客車(chē)后制動(dòng)鼓早期磨損故障分析

肖化友

三一重工股份有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000

通常，車(chē)橋制動(dòng)鼓的設(shè)計(jì)壽命為24萬(wàn)～30萬(wàn)km，摩擦片設(shè)計(jì)壽命為4萬(wàn)～6萬(wàn)km必須更換。對(duì)制動(dòng)頻繁的公交客車(chē)市場(chǎng)，其摩擦片使用壽命為2萬(wàn)～3萬(wàn)km，制動(dòng)鼓的使用壽命12萬(wàn)km以上。然而不當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)或使用容易導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)過(guò)熱，進(jìn)而引起制動(dòng)鼓開(kāi)裂、磨損甚至斷裂等故障發(fā)生。

本文針對(duì)某公交車(chē)后制動(dòng)鼓早期磨損的案例對(duì)此類(lèi)問(wèn)題加以闡述。

制動(dòng)鼓失效故障表現(xiàn)

汽車(chē)在繁重的工作條件下制動(dòng)時(shí)（例如長(zhǎng)下坡、城市公交、山區(qū)道路等），制動(dòng)器溫度常在300℃以上，有時(shí)高達(dá)600～700℃；正常制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)鼓與制動(dòng)器摩擦副的溫度在200℃左右[2]。通過(guò)售后實(shí)地調(diào)查，某公交車(chē)后制動(dòng)鼓外表面溫度最高220℃、內(nèi)表面溫度最高300℃，在如此高的溫度下，制動(dòng)鼓極易產(chǎn)生外表面燒漆，內(nèi)表面縱向裂紋和塊狀氧化現(xiàn)象（見(jiàn)圖1）。

圖1 制動(dòng)鼓失效故障表現(xiàn)

因摩擦片材料不良、表面材質(zhì)不均、摩擦片磨損過(guò)快等因素導(dǎo)致制動(dòng)鼓內(nèi)表面周向磨損凹槽（見(jiàn)圖2），進(jìn)而導(dǎo)致制動(dòng)鼓的早期失效和報(bào)廢發(fā)生。所述故障在某公交車(chē)型后制動(dòng)鼓上均有表現(xiàn)，需進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查分析加以解決。

圖2 制動(dòng)鼓內(nèi)表面周向凹槽

制動(dòng)鼓早期磨損原因分析

1.對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)的分析排查

自某公交客車(chē)市場(chǎng)反饋多起制動(dòng)鼓早期磨損問(wèn)題以來(lái)，供方積極提供新的制動(dòng)鼓修復(fù)整車(chē)并定期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信息收集，跟蹤信息記錄見(jiàn)表1。發(fā)現(xiàn)該車(chē)型后輪襯片只能使用0.7萬(wàn)～1.1萬(wàn)km，而前輪襯片可使用3萬(wàn)km以上。常規(guī)制動(dòng)時(shí)后制動(dòng)鼓溫度高于前制動(dòng)鼓，而緊急制動(dòng)時(shí)前后制動(dòng)鼓溫度相當(dāng)，后制動(dòng)鼓使用至3萬(wàn)km左右將達(dá)到其磨損極限。

表1 某公交客車(chē)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤信息

針對(duì)上述故障，初步分析可能原因并對(duì)其逐項(xiàng)開(kāi)展檢測(cè)和對(duì)比驗(yàn)證工作：前后襯片材質(zhì)及硬度；前后制動(dòng)鼓材質(zhì)及硬度；前后輪制動(dòng)間隙差別大產(chǎn)生制動(dòng)拖磨；前后輪制動(dòng)時(shí)機(jī)對(duì)比。

經(jīng)核實(shí)，前后襯片均為耐摩無(wú)石棉片，硬度50～75HRL，經(jīng)檢測(cè)，其磨損率、摩擦系數(shù)和硬度均合格；前后制動(dòng)鼓材料、金相組織、硬度（180～220 HBW）均合格[3]，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前后輪制動(dòng)間隙合格且不存在拖磨現(xiàn)象。考慮同款制動(dòng)器和制動(dòng)鼓在其他中型客車(chē)、輕型貨車(chē)上量產(chǎn)多年均未出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似問(wèn)題反饋，因此可以排除零部件本身質(zhì)量問(wèn)題。

