汽車金屬剎車片磨損對制動性能的影響研究

崔云龍

（大慶鉆探井下作業(yè)工程公司維修保養(yǎng)站，吉林 松原 138000）

在工業(yè)方面汽車已經開始向輕量化、高壽命為發(fā)展趨勢，在汽車速度不斷提高的同時，車輛制動系統(tǒng)安全性能和穩(wěn)定性的要求日益提高[1]。剎車性能與駕駛員的安全、財產等重大問題密切相關，是以安全行駛為目標的重點聯(lián)系，車輛制動器中的主要組成部件是摩擦力部分，車輛在使用過程中的穩(wěn)定性和可靠性受其性能的直接影響。剎車片的摩擦力主要材料是起到摩擦作用的零件，金屬剎車片的磨損情況對制動性能起到直接影響[2]。剎車片最理想的狀態(tài)應該就是穩(wěn)定性較好，挺高制動性能的可靠性在于摩擦系數變化與磨損值較小，提高制動片使用壽命。由于禁止石棉摩擦片，對無石棉剎車片研制的新材料，提高摩擦材料性能的研究迫在眉睫。根據以上所述，本文根據金屬剎車片磨損程度，對車輛制動性能產生的影響進行研究。

1 剎車片磨損對制動性能安全性影響

1.1 增加制動壓力

通過分析金屬剎車片磨損量對制動性能安全性的影響，為此我們制作了制動性能隨磨損量變化曲線圖，首先根據不同磨損量為0.1mm,0.15mm,0.2mm,0.25mm,0.30mm,0.35mm,0.4mm,0.4 5mm,0.5mm，進行統(tǒng)計和整理了金屬剎車片磨損量對制動性能的壓力影響產生的數據對比，其中制動性能壓力隨離油缸較遠側剎車片磨損量的變化曲線，如圖1 所示。

圖1 制動性能壓力隨磨損量變化曲線圖

在遠離油缸側剎車片和靠近油缸側剎車片在制動壓力大小1.0MPa，1.5MPa，2MPa，2.5MPa，下的磨損量均值將結果繪制成曲線，如圖2 所示。

圖2 制動性能壓力隨磨損量均值變化曲線圖

由圖1 的大部分曲線趨勢和圖2 的總體趨勢來看，隨著平均磨損量的增加，制動性能壓力總體上有輕微上升的趨勢。如圖1所示，相對而言，當磨損量速度增加時，制動性能壓力隨磨損量略有增加。

1.2 加速制動材料的損壞

隨著金屬剎車片磨損量的增加，也就是說，制動性能在短時間內收到的剪切力和正壓力的沖擊更強，部分硬質顆粒在金屬剎車片上會有較大幾率脫離表面變成磨粒狀態(tài)，因此加劇了制動性能啟動時所造成磨粒磨損狀況，原子的粘附效應同時存在，使金屬剎車片上的金屬纖維隨之從表面拉出來，與填料和其它顆粒混合后零落下來[3]。所以可考慮為導致制動副表面磨粒磨損增加在提高制動性能壓力的發(fā)生時。而且，隨著制動性能壓力的增加，剎車盤將在較短時間內停止，把制動盤動能在短時間內轉化為消耗能量，使制動性能控制器副接觸界面會迅速升高溫度，短短的時間里，熱氣來不及散發(fā)。由于制動盤的散熱過程主要發(fā)生在轉向進程，剎車盤轉動將加速摩擦副表面與周圍空氣的流動，有利于散熱速度的提升。所以在剎車盤急速停止加劇剎車片熱磨損時，會妨礙整個散熱工作，從而導致制動壓力的增加[4]。

