上的應(yīng)用還處于起步發(fā)展階段。由于國內(nèi)城市道路狀況和運(yùn)載負(fù)荷的特定條件，以及使用經(jīng)驗(yàn)還不豐富，導(dǎo)致客車盤式制動器摩擦片磨損過快，前后摩擦片壽命相差3～4倍。該問題是困擾城市客車持續(xù)使用這一技術(shù)的一大原因［1］。

1　前后橋制動器摩擦片磨損測量分析

作為一項(xiàng)較新的技術(shù)，目前國內(nèi)幾個著名客車生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的前、后橋全部采用盤式制動器，后制動器摩擦片磨損過快導(dǎo)致后摩擦片壽命低，少數(shù)車輛甚至行駛不足20 000 km，盤式制動器的這種表現(xiàn)根本無法滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于城市客車制動摩擦片使用壽命不得低于30 000 km的要求。針對這個情況，上海申沃客車成立專項(xiàng)攻關(guān)小組，對后制動器造成過熱、制動器摩擦片磨損過快進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)分析，并最終為企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)確定了方案，同時用戶可合理安排維修保養(yǎng)周期，減少相關(guān)費(fèi)用。

1.1試驗(yàn)車輛摩擦片磨損量測量結(jié)果

試驗(yàn)車輛為一輛12m長混合動力客車，整車整備質(zhì)量為12 600 kg，最大總質(zhì)量為18 000 kg；配前后盤式制動器、裝ABS、帶電機(jī)緩速制動。經(jīng)測量，試驗(yàn)車輛摩擦片間隙符合標(biāo)準(zhǔn)要求。行駛25 000 km后，摩擦片摩損測量結(jié)果如表1所示。前后摩擦片磨損比為1∶2。顯然，后制動器摩擦片磨損過快。

表1　制動器摩擦片厚度測量結(jié)果（6輛車平均值）

1.2試驗(yàn)車輛前后橋壓力測試分析

試驗(yàn)車輛靜態(tài)氣壓在0.3MPa，前、后橋左右兩側(cè)制動氣室行車腔制動氣壓分布符合要求。行車過程中，制動氣壓主要分布在0.08～0.16MPa之間，有部分制動氣壓達(dá)到0.2MPa。

選取動態(tài)氣壓部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析見圖1。踩制動踏板施加制動時，在氣壓上升至穩(wěn)態(tài)階段，后橋壓力高于前橋，壓差（后橋氣壓減前橋氣壓）為正值。松開制動踏板解除制動階段，前橋壓力釋放比后橋慢，故出現(xiàn)壓差（后橋氣壓減前橋氣壓）負(fù)值情況。

由動態(tài)氣壓圖分析，前橋氣壓在0.08～0.16MPa之間時，后橋氣壓高出前橋約20%以上；前橋氣壓在0.16～0.20MPa之間時，后橋氣壓高出前橋15%以上。由此可看出，前后橋壓力是影響摩擦片磨損的一個重要原因。選取局部動態(tài)氣壓部分?jǐn)?shù)據(jù)見圖2。

1.3試驗(yàn)車輛動態(tài)溫度測試分析

由圖3的動態(tài)溫度分析，后橋制動盤絕大部分溫度高于200℃（總行程耗時68min，超過200℃區(qū)域超過50min），最高溫度達(dá)到296℃；前橋溫度主要集中在100℃左右，部分區(qū)段超過100℃，最高接近于130℃，環(huán)境溫度在15℃左右［2-3］。

通過測量分析，車輛在頻繁制動氣壓（0.08～0.16 M Pa）區(qū)間內(nèi)，后橋高出前橋超過20%，氣壓分布失衡。造成該種現(xiàn)象的原因是前、后橋制動響應(yīng)的時間差。從均衡前后橋摩擦片磨損壽命角度考慮，需進(jìn)一步改進(jìn)。

綜合以上，在不考慮其它因素時，在城市客車運(yùn)營工況下（基本無緊急制動發(fā)生），后橋制動力高出前橋70%以上，導(dǎo)致后橋每次制動過程中溫度升高快于前橋70%以上；高峰期頻繁制動時，導(dǎo)致后橋溫升遠(yuǎn)快于前橋。測試過程中，環(huán)境溫度為15℃左右時，后橋溫度已經(jīng)接近于300℃，前后橋溫度差異超過100℃甚至150℃以上；可以推定夏季（6—9月份）時，后橋溫度超出300℃，最高溫度達(dá)到350℃以上。根據(jù)摩擦片磨損特性，溫度超過300℃時，其磨損速率成倍增加［4-5］。摩擦片溫度特性曲線如圖4所示。

由此可見，因前后橋氣室尺寸差異及車輛運(yùn)營過程中制動時后橋氣壓高出前橋20%以上綜合作用，一方面導(dǎo)致后氣室承受制動力超過前氣室70%以上，使后橋摩擦片磨損快于前橋；另一方面，因制動力/制動動能差異，使后橋摩擦片長期在300℃以上高溫下工作，導(dǎo)致后橋摩擦片磨損進(jìn)一步加劇，從而導(dǎo)致前、后橋摩擦片磨損壽命極不均勻的現(xiàn)象發(fā)生。

