摘 要：與傳統(tǒng)的鼓式制動器相比。氣壓盤式制動器無論在性能還是可靠性方面都表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。通過簡要介紹氣壓盤式制動器的結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用狀況，提出了一種氣壓盤式制動器制動力矩的計算方法，并對氣壓盤式制動器在應(yīng)用設(shè)計中應(yīng)注意的一些問題作了初步的探討。
關(guān)鍵詞：氣壓盤式制動器；應(yīng)用設(shè)計；匹配
The application of air disc brake in bus

PENG De-yang

（CV R&D Center of DFL，Shiyan 442001，China）

Abstract： Compared with the traditional brake，the air diskbrake has great advantage in both performan ce an ddependability．This paper simply ind uced the structurecharacteristic an d status of air disc brake，brought up a methodfor designing an d calculating of brake moment of the air discbrake，and made a primary discussion about some issues towhich should be paid attention in the process of applicationdesign．
Key words：air disc brake；application design ；matching
　　近年來，隨著汽車消費的不斷升級，以及國內(nèi)廠家在相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的不斷進步和產(chǎn)品價格的降低，氣壓盤式制動器在高檔客車產(chǎn)品上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。東風(fēng)汽車有限公司在所開發(fā)的高檔客車上，都采用了前盤后鼓式或前后都采用氣壓盤式制動器。經(jīng)過各種整車試驗的考驗，氣壓盤式制動器無論在性能還是可靠性方面都表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。尤其可喜的是，國內(nèi)廠家的產(chǎn)品也表現(xiàn)出了良好的性能和可靠性，與國外同類產(chǎn)品相比，具有很高的性價比。本文對氣壓盤式制動器的應(yīng)用情況做一個簡單介紹．并對應(yīng)用中需要注意的問題作了一個初步探討．以期對相關(guān)設(shè)計人員提供一點幫助和參考。
1 氣壓盤式制動器的發(fā)展歷程
　　盤式制動器在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)有相當長的歷史。主要是液壓盤式制動器。由于液壓盤式制動器的結(jié)構(gòu)特點，其應(yīng)用范圍也主要局限于轎車和輕型載貨汽車上。從上世紀80年代開始氣壓盤式制動器的研究進入實質(zhì)性階段，80年代初．WABCO公司開始研制了第一代氣壓盤式制動器并隨后逐步進入了實用階段。80年代中后期，Meritor公司研制并開始小批量生產(chǎn)氣壓盤式制動器。90年代中期．Knorr公司開始系列生產(chǎn)具有雙推盤的氣壓盤式制動器。由于價格的原因一開始氣壓盤式制動器只在單車售價較高而且對環(huán)保要求較嚴的城市公交客車上使用，自2000年后．開始作為公交客車的標準配置并逐步將應(yīng)用范圍擴展到其他商用車輛上。目前這幾家公司的產(chǎn)品在歐洲和北美商用車中占據(jù)了大部分份額。
