【正文】 。 27， 2021 2 QIAO Xiangming amp。 呂 老師淵博的學(xué)識(shí)、敏銳的思維、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)使學(xué)生受益匪淺、永生難忘。 最后感謝各位 老師 在百忙之中對(duì)本論文進(jìn)行評(píng)閱，我相信一定會(huì)從 各位 老師的批評(píng)指正中受到深刻的教益。 在 校學(xué)習(xí) 過(guò)程中 徐勝云教授 、 宮煥春老師和呂 老師都給予我無(wú)私的幫助，在此向這幾位老師表示衷心的感謝。呂 老師追求真理、獻(xiàn)身科學(xué)、學(xué)而不厭、誨人不 倦的崇高品質(zhì)對(duì)學(xué)生將是永遠(yuǎn)的鞭策。本系統(tǒng)綜合運(yùn)用了傳感器技術(shù)、 半導(dǎo)體制冷片 應(yīng)用 ，對(duì)制動(dòng)鼓的傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)。 (3)根據(jù)本課題設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 (2)功耗低： 在滿足冷卻要求的情況下，高效率、低耗 電 的冷卻將是設(shè)計(jì)冷卻控制系統(tǒng)時(shí)首先考慮的問(wèn)題之一。 (4)繼續(xù)對(duì)本控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，更加完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使控制效果更加明顯。 本控制系統(tǒng)處于研究、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)階段，系統(tǒng)各部件間的協(xié)調(diào)性及樣機(jī)的實(shí)際測(cè)試還有待進(jìn)一步完善，以適應(yīng)車(chē)輛在緊急制動(dòng)和持續(xù) 制動(dòng)時(shí)的實(shí)際需要。該系統(tǒng)冷卻溫度的限值可以通過(guò)實(shí)際標(biāo)定進(jìn)行確定。 傳感器 (1) ? 根據(jù)阻抗的變化檢測(cè)某些特 性，例如：進(jìn)氣歧管真空度及空氣流量。 電氣配線 連接 如果電路 CD 與 電路 A B 相連， 則用黑色的小圓點(diǎn) 表示連接點(diǎn) D。 備注： 電阻 器 ? 電阻值恒定的電阻器。 ? 接地 (2) 表明電線與接地體相 連。 根據(jù)上述條件，并且滿足在汽車(chē)制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)電壓由蓄電池提供，電壓額定值 12V14V，選取內(nèi)置 12V14V內(nèi)置小馬達(dá)，功率選取 20W. 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 第 電路圖 電路 原理圖 可以 直接體現(xiàn)了 制動(dòng)器冷卻系統(tǒng) 電子電路的結(jié)構(gòu)和工作原理，所以用在 此章節(jié)用以更加清楚地針對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行技術(shù)描述。在要求不高的場(chǎng)合如小功率和頻率在額定工作頻率工作情況下，可以用普通鼠籠電動(dòng)機(jī)代替。 根據(jù)實(shí)際工況選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型 : 冷卻系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)需要 恒功率調(diào)速 ,宜選用直流變頻電動(dòng)機(jī)。 風(fēng)冷翅片 均勻分布，有效利用眾多 翅 片的較大表面積進(jìn)行熱交換。由于計(jì)算機(jī)風(fēng)冷散熱器所針對(duì)的發(fā)熱設(shè)備通常體積較小，為了將吸收的熱量有效地傳導(dǎo)到盡量多的鰭片上，因此還需要吸熱底有較好的橫向熱傳導(dǎo)能力。此類(lèi)狀況中，如果散熱片吸熱底沒(méi)有一定的儲(chǔ)熱能力作為熱量的緩沖，散熱片與發(fā)熱設(shè)備本身的溫度都會(huì)迅速升高，輕則由于溫度的迅速變化加快設(shè)備老化，重則未能及時(shí)發(fā)動(dòng)過(guò)溫保護(hù)機(jī)制導(dǎo)致設(shè)備燒毀。