【正文】 感謝父母對(duì)我的養(yǎng)育之恩，感謝家人對(duì)我學(xué)業(yè)的無(wú)限支持，在 讀大學(xué)的四 年時(shí)間里他們給了我無(wú)窮的動(dòng)力，在此把這篇論文也獻(xiàn)給他們。 針對(duì)車輛在滿載或超載時(shí)制動(dòng)，制動(dòng)強(qiáng)度大，在極短的時(shí)間內(nèi)制動(dòng)器發(fā)熱嚴(yán)重，及冷卻系統(tǒng)自動(dòng)化程度低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了制動(dòng)系抗熱衰退自控冷卻裝置。 隨著人們對(duì)汽車綜合性能的要求越來(lái)越高，低耗能、智能化、精確冷卻和安全操作已成為該冷卻控制系統(tǒng)的發(fā)展方向，具體概括起來(lái)為以下三個(gè)方面： (1)精確冷卻：采用紅外溫度傳感器精確感溫，鼓風(fēng) 量既能隨摩擦片的溫度變化而調(diào)整來(lái)防止制動(dòng)器過(guò)熱的問(wèn)題，同時(shí)還要避免 鼓風(fēng) 過(guò)剩而致使制動(dòng)性能衰退的問(wèn)題。原理構(gòu)思上也稍顯不夠成熟，尚有更好的改進(jìn)空間。 裝備 DSC 系統(tǒng)的車輛，使用 CB 電路。 熔斷器 ? 電流超過(guò)電路規(guī)定的電流值 時(shí)，熔斷器熔斷。可以選取比較高的容量，這樣電機(jī)的抗過(guò)載性能會(huì)更好。 ,應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度 ,選用相應(yīng)絕緣等級(jí)的電動(dòng)機(jī) ,并加強(qiáng)通風(fēng)改善電動(dòng)機(jī)工作條件 。 散熱片的整體熱阻就是由與發(fā)熱設(shè)備的接觸面開(kāi)始逐層累計(jì)而來(lái)，吸熱底內(nèi)部的熱傳導(dǎo)阻抗是其中不可忽視的一部分。性能優(yōu)秀的散熱片，其吸熱底應(yīng)滿足四個(gè)要求：吸熱快、儲(chǔ)熱多、熱阻小、去熱快。所以本系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)制動(dòng)鼓加裝風(fēng)冷翅片，使摩擦產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至風(fēng)冷翅片，冷卻氣流與風(fēng)冷翅片的接觸面積將比直接冷卻制動(dòng)鼓增加數(shù)倍。 半導(dǎo)體制冷片是電流換能型片件，通過(guò)輸入電流的控制，可實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制，再加上溫度檢測(cè)和控制手段，很容易 實(shí)現(xiàn)遙控、程控、計(jì)算機(jī)控制，便于組成自動(dòng)控制系統(tǒng)。直接接觸的熱電偶電路在實(shí)際應(yīng)用中不可用，所以用 另外的 連接方法來(lái)代替，實(shí)驗(yàn)證明，在溫差電路中引入第三種材料（銅連 接片和導(dǎo)線）不會(huì)改變電路的特性。 半導(dǎo)體制冷片，也叫熱電制冷片，是一種熱 泵 。系統(tǒng) CPU由單片機(jī)充當(dāng)。故采集溫度信號(hào)的溫度傳感器（因熱電偶回路需接入導(dǎo)線和測(cè)量?jī)x表）不能直接安裝在制動(dòng) 鼓 上。電動(dòng)機(jī)鼓風(fēng)產(chǎn)生氣流，流經(jīng)通電的半導(dǎo)體制冷片，氣流溫度下降。這里以轎車為例計(jì)算制動(dòng)鼓的溫升。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)改進(jìn)使氣運(yùn)動(dòng)加快帶走制動(dòng)所產(chǎn)生的熱量，降低制動(dòng)器工作溫度。剎車片中的石棉在 250℃時(shí)就開(kāi)始失去結(jié)晶水，750℃時(shí)就變成粉末而完全失去工作能力，粘結(jié)劑在 300℃以下就會(huì)產(chǎn)生降解，使剎車副摩擦表面的強(qiáng)度降低而喪失工作能力。構(gòu)成摩擦熱量的另一部分是樹(shù)脂基有機(jī)復(fù)合摩擦材料在一定溫度下產(chǎn)生的化學(xué)變化。在鼓式制動(dòng)器中 ,制動(dòng)蹄在管路壓力的作用下壓緊在制動(dòng)鼓上 , 當(dāng)二者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí) , 接觸的表面產(chǎn)生摩擦力 , 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 摩擦力所做的功轉(zhuǎn)化為熱量 ,即在摩擦表面產(chǎn)生熱量。在同一熱源作用下，熱物性不同的物體內(nèi)部所形成的溫度場(chǎng)分布情況有很大差別。 ，空 氣的熱導(dǎo)率和比熱要低的多，故使空冷器的初始費(fèi)用要比水冷器多得多； ，需要有大量的空氣強(qiáng)制流經(jīng)風(fēng)冷翅片。 第 空氣冷卻的優(yōu)缺點(diǎn) 在本冷卻系統(tǒng)中，冷卻方式采用強(qiáng)制風(fēng)冷卻。另 312國(guó)道陜西省藍(lán)小公路路段全長(zhǎng) 48km，為典型的山區(qū)公路，沿線地勢(shì)險(xiǎn)要，坡大溝深，從 1999年到 2021年，共發(fā)生交通事故 560起，死亡 81人，傷 363人，直接經(jīng)濟(jì)損失 881． 384萬(wàn)元 (袁偉，2021)。