　　國內(nèi)對氣壓盤式制動器的研究開始于本世紀初。2001年武漢元豐公司開始對該產(chǎn)品的研究。并率先推出了自己的系列產(chǎn)品并將其應(yīng)用于國內(nèi)城市公交和公路旅游客車上。隨后國內(nèi)其他廠家迅速跟進進行研發(fā)，如武漢萬向、浙江亞太等，但形成工業(yè)化產(chǎn)品和市場規(guī)模的廠家還很少。目前在國內(nèi)市場上武漢元豐和武漢萬向的產(chǎn)品占據(jù)了國產(chǎn)氣壓盤式制動器的絕大部分份額。
　　目前國內(nèi)主流廠家的產(chǎn)品主要是參照WABCO的單推盤結(jié)構(gòu)進行研制，由于其結(jié)構(gòu)較為簡單，制造工藝相對雙推盤結(jié)構(gòu)的制動器來說簡單得多，可靠性也好一些．因此國內(nèi)廠家在這一技術(shù)方面也相對較為成熟。而一開始就開發(fā)雙推盤結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的廠家由于碰到的技術(shù)難題較多．結(jié)果不太理想。近來國內(nèi)一些廠家也開發(fā)出了雙推盤結(jié)構(gòu)的氣壓盤式制動器并通過了臺架試驗階段．但尚未進入實質(zhì)性實用階段，其應(yīng)用結(jié)果也有待于進一步考核。
2 氣壓盤式制動器的基本構(gòu)造和特點
2．1 氣壓盤式制動器的基本構(gòu)造
　　目前使用的基本上都是浮鉗式盤式制動器（見圖1）。一般由卡鉗總成、鉗體支架1、摩擦襯片總成2等幾個主要部分組成?？ㄣQ總成包括鉗體3、導(dǎo)向機構(gòu)4、傳動機構(gòu)5、自調(diào)機構(gòu)6、氣室座7等部分，雙推盤結(jié)構(gòu)的制動器還有同步機構(gòu)。

　　各部分的功能如下：鉗體支架固定在轉(zhuǎn)向節(jié)或半軸套管上，起支撐整個制動器的作用；摩擦襯片總成放置于鉗體支架上并可以在支架上沿軸向滑動，且有卡簧將其保持在鉗體和鉗體支架之間不致脫落。制動時內(nèi)外摩擦襯片將制動盤夾緊產(chǎn)生制動作用；鉗體作為導(dǎo)向機構(gòu)、傳動機構(gòu)以及氣室支架的支撐體。并承受制動時的夾緊反力；導(dǎo)向機構(gòu)的作用是保持制動時鉗體沿其軸向移動時的方向性進而保證摩擦襯片和制動盤的良好接觸；傳動機構(gòu)包括制動臂、連接件、推盤以及自調(diào)機構(gòu)。其作用是將氣室推桿的推力轉(zhuǎn)化為摩擦面的正壓力：自調(diào)機構(gòu)在摩擦片和制動盤發(fā)生磨損引起制動間隙過大時能夠自動將間隙調(diào)整到合適大?。粴馐易仁菤馐抑ё?，又是制動臂的支點：同步機構(gòu)的作用是在自調(diào)機構(gòu)發(fā)生作用時保證兩個推盤的動作同一性。從而保證摩擦襯片和制動盤的良好接觸。不致發(fā)生偏磨。2-2 氣壓盤式制動器的特點我們知道，與鼓式制動器相比，傳統(tǒng)的液壓盤式制動器具有很多優(yōu)點：制動效能穩(wěn)定，無增勢作用，不會產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象：具有良好的抗熱衰退和水衰退性能；制動間隙穩(wěn)定，制動反應(yīng)時間短；輸出制動力矩相同的情況下，盤式制動器的尺寸可以做得更小；制動間隙自調(diào)更易實現(xiàn)。其缺點是：效能較低，致使其要求的促動壓力高。而且難以滿足較大的制動力矩要求：當過熱時液壓管路中的制動液可能氣化而形成氣阻現(xiàn)象；駐車制動裝置較為復(fù)雜。
　　可以說氣壓盤式制動器的出現(xiàn)既保留了傳統(tǒng)的液壓盤式制動器的各種優(yōu)點。又克服了其原有的缺點，其性能和可靠性相對于鼓式制動器來說具有無可比擬的優(yōu)勢。