吸熱快，即吸熱底與發(fā)熱設(shè)備間熱阻小，可以迅速的吸收其產(chǎn)生的 熱量。其主要作用有三： —— 吸收體積、面積較小的發(fā)熱物體的熱量，令其不致因熱量堆積而溫度急劇升高，導(dǎo)致各種不希望看到的后果； —— 將吸收 的熱量在內(nèi)部傳導(dǎo)到散熱片的各個(gè)部分，充分利用較大的熱容量與表面積； —— 通過(guò)表面的各種熱交換途徑（主要是熱對(duì)流）將熱量散失到空氣之中（可配合風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流）； 此三種主要作用互相配合，形成一套完整的散熱途徑。 采用 風(fēng)冷翅片 散熱器的目的在于將制動(dòng)器發(fā)熱量直接傳導(dǎo)到更大面積的翅片上，然后借助強(qiáng)迫空氣冷卻，將熱量散發(fā)至周 圍環(huán)境的空氣中，散熱器上的散熱片 (翅片 )提供了換熱的擴(kuò)展表面。 圖 半導(dǎo)體制冷片 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 第 風(fēng)冷翅片性質(zhì)分析 冷卻系的主要功用是把受熱零件吸收的部分熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證 零件 在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。 半導(dǎo)體制冷片熱慣性非常小，制冷制熱時(shí)間很快，在熱端散熱良好冷端空載的情況下，通電不到一分鐘，制冷片就能達(dá)到最大溫差。 半導(dǎo)體制冷片作為特種冷源，在技術(shù)應(yīng)用上具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒(méi)有污染源沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，不會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒(méi)有滑動(dòng)部件是一種固體片件，工作時(shí)沒(méi)有震動(dòng)、噪音、壽命長(zhǎng)，安裝容易。這樣，半導(dǎo)體元件可以用各種不同的連接方法來(lái)滿足使用者的要求。 N 型材料有多余的電子，有負(fù)溫差電勢(shì)。它的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有滑動(dòng)部件，應(yīng)用在一些空間受到限制，可靠性要求高，無(wú)制冷劑污染的場(chǎng)合。 適時(shí)適量的冷卻氣流流經(jīng)加裝在制動(dòng)器外壁的風(fēng)冷翅片。 單片機(jī)是一種集成 在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 所以在制動(dòng)器達(dá)到 250℃ 之前， 冷卻系統(tǒng)就應(yīng)該進(jìn)行預(yù)冷卻。因此熱電偶只能安裝在既能夠較精確的檢測(cè)到制動(dòng) 鼓 的溫度變化，又不隨制動(dòng) 鼓 一起轉(zhuǎn)動(dòng)的位置，經(jīng)過(guò)比較分析，將熱電偶溫度傳感器安裝在制動(dòng)輪缸上端，距離制動(dòng) 鼓 工作表面（即內(nèi)圓面）非常接近，但又不能與制動(dòng)轂接觸。當(dāng)制動(dòng) 鼓 溫度低 于設(shè)定值 ， 不發(fā)出信號(hào) 電動(dòng)機(jī) 不動(dòng)作。冷卻氣流在流經(jīng)制動(dòng)鼓外的風(fēng)冷翅片，發(fā)生熱交換，制動(dòng)鼓溫度下降。 當(dāng)制動(dòng)踏板動(dòng)作傳感器接收到制動(dòng)踏板動(dòng)作信號(hào)，控制半導(dǎo)體制冷片電路通電。某轎車(chē)的裝備質(zhì)量為 1470kg，其單個(gè)制動(dòng)鼓的質(zhì)量為 15 kg，初始溫度為 20℃，最高設(shè)計(jì)車(chē)速為150km/h，通過(guò)換算 V0==33 m/s， V1= Vmax=17 m/s，設(shè)定制動(dòng)間隔時(shí)間為 45s，制動(dòng)減速度為 3m/s2，計(jì)算制動(dòng)時(shí)間為： T=(V0V1)/a= 又由能量守恒定律： 176。 