（一）制动器的功用

制动器是制动系统中制动力的最终执行元件，其功用是对需要停止运动或适当降低其运动速度的部件产生直接的制动力矩，以促使其减速、停车或维持静止状态。

（二）制动器的分类

目前，汽车或工程机械上所广泛采用的制动方式大都是对运动部件施以摩擦阻力以消耗其运动能量。因此，工程机械或汽车制动器基本都归属于摩擦式制动器。摩擦式制动器按构造或功用不同，又可作不同的分类。

1.按照制动器发挥具体功用的场合不同分为行车制动器和驻车制动器

（1）行车制动器

此类制动器的制动力矩直接作用于行驶车轮，多用于行驶过程中的车轮制动。通常由脚操纵，故常称为脚制动器。

（2）驻车制动器

制动器用来实现机械车辆坡道停车或维持停车状态不滑溜。驻车制动器又分中央驻车制动器和车轮驻车制动器两种。制动力矩直接作用于中央传动轴的称中央驻车制动器，这是最常见的形式。但有些车辆上，车轮制动器兼作驻车制动器，甚至还往往兼作安全制动及紧急制动器，不再另设专门的中央驻车制动器。在履带机械上，制动器又有转向制动器、行车制动器及中央制动器之分。

2.按其结构不同分为带式、蹄式、盘式制动器和排气制动器

（1）带式制动器

带式制动器主要工作部件是制动带和制动鼓。其优点是：结构简单，静止制动力矩大，便于安装和调整。其缺点是：制动带刚度小，制动效能低，制动不够平顺且操纵比较费力，因此不适于高速制动。

（2）蹄式制动器

蹄式制动器亦称鼓式制动器，其主要工作部件是制动蹄、制动鼓和制动底板，如图5-3和图5-4所示。制动底板通过螺钉固定在外半轴套（前轮）和驱动桥壳（后轮）的凸缘上，是固定部件，不能转动。制动鼓与车轮轮毂紧固在一起，是随车轮旋转的部件。而两个制动蹄的下端销孔套装在支承销上，可分别以销为支承摆动，向外摆制动蹄张开，向内摆动时制动蹄缩回。两支承销则固装在制动底板上。这种制动器和带式制动器相比，在相同外廓尺寸下，制动力矩大，制动效能好，有较好的密封性能。缺点是散热性能差，制动效能不够稳定，制动器间隙的调整比较琐繁。

图5-3 凸轮张开蹄式制动器

图5-4 液压驱动蹄式制动器

（3）盘式制动器

盘式制动器的主要工作部件是制动盘和摩擦盘。它的优点是：结构紧凑、摩擦片磨损均匀，制动稳定性和制动平顺性较好。缺点是对摩擦材料的要求较高。根据结构型式不同盘式制动器又分为全盘和钳盘式两种，分别如图5-5和图5-6所示。根据制动驱动能源不同又分为气压驱动和液压驱动两种。如图所示为气压驱动钳盘式制动器。

图5-5 液压驱动全盘式制动器

图5-6 气压驱动蹄式制动器

（4）排气制动器

排气制动器实际上是一个联动阀，通过它先切断发动机燃油供应，同时堵死发动机的排气总管，使发动机不能正常地排气，将发动机变成压气机，以消耗机械的动能降低其行驶速度，达到制动的目的。

图5-7 非平衡蹄式制动器实物图

（三）制动器的结构原理

1.蹄式制动器

蹄式制动器多用于轮式机械的车轮制动器和中央制动器。蹄式制动器的结构型式较多，工作性能也各不相同，根据制动时两制动蹄对制动鼓作用的径向力是否平衡，可分为非平衡式、平衡式、自动增力式和凸轮张开式。同时还可依据车轮前进与倒退时蹄式制动器的制动效能是否一致而将其分为对称式和非对称式。

