Технические науки/4. Транспорт

к.т.н, доцент Кунгуров А.Р.

Казахстанский университет «Алатау», Казахстан

Оценка конструктивных схем и определение энергонагруженности и энергоемкости тормозных механизмов автомобилей

Для оценки конструктивных схем тормозных механизмов служат следующие критерии: коэффициент тормозной эффективности, стабильность и уравновешенность.

Коэффициент тормозной эффективности – отношение тормозного момента, создаваемого тормозным механизмом, к условному приводному моменту. Тормозная эффективность должна оцениваться раздельно при движении вперед и назад.

Стабильность. Этот критерий характеризует зависимость коэффициента тормозной эффективности от изменения коэффициента трения. Эта зависимость представляется графиком статической характеристики тормозного механизма.

Уравновешенность. Уравновешенными являются тормозные механизмы, в которых силы трения не создают нагрузку на подшипники колеса.

Проведем оценку конструкций, выполненных по основным конструктивным схемам, к которым следует отнести барабанные тормозные механизмы /1/: 1) с равными приводными силами и односторонним расположением опор; 2) с равными приводными силами и разнесенными опорами; 3) с большим самоусилением.

При анализе силового взаимодействия тормозных колодок с тормозным барабаном принимаем следующие допущения: накладки расположены симметрично относительно горизонтальной оси; равнодействующие элементарных нормальных сил проходят через центр тормозного механизма.

Колодку, которая моментом трения прижимается к тормозному барабану, принято называть активной; колодку, которая моментом трения отжимается от тормозного барабана, - пассивной.

Тормозной механизм с равными приводными силами и односторонним расположением опор. Оценка тормозного механизма: 1. Давления на поверхности обеих накладок одинаковы, следовательно, обе накладки имеют одинаковый износ; 2. Коэффициент тормозной эффективности , т.е. тормозной момент несколько больше приводного; 3. На заднем ходу эффективность тормозного механизма снижается примерно в 2 раза; этим объясняется, что такой тормозной механизм используют только для передних колес некоторых легковых и грузовых автомобилей; 4. Тормозной механизм уравновешенный.

Тормозной механизм с равными перемещениями колодок.

Оценка тормозного механизма: 1. давления на поверхности обеих накладок одинаковы, следовательно, обе накладки имеют одинаковый износ; 2. коэффициент тормозной эффективности ; (где -коэффициент трения) т.е. тормозной момент меньше приводного – тормозной механизм недостаточно эффективен; 3. тормозная эффективность одинакова независимо от направления движения; 4. статическая характеристика линейна, тормозной механизм стабилен; 5. тормозной механизм уравновешен.

Тормозной механизм с равными перемещениями колодок широко применяется на грузовых автомобилях и автобусах, оснащенных тормозным пневмоприводом.

Тормозной механизм с большим самоусилением (Сервотормоз). Оценка тормозного механизма: 1. давления на поверхности накладок неодинаковы, в результате чего накладка второй активной колодки изнашивается интенсивней; 2. коэффициент тормозной эффективности . Сервотормоз одностороннего действия имеет примерно в 3 раза меньшую эффективность на заднем ходу; двусторонний сервотормоз имеет одинаковую эффективность независимо от направления движения; 3. имеет наименьшую стабильность по сравнению со всеми другими типами тормозных механизмов; 4. неуравновешен.

Другие конструкции барабанных тормозных механизмов оценивают по методике, не отличающейся от описанной. В отличие от описанных выше конструкций, где тормозные колодки имеют одну степень свободы, так как шарнирно опираются на неподвижную опору имеются тормозные механизмы с плавающими колодками с двумя степенями свободы. Такая установка дает возможность колодкам самоустанавливаться, что обеспечивает несколько больший рабочий угол охвата накладок, более равномерный их износ и несколько большую тормозную эффективность. Тормозной механизм с плавающими самоустанавливающимися колодками, нижние концы которых прижимаются пружиной к кронштейну, закрепленному на тормозном опорном диске, применяется для задних колес автомобилей ВАЗ, а также для всех колес автомобиля КАЗ-4540. Особенностями тормозных механизмов автомобиля КАЗ-4540 являются клиновые разжимные устройства, причем в передних тормозных механизмах применяются два разжимных устройства, размещенных по обеим концам колодок. Такая конструкция позволяет увеличить приводную силу, так как одну тормозную камеру большого размера трудно разместить у переднего колеса. Вместе с тем две тормозные камеры обеспечивают равномерный износ накладок. Тормозные механизмы с клиновым разжимным устройством получают все более широкое применение на грузовых автомобилях и автобусах с тормозным пневмоприводом, благодаря более высокому КПД клинового разжимного устройства и меньшим размерам пневматических тормозных камер.