　　第一。由于自身的結(jié)構(gòu)特點鼓式制動器在工作時產(chǎn)生的熱量較難散發(fā)。其摩擦對偶件即制動鼓熱變形較大，受熱后制動間隙也隨之增大，因而引起氣室推桿行程的增加。延長反應(yīng)時間甚至引起氣室推力下降從而降低制動能力；此外由于鼓式制動器受熱后壓力分布變化較大，還會帶來制動效能下降，磨損加快的一系列的問題。而氣壓盤式制動器由于制動盤大部分都暴露于空氣中，熱交換容易，工作時溫升較低：且制動盤受熱時變形不會引起壓力分布變化，對制動間隙的影響是負向的，因而盤式制動器的制動效能非常穩(wěn)定，制動可靠性高；且制動反應(yīng)時間較短。這一點對于匹配ABS、ASR、EBS等電子控制裝置具有較大的意義。
　　第二。由于氣壓盤式制動器的促動力來源是壓縮空氣，通過杠桿作用的轉(zhuǎn)換，相對于液壓盤式制動器能夠產(chǎn)生大得多的制動輸人力。駐車制動的形式也可以做得和鼓式制動器一樣簡單；也根本不存在氣阻現(xiàn)象，因而克服了傳統(tǒng)的液壓盤式制動器的缺陷；同時由于制動間隙較小且傳動效率較高。再加上制動間隙自調(diào)機構(gòu)的作用。使盤式制動器所消耗的空氣量比鼓式制動器小得多，制動反應(yīng)時間也相應(yīng)縮短。制動氣室也可以始終工作在最佳推桿行程內(nèi)。
　　第三。使用氣壓盤式制動器在所需制動力矩相同的情況下，其外形尺寸比鼓式制動器小得多．因此給整車布置帶來了方便；而且由于其質(zhì)量特別是旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量小得多，失衡量也小得多。使非簧載質(zhì)量大為減輕，加上失衡量減小，可以明顯改善汽車的舒適性、平順性和操縱穩(wěn)定性。
　　第四，由于氣壓盤式制動器的摩擦襯片可磨損厚度達20mm，而鼓式制動器的可磨損厚度摩擦片不到10mm，因此在同等使用條件下，盤式制動器摩擦襯片的更換周期較鼓式制動器長得多：如果考慮到兩種制動器散熱能力的差別，它們的更換周期差別能達到3倍以上；此外，盤式制動器更換摩擦襯片時只需要扒掉輪胎即可。而鼓式制動器更換摩擦片則復(fù)雜得多，工時及材料消耗也大大超過盤式制動器：并且盤式制動器的制動間隙不需要通過手工調(diào)整，摩擦片磨損到規(guī)定厚度時，還會自動報警；這些優(yōu)點可以使用戶節(jié)約日常維護的時間；制動器散熱能力的提高也可以降低輪轂及輪輞的溫升，從而大大延長輪胎的使用壽命。所以對用戶來說，使用氣壓盤式制動器所帶來的效益要大于增加的成本。
3 氣壓盤式制動器的應(yīng)用設(shè)計計算
　　一般氣壓盤式制動器的制動過程如圖2所示。制動氣室推桿1推動制動臂2，制動臂上的力通過滾針軸承3、連接件4作用在推盤5上，推盤將內(nèi)側(cè)摩擦襯片6壓向制動盤7并且迫使鉗體8反向移動，帶動外側(cè)摩擦襯片9向內(nèi)移動。最終使兩側(cè)的摩擦片將制動盤夾緊，產(chǎn)生制動力矩。由于氣壓盤式制動器的各傳動部位采用了效率較高的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的效率比鼓式制動器要高。我們可以假定摩擦襯片和制動盤表面處處接觸，而且壓力分布均勻，則盤式制動器的制動力矩應(yīng)為：
T=2fNR （1）
式中f摩擦系數(shù)，可取0-3—0．32；N為摩擦襯片和制動盤之間的正壓力；尺為摩擦力作用半徑。

由于制動臂的杠桿比在推桿有效行程內(nèi)變化很小可以忽略．因此摩擦片和制動盤之間的正壓力N的計算可以以下式計算：
N=kηAP （2）
式中，A為氣室有效面積；P為氣室輸入壓力；η為機械效率，可取0．90-95；k為制動臂杠桿比。
　　對于一般的盤式制動器而言，其摩擦力作用半徑R可按下式計算：
（3）
或： （4）
式中，R1為摩擦襯片內(nèi)半徑；R2為摩擦襯片外半徑；Rm為摩擦
襯片平均半徑。
令m=R1／R2代入（3），則：
（5）
將式（5）、（2）代入（1）得：
（6）
4 設(shè)計中應(yīng)注意的問題
4．1 制動系匹配
