Расчёт тормозной системы

 

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.

2. Удельная работа трения.

g_о=А / åF_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=m^¢₀ V² / 2 m_б С ,       (4.3.)

Где : m^¢₀ – масса автомобиля, приходящаяся на тормозящее колесо

      m_б – 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 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.

 

Конструктивные  решения улучшающие охлаждение и снижающие термонагруженность дискового механизма.

                                                                   Таблица№2.

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.

 

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₌ 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=x_р+x_ко+ x_упр+x_т+x_оп+x_доп+x_сч+x_тр+x_{п          (4.5.)}

где x_{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

 

åx_ki =x_р+x_ко+x_o+ x_упр+x_т+x_оп+x_доп (4.6.)

 

Вторую группу элементов  выделим через удельные параметры

x_сч =m_x.су  N_уэ  (4.7.)

x_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:

 

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 x_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:

 

x_{ка =}x_ш+x_ст+x_об