摘 要：與傳統(tǒng)的鼓式制動(dòng)器相比。氣壓盤式制動(dòng)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(dòng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用狀況，提出了一種氣壓盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算方法，并對氣壓盤式制動(dòng)器在應(yīng)用設(shè)計(jì)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(dòng)器；應(yīng)用設(shè)計(jì)；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(fèi)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(jìn)步和產(chǎn)品價(jià)格的降低，氣壓盤式制動(dòng)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(dòng)器。經(jīng)過各種整車試驗(yàn)的考驗(yàn)，氣壓盤式制動(dòng)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(jià)比。本文對氣壓盤式制動(dòng)器的應(yīng)用情況做一個(gè)簡單介紹．并對應(yīng)用中需要注意的問題作了一個(gè)初步探討．以期對相關(guān)設(shè)計(jì)人員提供一點(diǎn)幫助和參考。
1 氣壓盤式制動(dòng)器的發(fā)展歷程
　　盤式制動(dòng)器在汽車上的應(yīng)用已經(jīng)有相當(dāng)長的歷史。主要是液壓盤式制動(dòng)器。由于液壓盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(jì)80年代開始?xì)鈮罕P式制動(dòng)器的研究進(jìn)入實(shí)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(dòng)器并隨后逐步進(jìn)入了實(shí)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(dòng)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(dòng)器。由于價(jià)格的原因一開始?xì)鈮罕P式制動(dòng)器只在單車售價(jià)較高而且對環(huán)保要求較嚴(yán)的城市公交客車上使用，自2000年后．開始作為公交客車的標(biāo)準(zhǔn)配置并逐步將應(yīng)用范圍擴(kuò)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(dòng)器的研究開始于本世紀(jì)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(jìn)進(jìn)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(dòng)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(jìn)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(dòng)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(dòng)器并通過了臺架試驗(yàn)階段．但尚未進(jìn)入實(shí)質(zhì)性實(shí)用階段，其應(yīng)用結(jié)果也有待于進(jìn)一步考核。
2 氣壓盤式制動(dòng)器的基本構(gòu)造和特點(diǎn)
2．1 氣壓盤式制動(dòng)器的基本構(gòu)造
　　目前使用的基本上都是浮鉗式盤式制動(dòng)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(gè)主要部分組成?？ㄣQ總成包括鉗體3、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)4、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5、自調(diào)機(jī)構(gòu)6、氣室座7等部分，雙推盤結(jié)構(gòu)的制動(dòng)器還有同步機(jī)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(gè)制動(dòng)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(dòng)，且有卡簧將其保持在鉗體和鉗體支架之間不致脫落。制動(dòng)時(shí)內(nèi)外摩擦襯片將制動(dòng)盤夾緊產(chǎn)生制動(dòng)作用；鉗體作為導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及氣室支架的支撐體。并承受制動(dòng)時(shí)的夾緊反力；導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是保持制動(dòng)時(shí)鉗體沿其軸向移動(dòng)時(shí)的方向性進(jìn)而保證摩擦襯片和制動(dòng)盤的良好接觸；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括制動(dòng)臂、連接件、推盤以及自調(diào)機(jī)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(jī)構(gòu)在摩擦片和制動(dòng)盤發(fā)生磨損引起制動(dòng)間隙過大時(shí)能夠自動(dòng)將間隙調(diào)整到合適大??