農用車制動系統的常見故障分析與改進

朱 顏，王傳青

（聊城大學汽車與交通工程學院，山東 聊城 252059）

我國是一個農業大國，隨著國家“三農”政策的實施，農用車擔負著農村經濟增長的重任，是實現農村經濟增長的主力軍。我國的農用車保有量已超過200萬輛，居世界第一，而且還以每年5％的速度增長[1]。農用車常常是用于工地、山區等路況較差的三級公路以下或自修土路的運輸設備，其運行環境復雜，工作條件惡劣。在現實應用過程中，農用車的事故發生率很高，很大程度上其主要原因是制動系統的制動性能差造成的，因此對其制動系統使用可靠性要求很高。

文獻[2～4]從不同角度，對農用車的制動系統作了一定的研究。本文進行了農用車制動系統常見故障分析，根據溫度、滑移率等因素對制動性能的影響，對農用車制動系統從結構上提出了數種改進方案，對提高農用車的制動性能的研究，有一定的參考價值。

1 農用車制動系統常見故障分析

1.1 下長坡時制動踏板發軟，制動性能降低

因為制動過程的實質，是把汽車的動能通過制動器吸收轉化為熱能，制動過程中溫度不斷升高，制動器摩擦系數下降，制動器摩擦力矩減小，從而使制動性能降低。BF（制動器因數）對f（摩擦系數）的敏感性由制動器的敏感度（dBF/df）來衡量。摩擦系數f除決定于摩擦副材料外，還與摩擦副表面的溫度有關。制動時摩擦生熱，因而溫度是經常起作用的因素，通過熱衰退試驗表明，多次重復地緊急制動，可導致制動器因數值減小50％，而下長坡時的連續制動，會使該值降至正常值的30％。

1.2 制動時后輪側滑

這里用u表示車輪中心的速度，w表示車輪的角速度，r表示車輪半徑，則滑移率為

由此可知，當滑移率為0時，橫向附著系數μ最大；隨滑移率的增大，橫向附著系數減小，當滑移率達到100％時，橫向附著系數為0。制動時若受到側向干擾力，則會發生側滑。制動慣性力與側向干擾力的合力，將與車輛縱軸成一定的角度β，側向干擾力必須用車輪上的等值側向力來平衡，因為后輪已經抱死，所以側向力實際上只能作用在前輪上，使車輪繞鉛垂軸旋轉，并使β角增大，使得車輛回轉趨勢增大，處于不穩定的狀態。

2 制動系統的改進

2.1 制動器加冷卻系統

分析上述第一種情況，下長坡時感到制動踏板發軟，制動性能降低的常見故障。大多數農用車前軸分配的載荷占總載荷的38.8％，后軸占61.2％。對行駛在平原地區的小功率農用車，現廣泛采用后輪制動的方式，制動器因制動蹄與制動鼓之間密封，空氣不流通，不利于散熱，下長坡時的頻繁制動，可使制動器摩擦副的溫度達300～400℃，有時甚至高達700℃。溫度的迅速升高，使得制動摩擦副的摩擦系數會急劇減小，各種摩擦材料摩擦系數的穩定值約為0.3～0.5，少數可達0.7。通過試驗得知，當試驗溫度在250℃時，摩擦系數為0.15～0.7。極易造成因過熱使制動性能下降，或造成制動失靈等嚴重后果。

為了避免這一現象的發生，可加裝一套冷卻循環裝置，包括水泵、水箱、膠管（膠管具有一定的磨損性能，由于具有一定的彎曲性，膠管起到了密封性好、彎曲性好、耐磨損、壽命長、連接牢固可靠的作用，而且還具有一定的活動余量，如圖1）。在制動蹄支承壓板靠近半軸殼的一側，設置水箱和水泵。水箱大小可設計成50mm×50mm×50mm的容積。水泵的電動機可采用電池提供能量的小型電動機。制動蹄支承壓板不可轉動，屬于固定元件。因此裝在上面的水泵和水箱也不轉動。在摩擦片和制動蹄之間，事先加工出能供膠管通過的凹槽，將膠管放在凹槽內，再將摩擦片鉚接在制動蹄上。水泵安裝在水箱旁邊，經膠管將水泵與水箱連成一體。冷卻液經水泵膠管水箱循環動鼓之間有一定的間隙，制動蹄的上面有一滑塊在制動缸里面上下運動，滑塊上面用連桿連接在曲軸上。曲軸的外面有偏心輪。偏心輪的下面，經傳動裝置將制動踏板的力傳到制動器。制動踏板的直線運動，經偏心輪轉化為滑塊的往復運動。制動時，滑塊將制動蹄緊緊地壓在制動鼓上起制動作用。解除制動時，制動蹄在彈簧的彈力作用下回位，制動踏板在彈簧的彈力下回位。這樣可以利用空氣進行冷卻，大大提高了制動器的制動性能。另外，制動器暴露在外面，且制動蹄與摩擦片上鉆些小孔，不但大大提高了冷卻效果，而且還增加了當農用車行駛在雨天制動時，將水排出制動器增加制動性能的能力。一周，帶走制動器的熱量，降低溫度，提高摩擦系數。由于水泵所需的動力較小，且不是一直工作。因此采用電池作為動力源，可隨時控制電動機運轉，而且起到節約能源的作用。