m 308 230 190 167 149 132 122 116 115 制動(dòng)鼓平均溫度／℃ 128 203 245 281 306 331 348 355 368 制動(dòng)蹄平均溫度／℃ 55 94 134 174 207 234 257 281 297 由以上數(shù)據(jù)得出結(jié)論，鼓式制動(dòng)器的溫度不宜超過(guò) 250℃。 制動(dòng)器熱衰退試驗(yàn)中設(shè)定制動(dòng) 壓力為 13 MPa、制動(dòng)初始速度為 100 km以 上 ，經(jīng)制動(dòng)拖磨使制動(dòng)鼓初溫達(dá)到 65177。又通過(guò)與錳鋼材料的熱物性對(duì)比，在 400℃以?xún)?nèi)，其比熱容也相差不大，因此在取值時(shí)可以大體依照一種制動(dòng)鼓材料選擇。要使剎車(chē)副正常工作，應(yīng)保證耐溫性較低的一方不發(fā)生破壞。 第 冷卻系統(tǒng)散熱定量分析 無(wú)論制動(dòng)過(guò)程中還是制動(dòng)結(jié)束后，制動(dòng)鼓摩擦面區(qū)域?yàn)楦邷囟戎捣植紖^(qū)，其附近區(qū)域溫度梯度較大；離摩擦面較遠(yuǎn)的制動(dòng)鼓底面的溫度場(chǎng)沒(méi)有變化，這是因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)間較短；持續(xù)制動(dòng)生熱時(shí)，由傳熱學(xué)知識(shí)知道，熱量向四周傳遞，離熱源較遠(yuǎn)部位的溫度場(chǎng)也會(huì)發(fā)生變化，但是制動(dòng)鼓的高溫部位仍然集中在制動(dòng)鼓摩擦表面的中間部分，且左右兩個(gè)方向上的溫度在逐漸降低。樹(shù)脂基有機(jī)復(fù)合摩擦材料在一定溫度下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而降解 ,降解產(chǎn)物包括固體、液體、和氣體。其中摩擦界面粘結(jié)的形成和斷裂對(duì)摩擦力有較大的影響 , 所以 ,也直接影響到摩擦熱量。因此 , 摩擦力的產(chǎn)生機(jī)理直接決定了摩擦熱的產(chǎn)生。根據(jù)熱力學(xué)傳遞機(jī)理，制動(dòng) 器的換熱包括傳導(dǎo)換熱、輻射換熱和對(duì)流換熱 3種方式。金 屬摩擦副，熱擴(kuò)散率大，熱量在介質(zhì)中傳播快，受熱影響的區(qū)域大。 制動(dòng)器工作時(shí)，摩擦片與制動(dòng)鼓劇烈摩擦，汽車(chē)的行駛動(dòng)能主要通過(guò)摩擦轉(zhuǎn)化成熱能，被制動(dòng)器摩擦副吸收，其表征為摩擦片和制動(dòng)鼓的溫度升高。這可以通過(guò)使用大直徑高速旋轉(zhuǎn)的葉片來(lái)完成，但會(huì)產(chǎn)生很大的躁聲。維護(hù)費(fèi)用也減少，因?yàn)椴辉谛枰l繁清洗冷卻器水側(cè)的水垢、微生物結(jié) 垢及沉積物等所花費(fèi)的費(fèi)用。風(fēng)冷卻是指利用流動(dòng)冷空氣對(duì)熱源進(jìn)行冷卻。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 研究的內(nèi)容及技術(shù)要求 本課題用小型空調(diào)為系統(tǒng)提供冷卻氣體，冷卻量的調(diào)節(jié)是 通過(guò) 半導(dǎo)體制冷片電流量及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 來(lái)實(shí)現(xiàn)。以上調(diào)查顯示，事故主要是由制動(dòng)性能熱衰退引起的，因此有效防止制動(dòng)性能熱衰退，對(duì)社會(huì)來(lái)說(shuō)是有一定價(jià)值和意義的。 裝備鼓式制動(dòng)器的汽車(chē)，一旦出現(xiàn)制動(dòng)性能熱衰退，將給駕駛員、乘客以及國(guó)家?guī)?lái)人身財(cái)產(chǎn)的巨大損失。大中型客貨車(chē)需要較大制動(dòng)力，目前必須使用鼓式制動(dòng)器才能滿足要求。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。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易安裝及制造，可避免噴淋冷卻所致的管道阻塞的問(wèn)題，在小型車(chē)方面得到很大應(yīng)用。