王 能

(中車戚墅堰機(jī)車車輛工藝研究所有限公司 江蘇 常州 213011)

制動(dòng)器是保證車輛安全運(yùn)行的重要結(jié)構(gòu)部件，由于車輛運(yùn)行環(huán)境不同，行駛過程中會(huì)產(chǎn)生各種形態(tài)的噪聲，而即使制動(dòng)器性能符合制動(dòng)要求，也會(huì)被認(rèn)為是噪聲信號(hào)產(chǎn)生的源頭。為了探究噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行優(yōu)化，采用模擬試驗(yàn)的方式進(jìn)行噪聲研究。

由于整車液壓制動(dòng)系統(tǒng)中存在系統(tǒng)背壓，且部分制動(dòng)器結(jié)構(gòu)中無復(fù)位裝置，車輛在行駛過程中，摩擦片與制動(dòng)盤始終處于夾緊狀態(tài)，導(dǎo)致溫度上升，磨屑不易排出，進(jìn)而產(chǎn)生尖銳的刺耳噪聲。因此通過實(shí)驗(yàn)室縮比試驗(yàn)，對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行在各工況下的噪聲檢測(cè)，并提出抑制噪聲的方案。

1 模擬試驗(yàn)噪聲分析

制動(dòng)器為鉗盤式結(jié)構(gòu)，摩擦副采用銅基粉末冶金摩擦片和鍛鋼制動(dòng)盤，當(dāng)系統(tǒng)通入油壓時(shí)，活塞推動(dòng)摩擦片夾緊制動(dòng)盤，將夾緊力轉(zhuǎn)化為制動(dòng)力實(shí)施制動(dòng)過程。噪聲模擬試驗(yàn)為保證摩擦制動(dòng)縮比試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際工況相一致，進(jìn)行如下設(shè)定：

(1) 制動(dòng)比壓相等條件；

(2) 摩擦片試樣從礦卡摩擦片上選取1/4小塊進(jìn)行線切割；

(3) 制動(dòng)盤試樣厚度、表面狀況與制動(dòng)盤表面狀況一致；根據(jù)以上條件換算得到制動(dòng)壓力值和試驗(yàn)主軸轉(zhuǎn)數(shù)等輸入?yún)?shù)。

在試驗(yàn)主軸轉(zhuǎn)數(shù)n為170 r/min(對(duì)應(yīng)礦車運(yùn)行速度30 km/h)的情況下，制動(dòng)壓力(對(duì)應(yīng)系統(tǒng)背壓0～0.5 MPa)由312 N逐漸增大至807 N時(shí)，摩擦噪聲等效聲壓級(jí)強(qiáng)度隨之先增后減，如圖1所示，當(dāng)制動(dòng)壓力達(dá)到561 N時(shí)，噪聲強(qiáng)度增至最大值83.6 dB；而當(dāng)制動(dòng)壓力繼續(xù)增大到807 N時(shí)，噪聲強(qiáng)度反而減小至72 dB。

圖1 摩擦噪聲等效聲壓級(jí)對(duì)比圖

對(duì)各制動(dòng)壓力下的摩擦噪聲進(jìn)行功率譜分析：摩擦尖叫噪聲產(chǎn)生的噪聲主頻約為5 100 Hz。且當(dāng)制動(dòng)壓力由312 N逐漸增大至561 N時(shí)，對(duì)應(yīng)摩擦尖叫噪聲的能量峰值達(dá)到最大，但制動(dòng)壓力由561 N再繼續(xù)增大時(shí)對(duì)應(yīng)的能量峰值反而隨之逐漸減小。圖2所示為制動(dòng)壓力561 N下的噪聲功率譜分析。

圖2 制動(dòng)壓力561N下的噪聲功率譜分析

噪聲主頻為5 100 Hz下的摩擦噪聲時(shí)頻分析如圖3所示：當(dāng)制動(dòng)壓力逐漸增大至561 N時(shí)，對(duì)應(yīng)摩擦尖叫噪聲的主頻成分持續(xù)時(shí)間隨之更長(zhǎng)，且連續(xù)性增強(qiáng)；而當(dāng)制動(dòng)壓力自561 N繼續(xù)增大時(shí)，對(duì)應(yīng)主頻成分持續(xù)時(shí)間隨之逐漸減短，且連續(xù)性減弱。

