重型載重汽車制動熱衰退的機理與鑒定方法探討

袁曉云　高加泉

摘 要：隨著現代化技術以及信息化手段的飛速發展，社會已經全面進入到了科技時代當中，這也為重型載重汽車的發展奠定了堅實基礎，而重型載重汽車在高速制動或是連續制動的狀態中，其內部制動器的溫度會逐步提升，并且在制動器內部的具體摩擦系數也會逐步減小，大幅度降低相應的摩擦力矩，不僅會引發制動效能熱衰退的問題出現，甚至還會使得制動系統直接失效，引發出各類安全事故出現。因此，文章首先對熱衰退的主要機理加以明確;其次，對降低制動器熱衰退的具體措施展開深入分析;在此基礎上，提出熱衰退導致重型載重汽車制動失效的鑒定措施。

關鍵詞：重型載重汽車 制動熱衰退機理 鑒定方式

Discussion on the Mechanism and Appraisal Method of Braking Thermal Decay of Heavy Truck

Yuan Xiaoyun Gao Jiaquan

Abstract：With the rapid development of modern technology and information technology， the society has fully entered the era of science and technology， which has also laid a solid foundation for the development of heavy-duty trucks， and heavy-duty trucks are braked at high speed or continuous braking. In this state， the temperature of its internal brake will gradually increase， and the specific friction coefficient inside the brake will gradually decrease， which greatly reduces the corresponding friction torque， and will not only cause the problem of thermal degradation of braking efficiency， but also cause the direct failure of the braking system leading to various safety accidents. Therefore， the article first clarifies the main mechanism of thermal decay; secondly， the article conducts an in-depth analysis of specific measures to reduce thermal decay of brakes. On this basis， the article proposes the identification measures of thermal decay leading to brake failure of heavy-duty trucks.

Key words：heavy-duty truck， brake thermal decay mechanism， identification method

1 引言

汽車最早起源于1886年，而隨著第一輛汽車出現過后，也就代表著交通工具的革命已經悄然開展。而在經歷了多年的發展過后，在當前的社會環境中，汽車已經成為了群眾日常生活當中必不可少的交通工具，這一點也是社會物質以及社會文明的具體象征。然而，盡管汽車為群眾的生活以及工作帶來了極大的便利，但由于汽車所引發的交通安全事故數量也呈現出一種逐步提升的狀態，特別是重型載重汽車，其所引發的安全事故更是成為了世界范圍中的安全難題。由于重型載重汽車在連續制動或是高速制動的情況下，其內部制動器的溫度會逐步上升，再加上化學、物理以及機械三方面因素產生的作用，制動器的具體摩擦系數也會不斷降低，這一現象就被稱之為制動效能的熱衰退現象，同時也是導致重型載重汽車制動失效并出現交通事故的主要原因。因此，這就需要深入探究重型載重汽車熱衰退機理以及鑒定方式，以求更好的解決熱衰退問題。

2 熱衰退的主要機理

在重型載重汽車內部的制動器當中，其所采用的大多為傳統的鼓式制動器，主要由制動鼓、制動蹄、摩擦襯片以及制動底板等多個零部件所構成。而這種鼓式制動器，其自身的制動性能是通過制動鼓與摩擦襯片之間產生的相互作用所產生的。因此，如果鼓式制動器在制動過程當中產生的溫度過高，就會導致摩擦襯片以及制動鼓在物理性能與化學性能方面產生極大的變化，進一步引發熱衰退等問題出現。