但是，該裝置也存在一定的問(wèn)題：水箱內(nèi)無(wú)水時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，無(wú)水后貯氣筒內(nèi)的壓縮空氣通過(guò)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(dòng)系統(tǒng)供給氣壓不足，導(dǎo)致車(chē)輛制動(dòng)效能下降甚至失效，出現(xiàn)嚴(yán)重的交通事故。熱分解溫度愈高，摩擦副的熱穩(wěn)定性愈好志剛。提高制動(dòng)器的熱容量和散熱性，可改善其制動(dòng)性能。閉式冷卻：冷卻水在系統(tǒng)中強(qiáng)制循環(huán)，如機(jī)動(dòng)車(chē)制動(dòng)鼓冷卻器，制造復(fù)雜，要求精度高，成本高，適用于小型車(chē)。傳統(tǒng)冷卻方式主要有兩種：風(fēng)冷和水冷。 鼓式制動(dòng)器連續(xù)工作會(huì)造成制動(dòng)性能熱衰退和制動(dòng)鼓燒蝕，表現(xiàn)為： 制動(dòng)鼓升溫快，熱應(yīng)力高，制動(dòng)鼓強(qiáng)度下降，剎車(chē)時(shí)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(dòng)鼓不能及時(shí)被冷卻，聯(lián)接部件溫度升高，聯(lián)接螺栓易失效； 制動(dòng)期間摩擦材料表層的溫度變化對(duì)摩擦因數(shù)有很大的影響，摩擦片溫度過(guò)高，石棉材料 (粘合劑 )熱分解，摩擦因數(shù)降低，并且剎車(chē)時(shí)摩擦片易碎裂，致使制動(dòng)性能熱衰退； 第 制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)的現(xiàn)狀 針對(duì)制動(dòng)負(fù)荷大的問(wèn)題，人們?cè)O(shè)計(jì)了排氣制動(dòng)輔助裝置，在一定程度上緩解了制動(dòng)熱 負(fù)荷的問(wèn)題，但該系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，價(jià)格較高，使用范圍受一定的限制，對(duì)一些低價(jià)位的貨車(chē)加裝該系統(tǒng)顯然是不經(jīng)濟(jì)的。無(wú)石棉低金屬襯片，通過(guò)采用多種 纖維混合體系，使用多孔性顆粒性填料及無(wú)機(jī)黏結(jié)劑等原料，減少樹(shù)脂和金屬含量，熱穩(wěn)定性好，耐磨性?xún)?yōu)越，導(dǎo)熱性好，克服了石棉摩擦材料表現(xiàn)的“熱衰退’， 克服 摩擦表面易開(kāi)裂等缺點(diǎn)，達(dá)到減輕“熱衰退”，穩(wěn)定摩擦系數(shù)的目的。它是以增強(qiáng)材料 (石棉、玻璃纖維和復(fù)合纖維等 )、黏結(jié)材料 (樹(shù)脂等 )、填料 (石墨、硫酸鋇、泡石、銅粉、鐵粉、鋁粉和橡膠粉等 )，經(jīng)混合粉碎、模壓成型、后處理等一系列生產(chǎn)工藝加工而成。因此，摩擦片工作表面的溫升也會(huì)很?chē)?yán)重。為了保持行車(chē)安全，提高汽車(chē)運(yùn)輸效率，需要對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行降溫處理，減少熱負(fù)荷。我國(guó)又是個(gè)多山的國(guó)家，約 75％的國(guó)土面積為山區(qū)或丘陵地形，據(jù) 2021年統(tǒng)計(jì)資料，全國(guó)公路總里程為 169． 8萬(wàn)公里，其中高速公路只有 19437公里，二級(jí)以上公路僅占總里程的 13． 4％，低等級(jí)公路和等外公路占絕大部分 (交通部主頁(yè)， 2021)。在制動(dòng)系不工作時(shí)，回位彈簧 13 使制動(dòng)轂 8 的圓柱面與制動(dòng)蹄之間留有一定大小的間隙，車(chē)輪及制動(dòng)轂可以自由轉(zhuǎn)動(dòng) (圖 3)。這時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)蹄對(duì)旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)轂作用 一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的摩擦力矩（也叫制動(dòng)力矩） Mu 由于制動(dòng)力矩 Mu 的作用，使車(chē)輪對(duì)地面作用著一個(gè)向后的圓周推力 Fu，同時(shí)地面也對(duì)車(chē)輪作用著一個(gè)向后的反作用推力 Fb，這個(gè)反作用推力 Fb是使汽車(chē)制動(dòng)的外力，稱(chēng)為制動(dòng)力。