制动盘轻量化理论与计算

第一篇：制动盘轻量化理论与计算

重量轻的先进复合材料已被确定为车辆应用的汽车系统，以降低油耗。超过75％的燃油消耗，直接关系到车辆的重量。但是，降低了车辆的重量，可以提高运输行业的成本性能比。研究人员已经证明，降低整车重量，提高车辆的能源消耗，是一种很有前途的战略，并提出了一个重要的机会，以减少能源的使用在运输部门。总的能源使用，减轻重量和二氧化碳（CO2）排放量密切相关。石油燃料占运输能源使用造成整车重量的75％，几乎每个国家公认的国际能源机构（IEA）石油燃烧的二氧化碳排放量[1，2]的主要来源的95％以上。道路车辆使用估计占人为的全球温室气体（GHG）排放量的10％。这个数字将增长，因为汽车行业是增长最快的行业之一。有人预测，2009年全球生产的汽车数量要超过51万。随着知名度不断提高，运输轻量化，提高燃油经济性和二氧化碳排放量，是这个行业的顶级挑战[3，4]。

交通，电力及热发电厂产生了约三分之二，在2009年全球二氧化碳排放量。汽车行业是公认的全球二氧化碳排放量的23％，2009年的第二大贡献者。乘用车比罗尔预测未来一段时间内稳步增长的全球需求和行驶距离[5]，运输燃料的需求将增长40％，到2035年。在过去的20年，虽然整车的重量减少的技术效率稳步提高，消费者偏好更大，更重，更强大的模型已经抵消了大部分这些效率的提高，从而产生变化不大，能源消耗和二氧化碳排放量[6]。

在汽车燃料消耗的主要决定因素之一，是汽车的重量。重量节省整体汽车质量被认为是一大研究热点。的研究表明，在车辆的重量每减少10％，可以减少燃料消耗5〜8％[7,8]。平均减少68公斤，给出了一个额外的练习场英里每加仑燃料消耗〜0.423公里/升。在其对二氧化碳排放量，减少了100公斤的整车重量方面带来了减少二氧化碳排放量高达12.5克/公里[7]。早先的研究表明，车辆的燃油消耗降低

maleque等。2012年诠释。J.车辆结构及系统，4（2），69-73 70 的好处是，与光权重[9]。很显然，使用更轻的材料，整车的重量减少有可能降低油耗，但确切的关系不是那么明显。观察表明，在燃料消耗的改进，取值范围为0.0015-0.007升/公里每公斤的重量减少[9]。

影响此关系的因素，包括车辆的尺寸和类型，用于评估车辆的驱动周期，与动力传动系。bandivadekar等，[10]评价整车的重量减少燃料消耗，以恒定的性能和尺寸的影响。该模拟实验结果表明，从平均新车为每一个10％的重量减少，车辆的燃料消耗减少了6.9％。减肥可以提高运输系统的成本性能比。新型轻质材料提供了途径，以提高燃油效率和减少排放的有害污染物，不妥协的性能和尺寸。研究表明，减少20％的重量可能会产生12-14％的燃油经济性的改善[11]。

节约能源在汽车中的应用重量更轻，制动转子上的信息不可用在文献中。本文试图预测减轻体重的效果，对能源消耗和节约成本，使用的铝基复合材料汽车制动转子。建立评估数学模型重量减少材料消耗，节省成本和能源的影响。

2。材料性能与成本分析

铝基质复合体（AMC）已被广泛研究，在汽车行业中的应用[12-14]。以前的研究表明，在热处理过程中的磨损和摩擦性能的复合材料[15，16]加强和提高。属性还包括增加的比强度和刚度，耐磨损性，轻量化，高导热性和改进的高周疲劳抗性[17-19]。尽管节省的重量在50〜60％的顺序是[20，21]，需要实现的性能改善，更值得关注。作为簧下使用复合材料的重量降低，这也降低了惯性力的燃油经济性，以提供一个额外的好处。图图1显示了质子威拉AMC制动转子原型设计的尺寸。

AMC和铸铁材料的制动转子测得的机械和物理性能示于表1。以前的研究表明，AMC转子的摩擦系数在0.32-0.46之间[22，23]。有人还指出，制动噪音和磨损AMC转子在测试过程中低于那些使用铸铁的。ADEBISI等人[24]和Eltoukhy[25]观察到AMC转子摩擦表面上的温度上升比铸铁转子制动试验条件下的静态低。表1：材料性能制动转子[22]

