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1、 对中繁科技电控制动水冷技术的考察报告 云南山区连续长下坡较多，由于长时间频繁使用行车制动器，使制动器内温度急剧升高，导致热衰退，汽车的制动效能急速下降，同时高温还会造成轮胎爆胎甚至自燃，影响行车安全。 如何解决刹车过热的问题呢？在欧美等发达国家，货车上会装配发动机制动和缓速器等辅助制动装置，国内由于成本等原因，还没能在货车上普及。国内的货车绝大部分都采用了淋水器，通过对刹车鼓淋水，加快散热，维持刹车的制动特性。对于长期跑山路的货车司机来说，淋水是下坡时必不可少的一个重要工具。随着一些配套厂的技术支持，淋水技术也呈现出各种发展路线。淋水器一般包括水箱，管路，控制开关以及喷头等装置。 按取水方式
2、的不同，淋水一般可分为自流式、气压淋水、电动水泵这三种主要形式。 云南省开远市中繁科技公司采用的是电动水泵取水这种形式。冷却水来自发动机冷却水循环系统，经加装的风扇散热器二级冷却后由电动水泵注入前后桥刹车蹄上片密封腔内，上片与下片联通，冷却水经下片流出，回流到发动机冷却水箱。电动泵电源、风扇电动机电源均来自于蓄电池。同时为验证该设计的效果，在前后桥刹车蹄上片进水口、出水口加装了温度传感器，并与驾驶室的温度显示仪相连。电动水泵的控制开关也布置在驾驶室。该电控制动水冷装置主要由上制动蹄（1）、金属摩擦板（2）、下制动蹄（10）、摩擦片（15）、制动鼓（19）、散热器（24）、电控风扇总成（30）以
3、及连接水管组成；其连接关系为：上制动蹄（1）通过可调偏心轴（8)安装于制动底板(9)上制动蹄(1)和下制动蹄（10）分别与金属摩擦板（2）之间通过螺栓（3)连接，形成两个独立的冷却水室（4）；上制动蹄（1）的进水口（7)和下制动蹄（10）的出水口（13)通过水管（14）相连，进水总管（20）通过水泵（22）和出水管（23）与散热器（24）相连，上制动蹄（1)的出水口（6）经回水分管（25）、回水总管（26）与散热器（24）、回水入口（27）相连，散热器（24）经水管（28）与膨胀水箱（29）相连，散热器（24）后有电控风扇总成。制动蹄上的温度传感器31与布置于驾驶室的显示仪32由电线33连接，
4、电水泵22由布置于驾驶室的开关34控制，电风扇总成30与两档开关35的对应点连接。 （图1、制动蹄结构） （图2、A-A水冷却室剖面） 图3、制动蹄及相关零部件安装结构示意图4、制动蹄及相关零件安装结构示意图图5、水冷装置整体布置图 图5、水泵控制电路图 图6、风扇控制电路图工作原理：在安装完成后，闭合开关34，此时电水泵22开始工作，在电水泵的作用下，散热器24的水经水管23进入电水泵22，再由泵流到进水总管20，经进水分管21和下制动蹄的进水口12进入下制动蹄冷却水室，再经下制动蹄的出水口13和连接管14和上制动蹄的入水口7进入制动蹄1的冷却室4，再经上制动蹄出水口6进入回水分管25，然后
5、流入回水总管26，再经回水口27流回散热器24，当散热器24的水面不再发生变化时，让电水泵22处于工作状态，松开安装于各制动蹄排气孔上的排气螺栓，此时内部空气在水压作用下自动排出，直到有水流出再扭紧螺栓，此时整个系统就可以正常工作，在汽车运行时，开关34处于闭合状态，水开始循环，此时散热器24的主要作用是把汽车运行时，轴承、轮胎传到制动蹄上的热量散发到空气中，由于热量少，不许风扇30工作，档汽车制动时，由于金属摩擦板2具有良好的导热性，而摩擦片15传热性较差，所以二者产生的热量主要由金属摩擦板2传给冷却水，而这些热量由水带入散热器24，在电风扇30的作用下散发到大气中。当环境温度低，负载少，坡
6、度小时，开关35使用低速档，反之使用高速档，由于水在升温后会有膨胀，膨胀箱29的水加三分之一到三分之二，留有热膨胀空间，使用时只需半月或一个月补充少量的水。该电控制动水冷技术的关键在于如何将制动产生的热量由冷却水带出来，并实现冷却水的循环利用，从而达到节约水资源，不损坏道路，不增加汽车载荷，有效解决热衰退问题。为此，中繁科技公司在制动蹄上做文章，其主要思想是在制动蹄中形成一个水冷却室，并先后对制动蹄进行了四次改进尝试。如下图，第一次和第二次改进尝试是将制动蹄与金属摩擦板之间通过螺栓连接，形成一个独立的冷却水室。但由于制动蹄与金属摩擦板之间的密封胶容易在高温时融化，造成漏水。同时还需要加大制动鼓