這是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，它完全與車(chē)上制動(dòng)液壓系統(tǒng)是分離的：利用手操縱桿或駐車(chē)踏板（美式車(chē)）拉緊鋼拉索，操縱鼓式制動(dòng)器的杠件擴(kuò)展制動(dòng)蹄，起到停車(chē)制動(dòng)作用，使得汽車(chē)不會(huì)溜動(dòng)；松開(kāi)鋼拉索，回位彈簧使制動(dòng)蹄恢復(fù)原位，制動(dòng)力消失?，F(xiàn)在轎車(chē)鼓式制動(dòng)器都是采用自動(dòng)調(diào)整方式，摩擦襯片磨損后會(huì)自動(dòng)調(diào)整與制動(dòng)鼓間隙。因此，業(yè)內(nèi)將自行增力的一側(cè)制動(dòng)蹄稱(chēng)為領(lǐng)蹄，自行鼓式制動(dòng)器減力的一側(cè)制動(dòng)蹄稱(chēng)為從蹄，領(lǐng)蹄的摩擦力矩是從蹄的 2～ 倍，兩制動(dòng)蹄摩擦襯片的磨損程度也就不一樣。 凡對(duì)蹄端加力使蹄轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置統(tǒng)稱(chēng)為制動(dòng)蹄促動(dòng)裝置，制動(dòng)蹄促動(dòng)裝置有輪缸、凸輪和楔。當(dāng)然，鼓式制動(dòng)器也并非一無(wú)是處，它造價(jià)便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。 相對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)效能和散熱性都要差許多，鼓式制動(dòng)器的制 動(dòng)力穩(wěn)定性差，在不同路面上制動(dòng)力變化很大，不易于掌控。 在本課題中，通過(guò)針對(duì)鼓式制動(dòng)器熱衰退而設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)，有助制 動(dòng)器擺脫熱衰退造成的不良影響。其制動(dòng) 是靠制動(dòng)塊在制動(dòng)輪上壓緊來(lái)實(shí)現(xiàn)剎車(chē)的 。 試驗(yàn)表明：該冷卻裝置可有效地對(duì)制動(dòng)鼓進(jìn)行及時(shí)、迅速地冷卻，可防止因制動(dòng)前車(chē)速高或車(chē)輛超載引起的制動(dòng)性能熱衰退，并且該冷卻裝置安裝方便靈活、自動(dòng)化程度高和成本小等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)主要影響因素進(jìn)行了試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，著重對(duì)電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及電動(dòng)機(jī)的 選擇，風(fēng)冷片的設(shè)計(jì)和自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)。 若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 通過(guò)構(gòu)思和設(shè)計(jì)研究出良好的冷卻系統(tǒng)方案，以圖文變現(xiàn)出來(lái)。它通過(guò) CPU對(duì)冷卻制動(dòng)鼓的能力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，其冷卻能力可隨摩擦片溫度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)冷溫度，以防止制動(dòng)器過(guò)熱造成的制動(dòng) 性能熱衰退。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 實(shí)現(xiàn)方法 采集制動(dòng)器熱衰退的相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算制動(dòng)對(duì)溫度的敏感程度， 進(jìn)而測(cè)算冷卻裝置的冷卻效率及適用條件。當(dāng)冷卻水箱內(nèi)的水位低于警戒水位時(shí)