4051客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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毕业实习报 告 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 胡 成 班 级 B 机 制 077 学 号 0710101710 指 导 教 师 卢 倩 日 期 2011 年 3 月 5 日 1 实习报告 一、 概述 实习地点：江苏 华隆兴进出口贸易公司 实习 时间 ： 2周 总括 ：毕业实习是我们机械设计制造及其自动化（机械电子）专业知识结构中不可缺少的组成分，也是毕业设计不可或缺的重要环节，其目的在于通过实习使我们获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面，提高动手操作能力，同时毕业实习又是锻炼我们业务能力和素质提高的重要渠道，培养当代大学生吃苦耐劳的精神。通过毕业实习，我们可以更好更直接的了解产业状况，了解本专业的发展前景，了解国内外的发展趋势，以及对公司的运作、管理、产品的设计、生产、销售等各个方面都有了深刻的认识，有效地快速地提高了我们将来工作的能力。通过这次生产实 习，进一步巩固和深化所学的理论知识，弥补以前单一理论教学的不足 ,为学习和毕业设计打好基础。 二、实习过程 首先 ，我来到江苏 华隆兴进出口贸易公司总部 参观学习 了一段时间 。 江苏 华隆兴进出口贸易公司 是从事 农业机械，通用件加工与制造，进行国内外贸易 的公司。我参观了该公司的 业务部与零件部， 对 农用收割机 也有了一定的认识。公司相关人员也向我们介绍了 华隆兴 的发展历程和现状，我们对公司的发展状况和人才培养情况都有了一定的了解。 然 后 ，我 来 到 公司业务部进行为期 2 周的试用实习阶段 。 系统而全面地了解本公司的产品型号，性能，参数，主销 地，并且实时接收外贸经济学的知识传授，协助业务人员进行零件图的译制，扫描工作，在线查阅阿里巴巴平台，寻找外国客户，学写询价信，并随时翻译外商邮件。 三、实习内容 江苏华隆兴进出口公司是国家机械工业局直属的专业外贸企业 ,是中国工程与农业机械进出口总公司 江苏的全资子公司 ,地处江苏省无锡市。公司自 1994年成立以来，一直保持进出口规模与效益的稳步发展，并建立了一个以欧洲，东南亚，澳大利亚为主要市场，向北美，非洲，中东等地区辐射的全球性市场格局。 自1994 年成立以来，具备丰富的国际贸易经验，树立了良好 的商业信誉，与多个国家和地区的近百家客商保持着长期稳定的贸易伙伴关系。同时，依托国机集团的强大实力，公司资金结构优良，经营状况稳步上升。 公司主要经营机电，轻工，化工， 2 纺织，服装等产品，承接一般贸易， 三来一补 贸易及进出口代理业务，同时经营对外承揽项目，成套设备的供货，安装和调试。曾先后向孟加拉，阿尔巴尼亚等国提供了多套生产流水设备及相关技术服务，取得了良好的声誉。 自面试这家公司开始，我就深知要从事此公司职业，不仅需要过硬的机械专业基础知识，还要结合一定的外语优势和与人交流沟通能力，一定时间段的实习不仅可以让自己在跨出校门前能很好地把校园生活与社会生活有效地衔接起来，还可以即时检测一下自己到底适不适合此公司的应聘要求，同时也可以当一次机会来锻炼一下自己的综合能力，检验一下四年知识的掌握情况。当办理好离校实习手续，我回到了家，准备好实习。头几天我在人力资源经理的带领下，简单了解了公司的实际情况，这一期间 ，主要参观了零件部，由于本公司是 专业外贸企业 ，旗下的加工厂有限，所以外商的订单大多还是由国内专业零部件生产厂商来加工完成。 公司总经理对行业和企业优势进行评价，并且向我们介绍了集团跨国经营策略和对市场分析，让 我受益非浅，之后，在一名同仁带领下，我拜访了事业部的成功客户，与这些顾客进行简单的攀谈中，体会到 华隆兴 公司的经营理念和发展规模，并丰富了我对公司的认知。 在随后的一周里，我来到集团公司，进行真正实习过程，刚到公司的时候，助理拿了许多关于公司和产品的资料让我详细阅览，资料中多次提及公司的经营理念和产品的专业术语，大多是英文，由于刚刚走出校园，懒散的心态使我并没有认真的去学习和体会，以至于在后来的实际操作中出现了严重失误。 接下来的日子里，我在同仁的带领下不断的学习和实践。经过一阵时间的产品资料的熟悉，经理让我们实际的操作，在学校里 ，由于完全没有涉及这方面的学习，所以基础的知识可以说是 零。 因此在此期间我做得最多的就是翻译图纸上的生产说明和书写相关的技术参数。 由于 我不知道该如何开发客户，如何进行有效的沟通，因为我们是专门的销售公司，负责对内和对外产品销售工作，因此并不涉及产品的生产研发，这是其他分公司的事，所以我们日常的工作很大一部分都是用来进行开拓市场和联系客户，因为是实习生，公司对我们并没有十分严格的要求，我们 在老员工的指导下，学习怎么有效的进行市场开拓，起初对于开发客户很胆怯，国内的还好点，国外的由于英语水平的限制，通过电话根本不能进行有效沟通，只能通过 这样才得到了一些有效的信息。 在一次与外国公司驻中国办事处的沟通中，因为对公司的认知和我对产品优势的大致阐述终于激发了对方的采购欲望，在第 3 天的有效沟通中，对方提及了一个相当专业的问题，这样的问题对于外商，你必须给予准确到位的回答，因为这是顾客的购买点，由于之前的大意，我遗憾的失去了一次非常好的机会，随后的时间里，逐步加强了对产品详细的了解和说明， 为应对客户的各种问题做充分的准备，进一步准备之后，又重新进入了实际操作，开始联系客户，报价，谈判等等 。 3 四、 分析 大学毕业实习报告是学生完成大学四年全部课程后的最重要的实践环节。 参观实习让我们大开眼界 ,也是对以前所学知识的一个初审 一步巩固和深化所学的理论知识，弥补单一理论 教学的不足，为毕业设计打好基础，短短的几天，学到了很多自己以前不懂的知识，也从单位的员工身上学到了很多道理。我们直接接触企业，进一步了解和认识企业的实际运营过程，熟悉和掌握市场经济条件下企业的运营规律，特别是企业经营的 基本规律；了解企业运营、活动过程中存在的问题和改革的难点问题。 在成功结束实习后，仔细总结，发现不同于前几次实习，这次校外实习充分认识了从学校走向社会我们存在的不足和缺少工作经验 。自身定位，加强外语学习。在所有的工作和活动中无一例外的涉及到外语，外语是我们对外交流的桥梁，因此在以后的学习中必须加强对外语的学习，同时加强口语的练习，这是我们搞外贸的基础，因此必须掌握好这门工具。不断强化自身，并充分认识自己，避免眼高手低，增加实际动手能力，在社会这个大学校里，不断完善和学习工作总结，认识自身不足。 五、实习感想 通过实习我发现贸易是实践性很强的，它不光要求我们有扎实的理论知识而且必须具有很强的动手操作能力，更重要的是学会如何与人沟通，怎么建立商业关系，这些是课本中学不到的，只有融入社会的大舞台并不断的历练才能得到提高，还有加强各方面素质的提高。贸易工作同时是一个涉外行业，因此对各方面的要求都很高，对外代表的不仅仅是个人形象，甚至是国家形象，因此必须加强自己各方面素质的修炼，如礼仪等。熟练掌握好本专业的知识。专业知识是我们从事贸易工作的基础，贸易工作的高风险要求我们必须熟练地掌握好专业知识。 