吳劍增，劉關(guān)學(xué)

（1.三浪集團股份有限公司，浙江 寧波 315700；2.湖北飛龍摩擦密封材料股份有限公司，湖北 襄樊 441200）

近年來在我國汽車行業(yè)，氣壓盤式制動器（Air Disc Brake）作為一項新型的制動技術(shù)得到了較快的發(fā)展。作為傳統(tǒng)的氣壓鼓式制動器的替代品，目前其應(yīng)用主要集中在以客運為特征的城間客車和市內(nèi)城市客車上，中重貨車也在少量應(yīng)用。國家一系列法規(guī)的出臺在強行推動該項技術(shù)的應(yīng)用，如工信部聯(lián)產(chǎn)業(yè)[2011]632號文[1]明確要求車長大于9 m的公路客車、旅游客車前輪裝配盤式制動器；CJ/T 240-2006[2]、CJ/T 389-2012[3]、GB 24407-2012[4]規(guī)定前輪要采用盤式制動器[4]；JT/T 325-2010[5]等對盤式制動器作了使用要求。上述專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對氣壓盤式制動器的性能、型式、試驗方法、評價指標(biāo)等作了較詳細(xì)的規(guī)定，推動了該項技術(shù)的發(fā)展。

作為一項引進吸收的新型制動技術(shù)，在我國實際道路狀況、城市客車超載嚴(yán)重、高頻次強制動情況下，如何使該項制動技術(shù)適應(yīng)我國車輛達到較完美的匹配、更本土化地發(fā)揮其作用是制動器生產(chǎn)廠家和整車廠要面臨和受到的考驗。影響制動器可靠性的因素是多方面的，本文從氣壓盤式制動器的結(jié)構(gòu)特點、制動間隙的調(diào)整、摩擦元件、與車橋的匹配等方面對其可靠性能進行了探討。以Knorr和Wabco公司的氣壓盤式制動器為研究對象。

1 氣壓盤式制動器的結(jié)構(gòu)及性能特點

市場上常見的Knorr和Wabco公司的氣壓盤式制動器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，屬于浮動鉗盤式制動器，制動鉗相對制動盤在軸向通過導(dǎo)向銷可以滑動，主要由制動鉗總成、制動盤、氣室三大部件系統(tǒng)構(gòu)成。制動鉗總成包括摩擦塊、制動鉗體和實現(xiàn)制動間隙自動補償?shù)恼{(diào)整機構(gòu)、加力杠桿——壓力臂，后者機構(gòu)處在密閉的鉗體內(nèi)部，實現(xiàn)隨機調(diào)整制動間隙、增大制動力的作用。

盤式制動器的制動間隙是指單個制動器摩擦塊與制動盤雙邊間隙的和。氣壓盤式制動器的制動間隙一般在0.6～1.0 mm范圍內(nèi)是合適的，既能保證制動的靈敏性，又能防止間隙小拖磨而出現(xiàn)的高溫、發(fā)滯、磨損異常等現(xiàn)象。

1.1 Knorr制動器的調(diào)整功能

Knorr制動器采用雙推桿加力機構(gòu)，見圖2。當(dāng)制動間隙大于設(shè)定值時，制動時壓力臂會多一個額外的轉(zhuǎn)動位移，帶動主動調(diào)整軸7轉(zhuǎn)動，使螺桿2轉(zhuǎn)動一個微量的角度，從而使螺桿2向制動盤4方向移動一個補償位移，使摩擦塊5和制動盤4的間隙減小，同時通過鏈條3的帶動，使從動調(diào)整軸作相同的同步旋轉(zhuǎn)，帶動另一個螺桿，也向前補償一個相同的位移。解除制動后，主動軸上的單項軸承打滑，使壓力臂回位。