表1：材料性能制动转子[22] 材料 AMC 铸铁

拉伸强度（MPa）312 250 硬度（HB）143 195 密度（gcm的3）2.8 7.2 热传导率（W/m-1K-1）182 52 铸铁刹车盘是由废钢

铸铁刹车盘是由废钢铁。的复合转子包括铝和SiC颗粒。无论铸铁和AMC刹车盘的是100％可回收。如表2中所示，AMC的生产需要生产铸铁由于铝熔化温度低的订单中的能量比。生产过程中的搅拌铸造SiC颗粒不需要完全熔化，因为它涉及到预加热到800℃。对于相同的几何形状，成本分析进行根据材料消耗和制造的制动转子的重量的。用于AMC转子的材料成本超过两个单元和批量生产，如表3中所示的铸铁转子。然而，考虑到AMC转子的长寿命化，寿命周期成本的一半相比铸铁转子[28]。约55％的重量减少也积极影响其他内部系统的车轮的成本[29]。

表2：能源和材料消耗的制动转子[29] 材料参数 铸铁 AMC 铝 碳化硅

能源消费量（千瓦时）5.0 1.5 2.0 材料消耗（kg）原料 6.5 1.7 0.3 成品 4.5 1.5 产品生命时间（公里）100 200 表3：铸铁和AMC制动转子成本分析 物料 AMC 铸铁 铝 碳化硅 重量（kg）单位产品。1.2 0.3 3.6 批量产品。16 4 36 总重量（kg）20 36 成本（RM）每公斤 40 150 10 单位产品。48 45 36 批量产品。480 450 360 总成本（RM）930 360 *批量生产=10个单位

3。能源消费和储蓄

当车辆加速时，从发动机的能量被转换成动能存储在车辆质量。如果车辆停止施加制动，maleque等。2012年诠释。J.车辆结构及系统，4（2），69-73 71 这些能量将被转换成热能，在制动转子和衬垫。然后，它可以假设有一大部分能量用于加速车辆的制动系统的热能被浪费。然而，通过简单地允许它的滚动，直到它停止不施加制动时，汽车陷入了停滞状态，所储存的动能将反过来被用来克服空气动力学和滚动阻力，整个减速距离。因此，不应该被视为一种浪费。总能源使用的车辆的通过目标的旅程可以说，由下式给出： fakTEEEE

（1）

其中，下标T，K，a和f分别表示分别在转子的总动能，空气动力能和摩擦损失。考虑到重量轻AMC的用于车辆的制动转子，能耗由以下组件[26]： 1。车辆的加速。2。为克服气动势力。

3。为了克服其他损失（滚动摩擦，轮毂轴承的摩擦）。示于图所需要的能量的能量源的车辆在制动转子。2。用在车辆的制动转子的总能量由发动机产生的制动功率，减去通过传输，差速器和扭矩转换器的损失直接相关的。

能源油箱

发动机热效率的损失，由于 由发动机产生的能量 在制动转子的能量 滚动摩擦 气动能源

发动机空转造成的损失

Energy in fuel tank

Losses due to thermal efficiency of engine Energy produced by engine Energy at brake rotor Rolling friction Aerodynamic energy Losses due to engine idling

图2：能耗制动转子

可以预测基于以下假设估计节省的能源利用重量更轻AMC制动转子[26〜28]： 从燃料的发动机的输出比能量转换为车辆的重量无关。它是由发动机的效率。损失的能量空转也将是独立于车辆的重量。驾驶条件。

为了估计节省了通过减少车辆制动转子重量的，用于一个特定的旅程，由于车辆的重量损失的能量的量是必需的。的转子轴承的滚动阻力和阻力的摩擦造成的损失也可能是由于主要是由于车辆的重量。使用的能量，以克服空气动力另一方面与车辆[30]的重量无关。由此，可以说，提供的车辆重量的车辆在制动转子的能量使用量的一小部分产生的热量（假定为Y％）的动能和滚动阻力的结果。

由于制动转子重量的节能（R）可以是相关的动能和摩擦能量之比，在车辆中使用的总能量可以表示为： TfkEEEYR）（100（2），如果AMC制动转子具有潜在的节省的重量减少50％，比传统的铸铁制动转子，它会由于热能为Y％的损失补偿。因此，其节能在AMC制动转子可被表示为： TfkAMCEEEYR）（100（3）让我们假设一个简化的驱动的情况下，以确定R的值对于给定的驱动条件，驱动程序加速车辆的速度v和驱动器在这个速度经过此时间段T为周期T，则驱动程序应用刹车使车辆处于停顿状态。然后重复这个过程是整个旅程。一个加减速周期中用于提供动能的能量由下式给出：

