Стабильность

2 Стабильность.

Этот критерий характеризует зависимость коэффициента тормозной эффективности от изменения коэффициента трения. Эта зависимость представляется графиком статистической характеристики тормозного механизма. Лучшей стабильностью обладают тормозные механизмы, характеризуемые линейной зависимостью.

3 Уравновешенность.

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

Для оценки конкретных конструкций тормозных механизмов необходимо дополнительно пользоваться расчетными нормативами (давление на колодке, нагрев тормозного барабана). До настоящего времени считалось, что барабанные тормозные механизмы наиболее удовлетворяют требованиям безопасности движения, но в связи с возросшими скоростями движения автомобиля, повышаются и требования безопасности движения, во многом зависящих от тормозных качеств автомобиля.

Сравнительные стендовые испытания различных вариантов конструкций закрытых дисковых и барабанных тормозных механизмов для автомобилей выявили, что наилучшими показателями по стабильности выходных параметров, теплонапряженности и массе обладает дисковый тормоз с двумя поверхностями трения, пневматическим приводом и усилителем

2.2. Анализ тормозных механизмов армейских автомобилей.

Проведя сравнение и краткий анализ вышеперечисленных тормозных механизмов подведем итог. В результате сравнения мы выяснили, что наилучшими показателями обладали дисковый тормозной механизм с двумя поверхностями трения. Он обладает следующими достоинствами:

1.   Меньшая масса.

2.   Компоновочные достоинства.

3.   Меньшая температура тормозной жидкости.

Но дисковые тормозные механизмы обладают существенным недостатком: недостаточная защищенность от грязи. Так как армейские автомобили часто используются в условиях бездорожья, то сзади будем использовать барабанный колодочный тормозной механизм.

Проведенные дорожно-лабораторные испытания барабанных и дисковых тормозов Харьковским АДИ показали, что в случае нагрева тормозных деталей до 300 С и V = 40 км/ч тормозной путь увеличивается при торможении дисковыми тормозами на 7%, а барабанными на 25%. Если нормальная скорость та же, но объемная температура достигнет 500 С, тормозной путь увеличится на 21% и 55% соответственно.

Меньшая чувствительность дисковых тормозов к смачиванию и загрязнению объясняется тем, что поверхности трения плоские и попавшая между ними грязь и вода выдавливается более легко, чем в барабанном тормозе, а так же тем, что при вращении вода и грязь центробежной силой сбрасываются с поверхности трения, а у барабанного – заносятся на него.

В результате проведения данного анализа можно сделать заключение, что в данной ситуации более выгодно будет применение смешанной системы тормозных механизмов в которой передние колеса снабжаются дисковым тормозным механизмом с двумя поверхностями трения, а задние колеса барабанным колодочным тормозным механизмом.

2.3. Анализ тормозных приводов армейских автомобилей.

Проведя анализ всех имеющихся тормозных приводов мы выяснили, что лучшим для армейского автомобиля будет использование пневматического привода с усилителем. Он обладает рядом преимуществ перед другими тормозными приводами:

1.   Практически неограниченное приводное усилие тормозных механизмов.

2.   Широкое применение на автопоездах.

3.   Простота конструкции.

3.Выбор и обоснование тормозной системы. 3.1 Выбор и обоснование тормозного механизма.

Выбранный нами комбинированный тормозной механизм будем рассматривать по отдельности, сначала дисковый тормозной механизм, затем барабанный.

Дисковый тормозной механизм применяется главным образом на легковых автомобилях, на автомобилях большого класса – на всех колесах, на автомобилях малого и среднего класса - в большинстве случаев, только на передних колесах (на задних применяются барабанные тормозные механизмы, как и в нашем случае).

В последние годы дисковые тормоза нашли свое применение на грузовых автомобилях ряда зарубежных фирм.

Конструкции тормозных механизмов могут выполняться с неподвижной и плавающей скобой.

Тормозной диск закреплен на ступице переднего колеса, а скоба, выполненная из высокопрочного чугуна, крепится при помощи кронштейна на фланце поворотного кулака. Тормозные легкосъемные колодки помещаются в пазах скобы. В скобе имеются два рабочих тормозных алюминиевых цилиндра, размещенных по обе стороны тормозного диска, цилиндры сообщаются между собой при помощи соединительной трубки. Установленные в цилиндрах стальные поршни уплотняются резиновыми кольцами, которые благодаря своей упругости возвращают поршни в исходное положение при растормаживании. В тоже время при износе накладок они позволяют поршню переместиться в новое положение. Такое автоматическое регулирование, возможно, так как зазор мал (порядка 0,1мм). При этом повышаются требования к точности изготовления и установки тормозного диска.