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第二章 鼓式制動(dòng)器強(qiáng)制風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述 第 課題的提出及意義 雖然鼓式制動(dòng)器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，石棉和無(wú)石棉的摩擦片其抗熱衰退能力差，但是因其能提供較大的制動(dòng)力矩，所以目前仍然具有很大的應(yīng)用空間。一方面通過(guò)展開(kāi)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(qiáng)制向制動(dòng)器吹風(fēng)冷卻。不同組分的摩擦材料都有其對(duì)應(yīng)的熱分解溫度。開(kāi)式冷卻：由人員進(jìn)行控制，如果制動(dòng)時(shí)未及時(shí)冷卻制動(dòng)鼓，會(huì)引起制動(dòng)鼓淬火，冷卻液流到路面會(huì)潮濕路面。隨著半金屬、少金屬配方的不斷成熟和技術(shù)進(jìn)步，我國(guó)的重型車剎車片也在逐漸被無(wú)石棉 剎車片取代。當(dāng)前，我國(guó)商用載重汽車制動(dòng)器襯片仍 大量使用石棉制品。 山區(qū)道路坡大彎急，汽車行駛過(guò)程中需要頻繁制動(dòng)，制動(dòng)器工作時(shí)間較長(zhǎng)，制動(dòng)蹄片和制動(dòng)轂容易發(fā)熱，導(dǎo)致摩擦片的摩擦系數(shù)急劇下降，致使汽車制動(dòng)效能衰退，嚴(yán)重影響制動(dòng)的可靠性。但是，與汽車牽引力類似，汽車制動(dòng)力的大小不僅取決于制動(dòng)力矩 Mu 大小，還受輪胎與地面附著條件限制。鼓式制動(dòng)器除了成本比較低之外，還有一個(gè)好處，就是便于與駐車（停車）制動(dòng)組合在一起，凡是后輪為鼓式制動(dòng)器的轎車，其駐車制動(dòng)器也組合在后輪制動(dòng)器 上。但由于車輪是旋轉(zhuǎn)的，制動(dòng)鼓作用于制動(dòng)蹄的壓力左右不對(duì)稱，造成自行增力或自行減力的作用。另外，鼓式制動(dòng)器在使用一段時(shí)間后，要定期調(diào)校剎車蹄的空隙，甚至要把整個(gè)剎車鼓拆出清理累積在內(nèi)的剎車粉。制動(dòng)塊和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。本課題還進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括：冷卻控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)及選型、電路設(shè)計(jì)。與我一同完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的同學(xué)對(duì)本課題所做的任何貢獻(xiàn)均已在文中做了明確的說(shuō)明并表示了謝意。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)。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。采用延時(shí)控制噴水，該裝置較簡(jiǎn)單，易改裝，這是目前解決制動(dòng)性能熱衰退常用的方法但是，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)致車輛制動(dòng)效能下降甚至失效，出現(xiàn)嚴(yán)重的交通事故 (陳勤彥， 2021)。 選題意義 隨著汽車保有量的增長(zhǎng)，道路交通事故己成為世界性的社會(huì)問(wèn)題。鼓式制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)告 一、 選題背景 隨著我國(guó)汽車 行業(yè) 蓬勃發(fā)展，汽車保有量 逐年 增長(zhǎng)，路交通事故發(fā)生 量也逐年 上升。全世界每年死于道路交通事故的人數(shù)估計(jì)超過(guò) 50萬(wàn)人，傷 1000萬(wàn)人，而我國(guó)則是世界上交通事戰(zhàn)最嚴(yán)重的國(guó)家。 (2)壓縮風(fēng)冷卻 強(qiáng)制風(fēng)冷式車輪制動(dòng)器冷卻系統(tǒng) (解仲華， 1997)。當(dāng)冷卻水箱內(nèi)的水位低于警戒水位時(shí)報(bào)警器就會(huì)發(fā)出音響報(bào)警，提醒駕駛員及時(shí)加水，確保行車安全。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。 若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 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)前車速高或車輛超載引起的制動(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)。 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。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)。因此，業(yè)內(nèi)將自行增力的一側(cè)制動(dòng)蹄稱為領(lǐng)蹄，自行鼓式制動(dòng)器減力的一側(cè)制動(dòng)蹄稱為從蹄，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。