圖1 制動系統冷卻裝置

2.2 制動器改為外束式

鼓式制動器的散熱性要差許多。當溫度升高時，制動器的制動力穩定性差，在不同路面上，制動力變化很大，不易于控制。而由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱量。制動塊和輪鼓在高溫影響下，較易發生極為復雜的變形，容易產生制動衰退和振抖現象，引起制動效率下降。另外，鼓式制動器在使用一段時間后，要定期調校制動蹄的間隙，甚至要把整個制動鼓拆出，清理累積在內的剎車粉。

為了提高農用車的散熱效果，同時為了提高制動系統維護的簡便性，將制動器改為外束式（如圖2），將制動蹄承壓板靠近半軸殼的一側加工出直徑Φ250～300mm，寬度為100mm的凸緣，凸緣的外表面有定位凸臺。將制動底板固定在半軸殼上，摩擦片鉚接在制動蹄的內側，兩個制動蹄在拉伸彈簧的作用下，將制動蹄拉伸到一定的位置，并保持制動蹄與制

圖2 機械式外束式制動系統

2.3 防抱死制動系統

為提高制動性能，可根據ABS的工作原理，改進農用車的制動系統。根據前面分析，農用車完全抱死時，其滑移率為100％，這大大增加了制動距離和制動時間，降低了制動性能。如果將滑移率控制在一定的范圍內，就可以縮短制動距離和制動時間，提高制動性能。只要能控制輪胎的滑移率，就可模仿ABS的工作模式。

改進方法如圖3所示，在原液壓鼓式制動器的基礎上，在制動鼓內部加工出一道寬6mm、深3mm的凹槽（見圖3），相應的在制動蹄的一側，加工出一道寬5mm、高2mm的凸緣（見圖3），凹槽的內表面和凸緣的外表面加工出如圖3所示的齒形結構。這樣，制動時凸緣上齒的頂端與凹槽上齒的頂端相接觸，制動蹄壓縮制動輪缸的活塞，使其向里運動，制動蹄上的摩擦片便與制動鼓分離，輪胎處于滾動狀態。隨著輪胎的旋轉，兩齒的頂端開始分離。制動輪缸的活塞，將制動蹄推向制動鼓，制動器的摩擦力增大，滑移率隨之增加。隨著輪胎的旋轉，另外兩齒又開始接觸，制動器的摩擦力開始減小，滑移率又開始升高。如此往復循環，直到農用車停駛時為止。

圖3 改進的液壓鼓式制動器

這種制動方式，可以克服輪胎抱死時制動力降低的缺點，還可以減少輪胎的磨損。同時橫向附著系數保持在一定值，可以克服側向干擾力的不良影響，對由于制動引起的側滑，起到很好的作用，提高了制動時的方向穩定性。如圖3所示，即使農用車倒車時，制動器也可以如前述一樣，控制農用車的滑移率，使其工作在一定的范圍內，使路面附著系數最大，從而使制動性能達到最大。無論是前進還是后退，制動器都能把滑移率控制在一定的范圍內，使制動性能保持在最大狀態。

3 結束語

本文針對農用車制動系統出現的常見故障，對農用車制動系統進行改進提出了數種解決的方案，理論上縮短了制動距離、制動時間，提高了制動性能。為農用車制動系統的設計提供了理論參考。

[1]陳諾.關注民生關注發展[N].巴中日報，2010-01-14（2）.

[2]解相光，孫月娥.拖拉機空氣制動裝置的正確使用[J].農業機械，2009，10（1）：93-94.

[3趙立，高秋林.如何維護農用車制動系統 [N].河北科技報，2010-01-05（3）. ?