重型汽车用盘式制动器的结构性能分析

轴
V9 - 60L 6 000
V9 - 82L 7 500
中 Honp1300 后 Honp1310 桥 Hoy - 1175
13 000 13 000 Hy - 0645 2 000 Hy - 0745
6 100 6 800
Hy0855 8 000
收稿日期 :1998 年 12 月 1 日
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2 盘式制动器的结构类型及特征
传统的鼓式制动器是由凸轮 、楔子或滚轮驱动 的制动蹄压向旋转着的制动鼓 , 产生摩擦力实现制 动 , 而盘式制动器则是由两个平行的摩擦片压向旋 转着的制动盘以产生制动摩擦力 。从结构上看 , 在 平的制动盘上控制对称且垂直受力的两个衬片要比 控制制动鼓中弧形蹄片的受力和运动容易得多 。重 型车用盘式制动器有四种常见结构 :滑动钳式 、摆动 钳式 、固定钳式及拳型钳式 。
应用则是最近几年的事 。
“前盘后盘”结构 ,分别与 1996 年推出了各自的代表
欧洲的载货车生产厂家对盘式制动器在载货 车型 ———Benz Actros 及 Scania 4 系列 。
车 , 尤其是在重型载货车上的推广应用起了决定性 的作用 。1992 年 MAN 公司在其载货车系列产品全
目前 , 在国内载货车产品上仍普遍采用传统的 鼓式制动器 , 即使是新开发的轻型车产品也未见盘
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1998( 6) 总 49 期 重型汽车 ZHONGXING QICHE
重型汽车用盘式制动器的 结构性能分析
●重汽公司技术中心 陈言平
【摘要】介绍了四种常见的盘式制动器的结构及其特点 ,从制动减速度 、制动时制动器起作用的时间 、制动器的 效能因数与摩擦系数的关系及迟滞量等方面对盘式制动器与鼓式制动器进行对比 、分析 ,说明盘式制动器在制动效 能 、制动效能的稳定性以及制动时汽车的方向稳定性上比鼓式制动器具有明显的优势 ,理论和试验表明盘式制动器 与 ABS、ASR、EBS 等系统匹配时可简化系统结构 、优化系统性能 , 并对重型汽车装用盘式制动器带来的制动系统的 相关问题进行探讨 ,提出了几点建议 。
盘式制动器的车轴型谱见表 1。 VOLVO 卡车公司也在这一时
期改进的 FL6 系列产品及 1998 年 夏季新推出的 FM 重型系列产品上 开始批量选用“前盘后鼓”配置 。该 公司将于 1999 年中期在 FH 系列中 推出电控的全盘式制动器 4 ×2 牵
前 V9 - 72GL 7 200 V9 - 34L 3 400 V9 - 42L 4 200 V9 - 82L 8 200 V9 - 80SL 8 000 V9 - 42L 4 200 V9 - 50L 5 000 V9 - 92L 9 200
由此可见 , 盘式制动器在汽车制动性能的三项 评价指标即制动效能 、制动效能的稳定性以及制动 时汽车的方向稳定性上比鼓式制动器具有明显的优 势。
图 10 EBS 系统原理简图
虽然 AB S 、ASR 及 EB S 的系统本身没有要求 特定结构的制动器与之相互配合 , 但无论是理论还 是试验都表明盘式制动器与上述系统匹配时 , 在简 化系统结构 、优化系统性能方面都比鼓式制动器更 为优越 。
面更新开发时 , 除了在 L2000 中型载货车上体现盘 式制动器的踪影 , 中型及重型车更是如此 。但是另
式制动器外 , 还在 M2000 中 重 和 F2000 重型系列载货车以及大客车 车型
大客车底盘
表1
L2000 系列
M2000 系列
F2000 系列
底盘上加以广泛的应用 。该公司带
型号 轴荷 型号 轴荷 型号 轴荷 型号 轴荷
近几年 , 欧洲重型车的总质量和功率的直线上 升加重了重型车的前轴负载 , 一般制动时后轴向前 轴转移的负荷均在 0. 5～2. 0t , 即在强制动时 , 前轴 的负载质量可高达 14t 。因此 ,鼓式制动器便很难使 重型汽车保持良好的制动性能 , 只有采用盘式制动 器才能确保制动安全性 、稳定性及耐久性 。