在这次实习过程中，我深刻体 会到，走出校门，只是万里长征的第一步，我们在工作经验，社会历练，人际交往上体现出来的稚嫩，在这一次的实习中完全表露出来，而且我们所缺乏的还不仅仅如此，所以在以后的生活和工作中，我要不断的充实和丰富自己，不放弃任何能够锻炼自己的机会，使自己能迅速的成长为一名优秀的 职场 人士。 通过这次实习，我学到了许多书上未曾学到的知识，动手能力得到了一定的提高，但我深知要达到理论联系实际，还有很长的一段路要走，所以在今后的学习中我会更加注重和实践的结合。 文 献 资 料 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 胡 成 班 级 B 机制 077 学 号 0710101710 指 导 教 师 卢 倩 文 献 资 料 1 王永臣 ， 陈刚 ， 王磊 ， 崔秀敏 。 单片机制动闸自动调节系统 M 沈阳工 业学院学报 ， 2008， (11):542 庄光山 ,王成国 ,姚永强 ,王海庆 ,孙毅 . 铁道车辆 ， 2007， (9)： 843 赵田臣 , 孟凡爱 ,裴龙刚 J. 石家庄铁道学院学报 ， 2007， (10)： 434 程真启，高顶，张晓光，赵番 . 矿井提升机制动闸间隙监测仪的设计 J. 煤矿机电 ,2007， (6)： 305 贾福音，李志佳，王一宾，孙晋响 J. 煤炭工程 (5):356 德国 制动闸片提高了盘形制动器的性能 J. ,2007,(12):267 赵建明 ,吴鹏 J. 机械设计与制造工程 ,2006,(4):408 陈磊 ,任中全 ,熊双辉 M 煤矿机械 ,2008,(11):299 王 宏 德 . 盘 式 制 动 闸 制 动 力 矩 下 降 原 因 分 析 与 对 策 J. 中 州 煤炭 ,2006(4):4610 和田 雄一等 (日 ) 新开发的制动闸片和制动盘 J2009（ 3）：3311 P of 2007:60312 of 2009:387 机械工程学院毕业设计（论文）选题申报表 指导教师 卢倩 职称 助教 所在 专业（ 系 ） 机械电子工程 课 题 名 称 客车用盘式制动闸制动性能检测系统 设计 课 题 来 源 课 题 性 质 题目类别 科研 课题 生产 实际 课程或实验室建设 其它 技术 研究 工程 设计 软件 开发 理论 研究 其它 毕业 设计 毕业 论文 适用专业 机制专业，机电专业 选 题 理由 客车用盘式制动闸是一种应用十分广泛且成熟的制动方式，但是其制动性能无法实现在线动态监测， 因而给客车的安全行驶带来了一定隐患。随着自动化技术的发展， 可以借助于单片机构建在线动态检测系统，实现对盘式制动闸制动性能的动态在线检测，从而为制动性能的评估提供基础数据。该课题的 研究内容十分丰富，几乎囊括了机制专业、机电专业学生所学的全部专业课程知识，主要包括机械系统功能原理方案设计， 以及 机电一体化系统和 测控单元的设计。 该选题将机制专业学生所学的专业课程，如 机械系统运动模型设计、传感检测电路设计 、机电一体化、 单片机测控系统 等课程知识有机的融合在一起，同时动手实践要求较高，对于提高本科生的理论应用于实践的能力有帮助，因而适合本科生作为毕业设计的选题。 主要内容 该选题将主要对以下内容展开研究： (1) 传感器 的选型设计与计算； (2) 盘式制动闸制动性能模型研究； (3) 基于单片机的数据采集单元的设计，主要包括检测传感器的选型设计、 A/D 转换设计、控制单元设计、系统接口设计及人机交互设计等 ； (4) 制动系统软件程序设计 。 成果要求 开题报告： 2000 字 说 明 书： 字 图 纸： 3 张 译 文： 3000 字 论 文： 10000 字 其 它 ： 专业系审查意见： 专业系主任（签名）： 学院审批意见： 院 长（签名）： 1 2 3 4 5 629 E:y:3210 1 用一种复杂的特征值分析方法来分析盘式制动器的尖啸情况 作者： P. H. . C. 译：胡成 摘 要 ： 虑到非线性分析，优于一种复杂的特征值提取，为了研究制动系统的稳定性，被用于分析盘式制动器的尖啸性，一个目的是为了调查系统零件的效果，比如液压力，盘子的旋转速度， 接触表面的摩擦系数（盘子和板）。以板子后部的硬直度为例，在盘子的起噪过程中，仿真结果表明：关键板子的弯曲振动可能与盘式制 动器起噪有关，噪声可通过减小摩擦系数来减少，加大盘子的硬度，在后备板上使用湿度高的材料，以及改变制动盘的形状。 关键词 ：盘式制动器噪声 复杂的特征值提取 摩擦系数 硬度 湿度比率 1 简介 所谓制动器起噪，通常发生在频率为 1围内，已经成为车用制动系统中，最难解决的问题之一 ，它使顾客不满程度和维修期费用增加，尽管已经有大量研究来调查和清除制动器起噪问题，但由于引起噪声的数学描述的复杂性，任然很难预示其发生的情况。 已经形成一 些理论来解释制动器起噪的数学原理，大量实验已成功地试图以不同程度地把理论应用到其动态分析中。有许多模型来分析盘式制动器起噪，例如，在起噪过程中盘板组装表面分布图的效果已经被研究报告出来；一个盘式制动器的分散参数模型 已经被发展成模拟摩擦制动，以高频率尖啸的形式；一个二级自由度的模型已经被应用，来调查盘式制动器系统不稳定性的基本机制，并解释出了避免这种不稳定性的必要条件。制动器尖啸同时也被以从能量的角度来研究，用能量分析法，其结果表明了制动系统的尖啸趋势，在降低尖啸时，阻尼材料在后背板中的作用。有时会很有效，当 有明显的弯曲振动时。而另一个则说明了，有效的方法是修改盘子的形状来改变垫板和圆盘之间的连接方式。 制动器声噪主要由摩擦力动态不稳定性所引起的，数以万计的方法中，有两类是用来研究此问题：（ 1）短暂的动态分析（ 2）复杂的特征值分析 当前复杂特征值分析法 首先广泛应用于预测盘式制动器的尖啸倾向，包括阻尼特性和尖啸特性。由于短暂分析法花费大量计算，复杂特征值分析的主要思想是包括对称系统和矩阵分析，以及摩擦连接的论述这种方法更有效，提供了更多的方法来分析盘式制动器的动态不稳 2 定性。 在当前研究中，盘式制动器尖啸的一项 种有限元分析法使用非线性静态数据分析计算复杂特征值的抽取 （摩擦过程中） ， 相对于直接用矩阵输入法，这需要使用者调整摩擦系数。 以此，非正式的连接和其他非线性效果就不考虑其中，一个系统的分析需要调查系统参数的影响，比如液压力，盘旋转速，盘面硬度，后盘硬度 ，摩擦系数等等，在尖啸中。本实验的仿真，提供了一个指导方针，来减少盘式制动器的尖啸性。 2 方法和数学模型 复杂特征值的抽取 对于制动器尖啸分析非线性因素的主要来源是盘和板之间的摩擦。 关于接触表明的摩擦特性的， 本已经升到了更复杂的特征值分析，但未进行方针。盘式制动器从给制动器预加负载开始，到盘子的旋转，然后抽取频率和复杂的特征值，这一方式把所有的步骤在一个合乎逻辑的步骤中集结，其复杂的本征特征由盘式制动器系统解决，使用子空间的投影方法 ，以此必须得先进行一个自然频率的抽取，以确定投影空间。主要方程式是： Mx+cx+ 其中， 括摩擦力，而 于摩擦因素不对称，其可以重写 成（ M+ c+k） =0，是特征值，是相应的特征向量，为了解决复杂的特征问题，双方都可以很复杂，本系统忽视了阻尼系统 后这个对称的特征问题由找到投影子空间来解决。 达成一个矩阵【 1 n】。下一步，原始的母式投影到 个 更细节的描述关于运算法则能被找到，复杂的特征值能被表达成 = + 为的实部，表征系统的稳定性 。