【正文】 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，均通過制動(dòng)蹄鼓之間的相互作用來降低車輪轉(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 ，經(jīng)制動(dòng)拖磨使制動(dòng)鼓初溫達(dá)到 65177。下表為鼓式制動(dòng)器在熱衰退檢驗(yàn)試驗(yàn)過程中制動(dòng)力矩、制動(dòng)鼓溫度及制動(dòng)蹄溫度的測(cè)試結(jié)果。 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 250℃。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 實(shí)例計(jì)算 由《汽車?yán)碚摗?(余志生， 1990)制動(dòng)性能的試驗(yàn)方法，車輛從 0． 8Vmax降到0． 4Vmax，再加速再制動(dòng)減速，間隔時(shí)間為 4560s，循環(huán)制動(dòng) 1520次，最后轎車制動(dòng)器溫度可升至 250270℃，重型貨車為 170200℃，前者是由于最高車速高，導(dǎo)致制動(dòng)器溫升相對(duì)較快。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。 第 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 動(dòng)生熱主要是摩擦片與制動(dòng)鼓摩擦引起的，然而直接冷卻摩擦片難以實(shí)現(xiàn)，所以在本課題的研究中，用采集摩擦片的表面溫度，并用冷卻制動(dòng)鼓外風(fēng)冷片的方式來間接冷卻摩擦片。 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。制動(dòng)器溫度傳感器檢測(cè)溫度變化，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸入信號(hào)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。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。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 冷卻系統(tǒng)工作圖 熱電偶溫度傳感器把測(cè)得的制動(dòng) 鼓 的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)。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。由于在汽車行使過程中，制動(dòng) 鼓 是在轉(zhuǎn)動(dòng)的。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。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 傳感器信號(hào) 由 3． 2冷卻系統(tǒng)散熱定量分析 中得到的結(jié)論， 鼓式制動(dòng)器的溫度不宜超過250℃。 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。 在溫度信號(hào)輸入 CPU， CPU通過的信號(hào)及設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算，從而發(fā)出指令到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，控制轉(zhuǎn)速，改變鼓風(fēng)量。 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)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是通過 調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方法容易實(shí)現(xiàn)平滑、無(wú)級(jí)、寬范圍、低損耗的要求 。 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。 第 制 冷材料性質(zhì)分析 在冷卻系統(tǒng)中，制冷部件主要依靠半導(dǎo)體制冷片。它的優(yōu)點(diǎn)是沒有滑動(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。它是一種產(chǎn)生負(fù)熱阻的制冷技術(shù)，其特點(diǎn)是無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，可靠性也比較高。 N 型材料有多余的電子，有負(fù)溫差電勢(shì)。相反，當(dāng)電子從 N 型流至 P 型材料時(shí)，結(jié)點(diǎn)的溫度就會(huì)升高。這樣，半導(dǎo)體元件可以用各種不同的連接方法來滿足使用者的要求。在接頭處，電流方向是從 N 至 P，溫度下降并且吸熱，這就是 冷端；而在 另 一個(gè)接頭處，電流方向是從 P 至 N，溫度上升并且放熱，因此是熱端。 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，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒有滑動(dòng)部件是一種固體片件，工作時(shí)沒有震動(dòng)、噪音、壽命長(zhǎng)，安裝容易。因此使用一個(gè)片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。 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)體制冷片的單個(gè)制冷元件對(duì)的功率很小，但組合成電堆，用同類型的電堆串、并聯(lián)的方法組合成制冷系統(tǒng)的話，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到幾毫瓦到上萬(wàn)瓦的范圍。 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。 在強(qiáng)制風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為增強(qiáng)風(fēng)冷效果，采取的措施是增加冷卻氣流 與熱源的接觸面積及時(shí)間。 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?？梢哉f，散熱片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、制作工藝對(duì)風(fēng)冷散熱器的性能起著決定性的作用，也是判斷風(fēng)冷散熱器性 能時(shí)需要注意的第一要素。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。 吸熱設(shè)計(jì)： 散熱片的吸熱效果主要取決于散熱片與發(fā)熱物體接觸部分的吸熱底設(shè)計(jì)。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。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 儲(chǔ)熱多，即在去熱不良的狀態(tài)下，可以吸收較多的熱量而自身溫度升高較少。此類狀況中，如果散熱片吸熱底沒有一定的儲(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)過溫保護(hù)機(jī)制導(dǎo)致設(shè)備燒毀。 熱阻小，即傳導(dǎo)相同功率熱量時(shí)，吸熱底與發(fā)熱設(shè)備及鰭片兩個(gè)介面間的溫差小。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。 本系統(tǒng)風(fēng)冷翅片采用環(huán)形設(shè)計(jì)。 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。 ,盡量采用濕熱帶型電動(dòng)機(jī) 。 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)。實(shí)際上為變頻器設(shè)計(jì)的電機(jī)為變頻專用電機(jī)，電機(jī)可以在變頻器的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速與扭矩，以適應(yīng)負(fù)載的需求變化。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)制動(dòng)器升溫情況分析及冷卻需求，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速需要達(dá)到 1000r/min. 選擇電動(dòng)機(jī)容量： 電機(jī)容量說明它的帶負(fù)載抗過載的能力。 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。 接地 (1) 接地 (2) ? 如果有電流從蓄電池的正極向 負(fù)極流動(dòng)，則連接點(diǎn)到車身或 其他接地線的連接情況如下。 ? 接地 (2) 表明電線與接地體相 連。 點(diǎn)火開關(guān) ? 轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)火鑰匙能夠接通各電 路中 的各組件。 備注： 電阻 器 ? 電阻值恒定的電阻器。 路中的電氣部件。 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。 裝備 ABS(TCS) 系統(tǒng)的車輛，使 用 AB 電路。 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。 表 常用連接器 連接器代碼 連接線束 連接器代碼 連接線束 C02 IGNITION SWITCH (I) C05 前部（ F） 儀表板（ I） C04 儀表板（ I） 前部（ F） F01 主熔斷器盒 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 位置圖 1 圖 位置圖 2 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 位置圖 3 圖 位置圖 4 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 第五 章 結(jié)論與展望 第 課題成果 該制動(dòng) 器 自動(dòng)冷卻裝置采用價(jià)低、性能可靠的單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)施控制，采用熱電偶溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行變換，系統(tǒng)具有較高的可靠性。該系統(tǒng)冷卻溫度的限值可以通過實(shí)際標(biāo)定進(jìn)行確定。 第 課題存在的不足 由于個(gè)人水平有限，及實(shí)驗(yàn)條件因素束縛，本課題沒能達(dá)到更加精確的水準(zhǔn)。 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)深入研究噴霧冷卻技術(shù)，使其能更 好應(yīng)用于制動(dòng)器冷卻。 (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。 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)的研究及開發(fā)中，采用 風(fēng)冷 結(jié)合高壓空氣霧化冷卻水的控制系統(tǒng)將成為今后冷卻系統(tǒng)發(fā)展的方向。 (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)首先考慮的問題之一。 第 課題 總結(jié) 本冷卻能力自控裝置的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研 究主要包括以下幾項(xiàng)工作： (1)對(duì)傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的冷卻效果及控制方法進(jìn)行分析和總結(jié)，找出系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題并找出對(duì)策。 (3)根據(jù)本課題設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 (5) 設(shè)計(jì)相應(yīng)電路 。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)。 27， 2021 2 QIAO Xiangming amp。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。 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。 在 校學(xué)習(xí) 過程中 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。 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