При раздельном или дублированном приводе передних колес (тормозных механизмов) часто в скобе размещают по два цилиндра с каждой стороны (Москвич-2140).

В дисковом тормозном механизме с плавающей скобой, скоба может перемещаться в позах кронштейна, закрепленного на фланце поворотного кулака. В этом случае цилиндр расположен с одной стороны. При торможении, перемещение поршня вызывает перемещение скобы в противоположную сторону, благодаря чему обе колодки прижимаются к тормозному диску.

Плавающая скоба имеет значительно меньшую ширину по сравнению с неподвижной, что позволяет обеспечить отрицательное плечо обкатки. При плавающей скобе ход поршня в два раза больше, чем при неподвижной. Схема и статистическая характеристика приведена на рисунке №1.

Для него тормозной момент равен:

Мтр=2Рmrср (3. 1.)

а коэффициент эффективности:

Кэ= Мтр/(2Рrср) =m (3. 2.)

При расчетном коэффициенте трения m=0,35, коэффициент эффективности Кэ=0,35. Из этого можно заключить, что дисковый тормозной механизм обладает малой тормозной эффективностью. Так, при расчетном коэффициенте трения m=0,35 тормозной момент примерно в три раза меньше приводного.

В настоящее время стабильности отдается предпочтение перед эффективностью, так как необходимый тормозной момент можно получить увеличение приводных сил в результате применения рабочих цилиндров большого диаметра или применением усилителя.

К другим достоинствам дисковых тормозов можно отнести:

1.     Меньшую чувствительность к попаданию на накладки воды, по сравнению с барабанными тормозами (давление накладок в 3….4 раза превосходит давление накладок барабанного тормозного механизма, что объясняется их меньшей площадью).

2.     Возможность увеличения передаточного числа тормозного привода, благодаря малому ходу поршня.

3.     Хорошее охлаждение тормозного диска, так как он открытый, для более интенсивного охлаждения диска в нем делают радиальные каналы.

4.     Меньшую массу, по сравнению с барабанным тормозным механизмом.

Дисковый тормозной механизм не уравновешенный, так как при торможении создается дополнительная сила, нагружающая подшипники колеса. Следует также отметить. Что в дисковых тормозах тормозные накладки изнашиваются более интенсивно, чем в барабанных, поэтому необходимо более часто менять колодки. Конструкции дисковых тормозных механизмов предусматривают быструю и легкую смену колодок.

Барабанные тормоза состоят из трущихся, вращающихся и неподвижных деталей, а так же разжимного и регулировочного устройства. Трущиеся детали создают тормозной момент, разжимное устройство обеспечивает соприкосновение трущихся деталей при торможении, а регулировочное устройство позволяет поддерживать необходимый зазор между этими деталями в отторможенном состоянии. Барабанные тормозные механизмы различают по типам разжимных устройств. Применяются они в зависимости от автомобиля. На автомобилях полной массой свыше 8т. применяется барабанный тормозной механизм, приводимый в работу разжимным кулаком. Данный тормозной механизм уравновешен и одинаково эффективен при переднем и заднем ходе. Тормозной механизм обладает высокой стабильностью. Эффективность данных тормозов несколько ниже, чем у тормозного механизма с равными приводными силами и односторонним расположением опор (применяются на автомобилях имеющих наибольшую полную массу).

Кроме того, установка барабанного тормозного механизма на задние колеса исключает попадание грязи и пыли, поднятой передними колесами, в тормозные механизмы, так как барабанные тормоза более защищены, чем дисковые.

В настоящем дипломном проекте предлагается применение дискового тормозного механизма на передних колесах автомобиля и барабанного тормозного механизма на задних для тормозной системы многоцелевого армейского автомобиля.

3.2. Выбор и обоснование тормозного привода.

Структурно тормозной привод образует следующие элементы:

1.     Орган управления – совокупность устройства, с помощью которого водитель осуществляет управление тормозным приводом, а через него и тормозной системой.

2.     Аккумулятор энергии – устройство, которое накапливает энергию, предназначенную для осуществления торможения.