（1）非平衡蹄式制动器

1）结构。非平衡蹄式制动器其实物外观如图5-7所示。ZL40装载机的车轮制动器和PY160平路机的后中央制动器，采用的是这种制动器，其结构如图5-8所示，两图所示结构相似。下面以ZL40装载机车轮制动器为例对其作一介绍。ZL40装载机车轮制动器，主要由制动鼓、制动蹄、偏心支承销、调整凸轮、制动底板和回位弹簧等组成。制动鼓固定在车轮轮毂上，随车轮一起旋转。制动底板固定在桥壳凸缘上不能转动。属于制动传动机构的制动分泵作为张开装置，用螺钉固定在制动底板上，因而在结构上它又成为制动器的组成部分。制动底板上还固装有两个偏心支承销和两个调整凸轮。两制动蹄的外圆面上铆有摩擦片，蹄的下端套装在偏心销上，上端顶在分泵活塞的推杆上，回位弹簧将两制动蹄拉紧靠在调整凸轮上。调整凸轮装在制动底板上，凸轮与底板之间装有预先压紧的弹簧，靠其张力使凸轮转到任何位置时，都能固定在调整好的位置上。限位片用于阻止制动蹄沿车轮轴线方向移动。不制动时，制动鼓与制动蹄摩擦片之间保持一定的间隙。

图5-8 ZL40装载机车轮制动器结构

图5-9 非平衡蹄式制动器工作原理

2）工作原理。制动时，如图5-9所示，分泵活塞在油压作用下向外推出，使两制动蹄绕偏心支承销向外张开压紧在制动鼓上，靠摩擦力使制动鼓制动。解除制动时，油液压力消失，两蹄在回位弹簧作用下回位，摩擦力消失，制动解除。由于两蹄的支承点和张开力作用点是轴对称式，因而分泵对两蹄施加的张开力相等，但两蹄对制动鼓的制动力矩（摩擦力矩）却反而是不相等的。制动时，两蹄在相等张开力F的作用下，分别绕自己的支承点向不同方向转过一个角度，压紧在制动鼓上。沿箭头方向旋转的制动鼓即对两制动蹄分别作用有法向反力Y₁和Y₂，以及相应的切向反力即摩擦力X₁和X₂。为简化起见，假设这些反力都集中作用于摩擦片的中央。则左蹄所受的摩擦力X₁向下，造成绕支承销的力矩与该蹄上张开力F所产生的力矩方向相同，结果使左蹄在制动鼓上压得更紧，起到“增势”作用。这时左蹄可称为增势蹄。而摩擦力X₂则有使右蹄离开制动鼓的倾向，与张开力F对该蹄的作用力相反，即起减势作用。这时右蹄可称为减势蹄。因此，虽然两蹄所受张开力F相等，但受到制动鼓的法向反力却不等，即Y₁＞Y₂，相应的摩擦力X₁＞X₂。故两蹄对制动鼓作用的制动力矩不相等。增势蹄的制动力矩约为减势蹄的2～2.5倍。这种制动器制动时，由于制动鼓上受力不平衡，故称为非平衡式制动器。机械倒车时制动，由于摩擦力改变，两蹄的制动力矩与上述相反，但整个制动器的制动效能不变。非平衡式制动器，结构简单，制动效能受摩擦因数变化的影响较小。缺点是：摩擦片磨损不均，车轮轮毂轴承的附加载荷大。

（2）平衡式制动器

平衡式制动器有单向平衡式和双向平衡式两种。由于单向平衡式在机械倒退时，制动效能显著降低。故工程机械上多采用双向平衡式。PY160平路机前中央制动器和早期生产ZL50装载机车轮制动器，采用的即是这种形式的制动器。下面以ZL50装载机车轮制动器为例（图5-10），对其结构和工作原理作一叙述。

1）结构。这种制动器和非平衡式制动器相比，所有固定在制动底板上的不旋转件，如制动蹄、定位销、支承销、制动分泵、调整装置及回位弹簧等，都成双按中心对称布置。两制动蹄靠定位销保持在同制动鼓轴线相垂直的平面内，并用支承销支承，两端都没有固定支点，靠回位弹簧拉紧使其压靠在相应的支承销和调整装置的螺杆上。在制动分泵弹簧的作用下，使推杆外端凹槽与制动蹄两端分别抵住。