其特點是采用雙螺桿同步調(diào)整，制動時推盤6和制動盤4接觸面積較大，比較穩(wěn)定、可靠。缺點是零件多，機構(gòu)復(fù)雜?？煽啃泽w現(xiàn)在提高各個零件的精度，使零件間的配合合適，調(diào)整時順暢無阻滯。因為制動時一整套零件都在作微量的運動，所以必須提高各個零件的表面硬度，如主動調(diào)整軸7、從動調(diào)整軸1、螺桿2采用表面氮化處理，表面硬度HV700-900。

Knorr制動器的單向離合器采用滾針軸承式離合器，特點是無級調(diào)整，調(diào)整可靠性好，承受力大。

1.2 Wabco制動器的調(diào)整功能

Wabco盤式制動器采用單活塞機構(gòu)，見圖3。在制動時，壓力臂銷3插在調(diào)節(jié)環(huán)2的外槽內(nèi)轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)動量超過調(diào)節(jié)環(huán)2外槽內(nèi)的預(yù)設(shè)間隙時，設(shè)計制動間隙消除，調(diào)節(jié)環(huán)2通過矩形彈簧4的匝緊力將轉(zhuǎn)動傳遞給調(diào)整螺母5；由于螺桿6不能轉(zhuǎn)動，所以調(diào)整螺母5的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成螺桿6的軸向運動，消除制動盤和摩擦塊之間的間隙產(chǎn)生制動作用。解除制動時，壓力臂1抬起，壓力臂銷3帶動調(diào)節(jié)環(huán)2和矩形彈簧4打滑分離，調(diào)整螺母不再轉(zhuǎn)動。

其特點是相比目前市場上

同類產(chǎn)品，執(zhí)行調(diào)整的零件少，制動器重量輕，可以實現(xiàn)更優(yōu)的制動性能。單推桿促動調(diào)整機構(gòu)相較于雙推桿促動調(diào)整機構(gòu)，結(jié)構(gòu)更簡單，零件數(shù)量更少，結(jié)構(gòu)更緊湊，有效地降低了總成重量以及故障率。缺點：調(diào)整離合器采用的是摩擦簧式離合器，國內(nèi)沒有優(yōu)質(zhì)可靠的材料，矩形彈簧和調(diào)整套干摩擦易磨損，調(diào)整可

靠性差。國內(nèi)常見的漢德、美馳、威伯科均采用這種結(jié)構(gòu)。

2 摩擦元件的性能與可靠性

制動盤和摩擦塊是制動器的執(zhí)行元件，是制動力矩輸出的直接來源。

1）傳統(tǒng)的制動盤材料為灰鑄鐵HT250，具有良好的鑄造成型性、加工性、耐磨耐熱性、吸振性以及成本低廉等特點，特別適合制造制動盤等零件。鑄造毛坯必須進行時效處理才可加工，以去除內(nèi)部的應(yīng)力，減小零件的變形和裂紋等隱患[6]。制動盤的可靠性至關(guān)重要，摩擦的表面要精加工，粗造度達到Ra1.6。制動盤高速旋轉(zhuǎn)，質(zhì)量比較大，需要動平衡，以減輕對輪轂軸承的損傷，取材部位為外圓盤的圓周方向。摩擦材料中添加抗熱裂的Cr、Ni、Mo、Cu等合金元素，使耐磨性、強度、剛度大大提高[7]。

2）為了提高摩擦塊的抗剪切能力，一般的作法是在鋼板上沖孔，使孔充滿材料；改善粘接膠的配方和粘接模具，使涂膠-模壓—加熱—固化一次完成。在鋼板上焊接鋼網(wǎng)或倒刺鋼背是新工藝，能增強摩擦塊和鋼背剪切強度，保證在極端惡劣條件下，摩擦塊和鋼背不分離，已在一些產(chǎn)品中應(yīng)用。在各種溫度下，均應(yīng)保持摩擦系數(shù)的穩(wěn)定，從而保證可靠的摩擦性能[8]。