Тормозной механизм с равными приводными силами. Равенство приводных сил, передаваемых клином на обе колодки, обеспечивается тем, что клин «плавающий»: шток клина связан с толкателем тормозной камеры шарнирно. Такое устройство позволяет иметь некоторое перемещение за счет углового отклонения оси штока относительно оси толкателя тормозной камеры.

Тормозной механизм с двумя тормозными камерами соответствует по схеме тормозному механизму с равными приводными силами и разнесенными опорами. Здесь применен такой же клиновой разжимной механизм, как в предыдущем случае, обеспечивающий равные приводные силы. При торможении, когда тормозной барабан вращается, например, против часовой стрелки, толкатель разжимного устройства прижимается к упору, а другой толкатель перемещает тормозную колодку. В другом варианте разжимного механизма один из толкателей разжимного устройства становится опорой, другой - перемещает другую колодку. Важно отметить, что в этой конструкции тормозного механизма тормозная эффективность одинакова при движении в обоих направлениях.

Имеет место конструкция тормозного механизма с двумя степенями свободы, применяемая в грузовых автомобилях «Вольво». Особенностью конструкции является Z - образное разжимное устройство с двумя пальцами. Такое устройство имеет высокий КПД и малые гистерезисные потери при растормаживании.

Барабанные ленточные тормозные механизмы. В качестве колесных такие тормозные механизмы в настоящее время не применяют, что объясняется главным образом их низкой стабильностью при высоком значении коэффициента эффективности. Кроме того, ленточные тормозные механизмы необходимо часто регулировать. В редких случаях их используют для стояночной тормозной системы, так как они имеют высокую эффективность, например, тормозной механизм автомобиля- самосвала БелАЗ-540.

Рассмотрим энергонагруженность и энергоемкость тормозных механизмов с точки зрения снижения выделяемого тепла и износа фрикционных элементов. Удельные значения энергонагруженности тормозного механизма в значительной мере определяют значения и отношение температур поверхностей трения, т.е. параметры, оказывающие большое влияние на стабильность выходных показателей тормозной системы. Удельные энергонагруженности передних и задних тормозных механизмов, а также их отношение можно определить из следующих выражений:

(1)

(2)

где - удельная энергонагруженность задних тормозных устройств, ; - удельная энергонагруженность передних тормозных устройств, ; - коэффициент распределения площади фрикционных накладок, равный отношению площади фрикционных накладок передних тормозных устройств к общей площади.

Если отношение значительно отличается от единицы, то в силу чрезмерно высокого температурного режима перегруженных тормозных механизмов имеет место недопустимое изменение коэффициента распределения суммарной тормозной силы. Следует также отметить, что определенное дестабилизирующее влияние оказывает также неодинаковая удельная энергонагруженность пар трения данного тормозного устройства. В качестве измерителей энергонагруженности тормозной системы автомобиля необходимо рекомендовать: общие и удельные энергонагруженности тормозных устройств колес разных осей автомобиля; отношения удельных энергонагруженностей тормозных устройств и пар трения данного тормозного механизма; абсолютные значения и отношение температур поверхностей трения тормозных механизмов.

Таким образом, для выполнения расчетов, составления программы экспериментальных исследований и математического моделирования необходимо располагать данными о режимах работы, при которых были получены те или иные значения измерителей энергонагруженности тормозных устройств. А при проведении экспериментальных исследований необходимо располагать данными, позволяющими оценить частоту и эффективности торможений, скорости в начале и в конце торможений; скорости движения на участках пути, имеющих подъемы и спуски, а также реализуемые при этом удельные тормозные силы.

Произведена оценка конструктивных схем тормозных механизмов автомобилей.

На основе рассмотрения повторно-кратковременного режима работы тормозного механизма была разработана аналитическая модель энергонагруженности и энергоемкости тормозного механизма автомобилей.

Для тормозного механизма были получены аналитические зависимости для определения удельных энергонагруженности тормозных механизмов передних и задних колес.

Литература:

1. Богатырев А.В.и др. Автомобили. М., Колос, 2004 -496с.

2.Осепчугов В.В., Фрумкин А.К.Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета. М.: Машиностроение, 1989.-304с.

3.Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных машин. – М.: Машиностроение, 1976-383 с.

4.Чиналиев О.К. Исследование формирования контурной площади контакта в процессе работы фрикционных пар тормозов подъемно-транспортных машин. – Диссертация кандидата технических наук. – М., 1980-150с.