图5-10 ZL50装载机车轮制动器的结构示意

2）工作原理。机械前进时制动，两分泵活塞在油压作用下，向外推出使两蹄压向制动鼓。由于此时制动鼓反时针旋转，在制动鼓的摩擦作用下，使两蹄绕车轮中心作逆时针转动，直至顶住相应的调整螺杆为止。这时，左蹄以下端调整螺杆为支点张开，右蹄以上端调整螺杆为支点张开同时压紧在制动鼓上，于是产生制动力矩使车轮制动。此时两蹄均为增势蹄。倒车制动时，制动鼓给两蹄摩擦力的方向与上述相反，使两蹄绕车轮中心作顺时针转动，直至顶住相应的支承销为止。这时，两个支承销就成了两蹄各自张开的支点，其制动工作原理与上述相同。这时两蹄仍然都是增势蹄，制动效能与前进时一样。这种制动器制动时，由于制动鼓所受两制动蹄的作用力能自动平衡，且进退制动效能一样，故称为双向平衡式制动器。它的优点是：轮毂轴承不受任何附加载荷，摩擦片磨损均匀，制动效能比非平衡式高。缺点是结构复杂。

（3）自动增力式制动器

1）结构。自动增力式制动器主要由制动鼓、制动蹄、制动分泵、调整器、挡块和回位弹簧等组成。制动分泵、挡块和调整器都固定在制动底板上。两制动蹄的上、下端没有固定支点，靠回位弹簧的拉紧作用，上端靠在挡块上，下端靠在调整器推杆两端的凹形槽内。调整器的推杆能轴向移动，且其长度可调整。(www.daowen.com)

图5-11 自动增力蹄式制动器原理

2）工作原理。前进制动时，如图5-11所示，分泵活塞推两蹄张开压到制动鼓上，此时，两蹄上端都离开挡块，旋转着的制动鼓便带动两蹄沿旋转方向绕车轮中心转过一个角度，直到后蹄上端又顶靠在挡块为止，然后蹄与鼓进一步压紧。这时前蹄（图中为右蹄）是一般的增势蹄，但因其支承是能轴向移动的推杆，该推杆能将前蹄作用于它的推力Q完全传到后蹄的下端。

由于前蹄的增势作用，推力Q比张开力F要大得多，于是也是增势蹄的后蹄，在更大的推力Q的作用下压紧在制动鼓上，其所产生的制动力矩比前蹄更大。所以整个制动效能比平衡式制动器还要高。倒车制动时，只是两蹄的工作状况互相转换，同样产生自动增力的效果，其制动效能与前进制动时相同。这种形式的制动器，由于制动时能自动增加制动力矩，所以叫自动增力式制动器。这种制动器的优点是：有较高的制动效能，因而可以缩小制动分泵等机构的尺寸，而且不论前进还是后退，制动效能相同，故适用于往复运动作业及需要较大制动力矩的工程机械上。缺点是制动不够平顺，制动效能受摩擦系数变化影响较大，当摩擦系数稍有降低时（如制动器内进入油、水等）就会使增力效果显著下降，从而使制动效能明显变差。

图5-12 凸轮张开蹄式车轮制动器结构

（4）凸轮张开式制动器

1）结构。其结构如图5-12所示。WY60轮式挖掘机车轮制动器和中央制动器均采用这种形式。该制动器主要由制动鼓、制动蹄、制动臂、制动底板、凸轮及轴、回位弹簧等组成。制动鼓用螺栓固定在车轮轮毂上，随车轮一起转动。在制动鼓敞口端的外圆面上有一圈凸起的筋，以防止在制动蹄压向制动鼓时制动鼓变成“喇叭口”的形状。制动蹄一端通过支承轴销与制动底板相连，并可绕轴销转动。为防止轴销轴向移动，在轴销上制有环形凹槽，并用螺钉和锁片固定。制动蹄的另一端叉孔内安装着滚轮，用以减轻摩擦与磨损，摩擦片用铆钉铆结在制动蹄上。为了使两制动蹄在解除制动后迅速回位，在两蹄之间的端部两侧装有两个回位弹簧。制动底板通过螺钉固定在外半轴套（前轮）和驱动桥壳（后轮）的凸缘上。挡泥盘装在外转向节或桥壳上，以防泥水进入制动器摩擦面。在挡泥盘的边缘开有用于检查制动器间隙的检视孔。凸轴与轴制为一体，凸轮夹装在制动蹄的两滚轮之间，凸轮轴以制动底板上的轴孔和外转向节叉或桥壳上的轴承孔座支承，并在轴承座上设有油嘴，以便于润滑凸轮轴。凸轮的轮廓为S形，采用S形凸轮可以在其转角较小的条件下得到较大的蹄端张开距离。制动臂的一端通过内花键和凸轮轴端部花键啮合，并用螺栓固定，另一端通过轴销和制动气室推杆的叉头相连。