綜上所述，當金屬剎車片磨損量增大時，將導致理論上更劇烈的磨粒磨損和熱磨損，而且制動性能會相對縮短摩擦時間，促使加速制動材料的損壞程度。

2 金屬剎車片磨損對制動性能穩(wěn)定性影響

2.1 抑制制動速度

在剎車片磨損對制動性能穩(wěn)定性產生的影響進行了研究，在對金屬剎車片磨損量對制動性能速度數據進行對比與整理，磨損量以制動度性能速度數據對比40km/h,，50km/h，60km/h，70km/h，80km/h，90km/h，100km/h，110km/h，120km/h 為參考，將制動性能速度下一組試驗剎車片磨損量的數值作為統(tǒng)計和整理，其中制動性能速度隨遠離油缸側剎車片磨損量變化曲線圖，如圖3所示。

圖3 制動性能速度隨磨損量的變化曲線圖

在遠離油缸側剎車片和靠近油缸側剎車片的平均磨損量的制動性能速度大小分別是40km/h，50km/h，60km/h，70km/h， 80km/h，90km/h，100km/h，110km/h，120km/h，繪制制動性能速度隨磨損量均值變化曲線圖，如圖4 所示。

圖4 制動性能速度隨磨損量均值變化曲線圖

在對制動性能速度隨磨損量變化曲線圖和制動性能速度隨磨損量均值變化曲線圖，我們得出了以下數據，如圖5 所示。

圖3 表明顯示在0.5MPa，1.0MPa，1.5MPa，2.0MPa 和2.5MPa條件下，磨損程度對制動性能速度的影響。如圖所示，當剎車片磨損增大時，無論制動性能壓力如何，啟動制動性能速度都隨之提升。如圖4 所示，制動速度隨著磨損量的增加而呈明顯的遞增趨勢，與制動性能壓力相比，增高幅度較為明顯，當制動性能初始速度為40km/h 時兩剎車片的磨損量僅為0.01mm 和0.09mm，當制動初始速度為120 km/h 時，磨損量變到了0.09mm和0.884mm，在40 km/h 至120 km/h 之間，平均磨損量增加約10倍。尤其當制動初速度大于100 km/h 時，制動性能啟動速度也隨之增加。

圖5 不同制動性能速度下的制動力矩曲線圖

2.2 促使制動產生熱能

當磨損量增加時，制動性能溫度也會迅速升高。在能源轉換觀點評析，因速度增加，會導致制動盤產生更大的動能，啟動制動過程本質上是制動盤動能轉化成熱能的一種局面，熱能量值表現為制動界面溫度升高，隨著溫度的升高，金屬剎車片表面層的狀態(tài)發(fā)生了變化，削弱了制動性能的制動性，局部溫度過高，甚至可能造成剎車片力有機粘結劑部分熔化的狀態(tài)，基體強度大幅度下降，對制動性能速度產生了一定的影響?？焖僦苿訝顟B(tài)下的的時候，在強剪切作用下，制動副之間的表層破裂，灰鑄鐵制動盤與金屬剎車片有相關聯(lián)的聯(lián)系。

當制動壓力不變時，制動初始速度越大，制動時間越長，制動副摩擦接觸時間越長，磨損越嚴重。在制動壓力為1.0MPa 時，第一次制動速度為60 km/h,80 km/h 和100 km/h 時，圖5 所示制動力矩曲線。由此可見，隨著金屬剎車片磨損量的增加，制動性能啟動的時間將被延長。

總之，制動盤表面微凸體與剎車片表面摩擦碰撞頻率對制動性能速度變化時間的影響，在金屬剎車片磨損量提升使，會明顯增加制動性能表層材料的破壞。另外，較大的金屬剎車片磨損值會使制動性能過程中產生高熱量。所以當金屬剎車片磨損值增大時，制動性能也在明顯降低[5]。

3 結語

通過對金屬剎車片磨損導致制動性能發(fā)生變化進行研究，本文采用了磨損量與制動性能數據對比的方法，根據對磨損程度和制動性能之間的影響進行數據整理與對比數據，以此研究出金屬剎車片磨損對制動性能安全性與穩(wěn)定性產生了一定的影響，未來我們還應該以金屬剎車片磨損對制動性能的影響進行更深層次的研究。