Тормозная система автомобиля

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 / ( Fнак( (4. 1.(

Где ( ( 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.

2. Удельная работа трения.

gо=А / (Fmах, (4.2.(

где( А=m0 V2/2 – кинетическая энергия автомобиля при максимальной

скорости начала торможения, считая, что она полностью поглощается

тормозными механизмами.

Среднее значение удельной работы(

- для легковых автомобилей – 1…2 Дж/см2 .(большее значение для дисковых

тормозных механизмов).

- Для грузовых автомобилей и автобусов – 0,6….0,8 Дж/см2 .

От удельной работы зависит износ и нагрев элементов тормозного

механизма( тормозного барабана (диска) и тормозных накладок.

Для уменьшения удельной работы необходимо увеличить площадь тормозных

накладок и соответственно ширину тормозных барабанов и их диаметр.

При увеличении размеров тормозного барабана идет увеличение поверхности

охлаждения, что благоприятно сказывается на режиме торможения. Этим

объясняется в последнее время тенденция увеличения размера колес

автомобилей (особенно легковых) для возможности размещения тормозных

барабанов увеличенного размера.

Нагрев тормозного барабана (диска) за одно торможение

Т=m(0 V2 / 2 mб С , (4.3.(

Где ( m(0 – масса автомобиля, приходящаяся на тормозящее колесо

mб – масса тормозного барабана

С(500 Дж/( кг. К) – удельная теплоемкость чугуна или стали.

По требованиям к тормозным механизмам нагрев тормозного диска за одно

торможение не должен превышать 200С.

Система охлаждения тормозных механизмов.

Специалисты ЦНИАП НАМИ провели статистический анализ тормозных

механизмов различных категорий автомобилей с точки зрения их способности

к охлаждению.

Анализ тормозных механизмов с точки зрения их способности к охлаждению.

Таблица №1.

|Подкатегории |Темп охлаждения, мс-1 |Коэффициент |

| | |вентиляции, мм-1 |

| |переднего |заднего |переднего |Заднего |

|М1 |1 –1,4 |0,9 – 1,2|0,9 – 0,14 |0,025-0,12|

|М 2-3 |0,7 –1 |0.5 –0,8 |0,05 –0.1 |0,02-0,06 |

|N | | | | |

|О2 - О4 |0,6 –0,8 |0,6 –0,8 |0,03 –0,07 |0,03 –0,07|

Из таблицы видно, что лучше охлаждаются тормозные механизмы

автотранспортных средств подкатегорий М и N и хуже всего – задние мосты,

особенно легковых автомобилей, у которых они по отношению к встречному

потоку воздуха почти полностью перекрыты передними.

Перечень конструктивных решений, улучшающих охлаждение и одновременно

снижающих термонагруженность дискового тормозного механизма, приведены в

таблице №2.

Конструктивные решения улучшающие охлаждение и снижающие

термонагруженность дискового механизма.

Таблица№2.

|Тормозной механизм |Максимальная температура, К(С) |

| |Диска |Скобы |

|С серийным |573 (300) |388 (115) |

|грязезащитным щитком | | |

|Без грязезащитного |538 (265) |368 (95) |

|щитка | | |

|С обрезанным |540 (267) |370 (97) |

|грязезащитным щитком | | |

|С грязезащитным |473 – 510 |348-358 |

|щитком и |(200-237) |(75-85) |

|воздухозаборником | | |

Как из нее видно, обрезанный на четверть со стороны встречного потока

грязезащитный щиток снижает температуру тормозов в среднем на 10%, т.е.

дает те же результаты, что и демонтаж щитков.

Но наиболее эффективны щитки с раструбами (воздухозаборниками),

направляющими воздух на тормозные механизмы. Они снижают температуру

дискового тормозного механизма до 60…100 К.

Важным элементам, способствующим снижению энерго- и термонагруженности

тормозных механизмов, является их постоянное совершенствование, в

частности(

1. Применение рамных скоб.

2. Внедрение различных конструкций температурных компенсаторов.

3. Внедрение фрикционных накладок с меньшим коэффициентом

теплопроводности и т.д.

К факторам, от которых зависит энерго- и термонагруженность дисковых

тормозных механизмов, относятся также размеры шин, ободьев, расстояние

между ободом и поверхностью охлаждения тормозного механизма, дорожный

просвет под днищем автомобиля, передние и задние углы свеса.