2）工作原理。制动时，压缩空气推动制动气室内的活塞使推杆外伸，推制动臂和凸轮转过一个角度，此时，凸轮便顶动两滚轮，使两蹄绕支承销向外张开与制动鼓压紧，并产生制动力矩使挖掘机减速或停车。解除制动时，将制动气室内的压缩空气放出，推杆内收，制动臂和凸轮回转一个角度不顶压滚轮，制动蹄在回位弹簧作用下复位，摩擦力矩消失制动解除。由于这种制动器形的凸轮中心是固定的，即凸轮只能转动不能移动，所以不论凸轮转到任何角度，两蹄相对于制动鼓的位移量都彼此相等。但由于在使用中两边蹄与鼓的间隙不可能调整到完全一致，故两蹄对鼓的压紧程度也就不等，间隙较小的一边制动蹄，对制动鼓的压紧力和摩擦力较大，因而产生的制动力矩也较大。因此，这种制动器在开始使用时是非平衡式的，而在使用一段时间后，由于单位压力较大的制动蹄摩擦片磨损较快，从而使两边间隙逐渐趋于相等，制动时两蹄对制动鼓的压紧力也就逐渐趋于相等。这时，制动器由最初的非平衡式转化为平衡式。

（5）几种蹄式制动器的性能比较

首先就制动效能来看，在结构参数基本相同的条件下，自动增力式制动器由于对摩擦力的增势效果利用得最充分而制动效能最高，平衡式制动器次之，非平衡式最低。但从另一方面看，由于制动蹄与制动鼓之间的摩擦因数本身是一个不稳定的因素，它随制动鼓和摩擦片的材料性质、温度和表面情况（如是否沾水、油等）的不同而在很大范围内变化。自动增力式制动器的制动效能对摩擦因数最为敏感，因而很不稳定。此外，在制动过程中，制动力矩的增长也比较急速。非平衡式制动器虽然制动效能较低，但结构简单，制动效能受摩擦因数的影响相对较小，制动比较平顺。平衡式制动器在制动效能及制动稳定性、平顺性等方面都介于上述两者之间。

从所有蹄式制动器来看，因其具有制动力矩大、制动性能好、有较好的密封性能等优点，所以目前蹄式制动器在工程机械上被广泛应用。

（6）蹄式制动器的缺点

蹄式制动器也存在一定的缺陷，一是蹄式制动器都在不同程度上利用了摩擦增势作用来保证一定的制动效能，而在使用中因摩擦因数并不稳定，所以制动效能的稳定性较差。二是制动器工作时，摩擦产生的热量绝大部分传给制动鼓，使其温度升高。为了减少温升，应当使制动鼓有较大的热容量。因此制动鼓都具有足够大的质量，有些工程机械的制动鼓外表面还铸出散热片或筋条，以加强冷却、降低温升。三是摩擦片被包在制动鼓内，散热条件不好，温升现象比较严重，尤其是在下长坡制动时，摩擦片在高温条件下工作将导致摩擦因数和耐磨性降低，严重影响制动效能。由于蹄式制动器存在上述严重的缺陷和不足，故目前愈来愈多的工程机械上采用了盘式制动器。

图5-13 液压驱动钳盘式制动器

2.盘式制动器

根据其结构不同，盘式制动器分为全盘式和钳盘式两种。由于它们的旋转元件都是以端面为工作表面的圆盘，故称为制动盘（图5-13）。全盘式制动器的固定摩擦元件是端面上制有摩擦衬面的圆盘，钳盘式的则是位于制动盘两侧一对或数对面积不大的摩擦衬片，且这些衬片及其压紧装置都装在类似夹钳形的支架上，总称为制动钳。盘式制动器近年来在工程机械上得到了较广泛的应用，如ZL50装载机和TL180推土机等。