为 虚部，表征频率方式，这种分析决定了系统的稳定性，当系统不稳定时，为正， 尖啸产生，一个另外 的期限阻尼比为 阻尼为负，系统变得不稳定，反之亦然，本分析主要的目的是：减少占主导优势的模型的阻尼率。 有限元模型 一个盘式制动器系统包含一个绕着主轴旋转的盘，组装内部测圆管，装在高架铁路系统中，和一对制动片，当使用液压力，活塞的前推压住内板抵住盘子，而外片则由测圆器拽住在盘子四周。此研究中使用的制动模型是简化的版本，盘子直径 2923 典型厚度 内铸铁生产一双制动片，接触表面和后装箱一样抵在盘上，为了产生磨拉力，减少摩擦。 图片一：关于简化的制动系统的几何和有限元网格 模型图片二：反接口盘耳制动压力，内盘外盘 盘制动系统的强制力和负载 接触板由一种有机摩擦材料组成，后背板由铁铸成 。有限元网孔通过使用三次量纲，连续性元素组成，在接触表面使用很好的网状，摩擦接触相互作用定义为盘子和接触盘的双边盘子。盘子的一个恒定的摩擦系数和角速度被用作为仿真目的。图片 2（ a） （ c）展示了加给盘子的组装系统的约束力和负载，盘子完全安装在互反闩孔中，如图 2（ a）所示，而盘耳 被约束成只允许轴的运动，如图 2示，测圆活塞组装系统不包括在简易盘式制动器系统中，所以液压典型值 备盘在接触区域，在内盘和活塞之间，假设有相等 大小的压力作用在每块板上，分析流程包括以下 4部： 1，非线性静态分析，制动器压力的实际作用 2，利用盘上加速度进行非线性静态分析 3，正常模型分析，抽取自然平率来找到投影子空间 4，复杂的特征值分析包含摩擦连接效果。 3 结果和讨论 系统参数的效果，比如液压力 P，盘子的旋转速度 W，盘和板之间的摩擦系数 u，盘子的刚度。后备板的刚度，在盘子尖啸时是由仿真模型抽取的，盘子硬度的效果可以通过改变杨氏系数 复杂特征值的抽取由高达 13啸范围内。 就如先前所提到的一样，如果阻尼率为负，系统变得不可运行，当系统不可运行时，尖啸特性以阻尼率的增长而增长。再一次强调一下， 只有当阻尼率为负时，情况才会特别复杂。在仿真过程中，系统零件使用的典型参数为： P=W=s u= 10过改变某一参数而其他参数不变。 图 片三： （ a）当不同的液压力随着频率不同时，阻尼率的变化率 5 （ b）当液压力在频率为 12，阻尼率的变化率 摩擦系数的效果 盘式制动器起噪一般普遍被认为是 由摩擦力引起的动态不稳定性而引发的，这一部分显示了在尖啸过程中，盘和板之间直接接触的摩擦系数的效果， 3（ a）显示了当阻尼率作为不同摩擦系数的结果时的情况，很明显可以看出来主要的尖啸频率发生在 12尼率的值明显减少了，伴随着如图 3所示的摩擦系数在频率为 12此可以理解伴随着摩擦系数的增长，系统的不稳定性也会相应地增长，以此引发了阻尼率的增长。这意味着最 根本的方法来减少盘式制动器系统的尖啸情况是减少盘和板之间的摩擦。 液压力的影响 在尖啸过程中，液压力 的值从 图 4显示了阻尼率的变化在频率为液压力所影响时的情况。主流的尖啸频率接近于12图 4（ b）中可以看出，伴随着 尼率也在增长，所以尖啸情况也在增长，这是因为大的液压力产生了盘和板之间更大的摩擦力。然而，仿真结果同样显示了液压力的效果在盘式制动器系统产生尖啸时的效果并不是很明显，因为当 尼率的 值仅仅是从 盘子旋转速率的影响 图 5显示了阻尼率在不同的角速度 w（ s） 的不同频率下的变化率，主流的尖啸频率接近于 12着角速度的增长，阻尼率相应地减少。然而，就像先前的情况一样，当改变液压力时，在盘式制动器尖啸过程中变化的效果也不是很明显。 4 结论 通过使用 本的新功能来研究摩擦力引起的盘式制动器尖啸情况，其中包含了一个非线性的静态分析和一个复杂的特征值抽取方法。当复杂特征值进行分析时，有必要把非线性的影响效果考虑其中， 为了更精确地进行建模和构造外形 ，这部分工作在前期完成。这里，系统的分析显示了，板子重要的弯曲系数可以说是引起制动器尖啸和主要尖啸频率 的一大因 素。盘和板之间的摩擦效果，盘子的硬度和后背板的硬度，在尖啸过程中，影响作用是非常重要的，相应的，液压力和盘子的角速度并不是非常明显。尖啸可以通过减小摩擦系数，提高盘子硬度，在后背板中使用阻尼材料以及改变制动器的形状来减少。 6 参考文献： 1 , , . a 002; 63:391400. 2 M, OM, . J 003; 267:10566. 3 A. on of of on 004; 257:68795. 4 . as in a J 002; 254:121. 5 , J, E, J. of a J 002; 254:83748. 6 H, C. of on J 003;261:297307. 7 T. on 880254; 1988. 8 . in 920432; 1992. 9 W, , , . 20032003. 10 , , J. a in 20032003. 11 , , , , . A to 20022002. 12 , , . On of 毕 业设计 开题论证报 告 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 胡 成 班 级 B 机制 077 学 号 0710101710 指导教师 卢 倩 完成日期 2011 年 3 月 19 日 1 课题名称： 客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计 一、 课题来源、课题研究的主要 内容及国内外现状综述 课程或实验室建设 1产品名称：客车用盘式制动闸制动性能检测系统研究 2设计对象：盘式制动闸制动性能检测系统 3研究对 象：盘式制动闸制动过程模型，以及利用单片机设计制动参数检测系统 4盘式制动闸制动性能检测系统的检测参数确定及检测方法 5盘式制动闸制动性能检测系统的检测要求及精度要求 1 王永臣 陈刚 王磊 崔秀 在 单片机制动闸自动调节系统 中给出单片机制动闸自动调节系统的结构 ， 阐明了它的工作原理和特点。系统采用根据流过 电机电枢的电流控制电机启停的方法和多种抗干扰措施。其控制方案新颖，工作可靠，抗干扰能力较强 。 2 庄光山 王成国 姚永强 王海庆在 制动盘对盘形制动摩擦性能的影响 中研究了惯性力矩制动试验台 。 对 多 种不同石墨形态的铸铁制动盘与混杂纤维增强酚醛基制动闸片配副时的摩擦磨损性能进行了研究 。 结果表明 ： 制动盘对盘形制动摩擦性能有明显影响 。 3 程真启 高顶 张晓光 赵番在 矿井提升机制动闸间隙监测仪的设计 中绍了基于 片机的矿井提升机闸间隙监测设备的设计方法，通过对煤矿提升机闸间隙和空动时间的测量，能够实现对 盘形闸的监测，解决了煤矿提升的安全隐患问题，满足了煤矿安全生产的需要。 4 贾福音 李志佳 王一宾 孙晋响 在 摩擦提升机滑绳安全可靠制动分析 中析了摩擦提升中绳滑动与绳静、动张力的关系。通过理论分析、参数分配提出了满足系统安全可靠制动的外力制动方式，此方式不仅可以解除滑绳事故，也可以保证制动闸失灵状态下，对系统可靠制动。这套设备的研发成功，可有效控制滑绳事故的发生，为摩擦提升矿井安全高效生产提供保证。 5陈 磊 任中全 熊双辉在 矿井提升机盘式制动闸空动时间测试装置设计 中针对矿井提升机盘式制动闸空动时间 偏长对矿井提升机事故的影响 ,依据煤矿安全规程对盘式闸空动时间测试方法进行了研究 ,采用了继电器的工作原理设计了测试盘式闸空动时间的测试装置 ,并使用虚拟仪器测试系统 ,通过 程语言程序对本测试装置进行了验证。 