【正文】 鼓式制動器冷卻系統(tǒng)設(shè)計 開題報告 一、 選題背景 隨著我國汽車 行業(yè) 蓬勃發(fā)展，汽車保有量 逐年 增長，路交通事故發(fā)生 量也逐年 上升。我國 地形多變 ，約 有 75％的國土面積為山區(qū)或丘陵地形，據(jù) 2021年統(tǒng)計資料，全國公路總里程為 169． 8萬公里，其中高速公路只有 19437公里，二級以上公路僅占總里程的 13． 4％，低等級公路和等外公路占絕大部分 (交通部主頁， 2021)。這些低等級公路多分布于山區(qū)．車輛在這些 惡劣 道路上行駛時，需要頻繁使用制動器，甚至需要長時間拖剎持續(xù)制動．致使制動器溫度上升很快，制動性能熱衰退現(xiàn)象 明顯 ，嚴(yán) 重時會使制動能力完全喪失，以至釀成嚴(yán)重的交通事故，給國家和人民帶來巨大的損失。 相對散熱性能較好的盤式制動器而言，鼓式制動器的散熱性能一直是其軟肋。而鼓式制動器在現(xiàn)有車輛中仍然有很大的使用比重。裝配有鼓式制動器的車輛則更易產(chǎn)生制動器熱衰退問題，引起事故。 二、選題說明及意義 選題說明 鼓式制動器連續(xù)工作會造成制動性能熱衰退和制動鼓燒蝕，表現(xiàn)為：制動鼓升溫快，熱應(yīng)力高，制動鼓強度下降，剎車時容易破裂；接觸表面溫度分布不均勻，應(yīng)力增加，易磨損；制動鼓不能及時被冷卻，聯(lián)接部件溫度升高，聯(lián)接螺栓易失效；制動期間摩 擦材料表層的溫度變化對摩擦因數(shù)有很大的影響，摩擦片溫度過高，石棉材料 (粘合劑 )熱分解，摩擦因數(shù)降低，并且剎車時摩擦片易碎裂，致使制動性能熱衰退 。 選題意義 隨著汽車保有量的增長，道路交通事故己成為世界性的社會問題。全世界每年死于道路交通事故的人數(shù)估計超過 50萬人，傷 1000萬人，而我國則是世界上交通事戰(zhàn)最嚴(yán)重的國家。嚴(yán)峻的現(xiàn)實使人們不得不正視汽車安全性問題。 汽車的安全性分為主動安全和被動安全兩種。其中主動安全是指駕駛員通過與車輛協(xié)調(diào)進而避免事故的發(fā)生。針對汽車制動的主動性安全研究有利于 減少事故發(fā)生，對生產(chǎn)和生命安全有著積極意義。 三、國內(nèi)外研究進展及現(xiàn)狀 為防止制動性能熱衰退，主要有以下四種方案： (1)氣壓淋水冷卻 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 氣壓淋水冷卻系統(tǒng)主要借助貯氣筒內(nèi)的高壓空氣壓迫高位水箱內(nèi)的水，通過電磁閥來控制噴水，淋水箱頂部裝有調(diào)壓閥和氣壓閥。根據(jù)調(diào)壓閥設(shè)定的氣壓，壓縮空氣從淋水箱的頂部給水加壓，駕駛員通過踩下剎車踏板或者控制駕駛室內(nèi)的開關(guān)來控制淋水，噴淋制動鼓外沿，以降低制動器的溫度，保證汽車有足夠的制動效能。采用延時控制噴水，該裝置較簡單，易改裝，這是目前解決制動性能熱衰退常用的方法但是，該 裝置也存在一定的問題：水箱內(nèi)無水時不易發(fā)現(xiàn)，無水后貯氣筒內(nèi)的壓縮空氣通過水箱由淋水管直接泄漏到大氣中，而貯氣筒內(nèi)的氣壓不能正常上升，致使貯氣筒內(nèi)氣壓不足，造成制動系統(tǒng)供給氣壓不足，導(dǎo)致車輛制動效能下降甚至失效，出現(xiàn)嚴(yán)重的交通事故 (陳勤彥， 2021)。 (2)壓縮風(fēng)冷卻 強制風(fēng)冷式車輪制動器冷卻系統(tǒng) (解仲華， 1997)。它是在現(xiàn)有的制動器基礎(chǔ)上，在制動鼓的外壁上均布徑向展開的翅片，制動器底板上裝有環(huán)形噴氣嘴，環(huán)形噴氣嘴正對著制動鼓上的外壁及翅片，環(huán)形噴氣嘴通過風(fēng)管連接壓風(fēng)裝置，壓風(fēng)裝置與汽車變速器上的取力器驅(qū) 動連接。一方面通過展開的翅片向周圍環(huán)境散發(fā)熱量；另一方面用壓風(fēng)裝置強制向制動器吹風(fēng)冷卻。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，易安裝及制造，可避免噴淋冷卻所致的管道阻塞的問題，在小型車方面得到很大應(yīng)用。但是該裝置存在的問題是：汽車在行駛過程中，一直驅(qū)動空氣壓縮機，造成不必要的發(fā)動機功率損失。由于在剎車時制動鼓才會產(chǎn)生大量的熱，而此時，傳動軸的轉(zhuǎn)速會下降，導(dǎo)致驅(qū)風(fēng)時斷時續(xù)，冷卻效果受到影響，并且空氣的散熱能力有限。 (3)直流電動水泵淋水裝置 汽車制動系統(tǒng)的直流電動水泵淋水裝置 (李冠男， 2021)，其特征是將冷卻水箱裝的水經(jīng)過水箱 出水口接的管道至過濾器，再由直流電動水泵對過濾后的水產(chǎn)生衡壓揚程。由球閥組控制壓力水的流向，分別按駕駛員的意愿輸送到需冷卻部位，降低它們的溫度。當(dāng)冷卻水箱內(nèi)的水位低于警戒水位時報警器就會發(fā)出音響報警，提醒駕駛員及時加水，確保行車安全。此裝置存在自動化程度低和淋水量不能調(diào)節(jié)的缺陷。 四、優(yōu)化目標(biāo)及實現(xiàn) 優(yōu)化目標(biāo) 本題目目的在于優(yōu)化鼓式制動器冷卻裝置功用。