25.0mvEk

（4）

假设车辆的行进速度v在平均周期T足够长的时间以使在此周期中的加速和减速部分。一个加减速周期的气动力可以表示为： 25.0AvCAdf（5）

所需的能量，以克服空气动力在一个加速减速周期可以表示为： TAvCTAEdfa35.0 （6）

这是假设的滚动阻力，占用了几乎所有的能量从转子叶轮的动能和空气动力学损失除了。上的法向力作用在转子上的轮毂，它可以表示为摩擦能量损失EF [28]使用的滚动阻力取决于： mgvTCWvTCErrrrf（7）

代入方程。（4），（6）和（7）代入方程。（1），一个加减速周期中的总能量的使用情况是：

mgvTCTAvCmvErrdT325.05.0（8）

在这项研究中，1.8升的质子威拉利用的规范，如表4中所示。表4：规格为1.8升的普腾威拉车[28]

表4：规格为1.8升的普腾威拉车[28] 参数 变量 值

遏制质量（kg）米 1250 身高（米）ħ 1.42 宽度（m）瓦特 1.74 正面面积（m2）一 2.47 风阻系数 光盘 0.30 滚动阻力系数 CRR 0.015

maleque等。2012年诠释。J.车辆结构及系统，4（2），69-73 72 替换这些车辆规格和Eqns。（4），（6），（7）及（8）入式。（3）使用上面的制动转子的能量，比变为：

vTTvvvTvYRAMC44.1856819.0625）44.185625（100322（9）

因此，可以说，在制动转子系统所使用的能量取决于速度和加速减速周期期间。图图3示出了一个例子，在一个城市的条件驱动的现代车辆的能流图。由此可以看出，制动，不论所使用的功率输出的发动机。将发动机怠速运转的能量的总和，配件所使用的能源和能量提供给传动系[31]。的滚动和制动电阻总结了在车轮转子所使用的能量的大约75％的。如果传动系损失交付给传动系统的能量的量是一个常数因子，用于传动系统的能量的百分比，以克服滚动阻力和制动也将是在车轮转子所使用的能量的大约75％的。在此情况下，由发动机产生的机械能。将用于在待机状态下（17％），所使用的附件（2％）的能量的能量，和提供给传动系统的能量（19％）的总和。

参考文献：

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第二篇：盘式制动教案

汽车盘式制动器零件的检查

时间:2013-02-02 14:20来源:山东德州汽车摩托车专修学院 点击: 38 次

青岛交通职业学校课堂教案

使用学年_______________ 授课班级_______________ 总序号______________ 科 目

汽车维护 任务二

课 题

项目五：汽车盘式制动器零件的检查

课 型

新授

计划课时

1学时（45分钟）

授课教师

教 室

1.教学目标

专业方面：

1）了解盘式制动器的性能要求

2）能独立进行盘式制动器零件的检查

方法方面：

培养学生分析问题、解决问题的能力

使学生能够独立地完成本课题的相关操作过程

社会方面：

培养学生的组织协调能力，语言表达能力和与客户沟通的能力，并且使学生具有团队协作意识

个人发展方面：

培养学生养成良好的职业道德，认真、细心的工作态度，互相赏识的良好品质以及严谨的工作作风，增强学生的自信心。2.重点难点

重点

1）盘式制动器零件的检修

难点

1）盘式制动器的检修过程

3.初始情境（学情分析）【分析学生的基础知识（以前学过哪些知识，对知识的掌握牢固与否等）以及学习的积极性和学习能力】

学生已经完成了《汽车底盘构造与维修》的学习，对盘式制动器的类型及作用有了系统的认识，具备了本节学习的能力

学生动手能力比较强，对实际维修案例、角色扮演等有很大的兴趣

4.随着汽车技术的不断发展和道路状况的不断提高，汽车的行驶速度越来越快，对制动系统的要求越来越高。盘式制动器的应用越来越广泛，而制动器各项技术参数对制动性能的影响日益显著，所以制动器的维护作业是维护保养过程中必不可少的关键项目。