6 王宏德在 盘式制动闸制动力矩下降原因分析与对策 中通过对盘式制动闸制 2 动力矩下降原因的分析 , 提出了相应的防范对策 , 取得了较好的效果。系统操作简单快捷 , 能够实现真正的自动排料。可靠性进一步提高 , 维护量大大减少 , 整个系统控制完全数字化 , 通过操作面板上的数码管显示及几个触摸按钮 , 即可完成全部操作。 7 和田 雄一等 (日 )在 新开发的制动闸片和制动盘 中阐述新开发的耐磨耗制动闸片和耐热裂纹制动盘的优良性能 , 两者组合使用时 , 经济效益颇佳。新开发的制动闸片 , 与各国采用的闸片相比 , 其耐磨性较佳 , 对制动盘也没有破坏作用。 动盘耐热裂纹性好 , 也有减低摩擦副闸片磨耗的效果。新开发的制动闸片与制动盘组合使用时 , 对降低车辆维修成本具有很大的意义。 8. 国在 制动闸片提高了盘形制动器的性能 中介绍德国铁路公司的高速列车与早期列车的四个制动盘相比 , 它 在每根轴上只装两个制动盘 , 使用一种改善了接触模式的先进制动 片 , 可以降低嗓声并使能全吸收能力提高了 。 9. 庄光山 王成国 王海庆 姚永强在 混杂纤维增强制动闸片的制动性能研究 中采用改性酚醛树脂为基体 , 炭纤维与钢纤维、矿物纤维等混杂材料作为增强材料 , 研制了适用于提速列车盘形制动的少金属制动闸片。在惯性力矩试验台上对其制动性能进行了测试。试验结果表明 , 该制动闸片在各种规定试验条件下的摩擦性能均能满足最高运行速度为 120 h 160 h 的提速列车的使用要求。 10. 赵建明 吴鹏在 半金属基提速客车盘形制动闸片摩擦特性的研究 中介绍了一种适用于制造提速客车盘形制动闸片的半金属基摩擦材料的摩擦磨损特性 方法 。试验表明研制的配方半金属摩擦材料具有稳定的摩擦系数和较好的耐磨性及其抗热衰退性。实物惯性台架试验结果表明 , 研制的配方闸片具有较高的摩擦系数 , 制动距离较短 , 制动性能稳定 , 完全能满足提速客车运行的制动要求。 总结：以上文献中作者从多个思路对 盘式制动器的工作原理及条件有详细描述 ， 多有从材料的角度来阐述车用盘式制动器的摩擦性能，但在检测动态性能方面少有阐述尤其未曾涉及传感器， A/D 数 模转换的内容，所以众论文只是提供了盘式制动器的感性认识和制动 状态描述。 3 二、本课题拟解决的问题 (1) 传感器的选型设计与计算 (2) 盘式制动闸制动性能模型研究 (3) 基于单片机的数据采集单元的设计，主要包括检测传感器的选型设计、 A/D 转换设计、控制单元设计 ，电源设计，通信 等 (4) 制动系统软件程序设计 三、解决方案及预期效果 主要有施闸及松闸过程中闸瓦运动学分析和制动力矩分析，此分析建立了制动闸的制动动力学模型，得到了制动性能参数之间的相互影响关系，为检测系统的设计提供基础性理论指导，可为传感器和检测系统的设计提供基础性数据。 （硬件） 主要有 传感 检 测部分、数据采集部分和系统 监控 部分 ， 传感器可以选用 压力传感器、位移传感器 ，数据采集器主要采集模拟量，分为信号调理模块、 A/D 转换模块、单片机、串行 通讯模块和电源 。 A/D 转换主要考虑转换速度和精度 ；本系统选用的单片机要能够控制转换芯片、选择 A/D 转换芯片并读取 A/D 转换数据，同时还应有与上位工控机进行串行通信的功能。数 据采集器采用 12V 供电 ， 为了提高系统的可靠性，在系统的硬件、软件设计上都必须采取相应的抗干扰措 施 。 （软件） 单片机系统软件：采集位移、压力传感器输出的模拟信号，并实现单片机和 工控机 的串行通信； 组成：主程序 +中断程序 主程序是完成单片机系统初始化并采集传感器输出的信号；串行中断程序是完成单片机系统与工控机的串行通信。 4 四、课题进度安排 2月 21日 3 月 5 日毕业实习阶段。 毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。 3月 5日 3 月 19 日开题阶段。 提出总体设计方案及草图，填写开题报告。 3月 20日 5 月 7 日 设计初稿阶段。 完成总体设计图、部件图、零件图。 5月 8日 5 月 25 日 中期工作阶段。 完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。 5月 26日 5 月 27 日毕业设计预答辩。 5 月 28 日 6 月 6 日毕业设计整改。 图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。 6 月 7 日 6 月 8 日毕业设计材料评阅。 6 月 9 日 6 月 10 日毕业答辩。 6 月 11 日 6 月 15 日材料整理装袋。 5 五、指导教师意见 签名 年 月 日 六、专业系意见 签名 年 月 日 七、学院意见 签名 年 月 日 6 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计 摘 要 ： 针对现有的 客车用盘式制动闸制动性能无法实现在线动态监测 的现状，本论文 借助于单片机构建在线动态检测系统，实现对盘式制动器制动性能的动态在线检测。 首先，在分析了 盘式制动闸制动 系统国内外研究现状的基础上， 对 盘式制动闸制动性能进行数学建模研究， 建立了制动 闸 的制动动力学模型 。 其次，通过 传感器选型和硬件电路设计 ，给出了 盘式制动闸制动性能检测 系统的设计方案，完成了论文的主体设计内容 ： 基于单片机的数据采集单元的设计，主要包括检测传感器的选型设计、 A/D 转换设计、控制单元设 计、通信设计等。 最后， 通过软件编程和 硬件设计相结合，使硬件功能实现最大化 。 对数据进行分析、处理、 融合；对盘式制动闸制动性能进行智能分析与评价。 关键词 ： 盘式制动闸制动 系统； 在线监测 ； 单片机 ； 制动特性 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 of to to a on of on to on of a of of of of A / D so to on of 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 毕业设计任务书 课题： 客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 胡 成 班 级 B 机制 077 学 号 0710101710 指 导 教 师 卢 倩 专 业 系 主 任 王福元 发 放 日 期 2011 年 2 月 20 日 1 一、设计内容 客车用盘式制动闸是一种应用十分广泛且成熟的制动方式，但是其制动性能无法 实现在线动态监测，可以借助于单片机构建在线动态检测系统，实现对盘式制动闸制 动性能的动态在线检测，从而为制动性能的评估提供基础数据。 该课题的 主要 设计 内容有： (1) 传感器的选型设计与计算； (2) 盘式制动闸制动性能模型研究； (3) 基于单片机的数据采集单元的设计，主要包括检测传感器的选型设计、 A/D 转换设计、控制单元设计、系统接口设计及 通信 交互设 计等； (4) 制动系统软件程序设计。 