Армейская машина с улучшенными тормозными свойствами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

тормозной система дисковый привод

Введение

1.Анализ тормозных систем армейских автомобилей

1.1 Требования, классификация, применяемость тормозных систем современных автомобилей

1.2 Анализ тормозных механизмов армейских автомобилей

1.3 Анализ тормозных приводов армейских автомобилей

2.Выбор и обоснование тормозной системы

2.1 Выбор и обоснование тормозного механизма

2.2 Выбор и обоснование тормозного привода

3.Расчет элементов тормозной системы

3.1 Расчет нагрузок в элементах тормозной системы

3.2 Расчет характеристик массы автомобиля

3.2.1 Определение относительных масс агрегата (машины)

3.2.2 Определение центра масс автомобиля

3.3 Расчет регулятора тормозных сил и АБС

3.3.1 Расчет коэффициента динамического регулирования

3.3.2 Расчет жесткости упругого элемента

3.3.3 Расчет АБС

3.4 Расчет дискового тормозного механизма

4. Особенности эксплуатации разработанной тормозной системы

5. Военно-экономическое обоснование проекта

5.1 Цель и содержание военно-экономического обоснования

5.2 Расчет экономической эффективности изготовления проектируемого автомобиля

5.3 Экономическое обоснование цен на проектируемый автомобиль

Заключение

Список литературы

Введение

Безопасность движения автомобилей с высокими скоростями в значительной степени определяется эффективностью действия и безопасностью тормозов.

Эффективность тормозного пути определяется по определенной оценке тормозного пути или временем движения автомобиля до полной остановки. Чем эффективнее действие тормозов, тем выше безопасная скорость, которую может допустить водитель, и тем выше скорость движения автомобиля на всем маршруте.

Торможение необходимо не только для быстрой остановки автомобиля при внезапном появлении препятствий, но и как средство управления скоростью его движения.

Структура тормозного управления автомобиля и требования, предъявляемые к нему обусловлены ГОСТ-22895-95г.

Согласно этому стандарту тормозное управление должно состоять из четырех систем: рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной. Системы могут иметь общие элементы, но не менее двух независимых органов управления.

Каждая из этих систем включает в себя тормозные механизмы, обеспечивающие создание сопротивления движению автомобиля и тормозной привод, необходимый для управления тормозными механизмами.

До настоящего времени на грузовых двухосных армейских автомобилях применялась тормозная система с барабанными колодочными тормозными механизмами и лишь в последние годы наметилась тенденция использования дисковых тормозных механизмов на передних колесах грузовых автомобилей, так как у этого механизма много достоинств:

- большая надежность

- большой коэффициент тормозной эффективности

- хорошая стабильность

В данном дипломном проекте предлагается автомобиль с улучшенными тормозными свойствамис дисковыми тормозными механизмами на передней оси автомобиля и установкой АБС в пневмоприводе. Применение дисковых тормозных механизмов, так же позволяет снизить массу элементов тормозной системы. При такой компоновке можно снизить массу автомобиля примерно на 10%, трудоемкость изготовления на 13%, себестоимость на 6%, при одновременном улучшении устойчивости и управляемости, обеспечении оптимального использования объемов автомобиля.

1.Анализ тормозных систем армейских автомобилей

1.1 Требования, классификация, применяемость тормозных систем современных автомобилей

К тормозному управлению автомобиля, служащему для замедления движения, вплоть до полной остановки и удержания его на месте на стоянке, предъявляются повышенные требования, так как тормозное управление является важнейшим средством обеспечение активной безопасности автомобиля. Требования к тормозным системам регламентированы ГОСТ 22895-95 и международными правилами дорожного движения.

Требования к тормозным системам следующие:

1. Максимальный тормозной путь максимальное установившееся замедление в соответствии с требованиями ГОСТ 22895-95 г., для пассажирских автомобилей и грузовых автомобилей в зависимости от типа испытаний.

2. Сохранение устойчивости при торможении (критериями устойчивости служат: линейное отклонение, угловое отклонение, угол складывания автопоезда.)

3. Стабильность тормозных свойств при неоднократном торможении.

4. Минимальное время срабатывания тормозного привода.

