【正文】 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)；松開鋼拉索，回位彈簧使制動(dòng)蹄恢復(fù)原位，制動(dòng)力消失。主缸4將產(chǎn)生高壓油液經(jīng)油管5流入輪缸6中，推動(dòng)兩活塞7外移而使兩制動(dòng)蹄饒各自的支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)。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是使汽車制動(dòng)的外力，稱為制動(dòng)力。制動(dòng)力越大時(shí)，汽車的減速度也越大。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)。摩擦因數(shù)的穩(wěn)定性直接影響制動(dòng)器工作的穩(wěn)定性和駕車的安全性，其中，熱穩(wěn)定性是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，它是指制動(dòng)襯片在制動(dòng)過(guò)程中所表現(xiàn)出的摩擦因數(shù)隨溫度而變化的特性，主要反映在制動(dòng)性能的熱衰退上。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)2001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)，2002)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于機(jī)械故障導(dǎo)致的制動(dòng)失效所占比例極小，而制動(dòng)性能熱衰退引起的事故占絕大部分，且肇事車輛多為大中型裝配鼓式制動(dòng)器的車輛。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。為了減少溫升，應(yīng)當(dāng)使制動(dòng)轂有較大的熱容量，因此制動(dòng)轂應(yīng)具有足夠大的質(zhì)量，有些汽車的制動(dòng)轂外表面還鑄出若干肋片，以增加散熱面積和剛度。因此，摩擦片工作表面的溫升也會(huì)很嚴(yán)重。摩擦材料屬于復(fù)合材料，其性能直接受其組分的性能、含量、配比、幾何尺寸等因素影響，特別是增強(qiáng)纖維、黏結(jié)劑等主要成分與摩擦材料的性能關(guān)系最為密切。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。制動(dòng)器襯片適宜的工作溫度為100℃350℃，但一些劣質(zhì)的制動(dòng)器襯片，在頻繁使用摩擦產(chǎn)生的溫度超過(guò)270℃時(shí)，其摩擦系數(shù)就會(huì)急劇下降，導(dǎo)致制動(dòng)失靈。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，減少樹脂和金屬含量，熱穩(wěn)定性好，耐磨性優(yōu)越，導(dǎo)熱性好，克服了石棉摩擦材料表現(xiàn)的“熱衰退’，克服摩擦表面易開裂等缺點(diǎn)，達(dá)到減輕“熱衰退”，穩(wěn)定摩擦系數(shù)的目的。近年來(lái)，我國(guó)針對(duì)石棉剎車片的研究力度不斷加大，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)無(wú)石棉低金屬剎車片，積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，提高我國(guó)摩擦材料技術(shù)水平。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； 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。制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)的研究興于上世紀(jì)80年代。傳統(tǒng)冷卻方式主要有兩種：風(fēng)冷和水冷。水冷方式有開式和閉式。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。制動(dòng)器以摩擦的方式將汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，熱量則由制動(dòng)器吸收并散失。提高制動(dòng)器的熱容量和散熱性，可改善其制動(dòng)性能。摩擦材料的熱分解溫度是影響制動(dòng)器使用壽命的重要因素。熱分解溫度愈高，摩擦副的熱穩(wěn)定性愈好志剛。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(guò)踩下剎車踏板或者控制駕駛室內(nèi)的開關(guān)來(lái)控制淋水，噴淋制動(dòng)鼓外沿，以降低制動(dòng)器的溫度，保證汽車有足夠的制動(dòng)效能。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。它是在現(xiàn)有的制動(dòng)器基礎(chǔ)上，在制動(dòng)鼓的外壁上均布徑向展開的翅片，制動(dòng)器底板上裝有環(huán)形噴氣嘴，環(huán)形噴氣嘴正對(duì)著制動(dòng)鼓上的外壁及翅片，環(huán)形噴氣嘴通過(guò)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(dòng)連接。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。由于在剎車時(shí)制動(dòng)鼓才會(huì)產(chǎn)生大量的熱，而此時(shí)，傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速會(huì)下降，導(dǎo)致驅(qū)風(fēng)時(shí)斷時(shí)續(xù)，冷卻效果受到影響，并且空氣的散熱能力有限。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。此裝置存在自動(dòng)化程度低和淋水量不能調(diào)節(jié)的缺陷。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。針對(duì)與此，要有效防止制動(dòng)性能熱衰退，降低交通事故率，一方面要從制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和摩擦材料改進(jìn)上著手，改善其抗熱衰退的性能；另一方面，通過(guò)降低摩擦片的工作溫度以改善其抗熱衰退的性能。裝備鼓式制動(dòng)器的汽車，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。在186起事故中，因制動(dòng)失效造成的事故167起，占89．