5.课前准备

教师：【黑板、仪器（投影仪、幻灯片等）座次、复印、课本、练习本、学习载体】 教学目标说明：【为什么要设定上述教学目标】

黑板、多媒体课件、课本、学习载体：盘式制动器、相关维修材料、检测记录表、评价卡、相关工具、棉布、直尺、游标卡尺、外径千分尺等。

按学情将学生分成四个小组，每个小组设组长一名，并由组长带领组员准备好本节课要用的教具。

学生：【课堂特殊要求如：事先布置的家庭作业、现象观察等】

观察盘式制动器在各种车型上的应用

6.课程导入（工作任务/引导问题）

客户到维修企业对车辆进行维护保养，反应说该车时速在60公里以上时，使用制动时方向盘会出现抖动现象。如果是你接待的客户，你将怎样为客户解决这个问题？

7.授课计划表格（教学安排说明）【这个课题将使用哪些方法，包括宏观的和微观的，怎样安排教学，另附表格（下页），可以根据需要增删、设定页数】

8.板书设计

1、盘式制动器的作用

2、、盘式制动器的优点

3、制动盘的材料

4、制动摩擦衬块的材料

5、盘式制动器的组成

6、盘式制动器检修注意事项

7、检测盘式制动器制动盘

8、检测盘式制动器制动摩擦衬块

9、检查制动卡钳支架

10、检查制动卡钳轮缸

11、检查制动卡钳

9.家庭作业

完成工作页

授课计划表格

序号

时间（min）行为阶段

教师活动

学生活动

方法

媒体

备注2 情境导入 设置情境 思考问题 角色扮演 维修工单 2 8 知识链接

演示并讲解盘式制动器的作用、优点、分类 听讲、讨论 演示、操作 多媒体 3 10 盘式制动器的检测演示

演示并讲解盘式制动器的检查方法 观察、讨论 演示，讨论

盘式制动器、各种工、量具 4 15 分组练习巡回辅导、指正 分组练习操作、评估

盘式制动器、各种工、量具、检测记录表、评价卡 5 8 集中讲评 教师点评

学生操作、听讲，整理 演示、点评 检测记录表、评价卡 2 小结 小结 听讲，整理 小结

第三篇：变频器制动单元的使用及其参数的计算

直流回路虽然并联大电容，但只能吸收部分能量，当负载惯量大或频萦变速时，由于回馈能量大，电容难以吸收，在这种场合，就需要使用制动单元，由 制动单元监测直流回路电压，控制制动电阻的通断，形成一个斩波电路，如图的虚框示意，由此消耗电机回馈的电能，并产生制动力矩，获得瞬时减速快速停车的效 果。

此外，在电梯的变颇调速系统中，一般也采用制动单元控制制动电阻工作的方法，达到减速停车释放能量的目的，这既减小使用四象限变频器的高投资，也避免电能回馈电网可能引起的污染。

几夕一调速系统的转矩值一调速系统的转动惯量，即电动机与负载转动惯量之和口一电动机的旋转角速度。

此式实际上是牛顿第二运动定律在电力拖动系统中的表达式。

由于电动机和工作机械（负载）的产品目录给出的参数一般不是转动惯量而是飞轮惯量为了便于计算，根据一瓷所以丸‘可变换为一寄箭寰。，以军二二 厂式中习一电动机6硬和负载6硬之和一转速一常数，即卫丝名互2互一二互Z互由图示意的制动时间图，设电动机从最高转速减速到。

须用秒时间，系统重复使用的周期为勺秒。

因此，合理地配备制动单元及其制动电阻，将关系到变频器与系统的安全可靠的使用。

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第四篇：提升绞车的常用闸和保险闸制动计算

提升绞车的常用闸和保险闸制动计算

提升绞车的常用闸和保险闸制动时，每个闸所产生的制动力矩与实际提升最大静荷重旋转力矩之比K值都不得小于3。

当常用闸或保险闸制动轮与滚筒同轴时，由于制动轮直径和滚简直径不同，制动安全系数不能直接用制动力与最大静张力之比，必须用制动力矩与最大静荷重旋转力矩之比，即：

K=FzRz/FrRr

式中Fz——制动力；

Rz——制动轮半径；

Fr——钢丝绳最大静张力；

Rr——钢丝绳提升中心到滚筒轴中心的旋转半径。

当常用闸或保险闸制动轮与滚筒不同轴时，还应将减速比和传动效率计算

在内，即K=(FzRz/FrRr)×i·η

式中i——减速比；

η——减速器传动效率。

常用闹和保险闸的作用是在需要时，能可靠地使提升系统停止运行。要使提升系统可靠地停止运行，每个闸的制动力矩只比最大静荷重旋转力矩大是不够的，还必须克服系统的转动惯量才能停住车。在充分考虑了重物下放时，制动力矩要克服最大静荷重和较大的系统转动惯量再有一定的安全系数后，确定K不得小于3。由于保险闸是在紧急情况下自动施闸的，如果系统转动惯量小，会使制动减速度大于提升容器的自然减速度，导致松绳，提升容器反向冲击，易断绳跑车。可使K≥2，因为上提重物停车时，钢丝绳承受的最小冲击张力是最大静张力的2倍。当K<2时，停车会不可靠，所以保险闸的K值不得小于2。