3 氣壓盤式制動器與車橋的匹配

目前在國內(nèi)專門為匹配氣壓盤式制動器的車橋較少，主要還是在原有車橋上進行改進匹配，一般采用連接過渡板，見圖4。安裝時最重要的問題是制動器與其周圍部件的干涉問題：由于卡鉗總成為浮動結(jié)構(gòu)，當(dāng)摩擦塊和制動盤發(fā)生磨損后，鉗體總成和制動氣室會向車架中心發(fā)生移動。在安裝之前，應(yīng)根據(jù)制動器相關(guān)參數(shù)和整車參數(shù)進行校核，避免制動器在前橋轉(zhuǎn)向時與其周邊零件干涉；還應(yīng)考慮汽車在車架上下跳動和左右擺動時，制動器在其極限位置與懸架系統(tǒng)的干涉問題。對后橋，因為沒有轉(zhuǎn)向功能，故應(yīng)側(cè)重考慮與車架懸架系統(tǒng)的干涉問題。

卡鉗體和支架一般采用高牌號球墨鑄件，如QT500-7。很多非配合面沒有加工，設(shè)計時，應(yīng)考慮有相對移動部位的間隙。必要時，做干涉檢查?？ㄣQ體和上蓋壁厚有限，連接螺栓孔大小受到限制，故連接螺栓強度也應(yīng)充分考慮。在空間允許的情況下，選擇既能保證強度又經(jīng)濟的螺栓[9]。由于支架所處的空間有限，使該零件形成一個啞鈴形，中間采用細(xì)橋連接結(jié)構(gòu)，見圖5，因而支架的剛性很差，與車架的連接螺紋孔的中心距離加工是一道困難的工序[10]。最好采用鉸制沉孔的結(jié)構(gòu)，見圖6。連接的螺釘至少有兩條銷型螺釘，以避免配合間隙大、承受交變載荷造成的支架斷裂（見圖5）。

為增加冷卻效果和避免泥漿濺入制動器內(nèi)部引起摩擦片和制動盤的損壞或銹蝕，設(shè)計時應(yīng)盡量將制動器安裝在車橋的前方[11]。

4 結(jié)束語

本文通過氣壓盤式制動器的結(jié)構(gòu)特點、制動間隙的調(diào)整、摩擦元件、與車橋的匹配等方面對其性能進行了探討。目的是通過一些細(xì)節(jié)措施來解決氣壓盤式制動器的隱患，在加工制造和設(shè)計過程中，加以規(guī)避和改進，更好地提高制動器乃至整車的性能[12-13]。

[1]關(guān)于執(zhí)行工信部聯(lián)產(chǎn)業(yè) [2011]632號文有關(guān)事項的通知[EB/OL].[2013-02-01]

[3]CJ/T 389-2012，快速公交（BRT）公共汽車制動系統(tǒng)[S].

[4]GB 24407-2012，專用校車安全技術(shù)條件[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[5]JT/T 325-2012，營運客車類型劃分及等級評定[S].北京：交通人民出版社，2012.

[6]（美）魯?shù)婪?汽車制動系統(tǒng)的分析與設(shè)計[M].張蔚林，陳智銘，譯.北京:機械工業(yè)出版社，1985:46-50.

[7]魏小華.氣壓盤式制動器結(jié)構(gòu)特點分析[J].中國科技信息，2006，（11）

[8]王鐵山，曲波.汽車摩擦材料測試技術(shù)[M].長春：吉林科技出版社，2007.

[9]（美）L.?？嘶羲迹珼.克林恩喬克.汽車制動系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1998.8.

[11]董鵬，徐達，唐憬憬，等.氣壓盤式制動器與鼓式制動器匹配的探討[J].輕型汽車技術(shù)，2007，（72）

[12]吳云發(fā).淺談氣壓盤式制動器[EB/OL].[2013-02-01].

[13]傅濤，何耀華.我國氣壓盤式制動器結(jié)構(gòu)性能和前景分析[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006.