客車后制動鼓早期磨損故障分析

肖化友

三一重工股份有限公司 湖南長沙 410000

通常，車橋制動鼓的設計壽命為24萬～30萬km，摩擦片設計壽命為4萬～6萬km必須更換。對制動頻繁的公交客車市場，其摩擦片使用壽命為2萬～3萬km，制動鼓的使用壽命12萬km以上。然而不當?shù)脑O計或使用容易導致制動系統(tǒng)過熱，進而引起制動鼓開裂、磨損甚至斷裂等故障發(fā)生。

本文針對某公交車后制動鼓早期磨損的案例對此類問題加以闡述。

制動鼓失效故障表現(xiàn)

汽車在繁重的工作條件下制動時（例如長下坡、城市公交、山區(qū)道路等），制動器溫度常在300℃以上，有時高達600～700℃；正常制動時，制動鼓與制動器摩擦副的溫度在200℃左右[2]。通過售后實地調(diào)查，某公交車后制動鼓外表面溫度最高220℃、內(nèi)表面溫度最高300℃，在如此高的溫度下，制動鼓極易產(chǎn)生外表面燒漆，內(nèi)表面縱向裂紋和塊狀氧化現(xiàn)象（見圖1）。

圖1 制動鼓失效故障表現(xiàn)

因摩擦片材料不良、表面材質(zhì)不均、摩擦片磨損過快等因素導致制動鼓內(nèi)表面周向磨損凹槽（見圖2），進而導致制動鼓的早期失效和報廢發(fā)生。所述故障在某公交車型后制動鼓上均有表現(xiàn)，需進行系統(tǒng)調(diào)查分析加以解決。

圖2 制動鼓內(nèi)表面周向凹槽

制動鼓早期磨損原因分析

1.對故障現(xiàn)場的分析排查

自某公交客車市場反饋多起制動鼓早期磨損問題以來，供方積極提供新的制動鼓修復整車并定期進行現(xiàn)場信息收集，跟蹤信息記錄見表1。發(fā)現(xiàn)該車型后輪襯片只能使用0.7萬～1.1萬km，而前輪襯片可使用3萬km以上。常規(guī)制動時后制動鼓溫度高于前制動鼓，而緊急制動時前后制動鼓溫度相當，后制動鼓使用至3萬km左右將達到其磨損極限。

表1 某公交客車現(xiàn)場跟蹤信息

針對上述故障，初步分析可能原因并對其逐項開展檢測和對比驗證工作：前后襯片材質(zhì)及硬度；前后制動鼓材質(zhì)及硬度；前后輪制動間隙差別大產(chǎn)生制動拖磨；前后輪制動時機對比。

經(jīng)核實，前后襯片均為耐摩無石棉片，硬度50～75HRL，經(jīng)檢測，其磨損率、摩擦系數(shù)和硬度均合格；前后制動鼓材料、金相組織、硬度（180～220 HBW）均合格[3]，現(xiàn)場檢測前后輪制動間隙合格且不存在拖磨現(xiàn)象。考慮同款制動器和制動鼓在其他中型客車、輕型貨車上量產(chǎn)多年均未出現(xiàn)過類似問題反饋，因此可以排除零部件本身質(zhì)量問題。

進一步挑選硬度200～220HBW的制動鼓，搭配50～65HRL偏軟摩擦片試驗證，將前后襯片對調(diào)驗證，將前后制動鼓對調(diào)驗證。跟蹤7000km使用后，三組驗證的結果仍是后摩擦片1萬km內(nèi)磨損完，后制動鼓溫度高，使用壽命遠低于前制動鼓，表明早期磨損與摩擦片及制動鼓硬度無直接聯(lián)系。同時綜合現(xiàn)場斷開整車ABS系統(tǒng)后在緊急制動下的前后輪剎車痕跡來看，后輪的制動時間先于前輪且持續(xù)時間長于前輪，因而后輪承擔了大部分的整車制動，最終產(chǎn)生后輪早期磨損的故障。

2.解決早期磨損的措施

為延緩后輪襯片和制動鼓的磨損，可以選擇以下措施：

1）在制動鼓上開設散熱窗并增加Cu含量，從而提升制動鼓的散熱和耐磨性能。

2）增加制動鼓和襯片的寬度，從而減少制動系統(tǒng)的比摩擦力和摩擦損耗。

從整車角度來看，合理的分配前后制動力以及前后管路布置才是使前后輪磨損趨于平衡的根本措施。

考慮滿載時整車制動負荷高，將該型公交客車的滿載工況及相關制動參數(shù)通過繪圖制作出前后制動力分配曲線[2]。從圖3所示可以看出加大前后制動力比值（如加大前制動氣室或減小后制動氣室等方法）將提高整車滿載同步附著系數(shù)，后輪制動時的磨損將得以延緩。

圖3 前制動氣室加大對整車制動系統(tǒng)的優(yōu)化

在本案例中的公交客車故障整改中，同步試驗了將總泵上氣室從后橋改接到前橋，將原前橋快放閥改用為繼動閥，將后輪繼動閥取消等措施以改變前后輪的制動參與時間和持續(xù)時間。經(jīng)實際使用驗證，后輪的摩擦片和制動鼓的使用里程提升至6萬km左右，達到與前輪相近的使用壽命，后輪早期磨損的故障得到了妥善解決。

結論

排除單個零部件的質(zhì)量問題前提下，調(diào)整摩擦片配方、制動鼓硬度及制動間隙等方法，對延長摩擦副的使用里程無明顯作用；采用開設散熱孔或增加含銅量的制動鼓能降低制動溫度，采用加寬摩擦片可以降低制動器比摩擦力，這兩種方法均能適當延長摩擦副的使用里程。

從整車角度分析，通過更改前后輪制動力分配以及前后輪制動作用時間，才能從根本上解決制動鼓早期磨損的問題。