2.1 制動鼓的熱衰退

在我國所采用的各類重型載重汽車當中，其所采用的大多為灰鑄鐵材料所制造出的制動鼓，而由于鼓式制動器自身主要為一種封閉結構，其導熱能力以及散熱面積方面比較有限，使得重型載重汽車在進行高速制動以及連續制動的過程當中，制動鼓的表面溫度由于劇烈摩擦而急速上升，在最高時甚至可以達到800攝氏度。同時，原子之間的距離也會由于溫度的不斷提升而隨之變大，在長時間的應用過程中，也會使得材料產生一種塑性變形的問題，站在宏觀的角度上來看，具體表現為制動鼓出現的膨脹變形現象，制動鼓與摩擦襯片之間的間隙也會逐步提升，因接觸面積變小而降低輸出摩擦力矩，對重型載重汽車的制動效果產生極其嚴重的影響。并且制動鼓在經歷過高溫過后急速冷卻，制動鼓材料也會從原本的珠光體轉變為索式體/馬氏體，制動鼓最終也會出現龜裂或是開裂等不良現象，導致制動方面失效。

2.2 摩擦襯片的熱衰退

在當前的市場環境中，商業化用途的汽車制動摩擦材料，其大多為有機型摩擦材料，通常情況下由多組分的樹脂基復合材料所構成，其中涉及到了改性劑、粘結劑以及增強體等內容。而粘合劑作為其中的核心所在，一般都是由樹脂材料所構成，其具體的熱分解溫度在200攝氏度到350攝氏度左右。同時，重型載重汽車由于連續制動產生了極高的溫度，摩擦襯片當中蘊含的有機化合物就會出現熱氧化分解的現象，隨著液體以及氣體來一同析出，并存在于制動鼓與摩擦襯片之間的部位當中，起到了一種潤滑膜的作用，導致整體摩擦系數不斷降低[1]。

3 降低制動器熱衰退的具體措施

3.1 制動鼓的改進優化

目前針對制動鼓所展開的改進研究，其主要集中在優化制動鼓材質以及轉變制動鼓結構方面。而通過對于熔煉過程科學合理的控制，能夠大幅度降低各種雜質元素的整體含量，穩步提升材料自身所具備的高溫力學性能、導熱性能以及抗熱疲勞性能。而通過Mo、Cu以及Cr等合金元素的添加，還可以進一步提升制動鼓的使用壽命，并且在制動鼓材料中添加相應的合金元素，也可以促進制動鼓機械性能以及導熱能力之間的均衡發展，在根本上避免出現制動鼓開裂等不良問題。站在制動鼓結構的角度上來看，重型載重汽車在制動鼓周邊表面的設計所采用的主要為溝壑狀設計方式，其截面位置從內到外會依次降低，不僅結構相對較為簡單，使用起來也更加便利，以此限制制動熱衰退問題的發生。除此之外，通過設計環形加強筋或是密集周向筋的設計，也可以在潛移默化之間提升制動鼓自身的散熱性能，而對制動鼓表面部位展開涂層處理，也能夠提高重型載重汽車制動器的抗熱衰退能力。

3.2 摩擦襯片的改良優化

在制動摩擦材料中，其主要由改性劑、粘結劑以及增強體等組成，這就可以在各組的熱衰退性能方面入手，進一步提高制動器自身的抗熱衰退能力。目前所使用的粘合劑當中，大部分都是由樹脂材料所構成，具體的分解溫度大約在200攝氏度到350攝氏度之間，而通過對于樹脂加以改性的方式，還能夠將樹脂的熱分解溫度提高到350攝氏度到450攝氏度，能夠在最大程度上提升摩擦材料的降解能力以及抗熱氧化能力。同時，通過科學合理的熱處理工藝，還可以有效降低摩擦材料當中各類有機化合物的整體含量，在提高數值分子鏈剛性程度的同時，減少低熔點金屬的構成，確保制動器在高溫的情況下仍舊擁有著穩定的摩擦性能，避免出現熱衰退問題。而通過粉末冶金方式所生產出的鐵基或是銅基金屬等材料，都有著相對較高的使用溫度，能夠有效解決重型載重汽車制動器摩擦襯片出現的熱磨損以及高溫摩擦系數熱衰退等多種問題，但這種方式會提升偶件的磨損程度。除此之外，蛭石作為一種無機填料，能夠對摩擦過程中所產生的低頻噪音進行更加科學合理的抑制，延緩摩擦材料當中各類有機成分的分解速度，逐步提升摩擦材料自身所具備的抗衰退性能，而其他類型的優化措施，比如研發新型耐高溫纖維材料、碳纖維以及新型粘結劑等方式，都可以提升摩擦材料自身的抗衰退性能，然而，這些技術措施在實際使用過程當中，應重點考慮到生產制造所產生的成本[2]。