2　原因分析及改進(jìn)措施

2.1原因分析

從理論上講，從制動力的分配和制動開始起作用的時間上來分析，客車后輪承擔(dān)了近70%的制動力，并且要先于前輪開始起制動作用，這就導(dǎo)致了制動力分配上的不平衡。制動力分配不均和制動時間的不協(xié)調(diào)，是導(dǎo)致前后摩擦片磨損不均的主要原因。

從結(jié)構(gòu)上講，因?yàn)楸P式制動器的制動分泵直接安裝在制動器上，制動行程很短，同時盤式制動器的制動間隙可以自動調(diào)節(jié)，制動間隙非常小，制動反應(yīng)相當(dāng)靈敏，所以盤式制動器在制動時間上不協(xié)調(diào)也會造成摩擦片磨損不均。

從技術(shù)配置上講，我國客車配有ABS自動防抱死系統(tǒng)，在西方發(fā)達(dá)國家，客車制造廠家往往利用先進(jìn)的EBS電子控制制動系統(tǒng)來改善行駛過程中各個車輪之間的制動力分配，同時，對前后橋剎車片的磨損進(jìn)行單獨(dú)控制，以協(xié)調(diào)其磨損。通過平衡所有車輪上分布制動力，使得總磨損量達(dá)到最?。?-7］。

2.2改進(jìn)措施解決前后橋制動器摩擦片磨損不均采取如下措施：

1）采用零壓差制動總閥，降低前后制動器氣室壓差。

2）摩擦片采用耐高溫摩擦片，如圖4曲線摩擦片2，提高摩擦片耐高溫工作區(qū)間。

3）加快前橋氣室動態(tài)建壓時間，加裝前繼動閥，縮小前制動器與后制動器工作時間差，提高前制動器的工作效率，減少后制動器摩擦片的磨損；制動試驗(yàn)符合相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)。

4）更換前制動氣室（原前橋?yàn)?0″改為24″，同后橋行車氣室24″），加大前制動器制動力。

5）制動閥類件及貯氣筒布置合理，減少氣路長度，保證氣路的通徑足夠減少節(jié)流，這樣會加快閥類件響應(yīng)時間。

6）安裝壓力調(diào)節(jié)閥，可定壓差來調(diào)節(jié)前后制動氣室的壓差。

樣車按照以上措施改進(jìn)后，再經(jīng)過25 000 km試驗(yàn)，實(shí)測前后制動器摩擦片磨損比值約為1∶1，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，解決了前后橋制動器摩擦片磨損不均問題，從而為后續(xù)車輛盤式制動器設(shè)計(jì)積累了經(jīng)驗(yàn)［8］。

3　結(jié)束語

盤式制動摩擦片磨損過快及前后橋制動器摩擦片磨損不均的問題是一個涉及材料、摩擦、熱力、運(yùn)動等多學(xué)科的復(fù)雜問題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，盤式制動器逐漸取代鼓式制動器的趨勢是不可逆轉(zhuǎn)的。影響前后盤式制動器摩擦片磨損不均的主要原因：前后制動氣室的氣壓差；前后制動氣室的氣壓建立時間（即前后制動器響應(yīng)時間）；制動氣室的大?。ㄓ绊懼苿恿Γ?；摩擦片的耐溫特性［9］。

［1］GB 7258-2012，機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

［2］王營，曹獻(xiàn)坤，姚安佑，等.盤式制動器摩擦片的溫度場研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2001，23（7）：22-24.

［3］韋韜，黃洪，李朝陽，等.客車制動系統(tǒng)過熱問題的試驗(yàn)研究［J］.客車技術(shù)與研究，2009，31（4）：51-53.

［4］楊曉燕.新型高性能摩擦材料的研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2005.

［5］連錦程，崔建昆.感載比例閥對制動性能的改善［J］.客車技術(shù)與研究，2011，33（6）：7-9.

［6］GB 12676-2014，商用車輛和掛車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗(yàn)方法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

［7］趙虎.HFC6850KY客車制動摩擦片異常磨損的原因分析及改進(jìn)［C］.安徽省“興皖之光”青年學(xué)術(shù)年會，2005.

［8］張德林.盤式制動片摩擦性能測試方法［C］.汽車摩擦材料情報網(wǎng)編.摩擦材料論文集，1993.

［9］吉林大學(xué)汽車工程系.汽車構(gòu)造［M］.5版.北京：人民交通出版社，2005.

修改稿日期：2015-04-30

Analysison Unbalanced W ear Between Front and Rear Brake Padsof BusDisc Braker

WangGuijin，LiuWenhu，Sun Keliang
（ShanghaiSunwin BusCorporation，Shanghai 201108，China）

Disc brakers have the advantages of short braking distance，rapid response，excellent braking force，steady water performance，good heatdistribution，compact installation and easy-to-repair，etc.Their applicationson medium and largebusesand coacheshave juststarted in China.Theauthorsmainly focuson the issue ofunbalanced wear in braking padsbetween frontand rear axles through testing analysis，and find out themain reasons，then state the correspondingsolutions.

disc brake；braking pads；unbalanced wear；solution

U463.55

B

1006-3331（2015）04-0053-03

汪桂金（1972-），男，工程師；底盤科主管；主要從事底盤設(shè)計(jì)開發(fā)及項(xiàng)目管理工作。