工作闸由于是人工控制施闸，不能造成施闸太急松绳跑车，必须K不得小于3。

保险制动的K值不小于2的第2个原因是，当前主井提升还没有全部达到定重装载，或定重装置失效时，提升容器将被装满为止，而货载在矸石多、水大(尤其是综合采煤放顶时，有时肝石很多)时，一台9t箕斗容积10.6m3，可能装载达到10.6×1.6=17t，一台12t箕斗容积为13.2m3，装载量可以达到22t。如果是等重平衡绳提升，最大静张力将达到额定值的1.8～1.9倍，如果保险制动K值达到2，就会因过载提升中过流保护动作停电制动不住而坠斗。

保险制动K值不得小于2的第3个原因是，一般提升机电机的过载能力为

1.8左右，绞车正常时在额定静张力(差)状态下工作，当箕斗里装满了矸石或矿车载重增加，挂车超多时，如果载重达到正常值的2倍以上，绞车提不动还可以，一旦没有超过电机的最大负载转矩，将重物提升中途，因过流保护动作而停电紧急制动时，也会因保险制动K值小于2而造成坠斗、跑车。例如某年7月，某矿一台3.25m回绳摩擦轮提升绞车，就是因为定重装置故障没有及时修复，将载重为12t的箕斗，装满了矸石，在提升未到终点时过流保护动作，保险制动后未闸住而高速坠斗，造成了全矿停产18天的重大提升事故。由此吸取的教训是，定重装载、保险制动K值不小于2非常重要。同时提升绞车的过电流整定，在不影响电机安全和寿命前提下，适当放宽反时限过流保护的时间是有好处的，而保护短路和严重卡斗的瞬动电流整定还是越小越好。

保险制动力是否越大越好呢，不是，保险制动的“保险”，体现在特殊情况下需要紧急制动时，保险制动会自动、快速进行制动，因此要采用配重或弹簧

式的，才能在停电的同时自动施闸。保证不失效的保险作用，并非是制动力大的保险作用，相反，制动力过大，还会造成事故。如斜井单钩提升重载保险制动力过大，使提升系统转动部分的制动减速度大于矿车在制动时所处位置轨道倾角所产生的矿车自然减速度时，即滚筒已停止了转动，矿车还在上行，违反了规程第四百三十三条规定的上提重载制动减速度的规定，从而造成松绳，矿车可能停止上行又反向下滑冲击，有可能造成断绳跑车。对于摩擦轮式提升机，过大的制动力还有可能在下放重载保险制动使钢丝绳在摩擦轮上打滑，而制动力过小，保险制动K值小于2，除上面说过的3种不利条件外，又使重载下放制动距离过长，使事故扩大，又违反了规程第四百三十三条中下放重载制动减速度的规定。因此，提升绞车的保险制动力小了不行，太大了也不行，制动力的大小必须满足本规程的3条要求，即第四百三十二条，保险制动K值不得小于2，第四百三十三条规定的上提重载制动减速度的上限和下放重载制动减速度的下限值，即保险制动力的最大值和最小值，及不大于使摩擦轮绞车钢丝绳在摩擦轮上滑动的制动力。同时满足这些要求，这是调定保险制动力必须遵循的原则。要同时满足这些要求，只有合理地确定一次提升量才行，合理的一次提升量，首先要在最大静张力不超过绞车的额定静张力，钢丝绳安全系数满足本规程规定的条件下，再进行K值、上提重载允许的最大制动力、下放重载允许的最小制动力和钢丝绳在摩擦轮上不滑动的最大制动力的核算。如果不能同时满足只有降低一次提升量来完成。