這是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，它完全與車上制動(dòng)液壓系統(tǒng)是分離的：利用手操縱桿或駐車踏板（美式車）拉緊鋼拉索，操縱鼓式制動(dòng)器的杠件擴(kuò)展制動(dòng)蹄，起到停車制動(dòng)作用，使得汽車不會(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。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，車輪及制動(dòng)轂可以自由轉(zhuǎn)動(dòng) (圖 3)。為了保持行車安全，提高汽車運(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。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。 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)位的貨車加裝該系統(tǒng)顯然是不經(jīng)濟(jì)的。閉式冷卻：冷卻水在系統(tǒng)中強(qiáng)制循環(huán)，如機(jī)動(dòng)車制動(dòng)鼓冷卻器，制造復(fù)雜，要求精度高，成本高，適用于小型車。熱分解溫度愈高，摩擦副的熱穩(wěn)定性愈好志剛。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，在小型車方面得到很大應(yīng)用。大中型客貨車需要較大制動(dòng)力，目前必須使用鼓式制動(dòng)器才能滿足要求。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。風(fēng)冷卻是指利用流動(dòng)冷空氣對(duì)熱源進(jìn)行冷卻。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。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。因此 , 摩擦力的產(chǎn)生機(jī)理直接決定了摩擦熱的產(chǎn)生。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。要使剎車副正常工作，應(yīng)保證耐溫性較低的一方不發(fā)生破壞。 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。某轎車的裝備質(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。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。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。 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)。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。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。 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。 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。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。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。 根據(jù)實(shí)際工況選擇電動(dòng)機(jī)類型 : 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)。 根據(jù)上述條件，并且滿足在汽車制動(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。 備注： 電阻 器 ? 電阻值恒定的電阻器。 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。 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)車輛在緊急制動(dòng)和持續(xù) 制動(dòng)時(shí)的實(shí)際需要。 (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。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)。 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。 (5) 設(shè)計(jì)相應(yīng)電路 。 無(wú)論是 水冷卻還是風(fēng)冷卻 ，由于它們都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，單獨(dú)利用一種驅(qū)動(dòng)方式的冷卻系統(tǒng)顯然難以達(dá)到冷卻系統(tǒng)的要求，因此在以后制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)的研究及開(kāi)發(fā)中，采用 風(fēng)冷 結(jié)