强制风冷及水冷鼓式制动器设计

　　摘要：重载货车紧急制动或长下坡连续制动时，制动鼓和制动蹄间因摩擦产生大量热量，导致货车制动器热衰退现象明显，严重影响重载货车的行车安全。为解决此问题，基于温度传感器、空气流场、电磁缓速器、外风扇、水箱、导向风通道以及引流通道综合组成的外辅助系统，开发设计了一种新型鼓式制动器。该鼓式制动器根据两个温度阈值，分三个阶段对制动器进行降温，实现了重载货车在紧急制动或长下坡连续制动时，降低制动块和轮毅温度的目的，进而解决了因温度过高而导致制动衰退和振抖的现象，提高散热效率，大大减少了热衰减效应对摩擦片等结构的毁损，从而保证重载货车安全行驶。

　　关键词：鼓式制动;导向风通道;引流风通道;散热辅助系统

　　1引言

　　鼓式刹车由刹车底板、刹车分泵、刹车蹄片等有关连杆、弹簧、梢钉、刹车鼓所组成。所以，鼓式刹车的结构相对密封，散热性没有盘式刹车好，在连续刹车时，刹车鼓会受热膨胀，使踩下刹车踏板的行程加大，刹车反应不如预期，也就是常说的热衰减。由于工作环境复杂多变，制动器工作不稳定而导致出现振动和噪声，鼓式制动器制动时的温度变化对制动不稳定性影响较大，因此对鼓式制动器冷却系统进行设计具有十分重要的意义。

　　当前，鼓式制动器的热衰退效应被人们广泛研究。牛化武等进行了汽车鼓式刹车系统冷却能力自控装置设计方面的研究"，单片机根据埋在摩擦片内的温度变送器采集到温度信号，通过店空气来调节电动水象泵水最和电磁阀的开关频率。陈冬岩公布了专利“刹车自动降温装置”，其装置的主机与从机间采用CAN总线结构通信1，王才峰设计了汽车车身喷淋湿度检测仪，用于检测汽车车身喷淋实验之后的车厢湿度3，李强通过对货车鼓式制动失效和制动温度的相关性分析，搭建了针对不同工况下的制动器温度监测和预警系统，设计了一种制动安全辅助手段，为主动安全提供了基础]。陈益庆等针对鼓式制动器制动过程出现的热衰退问题，设计了一种基于电涡流制动的鼓式制动器，有效提高了鼓式制动器的热衰退性能，提高了制动性能1。

　　盘式刹车与鼓式刹车相比，具有较好的稳定性、反应性和散热性，但鼓式刹车的制动性能高于盘式刹车。因重载货车对制动性能有更高要求，所以重载货车一般都采用鼓式刹车。但是制动器散热性严重影响行车安全，所以本文针对传统的鼓式制动器散热性较差这一问题，设计了一种新型的温度分段控制降温的强制风冷及水冷鼓式制动器，并将制动鼓设计成具有导向风道和引流风通道的结构。

　　2强制风冷及水冷鼓式制动器设计要点

　　2.1系统硬件组成

　　本文所设计的温度分段控制强制风冷及水冷新型鼓式制动器硬件主要由以下几部分组成：制动蹄、回位弹簧、调整螺母、制动轮缸、支座、制动蹄、可调支座、制动底板、制动鼓、电磁缓速器、直流风扇、温度传感器、电磁阀等。

　　2.2 制动鼓导向风道结构设计要点由于传统制动鼓轮毅内气流无规则流动，降低了气流流动带走发热区的热量，因此本文为克服这一缺点，在制动鼓内设计了导向风道结构，使得轮毅内气流规则流动，形成期望气流。导向风道结构设置在轮毅发热区，目的是将轮毅内气流导向发热区，最大限度上使气流带走更多的热量，提高散热效率，达到风冷散热的目的。

　　2.3制动鼓内壁引流风通道结构设计要点由于传统制动鼓轮毅依靠内部气流不断循环激荡来降低发热区热量，通过排气孔排出气体，气流降温期间，因制动蹄内外气压差较大，导致高温气流不断循环激荡经过发热区，所以会严重降低散热效率。为达到高温期望气流能及时排出的目的，据此提出在制动鼓内壁添加和外壁一样形状的金属长片，并且金属长片左右边缘衔接制动鼓内壁，使得高温气流以切线形式排出轮毅，由此构建期望气流排出通道，最大程度上达到风冷散热的目的。

　　3强制风冷及水冷鼓式制动器结构及工作原理

　　3.1 强制风冷及水冷鼓式制动器结构新型制动鼓相较于传统制动鼓增加了电磁缓速器、外风扇和水箱电磁阀，并且制动鼓添加了导向风道和引流通道结构。电磁缓速器固定在贴近轮毅发热区的位置，使其可以在感知温度达到阈值时可以迅速发挥作用;水箱电磁阀安装在水箱和轮穀发热区间且靠近发热区的位置。在货车实际制动过程中，当达到温度传感器的第一个阈值时，风冷散热起主要作用;当达到温度传感器的第二个阈值时，水冷散热起主要作用。根据不同温度阈值进行不同等级的散热处理，使得散热效率最大化。

　　制动器结构如图1所示。

　　3.2 强制风冷及水冷鼓式制动器工作原理将制动鼓设计成具有导向风道的结构，期望气流对摩擦发热区进行风冷散热。当制动鼓转动时，因粘滞阻力对空气流体施加一定扭矩，导致气流体因惯性力作用进入外围的导向风道内，高速流过发热区(条件：Satin)，使摩擦高温区降温。制动时导向风道气流客观上降低高温区温度(被动通风散热阶段);当摩擦区温度进一步升高时，电磁缓速器开启，车辆减速，同时外部风扇开启，强制通风至低压区，增加导向风道流速降低高温区温度(强制通风散热阶段)。若温度还在升高，控制水箱喷淋系统对导向风道喷淋(强制水冷散热阶段)

　　工作原理如图2所示。

　　4创新点

　　导向风道设计：通过导向风道设计，使得轮毅内气流规则运动，形成期望气流，使得期望气流导向引流通道入口，最大限度上达到冷风散热的目的。

　　引流通道设计：通过引流通道设计，消除制动蹄内外气压差，使得轮毅内高温期望气流可以顺利排出制动鼓，最大程度上提高散热效率。

　　三阶段散热控制系统：温度传感器设置两个温度阈值，当温度小于阈值1时，被动通风，形成空气流场，实现冷风散热的目的;当温度大于阈值1小于阈值2时，利用电磁缓速器和外风扇的外力作用，实现强制通风，以此达到强制冷风散热的目的;当温度大于阈值2时，水箱电磁阀开启，以此达到水冷散热的目的。

　　参考文献：

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　　[5]陈益庆，谢模毅，汽车电磁与摩擦集成鼓式制动器的设计与分析[J].机床与液压，2019，47(13)：107-110.

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文章名称： 强制风冷及水冷鼓式制动器设计

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