保险制动K值要求要达到了，只有在绞车的质量模数小，在K=3时，上提重载的制动减速度大于第四百三十三条的规定时，才允许将K值降低，但不得小于2。

质量模数用Z表示，它是提升系统总变位质量∑m与最大静张力(差)p的比值，即

m Z

P

有了质量模数Z，可以方便地求出重载上提的制动减速度as下放的制动减速度ax

K

1和重载Z

K1，以及无电机拖动、无制动时，靠系统惯性拖动载Z

荷运行的上行自然减速度as0和靠载荷张力克服系统惯性形成的下行自然加速

度ax0,as0ax0。

Z

质量模数的引进，使确定每次提升量的计算简单了许多。

从式中明显地看出，对于具有固定运行质量和最大静张力的绞车，保险制动K值多大，才能满足对重载提升和下放制动减速度的要求。当K≥3时，as能满足要求时，即为质量模数不小；as不能满足第四百三十三条表9的规定时，便为质量模数较小，K值可以减少，但不得小于2。当K值降为2，as仍满足不了要求时，只得减小载荷，不得用绞车允许的最大静张力提升。当静张力减小时，在K=2时的制动力下降，as也随下降了，可以满足要求了，但是可能由此引起ax也下降了，满足不了第四百三十三条表9对ax的规定时，只好再降低载荷重量，但不降低制动力，便可同时满足K、as和ax的要求，至此，提升载荷尔蒙的重量才算确定，保险制动力才能最后调整确定。

应该提出的是，在计算上提重载保险制动时，能否松绳，即能否满足第四百三十三条表9全部机械制动减速度的要求时，系统的总变位质量∑m，不应包

括上提的移动部分的变位质量，因为当单钩提升由转动部分的变位质量，双钩提升由转动部分和下放侧移动部分的变位质量所形成的制动减速度大于上提重物移动部分的自然减速度时，钢丝绳就会松绳子，钢丝绳不能向上传递提升重物的作用力，上提移动部分的质量对转动部分的制动减速度没有影响，因此在计算上提重载全部机械的制动减速度能否满足第四百三十三条表9的要求，即计算上提重载保险制动能否产生松绳时，系统的总变位质量，不应将上提的移动部分质量计人。当全部机械部分的制动减速度小于上提移动部分的自然减速度时，计算全系统的制动减速度，才应将上提移动部分的质量和因其对制动力的影响计人。

以单钩提长为例，计算转动部分的制动减速度asj的力平衡公式为

Fz=∑mj·asj

式中Fz——变位制动力，kN；

∑mj——转动部分（包括已缠在滚筒上的钢丝绳）和天轮的变位质量，kg·s2/m。

用绞车的最大静张力（差）P，去除等式两边：

Fzmjasj

Zxasj PP

又因所以，asj

Fz

K P

K

。按规程要求，取K=3。Z

由此计算出的as小于规程要求的上提重载的最大减速度，就不会产生松绳。当取K=3时，as大于表9所要求的数值时，该绞车就是质量模数较小的绞车，就可以适当降低K值。在满足as要求时的K值仍然大于2，该绞车仍然可以按最大静张力确定上提重载的重量。如果当K=2时，as仍在于规程要求，保

