重型載重汽車鼓式制動器制動失效模式分析

郭斌，宋博，孟擁軍

（陜汽集團陜西華臻車輛部件有限公司，陜西 西安 710200）

前言

鼓式制動器是最早被廣泛使用至汽車工業剎車系統中的制動器，常用的鼓式制動器主要分為內張式與外束式兩種，目前主流的鼓式制動器以內張氏為主，其工作原理是利用制動傳動機構使制動蹄將制動摩擦片壓緊在制動鼓內側，從而產生制動力，以確保行車安全及車輛停放狀態的自主滑移。

1 鼓式制動器的組成及工作原理

鼓式剎車因其結構簡單并且可以提供強大的制動力，被廣泛使用在重型載重汽車上，其主要組成部分包括制動鼓、制動蹄總成、制動底板。其中制動底板主要作用是連接制動器與橋殼；在汽車正常行駛情況下由于回位彈簧的拉力作用兩個制動蹄處于閉合狀態，制動蹄與制動鼓分離，此時制動蹄不推動摩擦片制動；當需要制動的時候制動蹄凸輪軸轉動，推動兩個制動蹄相互分離，分離后制動蹄推動摩擦片與制動鼓接觸產生摩擦力，從而產生制動效應；制動結束時，制動蹄凸輪軸旋轉回位，制動蹄在回位彈簧的拉力作用下回位，制動過程結束。

2 制動器制動失效常見的模式分析

常見的制動器失效形式主要有三種形式，分別是制動蹄總成導致的制動失效、制動底板總成導致的制動失效以及回位彈簧導致的制動失效。以下根據這三種失效形式進行論述。

2.1 制動蹄總成常見制動失效

2.1.1 持續下坡制動造成的制動蹄總成制動失效

當載重汽車長時間下坡而造成的行車持續制動，由于制動蹄與制動鼓持續摩擦產生的熱量積累，從而造成制動蹄發熱溫度過高而引起制動蹄制動失效；經過試驗研究：當滿載時持續下坡制動200s后，制動蹄外表面最高溫度達到200攝氏度，制動熱量進一步向四周擴散，熱量主要集中在制動鼓截面的左側，當持續制動過程中最高溫度達到400攝氏度，制動過程中制動效能減弱甚至出現完全失效；在載重汽車超負荷四倍于核定載重時，這一狀況會更加明顯。

2.1.2 制動蹄總成摩擦片損壞導致制動失效

制動器摩擦片的損壞主要分為：制動過程中摩擦片磨損嚴重導致的制動失效與摩擦片破損從而引起的制動失效。制動過程中摩擦片磨損嚴重導致的制動失效，主要是由于車主未按要求進行車輛檢修，進而忽略了摩擦預警線的位置導致制動失效。

摩擦片破損從而引起的制動失效：制動蹄生產過程中，中心對稱度尺寸要求0.4mm，導致左右制動蹄安裝于制動底板后，制動蹄制動中心線不處于同一水平面，存在錯偏。在載重汽車因下坡或其他原因車輛連續制動時，摩擦片受力不均，先行與輪轂接觸的位置局部應力過大，導致摩擦片破損制動失效。

2.2 制動底板總成導致的制動失效

制動底板是制動系統中的關鍵零部件，制動底板失效將直接導致制動器失效、抱死。當制動器抱死出現在前輪時，駕駛員將無法操控車輛行駛方向，車輛轉向系統失靈，當制動器抱死出現在后輪時，車輛會很容易出現側滑現象。

在制動系統中，制動底板負責連接制動蹄總成、橋殼等組成部件。制動底板的設計尺寸如圖所示，在機械加工時，一般工藝人員會選擇上偏差進行加工生產，這樣在保證產品尺寸符合圖紙的要求下，還可以節約因為刀具磨損所引起的刀具重新調試時間，再加工制動蹄時，則會選擇以下偏差進行產品加工生產，這就導致了，制動底板與制動蹄在裝配完成后，配合尺寸總會有0.4-0.9mm的尺寸間隙，而作為主要制動原材料的摩擦片又屬于多種粉末復合而成。在制動過程中，摩擦片磨損成產生摩擦片粉末，在封閉的輪轂內，摩擦片粉末被及時清潔打掃，堆積于輪轂內隨輪轂轉動，在輪轂內浸水或者濕度過大時粘結成塊，進而侵入到制動底板與制動蹄總成的裝配間隙，致使制動底板總成制動動作延誤，制動失效、抱死，嚴重時還會損壞制動元件如圖所示。

圖3 制動底板加工示意圖

圖4 制動蹄加工示意圖

圖5 制動原件損壞實物圖

2.3 回位彈簧導致的制動失效

彈簧作為制動器總成中不可缺少的基礎元件，彈簧的性能直接關系到制動器總成制動性能的強弱。重型載重汽車鼓式制動器使用的彈簧材質大都為冷拉圓鋼絲（GB342-1997），其主要失效形式共分為三類：彈簧塑性變形引起的制動失效、彈簧快速脆性斷裂引起的制動失效以及疲勞斷裂引起的制動失效。以下根據這三種原因導致的制動失效進行論述。

彈簧塑性變形引起的制動失效：載重汽車制動時，凸輪軸轉動推動兩個制動蹄相互分離，回位彈簧收到回位彈簧銷的拉力，當制動減弱或結束時回位彈簧靠拉力無法使制動蹄總成回位，摩擦片與輪轂不定時接觸，磨損摩擦系數下降，從而導致制動失效。另外，在連續制動過程中，高溫也會導致彈簧出現蠕變和應力松弛，產生永久變形導致制動失效。彈簧快速脆性斷裂引起的制動失效：彈簧快速脆性斷裂主要是由于材料缺陷、加工缺陷、熱處理缺陷等原因引起的。當重載汽車制動時，制動沖擊直接讓彈簧斷裂，制動蹄總成無法回位制動失效。疲勞斷裂引起的制動失效：在交變應力作用下,彈簧表面缺陷（微裂紋），裂紋擴展后造成斷裂，導致制動失效。

3 結語

重載汽車鼓式制動器制動失效的主要原因，是在人為因素與道路因素下所共同產生的。隨著80后駕駛員的增加、重卡行業駕駛員整體人員安全意識的提高，以及國家對于文明駕駛的提倡、車輛超載現象的嚴懲，都將會促使因人為因素導致的鼓式制動器制動失效問題極大減少。

[1] 孫智.失效分析-基礎與應用（第二版）.[M]北京:機械工業出版社2017.7.

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