由于現(xiàn)有的各種制動器冷卻裝置各有利弊，本題將致力于設(shè)計更加有效的冷卻裝置。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 實現(xiàn)方法 采集制動器熱衰退的相關(guān)數(shù)據(jù)，計算制動對溫度的敏感程度， 進而測算冷卻裝置的冷卻效率及適用條件。根據(jù)已有的機械設(shè)計知識，進行設(shè)計冷卻裝置，并使用 CAD繪出設(shè)計圖，并使用軟件編寫自動化控制程序，使該制動器冷卻系統(tǒng)有效，經(jīng)濟，人性化地工作。 五、開題總結(jié) 本課題主要是針對傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)自動化控制程度低，安全操作性差等不足，提出了采用自動化控制車載空調(diào)風(fēng)冷卻方法來冷卻制動鼓。本冷卻系統(tǒng)是一種新型、高效和低耗為一身的智能冷卻系統(tǒng)。它通過 CPU對冷卻制動鼓的能力進行自動調(diào)控，其冷卻能力可隨摩擦片溫度實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)風(fēng)冷溫度，以防止制動器過熱造成的制動 性能熱衰退。 本課題的研究結(jié) 果主要有以下幾個方面： (1)了解制動性能熱衰退機理，對制動器的生熱和散熱進行分析計算，確定導(dǎo)致制動性能熱衰退主要因素 (2)通過對傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的總結(jié)分析，改變其動力源，采用人工智能的控制方法。 (3)改變傳統(tǒng)全時冷卻，通過自動化智能設(shè)計及時的調(diào)節(jié)風(fēng)量，提高制動性能控制的自動化程度，減輕駕駛員的操作疲勞強度，保證行車安全。 六 、論文撰寫過程中擬采取的方法和手段 上網(wǎng)查閱資料，搜集相關(guān)論文，期刊、雜志，了解最新的混合動力汽車的結(jié)構(gòu)、原理 。 通過構(gòu)思和設(shè)計研究出良好的冷卻系統(tǒng)方案，以圖文變現(xiàn)出來。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 誠信申 明 本人聲明： 我所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計（論文）是 本 人在導(dǎo)師指導(dǎo)下對四年專業(yè)知識而進行的研究工作及全面的總結(jié)。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中創(chuàng)新處不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京化工大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而已經(jīng)使用過的材料。與我一同完成畢業(yè)設(shè)計（論文）的同學(xué)對本課題所做的任何貢獻均已在文中做了明確的說明并表示了謝意。 若有不實之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 本人簽名： 年 月 日 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） II 鼓式制動器冷卻系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 為解決裝備鼓式制動器的汽車制動性能熱衰退而引起的制動失效，本文設(shè)計了制動系抗熱衰退自控冷卻裝置。本設(shè)計是通過感應(yīng) 器接收制動踏板動作信號，進而使自動控制空調(diào)系統(tǒng)工作，制冷氣體流經(jīng)制動器 散熱器 ，吸收制動器的熱量，從而對制動器起到制冷作用。 本文首先從制動性能熱衰退機理出發(fā)，分析了制動器生熱和散熱過程的換熱平衡問題，得出導(dǎo)致制動性能熱衰退因素，對生熱和散熱進行了計算，對試驗起到了指導(dǎo)作用。針對主要影響因素進行了試驗設(shè)計，在試驗的基礎(chǔ)上，著重對電路系統(tǒng)的設(shè)計及電動機的 選擇，風(fēng)冷片的設(shè)計和自動化控制的設(shè)計。為了提高駕駛的安全性，進行了自動控制設(shè)計。制冷氣體由 半導(dǎo)體制冷片 產(chǎn)生，電流由蓄電池提供，鼓風(fēng)設(shè)備由電動機充當(dāng) 。本課題還進行了系統(tǒng)設(shè)計，主要包括：冷卻控制系統(tǒng)整體設(shè)計、硬件設(shè)計及選型、電路設(shè)計。 試驗表明：該冷卻裝置可有效地對制動鼓進行及時、迅速地冷卻，可防止因制動前車速高或車輛超載引起的制動性能熱衰退，并且該冷卻裝置安裝方便靈活、自動化程度高和成本小等優(yōu)點。將該冷卻裝置推廣運用，將會獲得一定的經(jīng)濟、社會效益。 