Если все эти факторы оптимизировать, то по данным ЦНИАП НАМИ,

термонагруженость тормозных механизмов может быть снижена на 15..30%.

Таким образом, проведенные исследования и анализ развития современных

конструкций автомобилей позволяют сделать ряд практических выводов (

- для снижения энэрго- и термонагруженности тормозного механизма

отношение его площади поверхности охлаждения и произведению массы и

удельной теплопроводности должно находится в определенных пределах.

- специальные грязезащитные щитки с воздухозаборниками являются самым

эффективным средством снижения температуры тормозных механизмов.

- в переднем фартуке автомобиля следует предусматривать щели,

направляющие набегающий поток воздуха к тормозам.

- диски колес и их декоративные колпаки нужно делать вентилируемыми.

4.2. Расчет характеристик массы автомобиля.

Данный расчет производится по методике представленой в [11]. Полную

массу любой проектируемой машины или агрегата можно представить в виде

уравнения

m0= mр+mк.о+mо+mупр.+mт+mоп.+mдоп.+mсч.+mтр.+mп , (4.4.(

где m0 - полная масса машины с грузом, кг.

mр – масса рамы.

mк.о - масса колесных агрегатов.

mо – масса системы подрессоривания.

mупр – масса элементов управления машины.

mт - масса топлива с учетом топливных баков и аппаратуры.

mоп – масса опор вывешивания.

mдоп. – масса дополнительного оборудования.

mсу. – масса силовой установки.

mтр. – масса трансмиссии.

mп – масса полезной нагрузки.

Для удобства анализа и расчета характеристик масс на этапе

проектирования заменим уравнение (4.4) в относительных параметрах,

разделив левую и правую части на полную массу машины

mо, тогда

1=(р+(ко+ (упр+(т+(оп+(доп+(сч+(тр+(п (4.5.(

где (I =mi /mo- относительные массы правой части уравнения (4.4).

На основании анализа данных, статистик и опыта проектирование базовых

машин, все элементы управления массы можно разделить на три основных

группы.

Правую группу элементов объединим в сумму

((ki =(р+(ко+(o+ (упр+(т+(оп+(доп (4.6.)

Вторую группу элементов выделим через удельные параметры

(сч =mx.су Nуэ (4.7.)

(тр=mу.тр Nэ (4.8.) , где

mx.су и mу.тр - удельные приведенные массы силовой установки и

трансмиссии кг/к Вт.

Nуэ – удельная эффективная энерговооруженность машины, кВт/кг

Разделив уравнение (4.4.) относительно полезной нагрузки с учетом

уравнений (4.5.,4.6.,4.7.) получим:

4.2.1. Определение относительных масс агрегата (машины).

1. Определение относительных масс рамы.

В качестве модели рамы примем балку, нагруженной эквивалентной,

равномерно распределенной нагрузкой собственного веса и расположенных на

ней элементов. Для расчета относительной массы будем считать

где

- коэффициент нагружения рамы

- коэффициент формы

- коэффициент соотношения подресоренных и неподрессоренных

- коэффициент конструкций

- коэффициент сосредоточенных сил

- запас прочности

- предел текучести материала рамы = 400 Мпа

- удельный вес материала рамы = 78000 Н/м3

- привиденная длина рамы

- высота рамы.

Получаем (р = 0,0319.

2. Определение относительной массы колесных агрегатов.

К колесным агрегатам относятся ( ступицы колес, элементы системы

центральной накачки шин (СЦНШ(, ободы колес, –

относительная масса ступиц.

– относительная масса ободъев.

Относительная масса шин в большей степени зависит от уровня

проходимости, определяемого удельным минимальным давлением на грунт gmin

, Мпа

Относительная масса колесных агрегатов определяется как:

(ка =(ш+(ст+(об

Получаем (ка= 0,0637.

3. Определение относительной массы системы подрессоривания.

(о=ко hk+(нэ+(рег

где - относительная масса системы подрессоривания

ко – коэффициент зависящий от типа упругого элемента выбираемый в

пределах.

ко= 0,07…0,08

принимаем 0,07

hk – полный ход колеса

принимаем hk=0,35

(нэ= 0,014…0,02

Принимаем : 0,015

(рег – относительная масса системы регулирования и стабилизации корпуса,

выбирается = 0,01

Получаем (о= 0,0485.