5. Силовое следящее действие тормозного привода, то есть пропорциональность между усилием на педаль и приводным моментом.

6. Малая работа управления тормозными системами - усилие на тормозные педали в зависимости от назначения автотранспортного средства должно быть в пределах 500….7ОО Н, ход тормозной педали 80…180мм.

7. Отсутствие органомптических явлений (слуховых).

8. Надежность всех элементов тормозных систем, основные элементы (тормозная педаль, главный тормозной цилиндр, тормозной кран и др.) должны иметь гарантированную прочность, не должны выходить из строя на протяжении гарантированного ресурса, должна быть также предусмотрена сигнализация, оповещающая водителя о неисправности тормозной системы.

В соответствии с ГОСТ 22895-95 тормозное управление должно включать следующие тормозные системы:

- рабочую

- запасную

- стояночную

- вспомогательную (тормоз-замедлитель), обязательную для автобусов полной массой свыше 5 т. и грузовых автомобилей массой свыше 12 т., предназначенную для торможения на длительных спусках и поддерживающих скорость 30км/ч на спуске с уклоном 7% протяженностью 6км.

Каждая из перечисленных тормозных систем включает один или несколько тормозных механизмов и тормозной привод.

Классификация тормозных механизмов.

Принудительное замедление может осуществляться различными способами: механическим, гидравлическим, электрическим, внеколесным.

Наиболее широко используются фрикционные тормозные механизмы. На легковых автомобилях большого класса часто используются дисковые тормозные механизмы на передних колесах и барабанные колодочные на задних колесах.

На грузовых автомобилях независимо от их грузоподъемности устанавливаются барабанные колодочные тормозные механизмы. Лишь в последние годы наметилась тенденция использования дисковых механизмов для грузовых автомобилей.

Барабанные ленточные тормозные механизмы в качестве колесных в настоящее время не применяются совсем. В редких случаях их применяют как трансмиссионные для стояночной тормозной системы (МАЗ, Белаз-540)

Гидравлические и электрические тормозные механизмы используют как тормозо-замедлители. На ряде автомобилей тормозом-замедлителем является двигатель, впускной коллектор перекрывается стальной заслонкой.

Классификация тормозных приводов

Механический привод, состоящий из тяг и рычагов, применяют в основном в тормозных системах с ручным управлением ( вспомогательная тормозная система -,,стояночный- тормоз'').

В данном приводе для включения тормозного механизма используется мускульная энергия водителя. Простота конструкции и неизменная во времени жесткость механического привода делают его наиболее применяемым для стояночной тормозной системы.

Гидравлический привод применяется в рабочей тормозной системе легковых автомобилей и грузовых малой и средней грузоподъемности. В данном приводе усилие оси педали к тормозным механизмам передается жидкостью. Для включения тормозов используется мускульная энергия водителя. Для обеспечения водителю работы по включению тормозов нередко применяют гидравлический привод с вакуумным (ГАЗ-66) или пневматическим усилителем (Урал-4320).

В настоящее время начинают получать распространение гидравлический привод с насосом. В этом случае для включения тормозных механизмов и создания, необходимых для быстрого торможения автомобиля тормозных моментов на колесах используется энергия двигателя приводящего в действие гидравлический насос непосредственно, или через какой-либо агрегат силовой передачи автомобиля.

Пневматический привод широко используется в тормозной системе тягачей, грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности и автобусов. В тормозной системе с пневматическим приводом тормозные механизмы включаются за счет использования энергии сжатого воздуха.

На длиннобазных автомобилях и тягачах большегрузных автопоездов часто используются комбинированный привод гидропневматический. В данном приводе для увеличения тормозных усилий используется энергия сжатого воздуха, а передача их к тормозному механизму осуществляется жидкостью.

Электрический привод необходим на автопоездах, так как при этом достигается наиболее простой способ передачи энергии на большие расстояния при весьма малом времени на срабатывания тормозной системы.

Для оценки конструктивных схем тормозных механизмов служат следующие критерии:

1 Коэффициент тормозной эффективности.

Это состояние тормозного момента, создаваемого тормозным механизмом к условному приводному моменту

Кэ= Мтор /(Рrтр)

Где:

Мтор-тормозной момент.