好降低一次提升量，在保证K≥2的前提下，降低制动力，因asj

Fz，所以mj

asj下降了，可以满足规程规定，但是计算方法是在先保证asj符合规程规定条件下，计算出Fz=asj∑mj，以得到最大的Fz和K值。

F

第二步要验算在初步选定的最大静张力P和制动力Fz，Kz也随之初步

P确定后，用ax

K

1验算ax是否符合规程规定。但此时的ZZ

m

P

z，mz

是包括转动部分和移动部分全部的变位质量之和，因为单钩提升上提保险动减速度已不大于上提矿车的自然减速度了。

如果ax小于规程规定，还要降低一次提升承载量，使P减小，而Fz不变，F

使K（Kz）增大。P的减小，也使Z增大，但增大的比例比K培大的比例

P小，因为Z

m

P

z

中的mz中的移动部分的变位质量也减小。由于K增大的K1

值增大而满足规程规定。如果缠绕式提升绞车，Z

多，Z培大的少，使ax

至此，最大静张力被最后确定，再确定出拉车数。根据最大静张力计算公式

P[n(QQ0)(sinaf1cosa)P0L(sinaf2cosa)]10

2式中P——被最后确定的最大静张力，kN；

Q——每辆矿车载荷质量，kg；Q0——每辆矿车质量，kg；n——每次提升矿车数；

f1——矿车运行阻力系数，0.015；P0——钢丝绳每米系数，kg/m；L——提升斜长，m；

f2——钢丝绳运行阻力系数，根据托绳辊状态，可取f2=0.15～0.5；a——绞车道倾角。

从而确定出每次提升的矿车数n。

现将某绞车在各种倾角井巷提升时，所确定的一次提升量和保险制动力的计算过程列于表2-8-3。表中数据是单钩提升条件下，其他已知条件为：

最大静张力（差）：P=88kN

转动部分（包括滚筒上的钢丝绳、天轮）的变位质量：∑mj=5408kg 钢丝绳每米质量：P0=4kg/m 绞车道斜长：L800m

双滚筒绞车，每个滚筒有一套制动装置，正常提升时，离合器将两个滚筒连在一起共同运转，两套制动装置共同作用。因是双钩，若无尾绳提升时，最大静张力差是一侧的钢丝绳和货载的重量之各，变位抽动力应不小于最大静张力差的3倍，每个滚筒制动装置的变位制动力不低于一半。而在调绳检修时，要把离合器打开，每套制动装置各对所负担的滚筒制动，负担的最大静张力是钢丝绳和提升容器的重量之和，要求其变位制动力不低于钢丝绳和提升容器重量之和的1.2倍。这个制动力与两套制动装置全部变位制动力的一半哪个大呢，后者大，前者自然合格，后者小，就必须首先满足前者，即每套制动装置的变位制动力不低于所制动滚筒、所悬钢丝绳和提升容器重量之和的1.2倍。

当提升系统是双钩等重平衡绳提升时，正常提升时两套制动装置的全部变位制动力不低于一次提升载重的3倍，每套制动装置担负一半制动力，便会低于提升一侧的钢丝绳和提升窗口重量之和的1.2倍。这项规定更为重要，否则只满足最大静张力差3倍的一半，调绳时会因制动力不够而坠斗、坠罐。

表:保险制动力调定计算表

注：①表中G——一次提升量（不包括钢丝绳）

②∑mj——移动部分变位质量，kg。

③如果使用液压盘形闸，由于保险制动力与最大工作制动相同，保险制动K值也不得小于3，表中K值小于3的应全部

按3计算。

④表中asj大于规定采用二级制动解决更好。

第五篇：铝合金材料的应用与交通工具的轻量化

铝合金材料的应用与交通工具的轻量化

杜明义

（东北轻合金有限责任公司,黑龙江,哈尔滨）

摘要：本文通过铝合金在汽车行业上的应用，深入分析了交通工具的轻量化发展趋势，揭示了铝合金材料在交通运输领域良好的应用前景与应用空间。关键词：铝合金、轻量化

Application of aluminum alloy material and lightweight of the vehicle

DU Ming-yi(Northeast Light Alloy Co.,LTD, Harbin)Abstract: This paper introduced application of aluminum alloy material in the automobile industry.Analysed the development trend of vehicle lightweight deeply.Opening out favorable application foreground and application space of aluminum alloy material in the traffic and transportation field.Key: Aluminum alloy、lightweight

轻量化的研究是现代车身设计的一大主流。当前，节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车技术发展的趋势，尤其是节能和环保更是关系人类可持续发展的重大问题。因此，降低燃油消耗、减少向大气排出CO2和有害气体及颗粒已成为汽车界主要的研究课题。减少汽车自身质量既汽车轻量化是汽车降低燃油消耗及减少排放的最有效措施之一。目前，汽车轻量化的途径有两种，一是优化汽车框架结构；一个是在车身制造上采用轻质材料。而目前车身制造上常采用的轻质材料为铝合金材料。

目前，世界交通运输业用铝为产量的26%，而我国仅为5.7%。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们越来越追求生活质量的提高，对交通工具的需求越来越大。因此，铝合金材料在交通运输业上的发展空间还很大。而且，铝合金是最常见的汽车用轻金属，在汽车上使用较早，相对比较成熟。现代轿车发动机活塞几乎都用铸铝，这是因为活塞作为主要的往复运动件要靠减重来减小惯性，减轻曲轴配重，提高效率，并需要材料有良好的导热性，较小的热膨胀系数，以及在350℃左右有较好的力学性能，而铸铝能符合这些要求。同时由于活塞、连杆采用了铸铝件，减轻了重量，从而减少发动机的振动，降低了噪声，使发动机的油耗下降，这也符合了汽车的发展趋势。

汽车车身约占汽车总重量的30%，对汽车本身来说，约70%的油耗是用在车身质量上的，所以汽车车身铝化对减轻汽车重量，提高整车燃料经济性至关重要。奥迪汽车公司最早于1980年在Audi80和Audi 100上采用了铝车门，然后不断扩大应用。1994年奥迪斥资800万欧元建立的铝材中心（1994-2002），两年前被更名为“奥迪铝材及轻量设计中心”。1994年开发了第一代Audi A8全铝空间框架结构（ASF）,ASF车身超过了现代轿车钢板车身的强度和安全水平，但汽车自身重量减轻了大约40%。随后于1999年在这里诞生的奥迪A2,成为首批采用该技术的量产车。2002年，奥迪铝材及轻量设计中心又见证了第二代奥迪A8 的诞生。