進(jìn)一步挑選硬度200～220HBW的制動(dòng)鼓，搭配50～65HRL偏軟摩擦片試驗(yàn)證，將前后襯片對(duì)調(diào)驗(yàn)證，將前后制動(dòng)鼓對(duì)調(diào)驗(yàn)證。跟蹤7000km使用后，三組驗(yàn)證的結(jié)果仍是后摩擦片1萬(wàn)km內(nèi)磨損完，后制動(dòng)鼓溫度高，使用壽命遠(yuǎn)低于前制動(dòng)鼓，表明早期磨損與摩擦片及制動(dòng)鼓硬度無(wú)直接聯(lián)系。同時(shí)綜合現(xiàn)場(chǎng)斷開(kāi)整車(chē)ABS系統(tǒng)后在緊急制動(dòng)下的前后輪剎車(chē)痕跡來(lái)看，后輪的制動(dòng)時(shí)間先于前輪且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)于前輪，因而后輪承擔(dān)了大部分的整車(chē)制動(dòng)，最終產(chǎn)生后輪早期磨損的故障。

2.解決早期磨損的措施

為延緩后輪襯片和制動(dòng)鼓的磨損，可以選擇以下措施：

1）在制動(dòng)鼓上開(kāi)設(shè)散熱窗并增加Cu含量，從而提升制動(dòng)鼓的散熱和耐磨性能。

2）增加制動(dòng)鼓和襯片的寬度，從而減少制動(dòng)系統(tǒng)的比摩擦力和摩擦損耗。

從整車(chē)角度來(lái)看，合理的分配前后制動(dòng)力以及前后管路布置才是使前后輪磨損趨于平衡的根本措施。

考慮滿載時(shí)整車(chē)制動(dòng)負(fù)荷高，將該型公交客車(chē)的滿載工況及相關(guān)制動(dòng)參數(shù)通過(guò)繪圖制作出前后制動(dòng)力分配曲線[2]。從圖3所示可以看出加大前后制動(dòng)力比值（如加大前制動(dòng)氣室或減小后制動(dòng)氣室等方法）將提高整車(chē)滿載同步附著系數(shù)，后輪制動(dòng)時(shí)的磨損將得以延緩。

圖3 前制動(dòng)氣室加大對(duì)整車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化

在本案例中的公交客車(chē)故障整改中，同步試驗(yàn)了將總泵上氣室從后橋改接到前橋，將原前橋快放閥改用為繼動(dòng)閥，將后輪繼動(dòng)閥取消等措施以改變前后輪的制動(dòng)參與時(shí)間和持續(xù)時(shí)間。經(jīng)實(shí)際使用驗(yàn)證，后輪的摩擦片和制動(dòng)鼓的使用里程提升至6萬(wàn)km左右，達(dá)到與前輪相近的使用壽命，后輪早期磨損的故障得到了妥善解決。

結(jié)論

排除單個(gè)零部件的質(zhì)量問(wèn)題前提下，調(diào)整摩擦片配方、制動(dòng)鼓硬度及制動(dòng)間隙等方法，對(duì)延長(zhǎng)摩擦副的使用里程無(wú)明顯作用；采用開(kāi)設(shè)散熱孔或增加含銅量的制動(dòng)鼓能降低制動(dòng)溫度，采用加寬摩擦片可以降低制動(dòng)器比摩擦力，這兩種方法均能適當(dāng)延長(zhǎng)摩擦副的使用里程。

從整車(chē)角度分析，通過(guò)更改前后輪制動(dòng)力分配以及前后輪制動(dòng)作用時(shí)間，才能從根本上解決制動(dòng)鼓早期磨損的問(wèn)題。