二、设计依据 1课题来源： 课程或实验室建设 2产品名称： 客车用盘式制动闸制动性能检测系统研究 3 设计对象 ： 盘式制动闸制动性能检测系统 4 研究对象 ： 盘式制动闸制动过程模型，以及 利用单片机设计制动参数检测系统 5 盘式制动闸制动性能检测系统 的检测参数确定及检测方法 6 盘式制动闸制动性能检测系统 的检测 要求及精度要求 2 三、设计要求 1 盘式制动闸制动性能检测系统 能满足 检测 要求，保证 检测 功能 ； 2 盘式制动闸 制动性能检测系统 应工作 平稳 可靠，结构简单，装卸方便，便于 调试 ； 3尽量能用通用件以便降低制造成本； 4 对制动过程建立数学模型进行分析研究 ； 5设计图样总量：折合成 面在 2 张以上；工具要求：应用计算机软件绘图。 6毕业设计说明书按照学校规定的格式规范统一编排、打印，字数不少于 1 万字。 7查阅文献资料 10 篇以上，并有不少于 3000 汉字的外文资料翻译； 8到相关单位进行毕业实习，撰写不少于 3000 字实习报告； 9撰写开题报告。 四、毕业设计物化成果的具体内容及要求 1设计成果要求 1）毕业设计说明书 1 份 2） 系统零件图 、电路控制图 3 张 3） 总 程序清单 1 份 2外文资料翻译（英译中）要求 1）外文翻译材料中文字不少于 3000 字 ； 2）内容必须与毕业 设计 课题相关； 3）所选外文资料应是近 5 年的文章，并标明文章出处。 3 五、 毕业设计（论文）进度计划 起讫日期 工作内容 备 注 2月 20日 2 月 21 日 布置任务 2月 21日 3 月 5 日 调查研究，毕业实习 3月 5日 3 月 19 日 方案论证，总体设计 3月 20日 4 月 7 日 技术设计（部件设计） 4 月 7 日 5 月 7 日 工作设计（零件设计） 5月 8日 5 月 25 日 撰写毕业设计说明书 5月 26日 5 月 27 日 毕业设计预答辩 5 月 28 日 6 月 6 日 修改资料 6 月 7 日 6 月 8 日 评阅材料 6 月 9 日 6 月 10 日 毕业答辩 6 月 11 日 6 月 15 日 材料整理装袋 4 六、 主要参考文献： 1 王永臣 . 单片机制动闸自动调节系统 M 沈阳 : 沈阳工业学院学报 ， 2008 2 庄光山 . 制动盘对盘形制动摩擦性能的影响 J. 四川： 铁道车辆 ， 2007. 3 赵田臣 . 高速列车金属陶瓷复合材料制动闸片研制 J. 石家庄 ： 石家庄铁道学院学报 ， 2007. 4 程真启 . 矿井提升机制动闸间隙监测仪的设计 J. 江苏 ： 煤矿机电 , 2007. 5 贾福音 . 摩擦提升机滑绳安全可靠制动分 析 J. 沈阳 ： 煤炭工程 ， 2008. 6 德国 制动闸片提高了盘形制动器的性能 J. , 2007. 7 赵建明 . 半金属基提速客车盘形制动闸片摩擦特性的研究 J. 江苏 ： 机械设计与制造工程 , 2006. 8 陈磊 . 矿井提升机盘式制动闸空动时间测试装置设计 M 江西： 煤矿机械 , 2008. 9 王宏德 . 盘式制动闸制动力矩下降原因分析与对策 J. 哈尔滨： 中州煤炭 , 2006. 10日 本 和田 雄一等新开发的制动闸片和制动盘 J. 哈尔滨： 车辆工程， 2009. 七、其他 5 八、专业系审查意见 系主任： 年 月 日 九、机械工程学院意见 院长： 年 月 日 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 1 1 绪论 文研究的背景 目前，随着人们对安全意识的提高，交通事故被世人所关注的程度在日益 加深。据有关部门统计，全世界每年因车祸导致 70 多万人死亡， 1200 多万人 伤残，造成直接经济损失 5 亿多美元；汽车总拥有量只占世界 2左右的我国 交通事故死亡人数却占世界的 15，由此可以看出我国在汽车安全方面则更为 严重。作为主要交通运输工具的车辆，其性能的好坏是影响交通安全的重要因 素之一；在车辆因素中，由于汽车制动方面的原因造成的交通事故占总交通事 故的 1l。 汽车行驶时能在短时间内停车 且方向稳定和在下长坡时能维持一定车速的 能力，称为汽车的制动性。其能直接关系到行车安全，是汽车的主要性能之一。 汽车的制动性取决于其制动系统，而制动器是制动系统的关键部件，其直接影响 汽车制动系统性能的发挥，故而制动器是汽车安全行驶的重要保障，没有制动器 汽车就不能安全行驶。 客车用盘式制动器是一种应用十分广泛且成熟的制动方式，但是其制动性能无法实现在线动态监测，因而给客车的安全行驶带来了一定隐患。随着自动化技术的发展，可以借助于单片机构建在线动态检测系统，实现对盘式制动器制动性能的动态在线检测，从而为制动 性能的评估提供基础数据。该课题的研究内容十分丰富，几乎囊括了机制专业、机电专业学生所学的全部专业课程知识，主要包括机械系统功能原理方案设计，以及机电一体化系统和测控单元的设计。 文研究的目的和意义 盘式制动闸的制动性主要取决于摩擦副的摩擦 性能，这里摩擦副主要是由摩擦材料、对偶盘组成，其中摩擦材料和对偶盘之 间的摩擦状况直接影响着制动器的性能。而现实中人们对盘式制动闸的制动性能在 线检测的研究却比较少，根据目前制动闸使用的实际工作状况，利用微电子新技术 ，研制一种具有检测功能的制动闸装置，对制动闸进行监测， 可以提高设备的安全可靠性，对实际工程应用 有很重要的意义。特别是随着科学和社会的不断进步，对 设备的要求也逐渐向自动化和人性化方向发展，要求使用的设备安全可靠、环保、 节能，这样对制动系统也提出更高的要求。 该选题将机制专业学生所学的专业课程，如机械系统运动模型设计、传感检测电路设计、机电一体化、单片机测控系统等课程知识有机的融合在一起，同时动手实践要求较高，对于提高本科生的理论应用于实践的能力有帮助，因而适合本科生作为毕业设计的选题。 客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计 2 文在国内外研究的现状 该课题在国内外都取得了相当部分的研究成果。 部 分研究成果如下： 1王永臣 陈刚 王磊 崔秀 在单片机制动器自动调节系统中给出单片机制动器自动调节系统的结构，阐明了它的工作原理和特点。系统采用根据流过电机电枢的电流控制电机启停的方法和多种抗干扰措施。其控制方案新颖，工作可靠，抗干扰能力较强。 2庄光山 王成国 姚永强 王海庆在制动盘对盘形制动摩擦性能的影响中研究了惯性力矩制动试验台。对多种不同石墨形态的铸铁制动盘与混杂纤维增强酚醛基制动器片配副时的摩擦磨损性能进行了研究。结果表明：制动盘对盘形制动摩擦性能有明显影响。 3程真启 高顶 张晓光 赵番在矿井提升机制动器间隙监测仪的设计中绍了基于 片机的矿井提升机器间隙监测设备的设计方法，通过对煤矿提升机器间隙和空动时间的测量，能够实现对盘形器的监测，解决了煤矿提升的安全隐患问题，满足了煤矿安全生产的需要。 4贾福音 李志佳 王一宾 孙晋响 在摩擦提升机滑绳安全可靠制动分析中析了摩擦提升中绳滑动与绳静、动张力的关系。通过理论分析、参数分配提出了满足系统安全可靠制动的外力制动方式，此方式不仅可以解除滑绳事故，也可以保证制动器失灵状态下，对系统可靠制动。这套设备的研 发成功，可有效控制滑绳事故的发生，为摩擦提升矿井安全高效生产提供保证。 