（1）全盘式制动器

为了获得足够大的制动力矩，一些重型机械采用全盘式制动器。全盘式制动器的构造与原理与履带式机械后桥的转向离合器相似，所不同的是转向离合器是靠弹簧力压紧而呈常接合，需要时通过操纵系统使之分离。而全盘式制动器则为常开式，需要制动时通过操纵系统使之压紧制动。如图5-14所示的全盘式制动器用于部分轮式推土机的4个车轮制动器，结构上完全相同，且分别装在前、后驱动桥的两端。

图5-14 全盘式制动器结构原理图

制动器分为旋转部分和固定部分。旋转部分由带齿槽的主动鼓和两片主动摩擦盘组成，固定部分由带缺口的固定盘和两片从动摩擦盘组成。固定盘通过螺栓固定在不转动的支承轴座上。从动摩擦盘外圆齿卡在固定盘缺口内，可轴向移动，但不能转动。主动鼓用螺钉固定在轮毂上，可随车轮一起旋转。带内齿的主动摩擦盘装在主动鼓外齿上，它不仅能轴向移动，而且还随主动鼓一起转动。主、从动摩擦盘交替安装在固定盘和支承轴座之间，制动时靠制动分泵压紧。4个制动分泵通过螺钉固定在支承轴座上。制动时，从气液总泵来的高压油通过油管进入分泵活塞顶部油室，推动活塞移动，使主、从动摩擦盘压紧而产生摩擦力矩，使车轮制动。解除制动时，气液总泵来的油压降低，分泵活塞在回位弹簧作用下恢复原位，主、从动摩擦盘间的压力消失，制动解除。

全盘式制动器，由于摩擦面多，产生的制动力矩较大，同时产生的摩擦热能较多，但是由于它有封闭的外壳，所以散热性能较差。为克服这一缺点，目前有的机械采用全盘湿式制动器，制动盘浸在循环着的油液中工作，使摩擦产生的热被油液带走，大大改善了其散热性能。这种制动器的寿命很长，且不需要保养和修理。近年来，也出现了弹簧压力制动、液压压力松闸的多盘湿式制动器，其制动更加安全可靠，而且使用寿命长，几乎无需保养。此外，机械的行车制动、驻车制动和紧急制动均由此制动器完成。其制动液压系统可大大简化，总体布置方便。另外，系统中设有手动泵，当机械动力出现故障无法向制动系统供油时，通过手动泵供油使制动解除，保障机械被顺利牵引。

（2）钳盘式制动器

具体到不同的机型，其结构上有一定的差异，如图5-15所示的制动钳卡在制动盘的右边，这种钳盘式制动器多为小型机械使用。如图5-16所示的制动器的制动钳对称地卡在制动盘的左右两边，制动摩擦面积大，制动盘受到的摩擦力矩更大，制动效果更好，多为大中型工程机械使用，如柳州ZL50（40）装载机，四个车轮上采用的均是这种制动器。

图5-15 小型机械用钳盘式制动器

图5-16 ZL50装载机钳盘式车轮制动器结构

1）结构。主要由制动盘和制动钳组成。制动盘通过螺钉固定在轮毂上，可随车轮一起转动。两制动钳通过螺钉固定在桥壳的凸缘盘上，并对称的置于制动盘两侧。每个制动钳上制有四个分泵缸，缸内装有活塞，缸壁上制有梯形截面的环槽，槽内嵌有矩形橡胶密封圈，活塞与缸体之间装有防尘圈，其中一侧泵缸的端部用螺钉固定有端盖。4个泵缸经油管及制动钳上的内油道互相之间连通。为排除进入泵缸中的空气。为防止轴销移动和转动，制动钳上装有止动螺钉，用于将轴销固定。

