气压盘式制动器的技术特点及应用

气压盘式制动器的技术特点及在营运客车上的应用
浙江三浪集团股份有限公司技术中心吴剑增
E-mail:wujianzeng@
摘要：对气压盘式制动器的技术特点和性能作了分析，该项技术科技含量高，结构复杂、性能稳定可靠，在营运客车特别是城市公交客车市场有广阔的前景
关键词：气压盘式制动器；技术特点和性能；城市公交客车
Abstract:After an analysis on the technique character and performance, our air disc brake is proved to
be a high-tech product with complicated structure, stable and reliable function and good prospect in the market of high way passanger car especially the market of urban bus.
Kry words: Air disc brake ；the technique character and performance；the market of urban bus
引言：
气压盘式制动器是随着近几年我国经济高速发展、公路网络加速延伸、客运量的迅猛增加，以及城市公交载人行驶的安全性、环保性而越来越受到国内人们的重视而被引进和逐渐发展起来的。

鼓式制动器经过几十年的发展，技术得到了极大地丰富和提高，现在正处于巅峰成熟阶段，其价格低廉、货源充分，得到了用户无法选择性的默认。

气压盘式制动器（The Air Disc Brake）从1996年在汉诺威国际汽车展览上第一次亮相，到现在欧洲、北美、日本等商用车行业已经大批量应用普及。

随着我国汽车消费档次的不断提高，特别是国家一系列法规的陆续出台，这项制动技术通过企业不断技术创新、在我国的将得到很大的发展，其市场价值潜力巨大。

一气压盘式制动器技术特点分析：
工作原理：（见图1）
气压盘式制动器它无论是单推杆还是双推杆结构，都有以下功能件组成：1支架；2导向销；3钳体；4摩擦块；5自动调整机构总成；6压力臂；7回位弹簧。

由汽车的供气系统提供的压缩空气（一般要求0.8MPa）为动力，通过气室的膜片推动制动器的压力臂，依靠压力臂的偏心距杠杆作用，使输入力得到放大（16倍左右），通过导向销使浮动的前提拉动外侧摩擦块，使两个摩擦块象钳子一样钳夹住制动盘，使车辆减速制动。

自动调整机构总成使磨损过大的间隙得到补偿，支架和车桥体相连固定，为制动器提供支点。

制动盘固定在车
轮上，随车轮转动。

1 气压盘式制动器比鼓式制动器效率高、性能优异、智能化复合能力强
气压盘式制动器比鼓式制动器效率高意味着使用成本低、重量轻、结构简单紧凑和维修方便；
性能优异意味着气压盘式制动器比鼓式制动器制动功率大、强度高和安全；
气压盘式制动器比鼓式制动器智能化复合能力强意味着更容易实现电子控制防抱死系统（ABS）的功能: 在制动盘（或轮毂小端面）的一侧安装ABS计数齿圈，沿轴向布置感应探头。

和（TCS）牵引力控制系统共同完成整车的电子稳定系统功能（即ESP），使汽车制动时不被抱死及防止启动和加速时打滑，还能防侧滑。

据统计车辆事故的25%是侧滑引发的。

2 成本（这也是客户最关心的问题）
比较两种制动器的成本，要进行两种制动器的整个系统比较，首先要比较它们的零件种类，盘式制动器省掉了鼓式制动器的所有外围零件：调整臂总成、S型凸轮轴、凸轮轴支架、底板凸轮轴座等，这些零件的价格不菲。

所以
鼓式制动器摩擦片4块；盘式摩擦块的两块；
鼓式制动器摩擦片的允许磨损厚度为8mm；盘式摩擦块的允许磨损厚度为19mm；
鼓式制动器摩擦片采用的材料主是由强烈致癌物质的石棉（国外禁用）；盘式摩擦块采用的是半金属模压烧结复合材料，这种材料原来用于飞机制动，其优异的耐磨性、散热性、抗衰退性、抗涉水衰退性鼓式片无法相比，经过多年的发展其成本也得到了大大减低。

