客车盘式制动器摩擦片前后磨损不均的分析

汪桂金，刘文虎，孙克亮（上海申沃客车有限公司，上海201108）

客车盘式制动器摩擦片前后磨损不均的分析

汪桂金，刘文虎，孙克亮
（上海申沃客车有限公司，上海201108）

盘式制动器具有制动距离短、制动响应快、制动强度大、水稳定性强、散热性能好、结构紧凑、维修方便等优点，但在我国大中城市客车上的应用才刚刚开始。本文对城市客车前后桥采用盘式制动器造成的摩擦片磨损不均问题进行试验分析，找出问题原因，并提出相应的解决措施。

盘式制动器；磨擦片；磨损不均；解决措施

随着盘式制动技术的发展和成熟，欧美国家自20世纪90年代初就开始将盘式制动器用于城市客车；至2000年左右，前、后桥均采用盘式制动器已经成为欧美国家城市客车的标准配置。盘式制动器在我国客车上的应用还处于起步发展阶段。由于国内城市道路状况和运载负荷的特定条件，以及使用经验还不丰富，导致客车盘式制动器摩擦片磨损过快，前后摩擦片寿命相差3～4倍。该问题是困扰城市客车持续使用这一技术的一大原因［1］。

1　前后桥制动器摩擦片磨损测量分析

作为一项较新的技术，目前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，后制动器摩擦片磨损过快导致后摩擦片寿命低，少数车辆甚至行驶不足20 000 km，盘式制动器的这种表现根本无法满足相关标准中关于城市客车制动摩擦片使用寿命不得低于30 000 km的要求。针对这个情况，上海申沃客车成立专项攻关小组，对后制动器造成过热、制动器摩擦片磨损过快进行了系统的试验分析，并最终为企业的新产品开发确定了方案，同时用户可合理安排维修保养周期，减少相关费用。

1.1试验车辆摩擦片磨损量测量结果

试验车辆为一辆12m长混合动力客车，整车整备质量为12 600 kg，最大总质量为18 000 kg；配前后盘式制动器、装ABS、带电机缓速制动。经测量，试验车辆摩擦片间隙符合标准要求。行驶25 000 km后，摩擦片摩损测量结果如表1所示。前后摩擦片磨损比为1∶2。显然，后制动器摩擦片磨损过快。

表1　制动器摩擦片厚度测量结果（6辆车平均值）

1.2试验车辆前后桥压力测试分析

试验车辆静态气压在0.3MPa，前、后桥左右两侧制动气室行车腔制动气压分布符合要求。行车过程中，制动气压主要分布在0.08～0.16MPa之间，有部分制动气压达到0.2MPa。

选取动态气压部分数据进行分析见图1。踩制动踏板施加制动时，在气压上升至稳态阶段，后桥压力高于前桥，压差（后桥气压减前桥气压）为正值。松开制动踏板解除制动阶段，前桥压力释放比后桥慢，故出现压差（后桥气压减前桥气压）负值情况。

由动态气压图分析，前桥气压在0.08～0.16MPa之间时，后桥气压高出前桥约20%以上；前桥气压在0.16～0.20MPa之间时，后桥气压高出前桥15%以上。由此可看出，前后桥压力是影响摩擦片磨损的一个重要原因。选取局部动态气压部分数据见图2。

1.3试验车辆动态温度测试分析

由图3的动态温度分析，后桥制动盘绝大部分温度高于200℃（总行程耗时68min，超过200℃区域超过50min），最高温度达到296℃；前桥温度主要集中在100℃左右，部分区段超过100℃，最高接近于130℃，环境温度在15℃左右［2-3］。

通过测量分析，车辆在频繁制动气压（0.08～0.16 M Pa）区间内，后桥高出前桥超过20%，气压分布失衡。造成该种现象的原因是前、后桥制动响应的时间差。从均衡前后桥摩擦片磨损寿命角度考虑，需进一步改进。