在此期间，美铝还开发了全新的汽车生产技术。如今，铝制车身制造的自动化操作程度已达80%，赶上了传统钢制车身生产的自动化水平。

业内人士认为，这些令人振奋的全新发展动向表明了奥迪打算将铝材料更广泛地运用于量产车的决心。此外，奥迪与美铝一直保持着良好的合作关系，双方合作的目标是共同开发一款全新的可以量产的全铝制车身汽车。

美铝为全球汽车制造商提供品种繁多、性能优异的汽车部件和总成，包括车身覆盖件的铝板、压铸轮毂、配电系统、底盘和悬架部件，以及保险杆、发动机支架、传动轴、车顶系统等总成。包括奥迪A8的第二代ASF框架结构、宝马5和7系列的铝制悬架、日产Altima的发动机罩和轮毂、法拉利612-Scaglietti的全铝车体结构和捷豹XJ采用的真空压铸技术，美铝的产品和解决方案使这些车型向着更轻量化，更技术化的方向发展。

目前，铝合金材料在现代汽车轻量已经显示出非常重要的重用。制约铝合金在汽车上大量应用的主要原因之一是其价格比刚材高，为了促进铝在汽车上的应用，必须降低材料成本。除开发低成本的铝合金和先进的铝合金成型工艺外，回收再生技术可进一步降低铝的成本。扩大铝合金应用的另一个研究方向是开发新的各种连接技术，今后发展的多材料结构轿车要求连接两种不同类型的材料（如铸铁-铝、钢-铝、铝-镁等），对这些联接技术以及对材料和零件防腐蚀的表面处理技术是今后扩大铝在汽车上应用的重要课题

汽车广泛应用的铝制轮毂就是铝合金在汽车上应用中的一个例子，铝合金轮毂的优点是：

1、省油

平均每个铝合金轮毂比相同尺寸的钢轮毂轻2kg，一台轿车用5个便省了10kg重量。根据日本实验，5座的轿车重量每减轻1kg，一年约节省20L汽油。而美国汽车工程师学会发表的研究报告指出，铝合金轮毂虽然比一般钢轮毂贵，但每辆汽车跑到2万km是，其所节省的燃料费便足够抵回成本。

2、增加发动机寿命

根据发动机负荷与功率曲线图，当负荷增大至某一程度后，其功率反呈降低，此边际将就表示此时每1单位负荷，发动机将更吃力（特别耗油），发动机负荷减轻，自然减少故障，延长寿命。

3、散热好 铝合金的热传导系数为钢的3倍。散热效果好，长途高速行驶之时，也能使轮胎保持在适当的温度，使刹车鼓及轮胎不易老化，增加寿命，降低爆胎的机会。

4、真圆度好

精度高达0.05mm，运转平衡性能好，有利于消除一般车身超长及方向盘抖动现象。

5、坚固耐用

铝合金轮毂之耐冲击力、抗张力及热力等各项强度较钢轮毂要高。这也是铝合金在国防工业、航空工业扮演重要角色的原因之一。

6、美观

一般钢轮毂因生产所限，形式单调呆板，缺乏变化；铝合金轮毂则有各式各样的设计，加上光泽、颜色效果好，从而提高了汽车的价值与美德。

综上所述，铝合金在汽车行业上的应用前景是很好的，但是值得我们注意的是，据波音公司称在梦幻飞机的用材中铝材仅占飞机自身质量的20%，碳纤维增强的复合材料却占到50%强。这是迄今为止铝材用量最少而复合材料却占到50%多的客机。碳纤维增强的航空复合材料的强度比钢的还高，而其密度又比铝的低，是制造航空航天器的良好材料，不过其价格目前比航空航天铝材贵得多，就性价比来说不是在今后一段时间内在全部的航空器制造中都具有替代铝材的明显优势，大多数客机铝材用量仍占其自身质量的70%左右，但铝材受到的严峻挑战却是显然的，不可掉以轻心，必须开发新的合金，新的加工工艺，大幅度提高材料的性能，迎接挑战。

总之，虽然在铝材料短缺的背景下，目前一些公司开始用其它材料代替铝材料，但新型替代材料不会完全代替铝材料。在未来二三十年内，铝材料在同类材料中仍占第一位，铝合金材料在交通运输行业上更是大有作为的。

参考文献：

1、王金涛.张桂林 中国对铝材需求将不断增长,经济参考报，2005年10月15日

2、王祝堂.航空铝材受到严峻挑战,中国有色网，2006年4月27日

3、连惠红.身轻如燕—轻量化和铝合金材料的应用,车主之友，2005年10月21日