赵星星
(三环集团有限公司,湖北武汉 430000)
早在上世纪九十年代,盘式制动器的优越性就显现出来,并被应用到客车上,而随着技术逐渐成熟,到二十一世纪初才被引进中国,并配备到各大中小型汽车上,作为最佳的制动设备。不过,由于我国对盘式制动器了解较少,且发展较缓,外加上路况复杂、运载混乱,导致客车用盘式制动器的磨损率较高,大幅降低了盘式制动器的使用寿命,并影响使用效果。而且,这个问题成为客车发展史中重大技术问题,只有解决该问题,才能提高客车制动效能,改变损耗大、制动性差的现状。
1 盘式制动器摩擦片前后磨损测量分析
由于我国制动器发展进程缓慢,诸多国内制动器生产线出现使用时效低、磨损率高的问题,完全不符合制动器标准规定的使用寿命。为了解决这一问题,我国相关车间开始成立技术小组,对制动器的摩擦效率以及磨损情况进行系统的研究,同时对主要数据进行分析,以期尽早解决前后磨损不均的问题[1]。
1.1 对试验客车摩擦片进行测量分析
为了掌握精准的摩擦数据,该小组对一辆长12 M的混合动力客车进行制动试验,所有车辆配备的设备均相同,且规格一致,符合试验要求。通过一段磨损后,对客车前后摩擦片的厚度进行测量。测量结果为平均值,前左内磨损量为2.1mm,前左外为2.25mm,前右内为2.1mm,前右外为2.31mm,后左内为4.32mm,后左外为5.16mm,后右内3.51mm,后右外4.09mm。通过该组测量数据发现,后制动器的摩擦片比前制动器的摩擦片磨损率较高。
1.2 对客车前后桥进行压力测试
通过对试验车辆进行系统检测,所有车辆的静态气压以及制动气室内行车制动气压均符合试验要求。而在行车阶段,制动气压大概在0.07到0.17MPa之间,并有小部分车辆的制动气压突破至0.2MPa。
通过对行驶的客车进行制动数据分析,并掌握相关数据情况。在试验阶段,对行驶客车进行制动的时候,前后桥气压明显不一致,且后桥气压要高于前桥气压15%—20%之间,由此产生的气压差将成为制动器摩擦片磨损不均的重要依据。
1.3 对客车进行动态温度数据分析
通过对前后桥制动盘进行温度监测发现,在其他条件一致的情况下,后桥制动盘的温度大致在200度左右,最高温度达300度。而前桥制动盘的温度明显低于后桥,在100度左右,最高在125度左右。温度差异过大也是造成制动器摩擦片前后磨损不均的原因之一。而通过客车前后桥的气压数据分析,由于前后桥气压失衡,且后桥气压状况明显高于前桥,导致前后桥在制动响应时间上存在差异,故而出现制动器摩擦片前后磨损不均的问题。
在客车实际运营中,由于受季节性和客流量的影响,客车前后桥的制动压力和温度存在明显差别,特别是高峰期和夏季,由于需频繁性的进行制动和超负荷运行,导致后桥制动的温度要远高于前桥,最高时可达348度,而由客车试验表明,当温度制动盘的温度超过300度时,对摩擦片的损害效果将成倍增加,极大的缩减了制动器的使用寿命[2]。
综上而言,影响客车盘式制动器摩擦片前后磨损不均的主要因素有两类：一类是由于前后桥形成的气压差导致制动响应时间不一致;另一类是受外界因素的影响和制动温度差异特性,导致摩擦片的磨损速度加快,使用寿命急速下降,严重影响使用效果,增加客车的危险系数。因此,如需改变客车盘式制动器摩擦片磨损不均的现状,需从这两点进行着手,以此来改变客车制动器的现状。
2 对盘式制动器摩擦片磨损不均的原因分析
按照理论设计和安全性考虑,客车的制动效果绝大部分由客车后轮来承担,且响应时间要优于前轮,这样才能确保客车制动效果的安全性,提高客车在运行中的安全系数。但也正因为制动设计的不平衡和时间的不协调,导致后桥摩擦片的磨损率要高于前桥。而从结构体系来看,由于盘式制动器在有效的时间内起到很好的制动效果,且制动间隙、时间、响应效果极为出色,故而被广泛应用在客车上,但如果盘式制动器的制动时间出现不协调的问题,必将导致前后摩擦片的磨损效果出现差异。
按照现代客车制动设计,所有的制动技术均以A B S技术为主,准确的说是自动防抱死体系,该体系可帮助客车实现最佳的制动效果。但该技术存在明显的缺陷,容易受长时间运行影响,导致制动力分配不均,影响制动效果。而在欧美国家,所有的客车均配备EBS电子控制设备,以此来提高制动力的分配,改善摩擦片的磨损现状,减少磨损量,从而提高制动力,延长盘式制动器在客车上的使用寿命[3]。
3 盘式制动器摩擦片磨损不均改进方案
我国制动器技术发展与欧美国家发展存在差距,且发展经验存在不足,故而发生客车盘式制动器摩擦片前后磨损不均的问题出现,严重影响我国客车运行的安全性,增大客车运行的维护资本投入。为了解决该问题,缓和我国客车运行现状,提出以下改进方案。
(1)制动器气室存在气压差是影响前后摩擦片磨损不均的重要原因之一,因此,选用零压差制动总阀,以此来改变制动现状,降低制动器气室气压差对摩擦片的影响;(2)由于外界因素干扰,导致前后摩擦片的温度不一致,特别是后桥摩擦片,温度明显高于前桥。为了缓和这一现状,提高制动效率,在摩擦片制作上,选用耐高温摩擦材料,以此来减少高温因素影响,从而解决高温影响摩擦片磨损率的问题。(3)由于结构性问题,导致磨损率受动态温度影响,影响制动响应时间和制动效率。而为了避免该问题对制动器造成更大的影响,应改进前桥气室结构,将前制动器的制动间隙缩短,以此来缩短时间差,改善制动效果,降低制动器的磨损率[4]。(4)后盘式制动器对客车制动效果起主要作用,因此,为了改变这一现状,应对前制动器的制动气室进行改进,建立与后制动气室相同的制动参数,以此来增加前制动器的制动效果。(5)为了进一步缓和前后气室的压力差,改善制动效果,应在客车上加装压力调节装置,通过对数据设置实现对前后制动气室压力差的自动调节功能。(6)对制动阀相关零部件以及贮气设备进行合理布局,通过改变气路的距离,来加快相关制动阀在制动效果上的反应时间。
为了验证改进措施的可靠性,依照上述内容对试验车辆进行一一改装。经过长时间试行后发现,客车前后的制动摩擦数据基本保持一致,而对摩擦片的实际监测数据进行分析,客车盘式制动器前后摩擦片磨损不均的问题基本解决,有效的改善制动效果差的状况,为后续制动器的研发和改进积累宝贵的数据参数[5]。
4 结语
综上所述,造成客车盘式制动器摩擦片前后磨损不均的问题有多方面因素,其中最主要的是温度、压力、材质以及外部环境。而随着对制动器研究的深入,盘式制动器在实际应用中所发挥的效果要明显高于传统鼓式制动器,而解决制动器前后摩擦片磨损不均的问题,是推进我国制动器研究的重要内容,也是缩短我国与欧美国家制动器技术差距的重要实践依据。而经过一番研究后,通过缩短前桥制动距离、提高制动器摩擦片材料、缩短前后气室气压差、缩短响应时间来实现前后制动平衡,从而彻底解决前后摩擦片磨损不均的问题。
[1] 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.
[2] 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.
[3] 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.
[4] CB 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.
[5] 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.