圖3 制動(dòng)壓力561N下的噪聲時(shí)頻分析

結(jié)合摩擦噪聲等效聲壓級(jí)、功率譜和時(shí)頻分析，得出如下結(jié)論：在系統(tǒng)備壓0～0.5 MPa范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速為170 r/min，制動(dòng)壓力為561 N時(shí)，模擬試驗(yàn)產(chǎn)生了強(qiáng)度最大、穩(wěn)定性最好和持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的尖叫噪聲。以該工況為判定基礎(chǔ)，對(duì)優(yōu)化后的摩擦副進(jìn)行噪聲采集，篩選出最優(yōu)的降噪方案：

(1) 在摩擦片背板和活塞之間增加阻尼墊片；

(2) 對(duì)摩擦材料層進(jìn)行倒角處理。

2 降噪方案研究

2.1 倒角處理

對(duì)摩擦片的粉末冶金材料層分別進(jìn)行15°、30°、45°垂直倒角處理，如圖4所示，進(jìn)行噪聲采集分析。試驗(yàn)工況設(shè)置轉(zhuǎn)速為170 r/min，制動(dòng)壓力為561 N，其余試驗(yàn)條件同原始噪聲試驗(yàn)。

圖4 15°、30°、45°垂直倒角

原始噪聲與3種角度倒角處理后的聲壓級(jí)、摩擦噪聲主頻頻率對(duì)比如表1所示：

(1)15°垂直倒角處理對(duì)降低摩擦噪聲主頻頻率效果最佳；

(2)15°垂直倒角處理后產(chǎn)生的摩擦噪聲信號(hào)強(qiáng)度最低，降噪效果最明顯。

表1 摩擦噪聲主頻率及等效聲壓級(jí)對(duì)比

摩擦尖叫噪聲持續(xù)時(shí)間也表現(xiàn)出明顯的差異性：原始狀態(tài)>45°垂直倒角>30°垂直倒角> 15°垂直倒角。其中，15°垂直倒角處理后摩擦尖叫噪聲持續(xù)時(shí)間最短。

結(jié)論：15°垂直倒角處理噪聲持續(xù)時(shí)間最短，連續(xù)性和能量強(qiáng)度最弱，對(duì)抑制和改善摩擦尖叫噪聲表現(xiàn)的綜合效果最明顯。

2.2 阻尼墊片

在摩擦片背板上增加不同材料的阻尼墊片，如圖5所示，對(duì)摩擦副進(jìn)行噪聲采集。阻尼墊片分別選取金屬阻尼材料、聚四氟乙烯材料和丁基橡膠材料。試驗(yàn)工況設(shè)置轉(zhuǎn)速為170 r/min，制動(dòng)壓力為561 N，其余試驗(yàn)條件同原始噪聲試驗(yàn)。

圖5 阻尼墊片

原始狀態(tài)與增加不同材料阻尼墊片后的摩擦噪聲主頻頻率及聲壓級(jí)對(duì)比如表2所示：

(1) 加金屬阻尼材料和聚四氟乙烯材料后摩擦噪聲強(qiáng)度明顯降低，而加丁基橡膠材料后摩擦噪聲強(qiáng)度反而有所增大；

(2) 加金屬阻尼墊片對(duì)降低摩擦噪聲主頻頻率效果最佳，加聚四氟乙烯墊片后主頻頻率反而增大。

表2 摩擦噪聲主頻率及等效聲壓級(jí)對(duì)比

摩擦尖叫噪聲持續(xù)時(shí)間也表現(xiàn)出明顯的差異性：原始狀態(tài)>丁基橡膠>聚四氟乙烯>金屬阻尼。其中，加金屬阻尼材料后摩擦尖叫噪聲持續(xù)時(shí)間最短，加金屬阻尼墊片后，噪聲尖叫持續(xù)時(shí)間最短，且連續(xù)性和能量強(qiáng)度最弱，對(duì)抑制和改善摩擦尖叫噪聲表現(xiàn)的綜合效果最明顯。

3 結(jié)束語

以上對(duì)車輛運(yùn)行中產(chǎn)生的制動(dòng)噪音進(jìn)行了模擬試驗(yàn)分析，并驗(yàn)證了相應(yīng)的降噪措施。對(duì)解決盤式制動(dòng)器噪聲尖叫的問題提供了一定的參考。