5陈磊 任中全 熊双辉在矿井提升机盘式制动器空动时间测试装置设计中针对矿井提升机盘式制动器空动时间偏长对矿井提升机事故的影响 ,依据煤矿安全规程对盘式器空动时间测试方法进行了研究 ,采用了继电器的工作原理设计了测试盘式器空动时间的测试装置 ,并使用虚拟仪器测试系统 ,通过 程语言程序对本测试装置进行了验证。 6王宏德在盘式制动器制动力矩下降原因分析与对策中通过对盘式制动器制动力矩下降原因的分析 , 提出了相应的防范 对策 , 取得了较好的效果。系统操作简单快捷 , 能够实现真正的自动排料。可靠性进一步提高 , 维护量大大减少 , 整个系统控制完全数字化 , 通过操作面板上的数码管显示及几个触摸按钮 , 即可完成全部操作。 7和田雄一等 (日 )在新开发的制动器片和制动盘中阐述新开发的耐磨耗制动器片和耐热裂纹制动盘的优良性能 , 两者组合使用时 , 经济效益颇佳。新开发的制动器片 , 与各国采用的器片相比 , 其耐磨性较佳 , 对制动盘也没有破坏作用。 动盘耐热裂纹性好 , 也有减低摩擦副器片磨耗的效果。新开发的制动器片与制动盘组合使 用时 , 对降低车辆维修成本具有很大的意义。 8. 国在制动器片提高了盘形制动器的性能中介绍德国铁路公司的高速列车与早期列车的四个制动盘相比 , 它在每根轴上只装两个制动盘 , 使用一种改善了接触模式的先进制动片 , 可以降低嗓声并使能全吸收能力提高了。 9. 庄光山 王成国 王海庆 姚永强在混杂纤维增强制动器片的制动性能研究盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 3 中采用改性酚醛树脂为基体 , 炭纤维与钢纤维、矿物纤维等混杂材料作为增强材料 , 研制了适用于提速列车盘形制动的少金属制动器片。在惯性力矩试验台上对其制动性能进 行了测试。试验结果表明 , 该制动器片在各种规定试验条件下的摩擦性能均能满足最高运行速度为 120 h 160 h 的提速列车的使用要求。 10. 赵建明 吴鹏在半金属基提速客车盘形制动器片摩擦特性的研究中介绍了一种适用于制造提速客车盘形制动器片的半金属基摩擦材料的摩擦磨损特性方法。试验表明研制的配方半金属摩擦材料具有稳定的摩擦系数和较好的耐磨性及其抗热衰退性。实物惯性台架试验结果表明 , 研制的配方器片具有较高的摩擦系数 , 制动距离较短 , 制动性能稳定 , 完全能满足提速客车运行的制动要求。 综上所述： 以上文献中作者从多个思路对盘式制动器的工作原理及条件有详细描述，多有从材料的角度来阐述车用盘式制动器的摩擦性能，但在检测动态性能方面少有阐述尤其未曾涉及传感器， A/以众论文只是提供了盘式制动器的感性认识和制动状态描述。 文课题主要工作内容和本研究要解决的问题 本课题主要解决以下问题： (1) 传感器的选型设计与计算 (2) 盘式制动器制动性能模型研究 (3) 基于单片机的数据采集单元的设计，主要包括检测传感器的选型设计、 A/D 转换设计、控制单元设计、通信设计等 (4) 制动系统软件程序设计 本研究能达到的预期效果如下： 主要有施闸及松闸过程中闸瓦运动学分析和制动力矩分析，此分析建立了制动器的制动动力学模型，得到了制动性能参数之间的相互影响关系，为检测系统的设计提供基础性理论指导，可为传感器和检测系统的设计提供基础性数据。 （硬件）主要有 传感 检 测部分、数据采集部分和系统 监控 部分 ，传感器可以选用速度传感器， 压力传感器、位移传感器 ，数据采集器主要采集模拟量，分为信号调理模块、 A/片机、串行 通讯模块和电源 。 A/要考虑转换速度和精度；本系统选用的单片机要能够控制选择 A/D 转换芯片并读取 A/D 转换数据，同时还应有与上位工控机进行串行通信的功能。数 据采集器采用 12V 供电 ， 为了提高系统的可靠性，在系统的硬件、软件设计上都必须采取相应的抗干扰措施 。 （软件） 单片机系统软件：采集 速度 、压力 ，位移 传感器输出的模拟信号，并实现单片机和 工控机 的串行通信； 组成：主程序 +中断程序 主程序是完成单片机系统初始化并采集传感器输出的信号；串行中断程序是完成单片机系统与工控机的串行通信。客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计 4 2 盘式制动闸制动模型分析 动系统的基本性能 要求 盘式制动闸是车辆系统中的一个重要部件，它 的主要作用是使车辆在出现故障或者在需要停止时，使车能在人们要求的时间 内停止运动，也就是说需要把车的动能尽快转化为其他形式的能量，达到消耗动能 的目的。它的工作机理是靠两个相对运动的表面相互摩擦时所产生的摩擦阻力来转 化车动能的，将车的动能转化为热能，从而达到停车制动的目的。盘式制动器相对于 鼓式制动器具有制动性能稳定 (制动因数与摩擦系数成线性关系 )，力矩容量大、只承受轴向力、结构紧凑、散 热性好等突出的优点，所以在实际中被广泛应用。 近年来，随着人们对车辆的安全意识的提 高、制动闸的安全可靠性能倍受重视，对制动闸的性能提出以下几点基本要求 : (1)要有足够的制动力矩，这是保证安全制动可靠的基本条件。 (2)摩擦副所产生的摩擦力矩要稳定，在受到外界条件的变化 (速度、温度、湿度、驱动力等 )的条件下，它的变化也要尽量小。 (3)散热性好，避免摩擦表面温度过高。 (4)工作中噪音低、对环境的污染小。 (5)具有一定的耐磨性，要有一定的安全使用寿命。 (6)操作、维修简单方便。 动系统工作原理分析 盘式制动器又称为碟式制动器，其摩擦副中的 旋转元件是以端面工 作的金属圆盘，称为制动盘，用螺钉固定在车轮的轮毅上 。盘式制动器分为钳盘式与全盘式，其中钳盘式分为固定钳式和浮动钳式，而浮动 钳式又分为滑动钳式与摆动钳式。 通常制动器都是通过其固定元件对旋转元件施 加逆向力矩，通过制动器摩擦副之间的相对滑动，把动能转化为热能由此达到 摩擦减速制动的作用。盘式制动器摩擦副中的旋转元件是一个被安装在车轴的轮毅 上，以端面为工作表面的金属圆盘，称作为制动盘。制动器的固定元件称作制动块 ，由两到四个工作面积大概为制动盘包角 20左右的的摩擦片镶嵌在一个质地较硬的金属 背板上组成。内外制动块及其的助动装置都装在横跨制动盘两侧的一个安装 在悬架上夹钳型支架中，总称为制动钳。当驾驶人员踩下制动踏板，与之相连的推 杆于是会推动制动主油缸中的活塞前进，使得油缸中的液压升高，液压油在压力的 作用下经过油管进入制动器油缸中，再把力传递到制动器油缸中的活塞上推动其法 向移动，最后活塞接触到制动盘而产生制动力，并牢牢把制动盘加紧。 制动器结构如图 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 5 图 2式制动器结构图 钳盘式制动器的制动钳既可以固定在车桥上， 也可以浮动在悬架上，因此又可分为定钳盘式制动器和浮钳盘式制动器两类。 如图所示为定钳和浮钳两类盘式制动器示 意图。 图 2钳盘式制动器 在定钳盘式制动器中，跨置在制动盘 1上的制动钳体 5固定安装在车桥 6上，它不能旋转也不能沿制动盘轴线方向移动，其 内的两个活塞 2分别位于制动盘 1的两侧。 客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计 6 图 2浮钳盘式制动器 在浮钳盘式制动器中，制动钳体 2通过导向销 6与车桥 7相连，可以相对 于制动盘 1轴向移动。