2）工作原理。不制动时，摩擦片、活塞与制动盘之间的间隙为0.2mm左右，因此，制动盘可以随车轮一起自由转动。制动时，制动液经油管和内油道进入每个动制钳上的4个分泵中。分泵活塞在油压作用下向外移动，将摩擦片压紧到制动盘上而产生制动力矩，使车轮制动。此时矩形橡胶密封圈的刃边活塞摩擦力的作用下产生微量的弹性变形（图5-17a）。解除制动时分泵中的油液压力消失，活塞靠矩形密封圈的弹力自动回位（图5-17b），恢复其原有间隙，使摩擦片与制动盘脱离接触，制动解除。如果摩擦片与制动盘的间隙因磨损而变大，则制动时矩形密封圈变形达到极限后，活塞仍可在油压作用下，克服密封圈的摩擦力而继续移动，直到摩擦片压紧制动盘为止。但解除制动时，矩形密封圈所能将活塞拉回的距离同摩擦片磨损之间是相等的，即制动器间隙仍然保持标准值。故矩形密封圈除起密封作用外，同时还起使活塞回位和自动调整间隙的作用。利用矩形密封圈的定量弹性变形来使活塞回位并自调间隙，可使制动钳结构简单，造价低廉，保养简便。但这种结构对橡胶圈的弹性、耐热性和耐磨性、刃边的几何精度及光洁度的要求都比较高，而且由于矩形密封圈的刃边变形量很小，在不制动时，摩擦片与制盘之间的间隙，每边都只有0.1mm左右，因而在保证彻底解除制动方面还不十分可靠。

图5-17 矩形密封圈工作情况示意图

a）制动时 b）解除制动时

3）摩擦片的更换。摩擦片上开有三条纵槽，槽深为9mm，以此槽磨完为标记，即当摩擦片磨去9mm后，应当更换摩擦片。更换摩擦片的方法是：首先拆下轮辋，松掉止动螺钉，拔出轴销，摩擦片即自动掉下，更换后按相反步骤装复。

（3）盘式制动器的优缺点

1）优点。盘式制动器与带式和鼓式相比，有较多优点。一是结构紧凑，摩擦片磨损均匀，使用寿命长。二是制动盘对摩擦片无摩擦增势作用，制动效能受摩擦因数的影响较小，因此，制动器的稳定性较好。由于无摩擦增势作用，所产生的制动力矩仅与分泵油压成比例，制动力矩的增长较和缓，制动平顺性较好。三是浸水时制动效能降低很少，且出水后只需要进行一两次制动，即可恢复，具有良好的排水性能。四是钳盘式制动器结构简单，保养修理方便，且由于制动盘露出在大气中，故具有良好的通风、散热性能。另外全盘式制动器在结构尺寸相同的条件下，摩擦面积较大，因而可产生较大的制动力矩，并且也易于密封。

2）缺点。一是对摩擦材料的要求较高，特别是钳盘式制动器，因其摩擦面积较小，故操纵油压比蹄式的为高。这就使得单位压力较大，如用一般摩擦材料极易磨损。二是由于没有增势作用，需要在制动传动机构中装设足够强的加力装置。另外全盘式制动器的散热性能和钳盘式制动器的防污性能较差。

3.带式制动器

带式制动器是以固定不动的环形钢带包绕在旋转的制动鼓外圆面上来实施制动的，带式即由此得名。钢带内圆弧面上铆有摩擦片，摩擦片和制动鼓外圆保持适当间隙，当钢带束紧时便对制动鼓产生制动效果，故又称外束鼓式制动器。带式制动器在履带机械上应用较多，因为从结构上考虑，在履带机械的后桥中布置带式制动器比较方便，而且转向离合器从动鼓本身就为带式制动器提供了现成的制动鼓。此外，有些压路机和轮式机械或汽车的手制动器也采用带式制动器。带式制动器按操纵形式不同，分为单端拉紧式、双端拉紧式和浮动式等。如图5-18所示为浮动带式转向制动器的工作原理。操纵端始终与制动带松边相连，因为在这种结构中，随着制动鼓转动方向的改变，制动带的操纵端和固定端也相应变化，因此也成为浮动带。如果操纵杆件的尺寸位置设计合理，这种方案正反转制动效果相同，操纵都省力。这是浮动带式制动器的优点所在。履带式机械（如部分国产TY320系列推土机等）转向制动器多采用这种浮动式带式制动器。浮动带式转向制动器的工作情形如下：制动带两端分别支靠在A、B两点，当踩下制动踏板，顶开助力器的阀，压力油推动摇臂拉动杠杆。它以C为支点使A点下压、B点上拉。当前进制动时，B点为松边端，以A点为支点，杠杆拉动B点，完成制动。当后退制动时，A点为松边端，乃以B点为支点，杠杆推动A点，完成制动。

图5-18 浮动带式转向制动器的工作原理

a）前进制动 b）后退制动