本设计就蹄鼓式制动器的传统冷却系统进行了相关的优化设计，通过汽车制动轮毂过热分析，提出了一种改善制动轮毂过热的研究方法。设计中通过机电液自动控制，实现过热轮毂淋水降温控制的实时性，有效解决了因制动轮毂热衰退而引起的制动失效，提高制动效能的稳定性，保证车辆行驶的安全性。
【关键词】： 鼓式制动器； 热衰退性能； 自动控制； 淋水降温。
1.本课题研究的背景、目的和意义
伴随着中国乃至世界货物海陆空运输方式蓬勃发展，汽车运输仍是目前首选比较经济的货运工具，而汽车运输中制动性作为一项安全衡量指标首先会映入我们的脑海中。车辆在超载、超负荷运行或连续大长坡行驶工况时，随车制动器因超强度制动，造成轮毂温度近300℃ ，或瞬时高达400℃-800℃，必然引起制动轮毂热衰退导致制动距离增加甚至制动失效，威胁驾乘及其他人员安全，并危急财产安全损失。
截止目前，虽然对蹄鼓式制动器的研发已经获得了相当的成就，制动效率显然提高等优点，但是现存的设计仍然存在着汽车制动轮毂过热引起制动失效的现象。热衰退成为制动器面临的急需克服的难题，如何有效地让制动效能保持一定范围内的稳定成为眼前待开发的项目。
本论文策划一套电子控制冷却系统，系统各模拟信号由布置的传感器传递反馈后，由ECU闭环自动控制喷淋冷却水，降低车轮轮毂的温度。
2.制动性能热衰退现有的举措
2.1增加辅助制动系统
辅助制动的功用是在行车制动未充分使用的条件下，让车辆速度降低，常见的辅助系统有利用发动机排气制动和低挡位制动等，但辅助制动不能使车辆紧急制停。
2.2 制动轮毂结构和衬片摩擦材料的改进
制动鼓应满足刚性和大热容量的要求,确保制动时温升在允许范围中。抗热衰退性是评估汽车下大长坡且连续制动时制动效能保持的重要指标，因此，制动鼓与摩擦衬片之间的材料应吻合，摩擦表面匀称，确保摩擦系数满足实际应用，因此，热容量提高，加强散热能力，是改进制动能力的有效手段。
2.3 强制风冷式系统
强制空气冷却是通过风扇转动来强制增压，带动空气流动，从而带走大量的热，实现冷却降温的目的。
2.4 提高制动器的抗热衰退性能
通过增加制动器的热容量、改进制动鼓的结构、研究摩擦衬片材料增大摩擦因数等方法对制动效能恒定性的改善都是不完善的，不会彻底消除轮毂温度、摩擦系数因素，所以就降低温度方面，提出了通过闭环控制实现制动轮毂淋水冷却系统的方案。
3.改善制动效能恒定性方法分析
3.1 制动轮毂淋水降温系统的要求
从使用铜纤维无石棉作为摩擦衬片材料以来,该材料以具有高的热导率、良好的塑性，可以实现制动摩擦材料的耐热性、耐磨性、抗衰退、低噪声的要求。基于以上分析，设计方案需考虑以下方面：
(1)在保证冷却系统冷却质量的同时防止喷洒太多的水发生制动水衰退；
(2)喷雾技术的成熟度，要求工作稳定可靠，可适时适量冷却调节；
(3)冷却系统可以自动缺水预警，增强驾驶的安全性。
3.2 冷却系统温度参数设定
由图一函数曲线可知，在180℃之前，制动力一直升高；在180℃之后，制动力与温升成反比；当温度高出300℃后，制动性能则急剧下降，磨损加速，人们称此点为制动失效的临界温度点，而180℃成为曲线的拐点，综合变化迟滞现象，特将自控系统的临界温度设定为180℃。
图1_温度变化对制动力影响的关系曲线
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4.制动轮毂冷却系统的整体设计
4.1 制动轮毂冷却系统设计
制动轮毂冷却系统由供气系、给水系、储水箱、控制系统等组成,具体布局如图2所示。
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图2_淋水降温系统
1-安全阀；2-注水阀；3-温控开关；4-电磁阀；5-气控转阀；6-储水箱；7-水位计；8-排气阀；9-减压阀；10-储气筒
如图2所示：用储气筒中的压缩空气作为动力源,温控开关来监控制动轮毂的温度,将轮毂温度变化物理信号转化为电信号输入至电控单元以实现控制电磁阀连通或切断,从而控制气控转阀,完成轮毂淋水,实现闭环控制。
4.2 电器控制系统设计
控制系统架构如图3所示，由控制模块、采集模块、执行模块三大部分组成；
图3_控制系统架构
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控制装置主要元件有电磁阀，蜂鸣器，温度控制开关等部件组成；当温度传感器采集的数据信号低于180℃阈值时，控制断开电磁阀来断开冷却水；另外，储水箱蜂鸣器用于报警器监控最低水位的变化，及时提醒司机注水。
4.3 喷嘴和温控开关设计
根据鼓式制动器的内部结构，将传感器的感温探头浅埋在摩擦表面，采用硬线连接的方式连接在制动蹄上后引出；喷嘴用支架固定在轮毂边缘，把水雾输送到被冷却面；探头与喷嘴的设计需考虑探测及散热区域。
未来规划，温度采集模块（集成热电偶模块）与控制单元采用无线接收的形式实现通讯，但因使用环境较苛刻及复杂，可作为产品迭代的方案去具体研讨与策划。
5 结论与展望
在本设计中，针对中重型车辆在超强度连续制动瞬间制动器发热严重或传统冷却系统自动化程度低等问题，完成了对制动鼓传统冷却系统的改进, 以低成本、高可行性方式提出了制动系统抗热衰退自控冷却装备。
制动轮毂淋水降温体系采用机电液控制，改变了只能安放在高于淋水平面而靠势能差创设压力的状态，把体系的布局策划的更简洁完美。系统采用温度控制开关作为主开关电路系统，随着温度的实时通断变化，有效解决了传统的人工控制的缺陷。
为了使系统与车辆能更好的匹配，未来应继续深入研究,找到最优方案,将系统设计的更智能化、精确化、人性化，操作起来更加方便。
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论文作者:王肖楠, 赵春艳, 柳见喜
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第24期
论文发表时间:2020/1/16
标签：轮毂论文; 制动器论文; 系统论文; 温度论文; 摩擦论文; 效能论文; 材料论文; 《工程管理前沿》2019年第24期论文;