叙词 :盘式制动器 结构 性能 分析
1 概述
引车 。雷诺的 R 和 AE 系列车型的前轴也采用了盘
对我们来说盘式制动器并不陌生 ,它于 60 年代 式制动器 , 而作为盘式制动器在重型车上的应用先
初就已广泛应用于轿车上 ,到 80 年代中期开始批量 应用于轻型载货车上 , 但是真正在重型载货车上的
导者 ———BENZ 及 SCANIA 公司则分别与 WABCO 和 BOSCH 合作开发与电控制动系统 (即 EBS) 相配的
图 5 鼓式制动器左右轮制动力差异
图 7 盘式/ 鼓式制动减速度曲线
众所周知 , 制动距离与汽车的行驶安全有直接
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气控 —气动鼓式制动器
0. 65～0. 75
电控 —气动盘式制动器
0. 3
用制动器效能因数与摩擦系数的关系曲线来说 明两种结构制动器的效能及其稳定程度 ,见图 8 。
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图 9 盘/ 鼓式制动器的迟滞特性
4 与盘式制动器相关的系统技术
电子技术在近十几年中得到了迅猛发展 , 80 年 代中 ,人们为了充分发挥轮胎与地面间的附着力 ,全 面满足制动过程中汽车对制动的要求 , 开发了防抱 制动装置 (AB S) 及驱动防滑装置 (ASR) ,与此同时 , 载货车制造商开始了电控制动系统 ( EBS) 的研制 , 这一系统旨在最大限度地解决 :
关系 , 汽车的制动过程可用制动减速度与制动时间 的关系曲线来表达 , 制动器起作用的时间与制动器 的结构型式也有密切关系 ,因此改进制动系结构 ,减 小制动器起作用时间 , 是缩短制动距离的一项有效 措施 。重型汽车两种典型制动控制系统的制动作用 时间对比见表 3 。
表3
制动系型式
制动器起作用时间 ( s)
的反向力推动滑钳将另一侧的制动衬片拉向制动 盘 ,实现制动 。
图 1 科诺公司的 SB 系列盘式制动器
图 2 美驰公司的 D X195 型盘式制动器
摆动钳式制动器与滑动钳式一样也是单侧缸结 构 ,钳体与固定在车轴上的支座铰接 。制动时 ,动力 缸推动摩擦衬片压向制动盘的一面 , 而其反作用力 则使得钳体在与制动盘垂直的平面内摆动 , 带动衬 片压向制动盘的另一面 。由于是摆动结合 , 因此制 动衬片必须预先做成楔形 (6°倾斜角) , 以保证使用 中衬片磨损到各处残留厚度均匀 。由于总成结构和 衬片形状的特殊性 ,这种结构在重型车上不常用 。
拳型钳式制动器见图 4 , 其结构特点是 : 壳体悬 挂在保持架上 , 可移动 , 壳体内装活塞 、密封环和保 护罩 。保持架用螺栓固定在车轮悬架上 , 两制动衬 片装在壳体的竖筒内 。制动作用方式与滑动钳式制 动器相似 。制动时 , 活塞首先将内制动片向制动盘
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一方面 ,从用户反馈的信息看 ,国产的载货汽车普遍 存在着长坡连续制动带来的种种问题 :制动鼓发热 、 爆胎 、制动距离长 、制动摩擦衬片烧损 、制动跑偏 、制 动尖叫等等 。所有这些都是鼓式制动器的结构特征 所带来的 , 也是这种结构本身所无法克服的固有缺 点 。用户的抱怨促使生产厂家不断地试图加大制动 鼓和钢圈之间的散热空间 , 但普通的钢圈和制动鼓 都已做到了各自的极限尺寸 。自然 , 人们想到了无 内胎轮胎的采用 :一则无内胎可爆 ,二则制动鼓和钢 圈之间的间隙得到了空前的扩大 。以同一负荷级的 普 通 子 午 线 轮 胎 11. 00R20 与 无 内 胎 轮 胎 12. 00R22. 5 所配的钢圈 8. 0 - 20 和 9. 0 - 22. 5 相 比 , 后者的径向尺寸比前者大了 25mm 。尽管如此 , 也仅解决了由于制动发热所带来的爆胎问题 。最近 获悉 , 国内某公司新开发的“三吨王”推迟投放市场 的主要原因便是制动器的热衰退问题 。看来要想全 面解决上述问题 , 盘式制动器在国产载货车上的应 用也应提到议事日程了 。