Р-сумма приводных сил.

rтр-радиус приложения результирующих сил трения.

Тормозная эффективность должна оцениваться раздельно при движении вперед и назад.

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.

1.2 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.

1.3 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.

2.Выбор и обоснование тормозной системы

2.1 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=2Рrср 3. 1.

а коэффициент эффективности:

Кэ= Мтр/(2Рrср) = 3. 2.

При расчетном коэффициенте трения =0,35, коэффициент эффективности Кэ=0,35. Из этого можно заключить, что дисковый тормозной механизм обладает малой тормозной эффективностью. Так, при расчетном коэффициенте трения =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.

2.2 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.

(КПД0,91…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.

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).

3.Расчет элементов тормозной системы

3.1 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.

g_о=А / F_mах, 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=m₀ V² / 2 m_б С , 4.3.

Где m₀ - масса автомобиля, приходящаяся на тормозящее колесо

m_б - масса тормозного барабана

С500 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.

Таблица №1 Анализ тормозных механизмов с точки зрения их способности к охлаждению

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 N	0,7 -1	0.5 -0,8	0,05 -0.1	0,02-0,06
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.

Таблица№2. Конструктивные решения улучшающие охлаждение и снижающие термонагруженность дискового механизма

Тормозной механизм	Максимальная температура, К(С)
	Диска	Скобы
С серийным грязезащитным щитком	573 (300)	388 (115)
Без грязезащитного щитка	538 (265)	368 (95)
С обрезанным грязезащитным щитком	540 (267)	370 (97)
С грязезащитным щитком и воздухозаборником	473 - 510 (200-237)	348-358 (75-85)

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.

3.2 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₌ m_р+m_к.о+m_о+m_упр.+m_т+m_оп.+m_доп.+m_сч.+m_тр.+m_{п , 4.4.}

где m_{0 -} полная масса машины с грузом, кг.

m_{р -} масса рамы.

m_{к.о -} масса колесных агрегатов.

m_{о -} масса системы подрессоривания.

m_{упр -} масса элементов управления машины.

m_{т -} масса топлива с учетом топливных баков и аппаратуры.

m_оп - масса опор вывешивания.

m_доп. - масса дополнительного оборудования.

m_{су. -} масса силовой установки.

m_{тр. -} масса трансмиссии.

m_п - 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

m_о, тогда

1=_р+_ко+ _упр+_т+_оп+_доп+_сч+_тр+_{п 4.5.}

где _{I =}m_i /m_o- 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 =m_x.су N_уэ (4.7.)

_тр=m_у.тр N_э (4.8.) , где

m_x.су и m_у.тр - удельные приведенные массы силовой установки и трансмиссии кг/к Вт.

N_уэ - удельная эффективная энерговооруженность машины, кВт/кг

Разделив уравнение (4.4.) относительно полезной нагрузки с учетом уравнений (4.5.,4.6.,4.7.) получим:

3.2.1 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 g_min , Мпа

Относительная масса колесных агрегатов определяется как:

_{ка =ш+ст+об}

Получаем _ка= 0,0637.

3. Определение относительной массы системы подрессоривания.

_о=к_о h_k+_нэ+_рег

где - относительная масса системы подрессоривания

к_о - коэффициент зависящий от типа упругого элемента выбираемый в пределах.

к_о= 0,07…0,08

принимаем 0,07

h_k - полный ход колеса

принимаем h_k=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=m_усу N_vэ

где : - относительная масса силовой установки

m_усу - удельная приведенная масса силовой установки.

Где :

- удельная масса двигателя по паспортным данным

- удельная масса систем двигателя

- коэффициент, учитывающий массу узлов крепления двигателя на раме принимаем:

где g=9,81- ускорение свободного падения.

D_{min -} минимальный динамический фактор .

V_max- максимальная скорость .

Получаем _су= 0,0554

8. Определение относительной массы трансмиссии.

_тр=m_утр N_vэ

где : - относительная масса трансмиссии

m_утр- удельная приведенная масса трансмиссии

m_утр= 6…8 кг/кВт

Принимаем : 7

N_э= 5,88 10^-3 кВт/Кт

Получаем _тр= 0,041.