盘式制动器总成由于更适宜采用装配线装配，成本比鼓式的要略低。

综上所述最新的价格比较结果是：鼓式制动器和气压盘式制动器的长期使用成本比为105：87。

3 重量方面
重量的比较非常明显，盘式制动器有明显的优势：前桥用的鼓式制动器重88.5Kg；后桥用的重量119Kg。

而前桥盘式制动器重84.5Kg；后桥盘式制动器重94Kg。

这意味着对于两轴车辆盘式制动器总重比鼓式制动器轻59Kg即14%，随着簧载质量的减小，整车行驶的平顺性得到提高。

4 结构优势
作为主动安全的总成件，要求左右前后制动器的功能必须动作协调一致，制动力矩的增长速度也要求无差别的一致。

由于不存在增势作用，随着气压开关的打开，四个制动器（或左右两个）的制动力矩输出应稳定而可靠。

这种使用要求对制动器总成的零件精度和装配精度提出了更高的要求。

气压盘式制动器结构非常紧凑，非常适合大批量装配线生产，有利于预调和在线质量检测的控制，从而使产品质量有了明确的保证。

可以作为完整的总成送到车桥厂或整车厂的生产现场。

气压盘式制动器设计有专门的制动间隙自动调整机构，（图2）使制动间隙调整的工作量降为零。

通过两边的调整使制动间隙前后左右保持一致，从而保证了制动时机的一致性，减少制动跑偏的可能性。

气压盘式制动器的制动盘采用叶片式风冷结构，便于制动中产生的巨大热能和空气的对流交换。

气压盘式制动器由于结构优越无制动增势作用，制动过程平和，不会出现鼓式制动器发出的尖锐啸叫声，特别是城市公交在闹市区能极大地改善制动噪声问题所带来的困惑，气压盘式制动器属于环保型制动器。

5 维修简便性
气压盘式制动器被称为“不维修”（no-maintenance）和“少维修”（low- maintenance）
产品。

其全部操纵机构（包括压力臂、推杆、支承座等）被严格密封在钳体中，摩擦部位设置了专用轴承加以润滑以延长寿命。

这意味着气压盘式制动器几乎是免维护的，维修主要是更换易损件即制动盘和摩擦块。

由于盘式制动器设计采用先进的开放式天窗设计（如图3示），扒下车轮就能更换摩擦块，不需要拆制动鼓、轮毂、轴承、半轴等，使维修成本得到很大降低，更换一副摩擦片的时间鼓式需要2.5小时（包括拆卸上述三种零件、制动蹄铁拆卸及制动蹄铁与摩擦片的铆接）而盘式制动器仅需0.5小时。

最终的结果是不仅节省操作者的直接劳动成本，而且大大减少非行驶时间，使出车运营效率得以提高，这是一个不容低估的重要经济指标。

气压盘式制动器在物流管理方面也有优势，左右前后制动器零件的一致性很高，比如有相同的摩擦块、制动盘、调整机构总成、支架、钳体等，通用性强，对其复杂程度的降低不言而喻。

6 制动效能和安全
在冷状态下，鼓式制动器和盘式制动器产生的制动力矩可能相差不大，但盘式制动器的制动响应和制动稳定性方面往往要好于鼓式制动器。

盘式制动器在制动响应方面的特性，表现在各个车轮制动力增长幅度相差较小（见表一），每个车轴的左右车轮之间的磨损分配均匀。

鼓式制动器由于自动增势作用（即领蹄摩擦力增大了摩擦片的压力，压力又使摩擦力增大，从蹄则无此作用），使制动力矩的增长存在波动性、不稳定性，妨碍了响应的一致性，
在连续制动过程中，两种制动器的差别较大：
城市公交频繁的制动使鼓式制动器的性能衰减幅度较大；在道路试验中，气压盘式制动器已明显地表现出良好的制动性能。

资料显示在10公里长、20%的山路上两辆15吨的重卡货车，以同样速度20Km/h; 30Km/h行驶，盘式制动器的车辆的制动性能要明显优于鼓式制动器车辆，有较大的区别。

盘式制动器制动力矩衰退小，鼓式制动器的制动衰退（包括摩擦材料的热衰退和制动鼓在径向受热涨大使制动蹄中间接触制动力下降而出现的机械衰退）使制动力矩的增长大打折扣；在0.8Mpa压力下下山试验后，盘式制动器车辆仍能得到4.8m/S²左右的减速度，而后者仅能达到2.5m/S²的减速度。