4 熱衰退導致重型載重汽車制動失效的鑒定措施

在重型載重汽車所產生的各類交通安全事故當中，其通常與超速、疲勞駕駛以及超載等多方面因素有著緊密聯系。而在產生這些安全事故的過程中，經常會出現連續制動或是高速制動等問題，使得制動器內部的溫度不斷提升而產生熱衰退現象，因制動失效引發出各種安全事故出現。因此，這就需要采取更加科學的鑒定方式，進一步找尋出熱衰退過程當中材料的具體表現規律以及主要特征，以此來更好的分析重型載重汽車交通事故中熱衰退所起到的作用[3]。

4.1 充分收集背景數據信息

這種方式與傳統的失效分析方式基本一致，第一點內容就在于積極收集與交通事故相關的背景數據信息，除卻事故發生現場當中出現的信息之外，還要對事故前重型載重汽車的制動情況、天氣情況以及地形情況等多方面因素進行深入分析，還需要對車輛的維護歷史以及行駛歷史等內容加以了解，以此為基礎來做出更加客觀的判斷。

4.2 制動器失效的分析

在重型載重汽車所用的鼓式制動器當中，對制動性能產生直接影響的就在于制動鼓以及摩擦襯片這兩個部位，而鼓式制動器在制動過程中所產生的高溫，會導致摩擦襯片以及制動鼓部位在化學性能以及物理性能方面所產生的變化，這些都是導致制動力矩不斷下降的主要因素，很容易就會引發熱衰退問題出現。因此，這就需要對摩擦襯片以及制動鼓展開綜合分析，首先要對摩擦襯片與制動鼓的基本材料展開科學合理的分析，深入判斷其中的具體化學成分以及金相顯微組織是否符合標準要求，以及其中是否出現加速制動鼓或是引發摩擦襯片熱衰退的主要因素;其次，要對摩擦襯片與制動鼓之間的接觸部位進行分析，重型載重汽車當中的制動鼓，其在重復熱應力所產生的作用下，在表面部位很容易就會出現開裂以及龜裂等問題，而摩擦材料在熱分解過后所產生的焦油狀物體以及殘碳狀物體，其都會在摩擦材料的表面產生一種潤滑膜或是氧化膜，再加上高溫摩擦所產生的作用，摩擦材料在這種高溫的狀態下，就會出現開裂、纖維分布混亂以及組分剝落等不良現象，這時就可以采用熱分析的方式來明確膜材材料在熱分解溫度方面所出現的變化，以此為基礎來明確摩擦材料當中樹脂材料的受熱歷史，從而明確制動器的基本受熱情況[4]。

5 結論

在重型載重汽車的制動系統當中，由于各類客觀因素所產生的影響，其很容易就會出現熱衰退問題，導致整體制動系統失效，引發較為嚴重的交通安全事故出現。因此，為了確保重型載重汽車制動系統的安全性以及穩定性，就應當進一步明確熱衰退過程中材料所產生的失效特征，以此為基礎來展開針對性的優化處理，確保重型載重汽車能夠更加安全穩定的運轉。

參考文獻：

[1]孫濤，李湘生，傅夢婷.重型卡車盤式制動器制動力測試臺研發[J].現代制造工程，2020，{4}（06）：130-136.

[2]武美丹. 重型載貨汽車輔助制動仿真系統開發[D].長安大學，2020.

[3]史培龍，余強，趙軒，袁曉磊，劉攀.重型載貨汽車氣壓制動系統危險狀態識別[J].中國公路學報，2019，32（07）：182-190.

[4]彭德彪.液力緩速器在重型卡車上的匹配研究[J].柴油機設計與制造，2018，24（02）：20-23.