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盘式制动摩擦片磨损过快的原因分析
编辑者:    时间:2018-10-25
  盘式制动作为制动方式的一种,以其制动间隙小、制动响应快、制动强度大、制动距离短、水稳定性强、散热性能好、热衰退少、安全性高、结构紧凑,维修简便等优点而受到推崇。
  盘式制动器在客车上的应用,还处于起步阶段,离普及还有相当长的一段距离。作为一项较新的技术,欧美国家自20世纪90年代初开始将盘式制动器用于公交客车。至2000年左右,前、后制动均采用盘式制动器已经成为欧美国家城市公交客车的标准配置。
  一、盘式制动摩擦片磨损过快问题
  盘式制动技术随着国外的一些车辆带入我国后,在与国内城市道路状况和运载负荷的结合方面还存在着不少问题,制动摩擦片磨损过快的问题是困扰城市客车持续使用这一技术的一大原因。
  所谓客车盘式制动器摩擦片磨损过快,是指与前、后桥都采用鼓式制动器而车辆其他配置完全相同的城市客车相比较而言的。
  采用盘式制动器的车辆平均行驶25000~27000km就需要更换制动摩擦片,少数车辆甚至在行驶不足2万km的时候,就需要更换制动摩擦片。盘式制动器的这种表现根本无法满足相关标准中关于公交车辆制动摩擦片使用寿命不得低于3万km的要求。而前、后桥都采用鼓式制动器的同种类型的城市客车,其制动摩擦片的使用寿命平均为6万km。
  经过调查表明,国内几个著名客车生产企业生产的前、后桥全部采用盘式制动器的客车,也不同程度地存在的摩擦片磨损过快的问题。尤其是在北京、上海等大城市公交市场运行的客车,这种情况表现得更为突出。
  二、磨损量与车辆行驶里程之间的关系
  由摩擦学可知,正常工作期内摩擦片的表面磨损量与车辆行驶里程之间的关系服从一元线性规律,即
  W=ωL
  式中:W-总摩损量:
  ω-单位行程磨损量:
  L-车辆行驶里程就显得特别重要。随着车辆的行驶里程的不断增加,盘式制动器摩擦片的磨损越来越大,当厚度接近磨损极限时,对客车的行驶安全来说,就构成一种严重的威胁。此时,如果驾驶员或技术管理人员稍有疏忽,不认真监控摩擦片的厚度、不及时更换摩擦片,就会致使车辆面临摩擦片被磨光、制动盘被磨坏,进而导致制动功能失效、造成车毁人亡的严重后果。因此,我们以盘式制动器摩擦片的厚度作为控制客车安全性的一个重要指标,将摩擦片的允许磨损量转化为车辆的行驶里程。
  图1和图2以采用盘式制动器的某型客车为例,已知全新的制动摩擦片的厚度为20mm、使用极限为4mm。
  
  根据摩擦片的表面磨损量与车辆行驶里程之间的关系函数:
  W=ωL
  可以求得一副新摩擦片的使用里程为:
  L=W/ω
  当评估摩擦片厚度时,需密切注意盘式制动片的磨损情况,某些车辆的制动片的更换周期可能小于维护保养的周期,那么在制动片磨损到最小极限,而保养日期尚未到达时,也必须及早更换制动片,以防止两次维护保养间隔之间不必要的停驶。

  如果以磨损较为严重的后轮摩擦片的更换里程为标准,那么,由此确定的摩擦片的更换里程不得超过27152km。


  三、原因分析
  从技术角度来讲,汽车制动就是利用摩擦将动能转换成热能,使汽车失去动能而停止下来。制动器就是用来吸收汽车的动能,使之转变为热能散失到大气中,迫使汽车迅速降低车速直至停下来的机构,是制动系中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。
  因此,散热对制动系统是十分重要的。如果制动系统经常处于高温状态,就会阻碍能量的转换过程,造成制动性能下降。时速越高的汽车,制动起来所产生的热量越大,对制动性能的影响也越大。最大限度地解决好散热问题,对提高车辆的制动性能也就起了事倍功半的作用。
  从制动力的分配和制动开始起作用的时间上来讲,客车后轮承担了几乎60%的制动力,并且要先于前轮开始起制动作用,这就导致了制动力分配上相对的不平衡。制动力分配不均,也是盘式制动摩擦片磨损过快的原因之一。
  在西方发达国家,客车制造厂家往往利用先进的EBS电子控制制动系统来改善行驶过程中各个车轮之间的制动力分配,同时,对前后桥刹车片的磨损进行单独控制,以协调其磨损,通过平衡地在所有车轮上分布制动力,使得总磨损量达到最小。再加上西方国家路况较好、载客量少、交通流量较低,车辆制动频率和强度都比较小,因此,很少出现客车制动器磨损过快的问题。
  从结构上讲,因为盘式制动器的制动分泵直接安装在制动器上,制动行程很短,同时盘式制动器的制动间隙可以自动调节,制动间隙非常小,制动反应相当灵敏,所以盘式制动器比鼓式制动器更加容易磨损。
  从制动摩擦片的面积上讲,同种型号的客车,如果采用盘式制动器,整车制动摩擦片的总面积为1,528cm2;而鼓式制动器的制动摩擦片的总面积为6,600cm2。盘式制动器制动摩擦片的面积仅为鼓式制动器摩擦片面积的约四分之一。由于摩擦片的面积小,相对摩擦的工作面也较小,需要的制动力比较高,单位面积上的制动强度比较大。在制动负荷相同的情况下,盘式制动器摩擦片单位面积上承受的制动力至少是鼓式制动器的4倍,这也是盘式制动器比鼓式制动器更加容易磨损的一个重要原因。
  从车辆技术配置上讲,这些客车虽然都带有ABS自动防抱死系统,但是都没有配置缓速器。在欧洲,客车技术最先进的地区,很多客车,包括城市客车在内,都配置了缓速器。据了解,目前有超过60%的欧洲客车上安装都安装了缓速器。有关研究表明,缓速器能够有效地改善车辆的制动效能和制动时的方向稳定性,减轻车辆制动器的工作负荷,从而降低制动器故障率,延长制动器配件的使用寿命4~7倍,减少车辆因制动器故障导致的停驶时间,从而大大提高公交营运的经济效益。
  从驾驶习惯上讲,客车驾驶员往往喜欢空挡滑行。而在空挡滑行的过程中,为了获得安全感,驾驶员喜欢一直把脚放在制动踏板上。由于盘式制动的间隙特别小,在驾驶员把脚放在制动踏板上的同时,就在无意识之中给车辆施加了制动力,这也加速了摩擦片的磨损。正确的做法是:不要空挡滑行,特别是不要在高速状态下空档滑行,尽量避免急加速、急制动,同时充分利用发动机制动,以减小制动负荷、减轻制动摩擦片的磨损。
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