制动钳体只在制动盘的内测设置油 缸，而外测的制动块 则附装在钳体上。 盘式制动闸的工作原理是：施闸时，减小从控制油口输入的控制油压，当控制油压在活塞上的作用力小于碟型弹簧弹性恢复力时，碟形弹簧推动筒体向前运 动，安装在筒体上的闸瓦压向制动盘进行制动。松闸时，增大从控制油口输入的控制油压，当控制油压在活塞上的作用力大于碟形弹簧弹性恢复力时，活塞通过连接轴带动筒体压缩碟形弹簧，闸瓦远离制动盘实现松闸。 盘式制动闸的制动力矩是靠闸瓦从两侧压向制动盘，使闸瓦与制动盘之间产生摩擦力而产生的。为了使制动盘不产生附加变形，滚筒主轴不承受附加轴向力，制动闸都是成对使用，每一对叫做一副盘式制动闸。根据制动力矩的大小，每 辆客车 可布置多副制动闸。 动系统的结构分析 目前盘式制动闸包括老式的碟形弹簧后置式和新式的碟形弹簧前置 式两种。图2a）为碟形弹簧后置式制动闸结构图 ， 图 2b）为碟形弹簧前置式制动闸结构图。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 7 5678910 11 1212341、制动盘 2、衬板 3、活塞 4、制动器体 5、液压缸 6、碟形簧后盖 7、碟簧 8、后盖 9、连接螺栓 10、控制油口 11、筒体 12、闸瓦 (a) 碟形弹簧后置式制动闸结构图 1、筒体 (带衬板 ) 2、碟型弹簧 3、弹簧座 4、挡圈 5、油缸 6、泄漏油口 7、活塞 8、连接栓 9、后盖 10、液压缸盖 11、控制油口 12、制动器体 13、连接轴 14、压板 15、闸瓦 16、制动盘 (b) 碟形弹簧前置式制动闸结构图 图 2盘式制动闸结构图 客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计 8 盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，轮缸的压力作用在制动钳上，使其压靠在制动盘的端面产生制动力矩。由于结构的关系，盘式制动器一般无摩擦助势作用，因此制动器效能受摩擦因素的影响较小，效能比较稳定。 制动器是制动系中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。除了竞赛汽车上才装设的、通过张开活动翼板以增加空气阻力的空气动力缓速装置以外，一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使后者的旋转角速度降低，同时依靠车轮与路面 的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器，都称为摩擦制动器。盘式制动器的旋转元件为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面。盘式制动器的摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，此圆盘为制动盘。 动过程模型分析 制动闸的制动过程，从能量的观点讲，可以把 制动闸看成是一种能量转换装置，它在规定的时间内将运动物体的动能转化为热 能或其它形式的能量，以实现减速、停车的目的。制动闸制动的可靠程度决定了车 辆的安全可靠性。 动过程分析 制动 装置的作用在于使行驶中的车辆减速或者停车。一般的制动装置是以车辆的动能转化成热能来确保上述的制动力。车用的制动系统一般广泛的采用液压制动。驾驶员加在制动踏板上的力，通过踏板杠杆按一定的比例传给增力装置，增力装置由其它的能量将力增大后，传给制动主缸。制动主缸压力转换为液压，通过制动硬管、制动软管，传至车轮制动器的轮缸。车轮制动器由轮缸液压推动盘式制动器摩擦块或鼓式制动器的制动蹄压紧制动盘或制动鼓，使其之间产生摩擦力，即为制动器制动力。 如图 2种制动器的制动是靠摩擦片和摩擦 盘之间的摩擦力矩产生，摩擦片在工作中很容易磨损，而其中的摩擦片磨损程度检测现在是靠人工来完成，通过后盖上的测量孔对制动器进行定期检查。由于这种制动器制动力矩大，这些设备的工作环境恶劣，使人工检测不容易进行或容易产生误差，无法真实反映出摩擦材料的磨损情况，更不能反映出由于摩擦热而引起的破坏程度或潜在的热疲劳程度。 现在是凭借经验数据，规定摩擦片的使用时间，使用期限达到，不论实际的摩擦材料的磨损情况，一律更换以保证机器设备的安全性。这样的操作有两个缺陷 :(1)会出现在摩擦材料仍然可以安全使用的情况下提前换掉，造 成摩擦材料的浪费 (2)还会出现由于某种原因没有及时更换、或者测量失误等，使摩擦片没有及时更换会出现不安全的潜在危险，所以对制动器的在线检测动态监测是很必要的。 动过程建模 施闸及松闸过程中闸瓦运动学分析 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 9 3 4形弹簧 2、活塞 3、闸瓦 4、制动盘 图 2式制动闸制动力学模型 以活塞为研究对象，活塞在运动过程中，根据质 心运动定理得到： (2式中： x 闸瓦运行的加速度， m/ m运动部件质量， N 碟形弹簧 正压 力， N； F 油压对活塞的作用力， N； f 活塞受到的阻尼力， N。 其中，(， )(作用在活塞截面上油压， )4(2021 为 油压有效作用面积； ， c 为液压缸的阻尼系数， x 为闸瓦的运行速度。 闸瓦运动过程中，作用在活塞截面上的压力和碟形弹簧的受力随时间逐渐变化，式 (2一步化为： 0)()( m (2若 碟形弹簧刚度确定，由于制动器内的碟 形弹 簧只发生小变形，而碟形弹簧 正压力 在小变形范围内基本呈线性变化，即令 )( ，其中 ：N/m；形弹簧的预 压缩量， m。 则式 (2为： 0)( m (2根据积分公式，得到： 客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计 10 )(s i n)(1 s i n)0(c o s)0()(0)(0 (2式中： ， 2 ， 21 制动压力分析 闸瓦制动力矩计算原理图如图 2示。 z动盘 2、闸瓦 图 2瓦制动力矩计算原理图 设 整个制动系统有 n 副闸，因每副闸共有 2 个闸瓦，则整个制动系统共有 2n 个闸瓦。根据图 2 i 个闸瓦对制动盘的制动 力矩为： )(3 3302 (2式中： u 为闸瓦与制动盘的摩擦因数； z 为闸瓦的中心角； ar、圆弧面至闸瓦中心的距离； i 个闸瓦对制动盘的均布压力， N/表达式为： 222()T i T b a (2i 个制动器闸瓦的贴闸压力， N，其表达式为： T i i i p A(2i 个制动器内的油压； 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 11 i 个制动闸内碟形弹簧的正压力； 将式 (2 (2入式 (2到制动力矩： 33222 ( )3 ( )i i p b ai p A r 整个制动系统的制动力矩为： 332222112 ( )3 ( )nn i i p b p A r (2从上式可知，制动力矩与摩擦因数、碟形弹簧正压力、工作油压和闸瓦位置有关。 令 33222 ( )3 ( )，则式 (1简化成： 21nT i R (2进一步分析可知，碟形弹簧正压力与弹簧刚度和压缩量有关，而弹簧压缩量与预压缩量和闸瓦间隙有关，因此闸间隙是间接影响制动力矩的重要因素。 