综合以上，在不考虑其它因素时，在城市客车运营工况下（基本无紧急制动发生），后桥制动力高出前桥70%以上，导致后桥每次制动过程中温度升高快于前桥70%以上；高峰期频繁制动时，导致后桥温升远快于前桥。测试过程中，环境温度为15℃左右时，后桥温度已经接近于300℃，前后桥温度差异超过100℃甚至150℃以上；可以推定夏季（6—9月份）时，后桥温度超出300℃，最高温度达到350℃以上。根据摩擦片磨损特性，温度超过300℃时，其磨损速率成倍增加［4-5］。摩擦片温度特性曲线如图4所示。

由此可见，因前后桥气室尺寸差异及车辆运营过程中制动时后桥气压高出前桥20%以上综合作用，一方面导致后气室承受制动力超过前气室70%以上，使后桥摩擦片磨损快于前桥；另一方面，因制动力/制动动能差异，使后桥摩擦片长期在300℃以上高温下工作，导致后桥摩擦片磨损进一步加剧，从而导致前、后桥摩擦片磨损寿命极不均匀的现象发生。

2　原因分析及改进措施

2.1原因分析

从理论上讲，从制动力的分配和制动开始起作用的时间上来分析，客车后轮承担了近70%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的不平衡。制动力分配不均和制动时间的不协调，是导致前后摩擦片磨损不均的主要原因。

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，所以盘式制动器在制动时间上不协调也会造成摩擦片磨损不均。

从技术配置上讲，我国客车配有ABS自动防抱死系统，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。通过平衡所有车轮上分布制动力，使得总磨损量达到最小［6-7］。

2.2改进措施解决前后桥制动器摩擦片磨损不均采取如下措施：

1）采用零压差制动总阀，降低前后制动器气室压差。

2）摩擦片采用耐高温摩擦片，如图4曲线摩擦片2，提高摩擦片耐高温工作区间。

3）加快前桥气室动态建压时间，加装前继动阀，缩小前制动器与后制动器工作时间差，提高前制动器的工作效率，减少后制动器摩擦片的磨损；制动试验符合相应国家标准。

4）更换前制动气室（原前桥为20″改为24″，同后桥行车气室24″），加大前制动器制动力。

5）制动阀类件及贮气筒布置合理，减少气路长度，保证气路的通径足够减少节流，这样会加快阀类件响应时间。

6）安装压力调节阀，可定压差来调节前后制动气室的压差。

样车按照以上措施改进后，再经过25 000 km试验，实测前后制动器摩擦片磨损比值约为1∶1，达到了设计目标，解决了前后桥制动器摩擦片磨损不均问题，从而为后续车辆盘式制动器设计积累了经验［8］。

3　结束语

盘式制动摩擦片磨损过快及前后桥制动器摩擦片磨损不均的问题是一个涉及材料、摩擦、热力、运动等多学科的复杂问题。随着科学技术的发展，盘式制动器逐渐取代鼓式制动器的趋势是不可逆转的。影响前后盘式制动器摩擦片磨损不均的主要原因：前后制动气室的气压差；前后制动气室的气压建立时间（即前后制动器响应时间）；制动气室的大小（影响制动力）；摩擦片的耐温特性［9］。

［1］GB 7258-2012，机动车运行安全技术条件［S］.北京：中国标准出版社，2012.

［2］王营，曹献坤，姚安佑，等.盘式制动器摩擦片的温度场研究［J］.武汉理工大学学报，2001，23（7）：22-24.

［3］韦韬，黄洪，李朝阳，等.客车制动系统过热问题的试验研究［J］.客车技术与研究，2009，31（4）：51-53.

［4］杨晓燕.新型高性能摩擦材料的研究［D］.武汉：武汉理工大学，2005.

［5］连锦程，崔建昆.感载比例阀对制动性能的改善［J］.客车技术与研究，2011，33（6）：7-9.

［6］GB 12676-2014，商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法［S］.北京：中国标准出版社，2014.

［7］赵虎.HFC6850KY客车制动摩擦片异常磨损的原因分析及改进［C］.安徽省“兴皖之光”青年学术年会，2005.

［8］张德林.盘式制动片摩擦性能测试方法［C］.汽车摩擦材料情报网编.摩擦材料论文集，1993.

［9］吉林大学汽车工程系.汽车构造［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，工程师；底盘科主管；主要从事底盘设计开发及项目管理工作。