7、、摩擦片的尺寸，成本较高。金属摩擦板也使得自重增加。如下图，第三次改进尝试是重新铸造了新的制动蹄，金属摩擦板与制动蹄融为一体，内部为空腔，这样就形成了一个冷却水室。但该制动蹄由于是空腔结构，铸造成品率很低。 如下图，第四次改进尝试，将制动蹄外侧斜向内切开，并在剖面上钻29个内螺纹孔，用小螺栓将密封板与制动蹄两侧密封，这样就形成了一个封闭的冷却水室。同时也解决了制动蹄铸造成品率低的问题。如下图，该制动蹄已经安装在实验用的长头自卸车前后桥上。从实验效果来看，基本满足密封、冷却的需求，但前后桥4个车轮中，左前轮漏水，可能与使用的密封胶遇高温熔化、密封板与制动蹄贴合不严密有关，需进一步改进、验证。 下
8、图中，为保证制动蹄的安装空间，该公司加大了制动鼓，直径达到420mm，同时重新定做了摩擦片，但新的摩擦片倒角方向错误，导致最下面一片摩擦片磨损，应朝向外侧。 制动蹄做好之后就是安装制动蹄上的上下进出水管，如下图。但为安装上下制动蹄之间的连接水管，只能将轮毂的防尘罩拆掉弃用，制动蹄直接裸露在外，这样容易进灰尘、泥土，小石块也容易卡到里面，从而影响到制动，需进一步改进，防尘罩必须有。 接下来就是改装冷却水循环系统。考虑到制动蹄与摩擦片之间因制动产生的温度较高，最高可达到300以上，冷却水循环系统必须能有效降低从制动蹄出来的水的温度，并有效散热。据专家研究，在170以前，制动力随着温度的升高而升高；
9、在170以后，制动力随着温度的升高而显著下降；当温度超过300以后，制动性能将迅速下降，磨损加快，该温度一般被认为制动失效的临界温度点，而170成为温度变化和制动力影响的拐点。基于以上要求，中繁科技公司设计的水冷却系统是在发动机水冷却基础上进行二次冷却，从而即节约了水源，也达到有效降温的目的。水冷却系统主要组成部分是：电动水泵、电控风扇总成、散热器、前后桥连接水管、街头等。下图为电控风扇总成，借用的是4个轿车的电控风扇（上左带动上右，下右带动下左），12V继电器。此风扇有两个弊端，一是风扇电机只有12V，转速明显不够，影响了散热效果，二是直接从蓄电池接电会导致蓄电池电量不够用。应采用24V继电
10、器带动转速更高的风扇。 下图为散热器，采用的是一般卡车用的散热器，通过支架固定在大梁上，该散热器有上进出水口，下出水口。上进水口与发动机冷却水箱出水口相连，下出水口与电动水泵相连。由于是旧的散热器，型号和散热面积以及厚度均不清楚，若想增强散热效果可考虑四排管水箱。 电动水泵电源接在蓄电池上，开关安装在驾驶室。水泵额定扬程：12米，电压：24V，功率：150W，额定流量：0.8L/ms，额定转速：2800r/min。缺点是流量小。三个水泵，一个用于前桥冷却，一个用于后桥冷却，一个是下坡常开的。 前后桥由于无合适的固定位置，管路走得很乱，如下图为前桥的进水分管和回水分管。上图左为后桥的进水分管和回
11、水分管，上图右为从发动机水箱出来的进水总管和回水总管。 管路接好后，就是去拉一车煤，实车试验以验证冷却效果，能否满足制动散热需求。目的地为云南最大的露天煤矿开远市小龙潭煤矿，车程为20公里左右，其中上坡距离为8公里，下坡为10公里，来回40公里左右，坡度在15左右，且弯道较多，海拔落差在100米以上。下图为小龙潭露天煤矿。 开始装煤了。 过磅，整车自重10吨，毛重29.8吨。过完磅就开始爬8公里的长坡。 到达山顶最高处后，可以看到一个醒目的提醒牌“刹车淋水开启处”，每一辆在这里都要停留一下，检查制动淋水的好坏。淋水器在下坡刹车之前必须打开。而道路却因为淋水而常年处于湿滑状态，这条道路的每年维护
12、费用不菲。下图为实验用车，可以看到上坡的一边是干的，下坡的一边永远是湿的。 由于在进水管和出水管均安装了温度传感器，并与驾驶室的水温表相连，因此可以从显示仪上直接观察水温的变化。下图一为停车状态，下图二为山顶处下坡前状态，下图三为下坡后水温状态。第一个表显示的是前桥的出水温度，下坡前后都是61没有变化是因为前桥回水管漏水，第二个表显示的是后桥的出水温度（下坡前54，下坡后58），整个过程一直维持在60一下，说明冷却效果良好，第三个表为进水管温度，也是发动机冷却水出来后经过二次冷却后的温度。这次跟车实验，可以证明这套电控制动水冷装置基本达到设计初衷，将制动产生的热量由冷却水带出来，并实现冷却水的循环利用。尽管前桥由于漏水使得测试数据无用，但关键的后桥制动温度一直很稳定，在经过30吨10公里的下坡后，制动性能良好，说明这套装置是可行的。总结一下，这项电控制动水冷技术思路是比较好的，利用发动机冷却水二次冷却后泵入制动热量最集中部位，并实现冷却水的循环利用，从而较好的解决了制动刹车过热导致制动失效的问题。在相关设计进一步完善之后，值得推广。
