一種新型商用車橋用鼓式制動器設計淺析

惠永勇

（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710200）

前言

隨著我國經濟快速增長，我國商用車在物流運輸中發揮著不可替代的作用；但隨著我國公路條件的改善，以及GB7258《機動車運營安全技術條件》、JT/T1178.1《營運貨車安全技術條件》新版標準的頒布，國家對規范整車承載及車橋制動性能應用方面都提出新的要求，以及藍天保衛戰”發布實施加速國3 以下商用車淘汰，國家對整車節能環保的要求也更高，同時，用戶對整車運營經濟性要求也越來越高。據研究資料表明，汽車整車重量降低10%，燃油效率可提高6%～8%，整車重量每降低100Kg，百公里油耗可減少0.3L ～0.6L，二氧化碳排放量可減少5g/km。

本文基于商用車橋用鼓式制動器應用現狀，采用輕量化及集成化設計思路，設計開發一款商用車用鼓式單銷制動器總成。

1 鼓式制動器結構優化構想

傳統商用車橋鼓式制動器制動底板采用鑄造結構，整體結構重量大且生產制造過程中污染較大，制動蹄總成與制動底板通過雙銷進行連接，如圖1 所示；制動過程中制動蹄總成在蹄銷處產生的分力無法抵消，導致使用過程中制動蹄銷需進行防轉設計，且防轉效果不好。現有鼓式制動器整體滿足整車使用要求，但在結構設計、生產制造環節均存在問題。本文基于現有制動器應用情況，通過仿真分析手段，設計一款輕量化鼓式單銷制動器，其主要將鑄造制動底板設計為沖壓結構，將沖焊制動蹄由雙銷優化為單銷結構，同時對制動蹄結構進行集成化及輕量化設計，如圖2 所示。

圖1 傳統鼓式制動器

圖2 鼓式單銷制動器

2 鼓式制動器仿真分析

本文基于ProE 建立仿真分析模型，制動器規格φ410×220，并對構想方案基于邊界條件[1]及加載，對結構件進行仿真分析，并對分析結果進行持續優化，以滿足設計需求。

2.1 邊界加載輸入

新老結構鼓式制動器仿真分析邊界加載輸入表1 所示：

表1 邊界加載輸入

2.2 仿真分析

基于上述分析模型，對單銷制動器總成進行仿真分析，并對改進前后制動器總成進行對比。

2.2.1 沖壓制動底板結構強度

圖3 沖壓制動底板應力云圖

2.2.2 單銷制動蹄結構強度

制動蹄的應力和變形，如圖6 所示。

圖4 單銷制動蹄應力云圖

2.2.3 仿真結果對比

基于上述優化思路，對傳統鼓式制動器及單銷制動器從制動性能、制動剛性及強度多維度進行對比，進而確認鼓式單銷制動器總成是否滿足使用需求。

表2 優化前后仿真對比

經對比分析，單銷制動器整體制動力矩較傳統制動器略大，結構件應力及變形較傳統制動器略大，但均在材料許用范圍內，制動蹄面壓較小，制動器總成接觸良好，單銷制動器可進行試制及實物驗證。

3 試驗對比驗證

基于上述分析，開發樣件組織開展臺架對比試驗，主要從系統剛性及性能兩方面進行對比。

3.1 系統剛性臺架驗證對比

通過臺架驗證，新老結構制動器總成在不同蹄鼓間隙及制動氣壓下，制動鼓變形量存在差異，具體如表3 所示：

表3 優化前剛性對比

3.2 系統性能臺架驗證對比

由于單銷制動器系統剛性優于傳統制動器，經檢測在同規格制動系統下，單銷制動器制動氣室推力較傳統制動器平均大（650-2313）N，具體如圖5：

圖5 新老制動器制動氣室推力對比

經測試，單銷制動器制動力矩較傳統制動器制動力矩提升提升5%-10%。

3.3 樣件開發及臺架試驗對比總結

表4 臺架對比驗證統計

通過樣件開發及臺架對比驗證，單銷制動器在重量、性能、剛性等多維度優于傳統制動器，單銷制動器總成具備小批量試銷條件。

4 結論

本文基于現有產品應用及發展需求，對商用車用鼓式制動器進行集成化、輕量化設計，通過多維度仿真分析，制定優化方案；經臺架對比驗證，產品滿足分析及驗證需求，且各性能指標優于傳統制動器，現該產品已開展小批量市場推廣工作。