8％(袁泉，2003)。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。本冷卻系統(tǒng)通過(guò)感應(yīng)制動(dòng)踏板工況，控制半導(dǎo)體制冷片產(chǎn)生制冷效應(yīng)，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生制冷氣流，氣流流經(jīng)加裝在制動(dòng)鼓外壁的風(fēng)冷翅片，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。 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)。(1) 系統(tǒng)總體方案的確定；(2) 電路鋪設(shè)；(3) 電動(dòng)機(jī)的選型；(4) 自動(dòng)控制設(shè)計(jì)(5) 保養(yǎng)與維修檢測(cè)對(duì)汽車鼓式制動(dòng)器智能冷卻系統(tǒng)的要求有以下幾個(gè)要求：(1)工作穩(wěn)定可靠，可適時(shí)適量冷卻調(diào)節(jié)，使用壽命長(zhǎng)：(2)保證冷卻系統(tǒng)冷卻效果的同時(shí)，不影響制動(dòng)鼓材料的應(yīng)力分布；(3)系統(tǒng)的抗干擾能力強(qiáng)； 系統(tǒng)具體技術(shù)路線及實(shí)現(xiàn)的功能 冷卻系統(tǒng)原理圖鼓風(fēng)電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)扇，產(chǎn)生氣流，氣流經(jīng)過(guò)通電后的半導(dǎo)體制冷片，溫度下降，最后流經(jīng)鼓式制動(dòng)器制動(dòng)鼓風(fēng)冷翅片，產(chǎn)生冷卻效果。風(fēng)冷卻是指利用流動(dòng)冷空氣對(duì)熱源進(jìn)行冷卻?？諝饫鋮s的優(yōu)點(diǎn)有以下幾條：1. 不需要水直接用作冷卻介質(zhì)，因此用在水上的費(fèi)用高，如生水、補(bǔ)充水及水處理用化學(xué)藥品的費(fèi)用都沒有。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?？諝饫鋮s也有其缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)應(yīng)該在設(shè)計(jì)中盡量減小或避免。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。另外，由于不同剎車片的制造工藝方法不同，其摩擦因數(shù)也不同；但對(duì)同一塊剎車片來(lái)說(shuō)，摩擦因數(shù)主要是隨溫度的變化而變化。制動(dòng)器工作時(shí)，摩擦片與制動(dòng)鼓劇烈摩擦，汽車的行駛動(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。這些熱量將通過(guò)表層分別向兩摩擦副的內(nèi)外層擴(kuò)散，在兩摩擦副中形成一個(gè)不穩(wěn)定的溫度場(chǎng)。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。 鼓式制動(dòng)器工作時(shí)溫度變化依賴于制動(dòng)鼓內(nèi)的熱平衡關(guān)系，熱量的產(chǎn)生來(lái)源于摩擦片同制動(dòng)鼓內(nèi)表面的摩擦過(guò)程，主要的熱量散失方式是對(duì)流散熱和輻射散熱，其中對(duì)流散熱量約占總散熱量的80％，輻射散熱量約占總散熱量的5％～10％(David B．H， 2000)。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。制動(dòng)器的熱量產(chǎn)生的過(guò)程和機(jī)理對(duì)制動(dòng)器摩擦表面摩擦學(xué)性能有重要影響。因此, 摩擦力的產(chǎn)生機(jī)理直接決定了摩擦熱的產(chǎn)生。二是在一定的壓應(yīng)力和局部高溫條件下, 摩擦副微凸體接觸點(diǎn)瞬時(shí)冷焊成為一體, 由于摩擦副的相對(duì)運(yùn)動(dòng), 使這些局部粘結(jié)點(diǎn)分離,克服結(jié)點(diǎn)粘結(jié)的阻力便形成了摩擦力的一部分。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。研究表明,消耗在亞表層材料內(nèi)的能量遠(yuǎn)大于接觸面上的能量, 占摩擦熱的絕大部分,且大部分轉(zhuǎn)化為熱量而被摩擦偶件吸收。樹脂基有機(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。金屬摩擦片的硬度要比摩擦材料的大得多, 因此,機(jī)械切削和塑性變形大都發(fā)生在摩擦材料的表層。 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。通過(guò)對(duì)制動(dòng)器的失效分析得知，摩擦片的摩擦因數(shù)隨表面溫度的升高而下降，在200℃之前摩擦因數(shù)從O．4降到0．3，變化緩慢；在200℃以后摩擦因數(shù)急劇下降，制動(dòng)力矩明顯減小，在300℃以后摩擦因數(shù)低于0．15，摩擦片開始熱分解，最終致使制動(dòng)性能熱衰退。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。目前汽車制動(dòng)鼓的常用材料為鑄鐵H1200、HT250、HT300，不同鑄鐵的化學(xué)成分和組分，大體上在一定范圍內(nèi)變化。又通過(guò)與錳鋼材料的熱物性對(duì)比，在400℃以內(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。 鼓式制動(dòng)器工作溫度對(duì)其摩擦副摩擦因數(shù)有很大影響，通常當(dāng)溫度超過(guò)200℃后摩擦因數(shù)會(huì)隨溫度的升高而不斷降低，如圖5所示： 溫度對(duì)股市制動(dòng)器摩擦材料摩擦因數(shù)的影響 制動(dòng)鼓鼓式制動(dòng)器冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的就是降低制動(dòng)摩擦副的工作溫度，其主體結(jié)構(gòu)和工作原理與普通鼓式制動(dòng)器相同，均通過(guò)制動(dòng)蹄鼓之間的相互作用來(lái)降低車輪轉(zhuǎn)速；不同體現(xiàn)在制動(dòng)鼓的結(jié)構(gòu)上及冷卻系統(tǒng)上，風(fēng)冷式鼓式制動(dòng)器在制動(dòng)鼓周圍鼓以冷卻風(fēng)。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