9. Определение относительной массы полезной нагрузки.

_п=1 - _ki - (m_{v сч}+m_утр)N_vэ

Масса элементов автомобиля определяется по формуле

_mj=m_{o i} ,кг

где : - полная масса автомобиля

- относительные массы элементов автомобиля

m_о=m_{п / п}

Получаем _п=0,662

m_p = _p m_o=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.

3.2.2 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.

3.3 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:

Недоиспользование тормозной силы колес автомобиля:

Наибольший эффект регулирования тормозных сил автомобиля обеспечивает регулятор тормозных сил в пневмоприводе тормозов, имеющих упругую связь с задним мостом, который учитывает статическое и динамическое перераспределение веса автомобиля. Принимаем, что тормозные силы задних колес с регулятором давления:

Включение регулятора происходит при , откуда

Одновременная блокировка передних и задних колес автомобиля с регулятором происходит при , поэтому:

Недоиспользование тормозной силы колес автомобиля с регулятором найдем исходя из условий блокировки передних колес автомобиля:

3.3.1 Расчет коэффициента динамического регулирования

Принимаем что:

Где: Р - давление в пневмоприводе тормозов.

К и К - статический коэффициент тормозной силы передних и задних тормозов.

Давление в пневмоприводе задних тормозов с регулятором в процессе торможения автомобиля динамическая характеристика регулятора принимаем равным:

Где: К - коэффициент динамического регулирования.

Давление включения регулятора:

Давление в приводе тормозов автомобиля с регулятором в момент одновременной блокировки передних и задних колес:

3.3.2 Расчет жесткости упругого элемента

Жесткость упругого элемента регулятора должна быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить включение регулятора для автомобиля с любой нагрузкой при :

Где:

- максимальное перемещение кузова относительно моста в статическом положении автомобиля.

- динамическое перемещение кузова относительно заднего моста при

- динамическое перемещение кузова относительно заднего моста при

С - жесткость задней подвески

Получаем:

Расчет параметров регулятора тормозных сил

Техническая характеристика автомобиля:

База автомобиля -

Жесткость задней подвески - 515 кгс/см

Статический коэффициент тормозной силы :

- передних тормозов К - 25

- задних тормозов К - 20

Находим по формуле значение оптимального коэффициента сцепления автомобиля в снаряженном и груженом состоянии.

Принимая, что одновременная блокировка передних и задних колес автомобиля в снаряженном состоянии с регулятором происходит при ,

Найдем по формуле коэффициент динамического регулирования:

Подставив в формулу значение параметров груженого автомобиля и

коэффициента динамического регулирования, найдем значение коэффициента сцепления, при котором будет происходить одновременная блокировка колес груженого автомобиля .

- без регулятора

- с регулятором

- в снаряженном состоянии

- груженый автомобиль.

3.3.3 Расчет АБС

Разработано большое число принципов, по которым работают АБС алгоритмов функционирования. Они различаются по сложности, стоимости реализации и по степени удовлетворения поставленным требованиям. Среди них наиболее широкое распространение получил алгоритм функционирования по замедлению тормозящего колеса.

Рассмотрим процесс работы АБС по этому алгоритму.

Уравнение движения тормозящего колеса имеет вид:

Где: - момент инерции колеса

- угловое замедление колеса

- момент, создаваемый тормозным механизмом

- момент, возможный по сцеплению колеса с опорной поверхностью

Используя это уравнение, можно построить график процесса работы АБС по замедлению данный график представлен на рисунке №5. На рисунке нанесены следующие зависимости:

- зависимость момента на тормозящем колесе, реализуемого по сцеплению, от относительного скольжения .

- зависимость момента, создаваемого тормозным механизмом на тормозящем колесе, от относительного скольжения в процессе автоматического регулирования .