7 制动器的强度
整个操纵系统的过载能力是气压盘式制动器的强项。

其钳体和支架采用高牌号球墨铸铁QT500-7；制动盘一般采用铸铁HT250并添加抗热裂的Cr、Ni、Mo、Cu等合金元素制造，
耐磨性、强度、刚度大大提高。

而制动鼓的径向薄壁特性使其强度、刚度大打折扣，在强烈制动下容易产生裂纹、碎裂，承受交变载荷的能力远远小于制动盘。

单个22.5寸盘式制动器在24寸气室、0.8MPa压力下制动器能产生30000N.m的力矩，这是相同轮辋条件下鼓式制动器所达不到的。

二气压盘式制动器在客车上的应用
1 法规为营运客车装配气压盘式制动器做出了强制性要求
⑴2007年1月1日颁布实施的交通部标准JT/T325-2006《营运客车类型划分及等级评定》（Type dividing and class rating for commercial motor-vehicles of passenger transport）中明确规定特大型客车的高一、高二、高三级别及大型客车的高二、高三级别客车的前桥必须安装盘式制动器（后桥可选装）。

（见表1）
表一
⑵建设部行业标准《城市客车分等级技术要求与配置》CJ/T165在2002版中，对气压盘式制动器的使用没有作规定，2007新版的《城市客车分等级技术要求与配置》中为了提高公交车辆的安全性，推广盘式制动器，增加了“对超2级的大型市区城市客车和城郊城市客车应为前盘/后盘。

对超1级、高级的特大型、大型、中型、小型市区城市客车和城郊城市客车应为前盘/后鼓”内容。

⑶建设部行业标准《城市客车气压盘式制动器》（Air disc brake of city bus）CJ/T240-2006，自2004年8月立项，由建设部科技委城市车辆专家委员会牵头，经过郑州宇通、苏州金龙、宁波合力集团、万安集团及国外HALDEX、ARVINMERITOR等公司的参与起草编制，中华人民共和国建设部于2006年12月19日发布第528号公告，已经正式颁布，2007年6月1日实施。

该标准对城市客车气压盘式制动器产品的术语和定义、型号编制方法、技术性能要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存作了详细的规定。

将使气压盘式制动器产品逐步走向规范化和标准化。

以上法规的实施将在较大程度上推动气压盘式制动器产品在更多的客车乃至全部商用车上得到安装使用，为用户提供更安全的保障。

2气压盘式制动器在国产客车的应用情况
2005年中国汽车产销达570万辆；2006年中国汽车产销达720万辆，同比增长了27.3%和25.1%，跨越6百万辆级规模，是国际汽车发展史上第三个产量达到700万辆级的国家，年新增产量超过150万辆，这在汽车发展史上可能绝无仅有。

中国客车的年产值达300亿元，年销量在10万辆以上，占世界客车产量的1/3，并且主流厂家的市场集中度日趋提升，以“三龙一通”为代表的国产客车市场占有率超过50%，并且在90万～120万元的客车市场，与进口品牌客车同场竞技；以宇通、金龙为代表的中国客车同时开始走出国门。

气压盘式制动器由于以上所述的性能特点，在营运客车上应用已成为主流趋势，在我国从上世纪90中期被引进到目前为止短短几年，一些企业及科研单位虽然刚刚开始研发、装车应用，但已充分显示出其生命：北京市公交集团作为2008年奥运会承载单位和公交领军，首先应用了先进、科技含量高的气压盘式制动器技术。

到2008年，北京市的公交保有量将从现在的1.8万多辆增加到2.3万多辆。

而上海世博会的申办成功，也无疑会带动上海公交客车的更新和发展；上海公交市场在车辆数量上相对稳定，档次水平逐年提高，每年将有2000辆以上的公交车辆需要更新，越来越多的环保公交车、低地板新型公交车将驶上街头；武汉公交、济南公交等也陆续使用气压盘式制动器，其市场应用比例正在不断增大；宇通、金龙等生产厂家通过装用气动盘式制动器总成使整车有了新的卖点，可以提高整车的制动性能，进而提高整车的市场竞争力。