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挤压 , 这时壳体在保持架上滑移并将外制动片拉向 制动盘 , 从而实现制动 。此结构特别适合于装配空 间较少的车辆 ,如前轮驱动的车型 。
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图 3 固定钳式盘式制动器
图 4 拳形钳式盘式制动器
盘式制动器的结构特征 : ①制 动 盘 与 摩 擦 衬 片 间 隙 小 , 在 0. 05 ～ 0. 15mm 之间 ,自清洁性和涉水恢复性能好 ; ②制动摩擦面冷却良好 ,几乎无制动衰减 ; ③无制动力自动增强作用 , 同一车轴上的两个 制动器的制动力差异小 (见图 5 、图 6) ; ④制动间隙自动补偿 ; ⑤维护方便 ; ⑥自重轻 。
盘式
≥900 0. 85 < 100
鼓式
≤400 2. 0～4. 0
4. 0 30 000
140 > 1 000
盘式和鼓式制动器在相同的制动工况下有显著 的特性差异 。常规制动时鼓式制动器的减速度在达 到峰值后会有所下降 , 这是由于载荷增加时各部件 变形带来的制动衰退 , 而盘式制动器制动时的减速 度是稳定提高的 (见图 7) , 最初的峰值在盘式制动 器的减速度曲线上消失了 , 这意味着制动过程更加 平顺 , 且在易滑路面制动时车轮抱死的可能性变 小。
滑动钳式是目前公路车辆应用最广泛的盘式制 动器结构之一 (见图 1 、图 2) ,L ucas (卢卡斯) 公司为 重型车配套的 D2 和 D3 型盘式制动器 、Kno rr (科 诺) 的 ADB 和 SB 型 、Merito r (美驰) 的 DX195 型均 为此结构 。它主要由带轮毂的制动盘和制动钳体组 成 ,制动盘为带径向空腔的特种灰铸铁件 ,制动钳体 总成主要由座体 、滑钳 、双活塞组件 、摩擦衬片及底 板 、减震板及防噪片等组成 。由压缩空气驱动活塞 , 将与活塞同一侧的制动衬片压向制动盘 ,同时 ,活塞
迟滞性能是衡量机械装置传动效率和重复性能 优劣的一个重要指标 , 由于盘式制动器直接由制动 缸驱动衬片压向制动盘 , 省却了鼓式制动器中的制 动轴 、推杆及制动缸架 ,传力部件少 ,受力简单 ,反应 灵敏 ,迟滞量仅为 10 % ,而鼓式则为 30 % ,这也是盘 式制动器制动响应快且效能稳定的结构保障之一 (见图 9) 。
固定钳式制动器的结构特点是制动钳壳体的两 部分用螺栓连接 ,每个半壳体上装有一个活塞 ,两个 缸体由一通道相连 , 制动时每个活塞各将一片制动 衬片推至制动盘 。此结构常用于重型轮式工程机械 上 。如图 3 ,在双回路制动系由于两个对装的缸体是 连通的 ,且各与一个制动回路相连 ,当其中一个制动 回路出故障时 ,每个车轮可保持一半的制动力 。
图 6 盘式制动器左右轮制动力差异
3 盘式与鼓式制动器的性能对比
欧洲多家制动器生产厂家和汽车制造商都对盘 式和鼓式制动器作过全面的对比试验 , 其结果见表 2。
表 2 盘式与鼓式制动器性能对比
项目
类别
制动温度
( ℃)
制动因数
拆换衬片所需时间 (h)
制动力矩
( Nm)
散热性 (轮辋温度 ℃)
磨合里程
( km)
①缩短制动控制系统反应时间 ,缩短制动距离 ; ②纠正制动力分配中的基本缺陷 ; ③对衬片磨损量的精确监控和自动调整 。 历经十年后 , EBS 已开始投放市场 , 重型汽车制 动技术进入了一个新的时期 。其系统原理见图 10 。
图 8 盘/ 鼓式制动器效能因数与摩擦系数的关系
从图 8 可见 , 盘式制动器的制动效能比鼓式制 动器小 , 它的稳定性最好 。为了祢补制动效能小的 问题 ,一般盘式制动器都采用大直径制动分泵 ,且加 装助力装置 ,使之具有较大的制动效能 。