Нажатие на тормозную педаль вызывает рост тормозного момента участок 0-1-2. На всем этом участке М >M , что вызывает замедление колеса, сопровождающееся увеличением относительного скольжения. Особенно быстро замедление нарастает на отрезке 1-2, где разность М - М резко увеличивается в результате снижения М , а замедление прямо пропорционально этой разнице:

Резкий рост замедления свидетельствует о том, что относительное скольжение стало несколько больше S . Это служит основанием для подачи блоком в точке 2 команды модулятору на снижение давления в тормозном приводе. Точка 2 соответствует первой команде «установке». По поданной команде тормозной момент снижается и в точке 3 становится равным моменту по сцеплению М = М , а замедление 0. Нулевое значение замедления служит второй «установкой» , по которой блок управления дает команду модулятору на поддержание в тормозном приводе постоянного давления и, следовательно, постоянного тормозного момента М . В этой фазе

М > М и т. е. меняет знак и колеса начинает ускоряться. Максимальное значение ускорения соответствует максимальной разнице М - М , что имеет место в точке 4, являющейся третьей «установкой». В точке 4 блок управления дает команду модулятору на увеличение давления в тормозном приводе, и описанный цикл повторяется, позволяя поддерживать относительное скольжение в интервале, обеспечивающем высокое значение и

3.4 Расчет дискового тормозного механизма

Расчет дискового тормозного механизма производится следующим образом:

1. по заданной интенсивности торможения определяется сумма тормозных моментов всех тормозных колес автомобиля:

где: - число осей автомобиля

- расчетное замедление, м/с

- полный вес автомобиля, кг

- статический радиус колеса, м

рекомендуется принимать = 1.3 … 1.5 ,-нормативное замедление

Размер шин автомобиля КАМАЗ - 4350:

400 * 533 , мм

15.75 * 21 , дюйм

Н/В = 1.71

d = 21 ,дюйм

B = 15.75,дюйма

1дюйм = 25.4,мм

H = 1.71 B

D = d + H = 21 + 1.71 *15.75 = =47.93 дюйм 1217.5 мм

R = 0.385 м

G = кг

j = 6.8 м/с

Для точного расчета тормозов при определении следует воспользоваться уравнением:

Где: - коэффициент сцепления для наилучших дорожных условийбетонированная сухая дорога, равный 0.7 … 0.8

Для двухосных автомобилей тормозные моменты на передних колесах М и задних М или М + М определяется по формулам:

И

Где: и - координаты центра масс автомобиля

Hg - вертикальная координата центра тяжести

a = в = Hg =

L - база автомобиля

Отсюда:

2. выбирается тип тормоза и его основные размеры: и . Тип тормоза выбирается по условиям компановки и величине М

предварительно по условиям компановки задаются радиусом диска

r =0.584 м и шириной колодки = 0.18 м.

в последующем эти размеры проверяются на удельную работу трения.

Выбрав основные размеры тормозного механизма следует определить приводные силы D = D = P

Где: М - тормозной момент

- коэффициент трения

при расчетном коэффициенте трения 0.35

приводная сила на передних колесах приводная сила на задних колесах

4. Особенности эксплуатации разработанной тормозной системы

Эксплуатация разработанной тормозной системы включает в себя постоянный контроль и ТО в процессе эксплуатации автомобиля.

1. При КО, при выезде из парка: проверить давление в тормозной системе по манометру в кабине. Осмотреть шланги тормозной системы и не допускать их перекручивания и контактов с острыми кромками других деталей, по слуху и манометру определять, нет ли утечки воздуха из системы. Проверить загрязненность тормозных механизмов и защитных кожухов передних колес. Проверить работоспособность сигналов торможения.

2. При ЕТО: очищать от грязи элементы тормозной системы. Сливать конденсат из рессиверов и влагомаслоотделителя.

3. При ТО - 1: смазать втулки рычага сжатия и разжатия колодок, смазать регулировочные рычаги тормозных механизмов через пресс-масленки. Отрегулировать ход штоков тормозных камер.

4. При ТО - 2: проверить работоспособность пневматического привода тормозов по клапанам контрольных выводов. Внешним осмотром проверить шплинтовку пальцев штоков тормозных камер. Отрегулировать положение тормозной педали относительно пола кабины, обеспечив полный ход рычага тормозного крана. Проверить состояние тормозных барабанов кожухов, диска и накладок. Проверить расстояние между поверхностями тормозных накладок и заклепок. Если оно меньше 0.5 мм - сменить тормозные накладки.

Проверить тормозные свойства автомобиля на стенде типа СТП - 3.