磁力—液压冗余加载式摩擦—涡流协同制动器设计及制动性能研究

作     者：黄山 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：鲍久圣

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：冗余加载 协同制动 可靠性模型 制动性能 磁场 

摘      要：随着各类车辆运行速度和载重量的提高,针对其可能遭遇的高速重载紧急制动、短时多次重复制动等极端制动工况,作为基础制动方式的摩擦制动却存在摩擦热衰退和制动压力加载形式单一等不足,从而可能引发重大安全事故;同时,作为辅助的涡流制动方式在高速时效果好,低速时则不能提供足够的制动力。因此本文将液压加载和磁力加载、摩擦制动和涡流制动相结合,以新型的磁力-液压冗余加载的摩擦-涡流协同制动器为对象,对其进行设计制作并研究其制动性能,研究结果对于弥补摩擦制动和涡流制动两大制动方式的原理性缺陷、提高车辆在极端工况下的制动效能与可靠性都将具有重要的理论意义和实用价值。首先,设计了冗余加载式协同制动器的相关结构参数,对协同制动器的电磁力、静态磁场以及电涡流制动暂态特性进行有限元仿真,结果表明:最大电磁力为134N,制动盘最大磁通密度为1.4T,验证了制动器设计的正确性,并试制了新型协同制动器样机;其次,推导了装有协同制动器的车辆的前后轴利用附着系数计算方法,根据相关制动法规约束条件对摩擦制动力分配系数进行了优化,结果表明适当减小摩擦制动力分配系数可以提高制动的稳定性;设计了协同制动器制动力分配策略和判断流程,按照工作模式将制动力分配分为7种工况,利用旁联模型建立了协同制动器制动系统可靠性模型;再次,对试验材料和装置进行了准备与改造,提取了制动性能表征参数,设计并开展试验分别研究了制动初速度和制动压力两个制动工况对多种工作模式下的制动性能影响规律;最后,研究了磁场对制动性能的影响,通过微观分析试验揭示基于磁场的制动压力冗余加载式摩擦-涡流协同制动机理,结果表明:随着磁感应强度的增大,三种复合制动模式的制动力矩均值和稳定系数均增大;协同制动器不同工作模式下的制动性能各异,液压-涡流复合模式的制动稳定性最好,涡流制动力矩约占总力矩的18%,基本满足设计要求;液压-磁力-涡流复合模式的制动效能和可靠性最佳,磁力摩擦制动力矩约占液压摩擦制动力矩的19%,总制动时间在4s以内,基本符合设计目标;复合制动中摩擦制动力矩占80%以上,为主要制动方式;模式间性能差异主要由于通电方式改变造成摩擦面磁场大小不同;磁场能促进导磁摩擦片磨损表面的铁磁性磨屑吸附和细化、氧化反应和摩擦层的形成,进而表面形貌改变对制动性能产生影响;制动过程中导磁摩擦界面上会出现微弱的摩擦诱导磁化现象,铁磁性元素数量越多、外磁场强度越大,摩擦磁化自激内磁场就越强。该论文有图69幅,表9个,参考文献145篇。