；氣室座既是氣室支座，又是制動(dòng)臂的支點(diǎn)：同步機(jī)構(gòu)的作用是在自調(diào)機(jī)構(gòu)發(fā)生作用時(shí)保證兩個(gè)推盤的動(dòng)作同一性。從而保證摩擦襯片和制動(dòng)盤的良好接觸。不致發(fā)生偏磨。2-2 氣壓盤式制動(dòng)器的特點(diǎn)我們知道，與鼓式制動(dòng)器相比，傳統(tǒng)的液壓盤式制動(dòng)器具有很多優(yōu)點(diǎn)：制動(dòng)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(dòng)間隙穩(wěn)定，制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間短；輸出制動(dòng)力矩相同的情況下，盤式制動(dòng)器的尺寸可以做得更?。恢苿?dòng)間隙自調(diào)更易實(shí)現(xiàn)。其缺點(diǎn)是：效能較低，致使其要求的促動(dòng)壓力高。而且難以滿足較大的制動(dòng)力矩要求：當(dāng)過熱時(shí)液壓管路中的制動(dòng)液可能氣化而形成氣阻現(xiàn)象；駐車制動(dòng)裝置較為復(fù)雜。
　　可以說氣壓盤式制動(dòng)器的出現(xiàn)既保留了傳統(tǒng)的液壓盤式制動(dòng)器的各種優(yōu)點(diǎn)。又克服了其原有的缺點(diǎn)，其性能和可靠性相對于鼓式制動(dòng)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(diǎn)鼓式制動(dòng)器在工作時(shí)產(chǎn)生的熱量較難散發(fā)。其摩擦對偶件即制動(dòng)鼓熱變形較大，受熱后制動(dòng)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(shí)間甚至引起氣室推力下降從而降低制動(dòng)能力；此外由于鼓式制動(dòng)器受熱后壓力分布變化較大，還會帶來制動(dòng)效能下降，磨損加快的一系列的問題。而氣壓盤式制動(dòng)器由于制動(dòng)盤大部分都暴露于空氣中，熱交換容易，工作時(shí)溫升較低：且制動(dòng)盤受熱時(shí)變形不會引起壓力分布變化，對制動(dòng)間隙的影響是負(fù)向的，因而盤式制動(dòng)器的制動(dòng)效能非常穩(wěn)定，制動(dòng)可靠性高；且制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間較短。這一點(diǎn)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(dòng)器的促動(dòng)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(dòng)器能夠產(chǎn)生大得多的制動(dòng)輸人力。駐車制動(dòng)的形式也可以做得和鼓式制動(dòng)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(dòng)器的缺陷；同時(shí)由于制動(dòng)間隙較小且傳動(dòng)效率較高。再加上制動(dòng)間隙自調(diào)機(jī)構(gòu)的作用。使盤式制動(dòng)器所消耗的空氣量比鼓式制動(dòng)器小得多，制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間也相應(yīng)縮短。制動(dòng)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(dòng)器在所需制動(dòng)力矩相同的情況下，其外形尺寸比鼓式制動(dòng)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(dòng)器的摩擦襯片可磨損厚度達(dá)20mm，而鼓式制動(dòng)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(dòng)器摩擦襯片的更換周期較鼓式制動(dòng)器長得多：如果考慮到兩種制動(dòng)器散熱能力的差別，它們的更換周期差別能達(dá)到3倍以上；此外，盤式制動(dòng)器更換摩擦襯片時(shí)只需要扒掉輪胎即可。而鼓式制動(dòng)器更換摩擦片則復(fù)雜得多，工時(shí)及材料消耗也大大超過盤式制動(dòng)器：并且盤式制動(dòng)器的制動(dòng)間隙不需要通過手工調(diào)整，摩擦片磨損到規(guī)定厚度時(shí)，還會自動(dòng)報(bào)警；這些優(yōu)點(diǎn)可以使用戶節(jié)約日常維護(hù)的時(shí)間；制動(dòng)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(dòng)器所帶來的效益要大于增加的成本。
3 氣壓盤式制動(dòng)器的應(yīng)用設(shè)計(jì)計(jì)算
　　一般氣壓盤式制動(dòng)器的制動(dòng)過程如圖2所示。制動(dòng)氣室推桿1推動(dòng)制動(dòng)臂2，制動(dòng)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(dòng)盤7并且迫使鉗體8反向移動(dòng)，帶動(dòng)外側(cè)摩擦襯片9向內(nèi)移動(dòng)。最終使兩側(cè)的摩擦片將制動(dòng)盤夾緊，產(chǎn)生制動(dòng)力矩。由于氣壓盤式制動(dòng)器的各傳動(dòng)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(dòng)器要高。我們可以假定摩擦襯片和制動(dòng)盤表面處處接觸，而且壓力分布均勻，則盤式制動(dòng)器的制動(dòng)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(dòng)盤之間的正壓力；尺為摩擦力作用半徑。