4. Определение относительной массы системы управления.

Где - масса машины, приходящаяся на управляемые колеса

- полная масса машины

- относительная масса элементов тормозной системы с колесными

тормозами.

(торм = 0.015….0,023

Принимаем : 0,02

Получаем (упр= 0,029

5. Определение относительной массы топлива.

Где

- коэффициент, учитывающий массу баков = 1,1…1,2

принимаем :

- удельный расход топлива = 0,224…0,244

принимаем :

- минимальный динамический фактор = 0,03…0,045

принимаем :

- запас хода по топливу (800км

- коэффициент, учитывающий отбор мощности на нужды двигателя

и систему управления = 0,85

- КПД трансмиссии = 0,8

Получаем ((т= 0,0433

6. Определение относительной массы дополнительного оборудования.

Из статистических данных

(доп – отностиельная масса дополнительного оборудования, выбирается в

пределах

(доп= 0,01….0,015,

Принимаем : = 0,0125.

7. Определение относительной массы силовой установки.

(су=mусу Nvэ

где : - относительная масса силовой установки

mусу – удельная приведенная масса силовой установки.

Где :

- удельная масса двигателя по паспортным данным

- удельная масса систем двигателя

Принимаем :

- коэффициент, учитывающий массу узлов крепления двигателя

на раме

принимаем:

где g=9,81- ускорение свободного падения.

Dmin – минимальный динамический фактор .

Vmax- максимальная скорость .

Получаем (су= 0,0554

8. Определение относительной массы трансмиссии.

(тр=mутр Nvэ

где : - относительная масса трансмиссии

mутр- удельная приведенная масса трансмиссии

mутр= 6…8 кг/кВт

Принимаем : 7

Nэ= 5,88 10-3 кВт/Кт

Получаем (тр= 0,041.

9. Определение относительной массы полезной нагрузки.

(п=1 - ((ki – (mv сч+mутр)Nvэ

Масса элементов автомобиля определяется по формуле

mj=mo (i ,кг

где : - полная масса автомобиля

- относительные массы элементов автомобиля

mо=mп / ( п

Получаем ( п=0,662

mp =( p mo=0,0319 11700=2000 кг.

= 0,0637 11700=1000

= 0,0485 11700=503

= 0,0898 11700=1080

= 0,0377 11700=500

= 0,01 11700=142

= 0,0125 11700=146.5

= 0,041 11700=781,5

= 0,662 11700=7600

Принимаем, что(

= 300 кг.

= 1500 кг.

= 900 кг.

4.2.2. Определение центра масс автомобиля.

После определения полной массы агрегата и его составляющих,

определим положение центра масс агрегата в целом. Положение общего

центра масс необходимо для расчетов нагрузок на колеса, расчета

параметров устойчивости движения и плавности хода, расчетов параметров

регулятора тормозных сил.

Для расчета положения центра масс необходимо иметь конструктивно-

компоновочную схему агрегата, которая выполняется на миллиметровом

листе бумаги с нанесением положений центров масс всех его агрегатов.

Выбираем систему координат X, Y. Общий центр масс автомобиля необходим

как центр положения равнодействующей всех сил элементарных масс. Для

этого составляем уравнение моментов относительно каждой из координатных

осей:

Где: - координаты элементарных масс элементов

автомобиля по компоновочному чертежу.

-

элементарные массы элементов автомобиля.

4.3. Расчет регулятора тормозных сил и АБС.

Расчет регулятора тормозных сил будем производить по методике

указанной в [10]. При расчете регулятора тормозных сил, сначала

определяют недоиспользование тормозной силы колес:

Тормозная сила колес 2-х осного автомобиля по сцеплению:

- для передних колес:

- для задних колес:

где: - вес автомобиля

- база автомобиля

- координаты центра тяжести автомобиля

Тормозная сила колес автомобиля:

- для передних колес:

- для задних колес:

где: - замедление автомобиля.

- оптимальное значение коэффициента сцепления.

Отношение тормозных сил передних и задних колес автомобиля:

Найдем недоиспользование тормозной силы задних колес автомобиля

в условиях блокировки передних колес при

Откуда:

Страницы: 1, 2, 3