气压盘式制动器产品技术先进性明显，可靠性总体良好，具有创新性和技术标准的集成性。

欧美国家自上世纪90年代初开始将盘式制动器用于大型公交车。

至2000年，盘式制动器（前后制动均为盘式）已经成为欧美国家城市公交车的标准配置。

我国从1997年开始在大客车和载重车上使用进口盘式制动器，因价格太高（一只总成7000元人民币），主要用于高端产品，比如100万元以上的豪华大巴。

公交客车随着各地城市经济的快速发展已进入发展的黄金时期。

目前各地的公交客车保有量超过30万辆，大部分需要更新换代，“公交优先”策略的推行以及政府财力的增加，使得大规模更新换代成为可能。

2007年1 月1日交通部出台《营运客车类型划分及等级评定》，在特大型客车的高一、高二、高三级别及大型客车的高二、高三级别的客车前桥必须强制安装盘式制动器（后桥可选装），也将得到更大范围的推广和应用国产盘式制动器。

北京公交电车公司、上海公交、武汉公交、长沙公交、深圳公交、广州公交等公司，都已开始使用为大客车匹配的气压盘式制动器。

制动器的规格主要是22.5”、19.5”、17.5”、16”（指轮辋直径）。

客车主要生产厂家有：宇通目前已发展成为世界规模最大的客车生产基地、亚洲工艺技术条件最先进的大中型客车生产企业，单厂大中型客车产量位居世界第一位，2006年宇通在国内的销售量22198辆，其“耐用是金”的品牌口碑已经深入人心，其中使用气压盘式制动器的客车已占一半多；厦门金龙联合2006年生产13000辆大中型客车，市场保有量100000辆；,厦门金旅2006年累计生产1.7万台客车,产值36亿元,在国内客车制造企业中排名第二。

苏州金龙06年产量13581台，销量13345台；北京北方尼奥普兰客车2006年产量320辆左右主要占据中高端市场，前桥全部采用气压盘式制动器；
国内气压盘式制动器的生产厂家国内目前有武汉元丰产品批量投放市场，浙江万安、武汉万向已完成小批试制、配套；（据悉江苏恒力也在开发该产品）。

三个家厂目前的总和每年不超过万台，对于全国每年几十万台的需求来说真可谓杯水车薪。

所以国内市场空间非常广阔。

同时因为投产该项目对基本设施、资金实力、技术力量、生产能力和检测试验等方面的要求都比较苛刻。

一般厂家只能可望而不可及。

从而给供应市场加重了饥饿效应。

为了使气压盘式制动器成为企业发展的助推器和新的经济增长点，并实现与国际技术平台快速接轨，三浪集团股份有限公司加大了资金投放和科技人才引进力度，先后投入巨额用以该项目的开发。

于2009年6月已通过国家汽车质量监督检验中心（襄樊）的惯性台架试验及10万次疲劳强度试验；2010年10月通过了杭州公交10万公里无故障道路实况试验并于2010年6月对气压盘式制动器的核心部件进行技术创新，并申请了1项国家专利。

随着国际贸易一体化日益加深，该产品走出去出口欧、美也是一条充满明朗愿景的路。

综合国内需求，国内生产此产品的企业有大概数亿元的市场需求要去开发。

结束语：气压盘式制动器这项先进的技术经过市场的培育、升级，其优异的安全性、环保性将越来越多地被客车乃至商用车用户所接受。

国家一系列法规的出台将推动该产品的应用，国内生产企业通过自主开发要形成有自主知识产权的特色差异化产品，来满足不同档次的市场需求，那么前景将是比较看好的。

图2 图3
参考文献：
[1] 营运客车类型划分及等级评定.JT/T325-2006
[2] 城市客车分等级技术要求与配置. CJ/T165-2007
[3] 城市客车气压盘式制动器CJ/T240-2006
[4] 刘录秀科诺尔商用车制动系统技术发展. 汽车与配件 2006.第26期 36-39
[5] 2006年中国客车行业研究咨询报告北京蓝宏智业网络信息技术有限公司。