　　在選用氣壓盤式制動器時，應(yīng)盡量選擇使用同一種型式的制動器。即前后軸都采用盤式制動器。這樣帶來的好處是前后摩擦片的磨損及發(fā)熱情況比較均勻，制動器制動效能的變化一致。制動力的分配情況保持較好。而采用前盤后鼓型式的布置方式會帶來一些不利影響，如前后制動器因熱衰退、水衰退情況不同而引起的制動力分配曲線變化。特別是在后橋制動器使用自動調(diào)整臂時，由于目前國內(nèi)制動器及制動鼓的加工技術(shù)及質(zhì)量不夠高。其要求的制動間隙較大。而前面盤式制動器的問隙較小，極易造成前制動器的發(fā)熱嚴重而過度磨損。因此，在采用前盤后鼓式布置方式時。應(yīng)考慮盡量增加前面盤式制動器的制動力矩和制動盤的熱容量及散熱性能。并且必須將制動襯片磨損報警裝置作為基本配置在制動系設(shè)計及電器設(shè)計中充分加以考慮。
4．2 制動盤的設(shè)計
　　很多氣壓盤式制動器生產(chǎn)廠家同時可以提供制動盤和輪轂帶齒圈總成，其制動盤的結(jié)構(gòu)型式、材料配方等都是與其制動器本身經(jīng)過了較好的匹配研究。因此一般情況下應(yīng)盡量優(yōu)先采用。如果自行設(shè)計制動盤。除了一般性能之外，對于其散熱性能應(yīng)加以充分考慮。由于制動時產(chǎn)生的大量的熱主要靠制動盤散發(fā)，散熱不好會帶來熱變形、龜裂、燒蝕等問題。帶散熱筋、添加鉬等合金元素等方式既可以減輕制動盤自質(zhì)量又可以改善散熱性能．從而抑制制動盤的溫升減小熱變形，也有利于延長輪胎壽命。
4．3 氣壓盤式制動器的安裝與配合
由于氣壓盤式制動器在國內(nèi)應(yīng)用的時問還不長。單類產(chǎn)品應(yīng)用規(guī)模也不是足夠大，所以專門為匹配氣壓盤式制動器而開發(fā)的前后橋很少。除了少量專門開發(fā)的轉(zhuǎn)向節(jié)可以直接與制動器連接外。目前主要還是在現(xiàn)有車橋上進行匹配．一般采用連接過渡板方式較多。在可能的情況下，應(yīng)盡量將制動器布置在車橋的前方。這樣可以避免車輛在雨雪天氣或泥濘路面行駛時濺起的泥漿侵入到制動器內(nèi)部引起摩擦襯片或制動盤銹蝕和損傷。
　　在進行安裝位置及運動校核時，應(yīng)注意下面幾個問題：
　?。?）由于目前采用的氣壓盤式制動器大多是浮動鉗式。在摩擦襯片和制動盤磨損時，鉗體及氣室連接板和制動氣室都將向車架中心方向發(fā)生移動，這個移動距離的大小由下式?jīng)Q定：
L=△D+△P
式中?！鱀為制動盤單側(cè)允許磨損厚度，△P為單個摩擦襯片允許磨損厚度。
　　在進行校核時。應(yīng)該要求制動器供應(yīng)商提供上述參數(shù)并充分考慮到磨損后制動器的狀態(tài)。以便于確定制動器各部位在前橋轉(zhuǎn)向時是否與轉(zhuǎn)向機構(gòu)的桿件發(fā)生運動干涉。以及與前軸可能發(fā)生的干涉；在懸掛系統(tǒng)比較復(fù)雜的情況下．還應(yīng)考慮車架上下跳動和左右擺動時制動器在各極限位置時與懸掛系統(tǒng)的干涉情況。后橋應(yīng)著重考慮與懸掛系統(tǒng)的干涉情況。
　?。?）由于制動鉗體及鉗體支架都是采用的鑄件，很多非配合面都未加工，因此在進行校核時，對于布置位置緊張的部位必須在功能圖上做出明確的嚴格要求，否則在裝車時極易發(fā)生干涉。
5 結(jié)束語
　　由于成本的原因。目前氣壓盤式制動器在國內(nèi)應(yīng)用還不是太廣泛。但隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷改善和人民群眾的生活水平的提高．城際物流和人員流動對運輸車輛的速度、舒適性和安全性的要求將會進一步提高。氣壓盤式制動器作為一項先進的技術(shù)對于解決這些問題是一種極為有效的方法。而且隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大．其成本和價格也會不斷降低。應(yīng)用前景十分光明．應(yīng)用范圍也會從客車向高檔載貨車拓展。
參考文獻：
[1]劉惟信．汽車設(shè)計[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2001