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(jīng)濟快速增長，我國商用車在物流運輸中發(fā)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(shù)條件》、JT/T1178.1《營運貨車安全技術(shù)條件》新版標(biāo)準(zhǔn)的頒布，國家對規(guī)范整車承載及車橋制動性能應(yīng)用方面都提出新的要求，以及藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”發(fā)布實施加速國3 以下商用車淘汰，國家對整車節(jié)能環(huán)保的要求也更高，同時，用戶對整車運營經(jīng)濟性要求也越來越高。據(jù)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(yīng)用現(xiàn)狀，采用輕量化及集成化設(shè)計思路，設(shè)計開發(fā)一款商用車用鼓式單銷制動器總成。

1 鼓式制動器結(jié)構(gòu)優(yōu)化構(gòu)想

傳統(tǒng)商用車橋鼓式制動器制動底板采用鑄造結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)重量大且生產(chǎn)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(chǎn)生的分力無法抵消，導(dǎo)致使用過程中制動蹄銷需進行防轉(zhuǎn)設(shè)計，且防轉(zhuǎn)效果不好?，F(xiàn)有鼓式制動器整體滿足整車使用要求，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計、生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)均存在問題。本文基于現(xiàn)有制動器應(yīng)用情況，通過仿真分析手段，設(shè)計一款輕量化鼓式單銷制動器，其主要將鑄造制動底板設(shè)計為沖壓結(jié)構(gòu)，將沖焊制動蹄由雙銷優(yōu)化為單銷結(jié)構(gòu)，同時對制動蹄結(jié)構(gòu)進行集成化及輕量化設(shè)計，如圖2 所示。

圖1 傳統(tǒng)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(guī)格φ410×220，并對構(gòu)想方案基于邊界條件[1]及加載，對結(jié)構(gòu)件進行仿真分析，并對分析結(jié)果進行持續(xù)優(yōu)化，以滿足設(shè)計需求。

2.1 邊界加載輸入

新老結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)強度

圖3 沖壓制動底板應(yīng)力云圖

2.2.2 單銷制動蹄結(jié)構(gòu)強度

制動蹄的應(yīng)力和變形，如圖6 所示。

圖4 單銷制動蹄應(yīng)力云圖

2.2.3 仿真結(jié)果對比

基于上述優(yōu)化思路，對傳統(tǒng)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(rèn)鼓式單銷制動器總成是否滿足使用需求。

表2 優(yōu)化前后仿真對比

經(jīng)對比分析，單銷制動器整體制動力矩較傳統(tǒng)制動器略大，結(jié)構(gòu)件應(yīng)力及變形較傳統(tǒng)制動器略大，但均在材料許用范圍內(nèi)，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(fā)樣件組織開展臺架對比試驗，主要從系統(tǒng)剛性及性能兩方面進行對比。

3.1 系統(tǒng)剛性臺架驗證對比

通過臺架驗證，新老結(jié)構(gòu)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(yōu)化前剛性對比

3.2 系統(tǒng)性能臺架驗證對比

由于單銷制動器系統(tǒng)剛性優(yōu)于傳統(tǒng)制動器，經(jīng)檢測在同規(guī)格制動系統(tǒng)下，單銷制動器制動氣室推力較傳統(tǒng)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(jīng)測試，單銷制動器制動力矩較傳統(tǒng)制動器制動力矩提升提升5%-10%。

3.3 樣件開發(fā)及臺架試驗對比總結(jié)

表4 臺架對比驗證統(tǒng)計

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

4 結(jié)論

本文基于現(xiàn)有產(chǎn)品應(yīng)用及發(fā)展需求，對商用車用鼓式制動器進行集成化、輕量化設(shè)計，通過多維度仿真分析，制定優(yōu)化方案；經(jīng)臺架對比驗證，產(chǎn)品滿足分析及驗證需求，且各性能指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)制動器，現(xiàn)該產(chǎn)品已開展小批量市場推廣工作。