制动时汽车的整体力学分析 图 2动时的汽车的整体受力分析图 根据图 2制动时汽车的整体力学进行了分析。 根据水平方向力的平衡，可以得到 : F x x )/( (2 式中 : 汽车的水平制动力 (N); 客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计 12 纵向惯性力 (N)； m 质量 ( 车的纵向加速度 (m/s); 前、后轴所承担的地面制动力 (N); 空气阻力 (N) 制动时车轮的力学分析 汽车制动过程中单个前轮的受力以轴心为质心，根据车轮的 受力情况求解车轮的力学参数。 根据垂直方向的受力平衡，有 : (2式中 : 地面对车轮的法向力 (N); 单轮所承受的汽车重量 (N)。 根据水平方向的受力平衡，有 : (2式中 : 车轮所受到的地面制动力 (N); 单轮轮轴所承受的惯性力 (N)。 以轴心为质点的力矩方程为 : / (2式中 : J 车轮总成的转动惯量 (); 车轮的旋转角速度 (s); 制动器对车轮的制动力矩 ( 车轮受到的滚动阻力矩 ( 汽车制动时，由于路面对车轮的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩都很小，可以忽略其 影响。因此上式可简化为力矩平衡方程， (2 同时制动器的制动力矩必须满足 m a x (2动力学模拟参数的计算 制动器的制动过程是把汽车的机械能 转化为热能的过程，根据能量守恒定律可以确定制动器单轮的等效转动惯量 : 12 = 12 I (2式中 :m 质量 ( v 行驶速度 (m/s); 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 13 I 整体的等效转动惯量 (; 车轮的转动角速度 (s)。 制动过程中，假设车轮只有纯滚动，有 v = r (2式中 : r 车轮滚动半径 (m)。 把公式 (2入公式 (2I =m r (2制动过程中汽车具有惯性，使得前后车轮承受了一个法向惯性力，惯性力促使汽车前后车轮的摩擦功、制动力矩及等效转动惯量都发生了改变。 根据制动开始时汽车的初始速度，可以得到 0 = 0v （ (2 = = (2 = 0 - t = 0 - t (2其中 : 0 车轮的初始角速度 (s); 0v 汽车的初始速度 (km/h)。 车轮角减速度 (s ); 车轮的瞬态角速度 (s); t 时间。 章小结 本章详细介绍了盘式制动闸的结构和工作原理，在此基础上总结了国内外在此方面的研究现状。 建立了汽车制动闸的制动动力学模型， 得到了制动性能参数之 间的相互影响关系，为检测系统的设计提供基础性理论指导。 阐述了制动闸需要满足的基本性能要求，介绍了各种不同类型制动闸的发展现状和应用场合 ;介绍了盘式制动闸的组成、工作原理和结构特点。分析了盘式制动闸存在的主要问题，指出研制制动闸摩擦在线检测系统的必要性。 在线检测系统是现代设备的必然要求和发展趋势，它能有效的保障人身和设备安全、提高设 备工作的可靠性和自动化程度，使得设备管理更加合理化、科学化。 客车用盘式制动闸制动性能检测系统设计 14 3 盘式制动闸制动性能检测系统总体方案 体方案 盘式制动闸制动性能智能检测系统 的主要功能是通过检测盘式制动闸碟 形弹簧正压力、闸间隙、控制油路油压、滚筒转速和安全回路接触器状态，然后进行数据处理和融合以得到能反映出制动器制动性能的制动力矩、闸间隙、贴闸压力、空动时间和制动减速度。为此， 盘式制动闸制动性能智能检测系统 拟 采用 单片机、多个传感 检 测装置为数据源并 开发智能 监控 软件以实现对盘式制动闸制动性能的 实时 监测 。 本系统主要由以下三部分组成：传感 检 测部分、数据采集部分和系统 监控 部分 ，传感 检 测部分由 制动力矩 传感器、 闸间隙 传感器 、车轮角减速度传感器 组 和安全回路接触器组 成； 数据 采集器主要对传感 检 测部分所输出的模拟量信号进行采集， 用于 采集 转速传感 器输出的脉冲信号 和安全开关输出的开关信号； 系统 监控 部分由工控机 和显示器 组成， 工控机 主要接收数据采集部分上传的数据，进行 分析 处理 与融合 ，并 向 用户提供 制动性能参数信息 。 统的主要功能与技术指标 要功能 1、对客车用制动系统盘形闸参数进行实时监测 ; 采用基于 单片机 开发 的 数据采集器采集制动力矩、闸间隙和制动减速度传感器输出的模拟量信号； 2、盘形闸工作间隙位置校准 ; 通过 对 串口接收检测数据 的分析处理与融合 ， 得到制动性能参数， 对盘式制动闸制动性能进行评判 ； 3、静态数据断 电后可以长期保存； 4、具有自恢复功能，可以避免干扰引起的系统“死机”现象。 根据现场的实际情况，面对所需要解决的实际问题，确定方案的原则 : 1、系统适应持续工作 ; 2、准确实时测量 ; 3、可实现远距离观测和控制 ; 4、系统可靠性高 ; 5、具备较好的性价比。 基于以上原则设计出了系统方案，系统由两部分组成 :上位机和下位机。上位机由计算机和通信接口组成，计算机安装有专门的监测软件，监测软件借用计算机的强大功能实现远程实时观测和控制，通信接口则完成通信电平的转换和数据通信。下位机则以微控制器为核心，辅以相关外围 电路完成盘形闸工作参数实时监测，进行数据采集处理和通信。 要技术指标 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 15 1、工作间隙测量范围 :0 一 3、测量误差 :士 10% 3、转换精度 : 0 f 最后，对数据记录进行操作，包括增加、修改、删除记录，以下是增加新记录的程序代码： 新增加一条记录 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2011 37 ) 数据采集日期 ) 数据采集时间 i=3 4 i) 将采集到的数据值赋给相应的字段 i nd 控机系统软件在完成串口数据采集的同时，将数据存入预先设好文件名的数据库，即完成了数据的保存，克服了通常数据采集系统完成数据采集后忘记保存数据的缺点。通过调用 件，结合文件操作命令，即可方便的实现对数据的访问，为后续的数据分析和输出工作带来极大的便利。 表生成模块 进行报表打印生成的方法有好几种，第 一类为调用 方法 方法能够使用默认打印机打印当前 的可视区域，所以只需要设计一个合适的 可以非常容易地打印出理想的效果。这种方法的人机交互能力不强，普通用户不会操作，难达到理想的效果；另一种方法采用 象是一个与设备无关的图片空间 ,支持用 法在 象上创建文本和图形。并能设置输出文本的字体 ,当完成在象中放置信息后 ,可用 法将输出传送到打印机。每次应用程序结束时，它们会自动使用 法，将打印机对象中任何未确定的信息送到打印机。这种方法最大的缺点是编程量大，需要编程人员计算和控制打印位置，在 象中打印位图也需要花费较多的时间，降低了应用程序的性能。 对于广大的普通用户，都习惯了使用 行文字、图标的打印工作，因此，如果能在 自动生成报表并在用户的参与下完成报表的打印将使操作更加简单。本系统基于面向对象的思想，应用微软提供的 象，在 调用 而实现报 表的自动生成与打印工作。 件抗干扰设计 系统运行过程中，干扰对系
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