關(guān)鍵詞 ： 鼓式制動器 冷卻系統(tǒng) Drum brake cooling system design 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） III Abstract To address equipment, drum brakes, brake thermal performance brake failure caused the recession, the paper design of the braking system controlled cooling heat design is received by the brake pedal movement sensor signal, thereby enabling automatic control air conditioning system work, placed in the brake cooling gas into the position of the radiator, the heat absorption of the brake, and thus play a brake cooling. This article first recession mechanism of heat from the braking performance, analyzes the brake heat and cooling process, heat balance, heat fade braking performance result obtained factors, heat and cooling is calculated, the test has played a guiding major influencing factors for experimental design, based on the test, focusing on circuit design and motor selection, aircooled chip design and design order to improve driving safety, for the automatic control gases generated by the semiconductor chip cooling, the current provided by the battery, the electric motor acts as blast project also carried out system design, including: the overall cooling control system design, hardware design and selection, circuit design. Results show that: the cooling device can be effectively carried out in time for brake drums and quickly cooling to prevent high speed by braking or vehicle prior to braking performance thermal overload caused recession, and easy installation of the cooling device flexibility, high degree of automationand the cost is the use of the cooling device, it will be some economic and social benefits. Keywords: drum brake cooling system 目 錄 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 前 言 ................................................ 1 第一章 課題背景 ........................................ 2 第 節(jié) 鼓式制動器介紹 .................................................................... 2 第 節(jié) 鼓式制動器 熱衰退概述 ........................................................ 5 第 節(jié) 制動器冷卻系統(tǒng)的現(xiàn)狀 ........................................................ 7 第二章 鼓式制動器強制風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計概述 .................. 9 第 節(jié) 課題的提出及意義 ................................................................ 9 第 節(jié) 研究的內(nèi)容及技術(shù)要求 .................