由于制動(dòng)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(dòng)盤之間的正壓力N的計(jì)算可以以下式計(jì)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(jī)械效率，可取0．90-95；k為制動(dòng)臂杠桿比。
　　對于一般的盤式制動(dòng)器而言，其摩擦力作用半徑R可按下式計(jì)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(jì)中應(yīng)注意的問題
4．1 制動(dòng)系匹配
　　在選用氣壓盤式制動(dòng)器時(shí)，應(yīng)盡量選擇使用同一種型式的制動(dòng)器。即前后軸都采用盤式制動(dòng)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(dòng)器制動(dòng)效能的變化一致。制動(dòng)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(dòng)器因熱衰退、水衰退情況不同而引起的制動(dòng)力分配曲線變化。特別是在后橋制動(dòng)器使用自動(dòng)調(diào)整臂時(shí)，由于目前國內(nèi)制動(dòng)器及制動(dòng)鼓的加工技術(shù)及質(zhì)量不夠高。其要求的制動(dòng)間隙較大。而前面盤式制動(dòng)器的問隙較小，極易造成前制動(dòng)器的發(fā)熱嚴(yán)重而過度磨損。因此，在采用前盤后鼓式布置方式時(shí)。應(yīng)考慮盡量增加前面盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩和制動(dòng)盤的熱容量及散熱性能。并且必須將制動(dòng)襯片磨損報(bào)警裝置作為基本配置在制動(dòng)系設(shè)計(jì)及電器設(shè)計(jì)中充分加以考慮。
4．2 制動(dòng)盤的設(shè)計(jì)
　　很多氣壓盤式制動(dòng)器生產(chǎn)廠家同時(shí)可以提供制動(dòng)盤和輪轂帶齒圈總成，其制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)型式、材料配方等都是與其制動(dòng)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(jì)制動(dòng)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(dòng)時(shí)產(chǎn)生的大量的熱主要靠制動(dòng)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(dòng)盤自質(zhì)量又可以改善散熱性能．從而抑制制動(dòng)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(dòng)器的安裝與配合
由于氣壓盤式制動(dòng)器在國內(nèi)應(yīng)用的時(shí)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(dòng)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(dòng)器連接外。目前主要還是在現(xiàn)有車橋上進(jìn)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(dòng)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(shí)濺起的泥漿侵入到制動(dòng)器內(nèi)部引起摩擦襯片或制動(dòng)盤銹蝕和損傷。
　　在進(jìn)行安裝位置及運(yùn)動(dòng)校核時(shí)，應(yīng)注意下面幾個(gè)問題：
　　（1）由于目前采用的氣壓盤式制動(dòng)器大多是浮動(dòng)鉗式。在摩擦襯片和制動(dòng)盤磨損時(shí)，鉗體及氣室連接板和制動(dòng)氣室都將向車架中心方向發(fā)生移動(dòng)，這個(gè)移動(dòng)距離的大小由下式?jīng)Q定：
L=△D+△P
式中?！鱀為制動(dòng)盤單側(cè)允許磨損厚度，△P為單個(gè)摩擦襯片允許磨損厚度。
　　在進(jìn)行校核時(shí)。應(yīng)該要求制動(dòng)器供應(yīng)商提供上述參數(shù)并充分考慮到磨損后制動(dòng)器的狀態(tài)。以便于確定制動(dòng)器各部位在前橋轉(zhuǎn)向時(shí)是否與轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的桿件發(fā)生運(yùn)動(dòng)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(dòng)和左右擺動(dòng)時(shí)制動(dòng)器在各極限位置時(shí)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(dòng)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(jìn)行校核時(shí)，對于布置位置緊張的部位必須在功能圖上做出明確的嚴(yán)格要求，否則在裝車時(shí)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(dòng)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(dòng)對運(yùn)輸車輛的速度、舒適性和安全性的要求將會進(jìn)一步提高。氣壓盤式制動(dòng)器作為一項(xiàng)先進(jìn)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(kuò)大．其成本和價(jià)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(xiàn)：
[1]劉惟信．汽車設(shè)計(jì)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2001