3.     Передаточный механизм – совокупность устройств, которая в соответствии с командами органа управления передает энергию от источника или аккумулятора исполнительным органам привода.

4.     Исполнительный орган – устройство, передающее энергию от тормозного привода к тормозному механизму.

Классифицировать автомобильный тормозной привод лучше всего по двум очень важным признакам:

1.   Степень использования мускульной силы водителя как источника энергии.

2.   По виду энергоносителя, т.е. той материальной среды, изменение энергетического носителя (состояние) которой используется для осуществления функций тормозного привода.

По виду энергоносителя (рабочее тело) различают приводы:

-     Механический (энергоносителями являются твердые тела, тяги, рычаги, тросы) .

-     Гидравлический (энергоноситель жидкость)

-     Вакуумный и пневматический (газ).

-     Электрический (ток и электромагнитное поле).

Существуют также смешанные разновидности привода, в которых применяются несколько энергоносителей.

Решающим фактором при выборе привода следует считать (учитывать) недостатки других приводов.

1. Механический – слишком податлив, склонен к появлению люфтов, трению, что делает нелинейным, стабильным и медленным.

2. . Гидравлический – большая разгерметизация и попадание воздуха, чего трудно избежать (например при составлении автопоезда).

3.    Электрический – при современных бортовых источниках он не может быть достаточно мощным и применяется сегодня лишь для управления тормозами некоторых легковых прицепов.

4.    Смешанные приводы – сложные, поэтому без особой надобности их не применяют, хотя уже предельно ясно, что электропневматический привод с электронным управлением чрезвычайно перспективен именно для тяжелых автопоездов.

По указанным причинам, вот уже долгие годы на тяжелом автотранспорте, автомобильном и железнодорожном с успехом используется пневматический тормозной привод. Впервые он появился в 80х годах 19 века благодаря разработкам фирмы,,Вестингауз, ,,Корпентер,, и ,,Кнорр,, (Германия). Для автомобилей пневмопривод тормозов был предложен Д. Стартевентом (США) в 1904 г., применен на автомобиле во Франции в1920году и внедрен в серийное производство фирмой,,Кнорр,, в 1923 году.

Повсеместное распространение пневматического привода транспортных средств объясняется целым рядом преимуществ:

-     Неограниченность сырья для создания энергоносителя. Это сырье – обычный атмосферный воздух.

-     Возможность сброса отработанного воздуха обратно в атмосферу. Продукт сброса не токсичен.

-     Легкость накопления большого количества потенциальной энергии, позволяющей долго и эффективно тормозить даже при отказе источника энергии. Аккумуляторы потенциальной энергии сжатого воздуха – рессиверы – предельно просты и дешевы.

-     Допустимость естественных утечек сжатого воздуха из-за негерметичности, что значительно упрощает и удешевляет привод.

-     Простота соединения магистралей при составлении автопоезда:

-     Малое время срабатывания и высокий коэффициент полезного действия.

(КПД@0,91…0,95).

Структурная схема пневматического тормозного привода.

Так же в данном дипломном проекте предлагается применение в тормозной системе регулятора тормозных сил. Регулятор тормозных сил на автомобилях предназначен для автоматического регулирования давления сжатого воздуха, подводимого к исполнительным механизмам (тормозным камерам и цилиндрам), в зависимости от действительной осевой нагрузки автомобиля.

Благодаря установке регулятора тормозных сил устраняется преждевременная блокировка задних колес автомобиля путем снижения тормозной силы задних колес, что приведет к недоиспользованию тормозной силы колес автомобиля. Вследствие того, что соотношение тормозных сил передних и задних колес постоянно и не учитывает перераспределение веса автомобиля при торможении, одновременная блокировка колес происходит при единственном значении коэффициента сцепления. При меньших значениях коэффициента сцепления сначала блокируются передние колеса, при больших значениях блокируются задние колеса.

Преждевременная блокировка колес любой оси автомобиля нежелательна, т.к. блокировка передних колес ведет к потере управляемости, а блокировка задних колес - к потере устойчивости. При наличии регулятора лучевого типа при малых замедлениях автомобиля наблюдается перетормаживание передних колес. Этот эффект может приводить к повышенному изнашиванию тормозных накладок тормозных механизмов передних колес при служебных торможениях и к опасному блокированию колес при торможениях на скользкой дороге. Для устранения этого недостатка в пневматических тормозных приводах иногда применяют клапан ограничения давления, который можно отнести к регуляторам тормозных сил. Наличие в тормозном приводе клапана ограничения давления приводит к снижению тормозной силы передних колес при торможении с малой интенсивностью. Применение регулятора тормозных сил на автомобиле связано с некоторой потерей тормозной эффективности (на 10-15%), так как предотвращение юза задних колес достигается их недотормаживание. В настоящее время на современных автомобилях получают широкое распространение антиблокировочные системы (АБС).

