重載貨車長大下坡行駛持續制動特性分析
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摘 要：重載貨車在長大下坡行駛期間，極容易發生交通安全事故，重載貨車本身裝載量大，貨車的重力就會增加。在長大下坡行駛時制動效果與平地行駛有較大差異，重載貨車在長大下坡行駛時，有可能會發生制動失效而引發安全事故。因而本文就重載貨車長大下坡行駛持續制動特性進行分析，這對重載貨車在長大下坡行駛的安全度提升有重要意義。
關鍵詞：重載貨車;長達下坡;行駛持續制動;特性
1 重載貨車長大下坡行駛的受力效果分析
在長大下坡行駛的過程中，重載貨車所受的阻力包括空氣阻力和道路摩擦阻力，由于重力和車輛發動機動力的作用下，貨車在長大下坡行駛的速度會加快，因而為了保證重載貨車行駛的穩定性，就會采取持續制動來降低車行駛的速度。而持續制動產生的力的作用會轉化為車輪轉動的阻力。綜合作用下，重載貨車重力產生的前行動力與發動機動力的總和大于所有阻力的總和，從而使重載貨車保持向前行駛的動作。當重載貨車保持勻速直線行駛的情況下，車輛行駛的受力效果保持平衡狀態，而車輛的受力效果影響因素包括：空氣阻力、貨車車輪受到的地面摩擦阻力、車輛總重、長大下坡坡度角大小。
2 重載貨車長大下坡行駛持續制動特性分析
2.1 貨車制動器系統
貨車制動系統的形式包括兩種，鼓式與盤式，但是最為常用的貨車制動器是鼓式。鼓式貨車制動器系統的生產成本低，制動系統構成簡潔化，并且機械自身的防護功能效果較強，制動效果也能夠充分滿足貨車的制動需求。貨車行駛的速度通常不是很快，鼓式制動器系統在貨車當中應用的耐性較好，使用壽命較長。鼓式制動器也存在一定的弊端，制動器的散熱性較差，在持續制動的過程中，制動塊與輪鼓之間容易出現結構位移的現象。
2.2 鼓式制動器摩擦生熱特性
貨車在制動的過程中，制動鼓的內部與制動蹄摩擦片之間會產生相互的摩擦，在摩擦的過程中就會產生熱量。在兩部分結構表面持續的摩擦生熱后，制動蹄摩擦片的溫度升高，會出現熱降解反應，從而增加熱量，但是熱降解所產生的熱量極其微小，基本可以忽略不計。鼓式制動器摩擦生熱量為貨車車輪上的制動力與貨車行駛距離的積。而貨車在一定時間內持續制動產生的摩擦熱量為貨車車輪上的制動力與貨車行駛速度的積。
2.3 鼓式制動器摩擦散熱特性
貨車制動器制動期間，在進行摩擦生熱的同時也會進行摩擦散熱處理，制動器散熱的方法有以下幾種：
（1）制動器系統吸收，摩擦生熱的熱量會傳輸到制動器內部，使制動器結構的溫度上升。
（2）制動鼓傳導散熱，熱量的傳導是指物體兩個不同的結構之間相互接觸，并且兩個物體接觸表面的溫度存在較大的差異，熱量多的結構就會把部分熱量傳輸到熱量少的結構表面。貨車鼓式制動器在進行摩擦生熱時，制動鼓內表面與制動蹄摩擦片進行接觸和摩擦，而后兩個表面的溫度相差無幾，因而傳導散熱量過少，基本可以忽略不計。
（3）制動鼓輻射換熱，熱輻射是指有物體自身具有溫度而輻射電磁波的現象。任一具有高于絕對零度的溫度的物體均可以產生熱輻射，且物體的溫度越高，它輻射出的能量就越大。輻射換熱是指物體之間相互輻射和吸收過程的總效果。物體溫度的平衡狀態，也稱熱的動平衡狀態，是指它們之間通過輻射和吸收的能量相等。對于貨車的鼓式制動器，輻射換熱是與外界環境相互完成的。制動器不運行時，制動鼓與外界環境保持熱平衡狀態。而當貨車啟用制動器時，制動鼓摩擦生熱，溫度升高，制動鼓的溫度就會大于外界環境溫度，這時外界換環境就會吸收制動鼓的熱量，當制動器停止運行后，輻射換熱仍持續進行，直至制動器與外界環境溫度保持一致后停止。制動鼓輻射換熱所消散的熱量約為總散熱量的（5-10）%。
（4）對流換熱，這是制動器的主要散熱方式，貨車制動器在摩擦生熱后，制動器表面與周圍空氣之間產生溫度差，這時表面與周圍空氣就會形成對流，進行熱量的傳遞，使制動器結構的熱量逐漸的流入外界空氣當中。對流換熱所消散的熱量大于總散熱量的80%。
2.4 重載貨車制動器熱衰退特性
重載貨車在長大下坡行駛持續制動的過程中，制動器處于連續、高速摩擦的狀態，摩擦生熱的熱量快速增多。在此過程中在多方面的作用之下，摩擦的效果會逐漸產生變化，摩擦系數逐漸降低，制動器的制動效果就會不斷弱化，使制動效能降低。導致貨車制動器熱衰退的原因，可以從兩方面進行分析。
首先，持續制動使溫度升高，襯片材料會發生降解反應，生成氣體，氣體在摩擦表面之間流動，使摩擦接觸面的作用效果變差。其次，溫度升高后制動器摩擦結構會產生膨脹現象，制動鼓與制動蹄片的接觸面減小，摩擦效果變弱，導致制動效能降低。還有可能是制動器摩擦溫度升高，結構產生變形，導致摩擦表面無法正常接觸。
2.5 重載貨車制動器輔助措施運行特性
重載貨車在長大下坡行駛期間，制動器的制動效能容易弱化，無法完全滿足車輛的制動需求，因而貨車當中都會設置相應的輔助制動裝置，如發動機緩速器、排氣制動、淋水制動等。
（1）發動機緩速器，車輛行駛期間，持續制動時，可以松開油門，踩離合器轉換低速擋，這時發動機會產生泵吸和摩擦阻力，來降低貨車行駛動能，降低車行速度，從而達到制動效果。
（2）排氣制動，排氣管與發動機排氣裝置連接部位設有一個閘門，排氣沖程會壓縮發動機氣管氣體，降低發動機動能。
（3）淋水制動，利用掛水箱向制動器裝置淋水，控制制動摩擦溫度，提高制動器的制動效果。但是淋水制動方式在低氣溫的寒冷季節不適用，容易結冰或損壞制動器。
3 結語
重載貨車在長大下坡行駛的持續制動，是保證重載貨車在長大下坡行駛安全的關鍵。對重載貨車長大下坡行駛持續制動特性的分析，了解貨車制動器在長大下坡運行的特點和問題，可以采取措施優化制動器在長大下坡行駛期間的制動效能，從而有效提高貨車制動效能，降低貨車長大下坡行駛事故概率。
參考文獻：
[1]張瑋龍.重型貨車發動機制動特性模擬及試驗研究[D].長安大學，2014.
[2]趙軒，余強，袁曉磊等.重型貨車長下坡行駛制動器溫升模型的研究[J].汽車工程，2015，37（04）：472-475.
作者簡介：楊洋（1984-），男，山東諸城人，本科，工程師，主要從事整車研發、車輛系統動力匹配研究。
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