Назначение АБС – обеспечение оптимальной тормозной эффективности (минимального тормозного пути) при сохранении устойчивости и управляемости автомобиля. Поэтому в данном дипломном проекте предлагается применить АБС в тормозной системе многоцелевого армейского автомобиля с пневматическим приводом.

Основной задачей АБС является поддерживание в процессе торможения относительного скольжения колес в узких пределах. В этом случае обеспечиваются оптимальные характеристики торможения, для этой цели необходимо автоматически регулировать в процессе торможения, подводимые к колесам тормозной момент.

Существуют много разнообразных конструкций АБС, которые решают задачу автоматического регулирования тормозного момента. АБС должна включать следующие элементы (независимо от конструкции):

-     датчики; функцией, которых является выдача информации, в зависимости от принятой системы регулирования, об угловой скорости колеса, давлении рабочего тела в тормозном приводе, замедлении автомобиля и др.

-     блок управления; обычно электронный, куда поступает информация от датчиков, который после логической обработки поступившей информации дает команду исполнительным механизмам.

-     Исполнительные механизмы; (модуляторы давления), которые в зависимости от поступившей из блока управления команды, снижают, повышают или удерживают на постоянном уровне давление в тормозном приводе колес.

Тормозная динамика автомобиля с АБС зависит от принятой схемы установки ее элементов. С точки зрения тормозной эффективности, наилучшей является схема с автономным регулированием каждого колеса. Для этого необходимо установить на каждое колесо датчик, в тормозном приводе модулятор давления и блок управления. Эта схема наиболее сложная и дорогостоящая.

Существуют более простые схемы АБС. Например, схема АБС, где регулируется торможение двух задних колес. Для этого используется два колесных датчика угловых скоростей и один блок управления. В такой схеме прменяют ,,низкопороговое¢¢ или ,,высокопороговое¢¢ регулирование. ,,Низкопороговое¢¢ регулирование предусматривает правление тормозящим колесом, находящимся в худших по сцеплению условиях (,,слабым¢¢ колесом). В этом случае тормозные возможности ,,сильного¢¢ колеса недоиспользуются, но создается равенство тормозных сил, что способствует сохранению курсовой устойчивости при торможении при некотором снижении тормозной эффективности. ,,Высокопороговое¢¢ регулирование, т.е. управление колесом, находящимся в лучших по сцеплению условиях, дает более высокую тормозную эффективность, хотя устойчивость при этом несколько снижается. ,,Слабое ¢¢ колесо при этом способе регулирования циклически блокируется.

Данная схема АБС является оптимальной для установки на армейском автомобиле. Схема установки АБС на автомобиле представлена на рисунке № 2.

Рис.№ 2. Схема установки АБС на автомобиле.

Таким образом в настоящем дипломном проекте предлагается следующая схема привода тормозов для установки на многоцелевой армейский автомобиль. Для этого автомобиля выбирается пневматический привод тормозов с дисковыми тормозными механизмами на передней оси и барабанными колодочными на задней оси, а также антиблокировочной системы. (Рисунок № 3).

4.Расчет элементов тормозной системы. 4.1. Расчет нагрузок в элементах тормозной системы.

Параметры по которым оценивают совокупность тормозных механизмов рабочей тормозной системы и тормозные механизмы отдельно:

- удельная нагрузка на тормозные накладки.

- удельная работа трения.

1.   Удельная нагрузка на тормозные накладки:

Рmах=G0 / å Fнак; (4. 1.)

Где : å Fнак- суммарная площадь тормозных накладок рабочей системы,

G0- вес автомобиля.

Среднее значение удельной нагрузки, по статистическим данным, составляет для легковых автомобилей 10…20 Н/см² ; для грузовых автомобилей 20…40 Н/см² ; для автобусов 25..40 Н/см²

Эти данные относятся к автомобилям с барабанными тормозными механизмами. Для автомобилей с дисковыми тормозными механизмами эти нагрузки соответственно выше.