Дисковые тормоза КАМАЗ 65115

СОДЕРЖАНИЕ

 

1 Введение……………………………………………………………….........

2 Обзор аналогов и обоснование выбранной конструкции……………….

3 Динамика торможения автопоезда………………………………………..

4 Расчет характеристик тормозного механизма……………………………

5 Проверочный расчет тормозного механизма…………………………….

6 Кинематика приводного устройства………………………………………

7 Кинематика устройства для автоматического поддержания зазора….…

8 Прочностной расчет элементов тормозного механизма…………………

9 Заключение…………………………………………………………………

Список используемой литературы………………………………………….

Приложение………………………………………………………………….

 

1 Введение

 

Одним из показателей эффективности автомобиля является средняя скорость его движения. Скорость автомобиля ограничивается, в первую очередь, не мощностью двигателя, а качеством тормозов. Несоответствие их характеристик скоростному режиму в значительной мере понижает безопасность автомобиля. От тормозной системы автомобиля требуется, прежде всего, точность (легкая дозируемость усилия), скорость срабатывания и эффективность торможения.

Эффективность тормозов определяется по средней длине тормозного пути или времени движения автомобиля до полной остановки. Торможение необходимо не только для быстрой остановки автомобиля при внезапном появлении препятствия, но и как средство управления скоростью его движения. Структура тормозного управления автомобилем и требования, предъявляемые к нему, обусловлены ГОСТ 22895-95.

Согласно этому стандарту, тормозное управление должно состоять из следующих систем: рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной. Системы могут иметь общие элементы, но не менее двух независимых органов управления. Каждая из этих систем включают в себя  тормозные механизмы, обеспечивающие создание сопротивления движению автомобиля и тормозной привод, необходимый для управления тормозными механизмами.

До недавнего времени в грузовых автомобилях применялись тормозные системы с барабанными  тормозными механизмами, и лишь в последнее время наметилась тенденция использовать дисковые тормоза по причине следующих достоинств:

- большая надежность;

- хорошая стабильность;

- хорошее охлаждение ротора;

- малая инерционность;

- малый зазор между трущимися поверхностями, и как следствие – меньшее время срабатывания и возможность создания большого приводного усилия за счет кинематики механизма;

- большая энергоемкость и меньшая масса;

- простота обслуживания.

Главное преимущество дисковых тормозов – способность работать при удельном давлении более 5 МПа, в то время как барабанные выдерживают не более 2,5 МПа. Применение дисковых тормозных механизмов позволяет снизить массу элементов тормозной системы.

Недостатки дисковых тормозов:

- значительная сила прижатия  накладок к диску и малая  их рабочая площадь приводят  к высокому удельному давлениям  в контакте и повышенному износу  накладок;

- механизм открыт для попадания влаги и грязи.

Проведенные дорожные испытания барабанных и дисковых тормозных механизмов Харьковского АДИ показали, что в случае нагрева деталей до 300°С и скорости 40 км/ч тормозной путь увеличивается на 7 % при торможении дисковыми тормозами и на 25% – барабанными.

Обзор аналогов зарубежного автомобилестроения показывает, что дисковые тормоза вытесняют барабанные в связи с постоянно возрастающими требованиями безопасности автотранспортных средств.

 

2 Обзор аналогов и обоснование выбранной конструкции

 

Диск тормозные механизмы разделяются на механизмы с фиксированной скобой и с плавающей скобой. В дисковых механизмах с плавающей скобой гидроцилиндр (или тормозная камера) устанавливается с одной стороны диска. Реактивная сила перемещает саму скобу по специальной направляющей суппорта в противоположном направлении и прижимает к поверхности диска вторую колодку. Плавающая скоба имеет существенный недостаток: при износе, загрязнении или коррозии направляющих возникает односторонний износ накладок и диска, сопровождающийся писком и вибрациями.

На грузовых автомобилях большого класса, как правило, применяется пневматический привод тормозов, что обусловлено следующими его достоинствами:

- удобство привода тормозной системы прицепа и полуприцепа;

- возможность использования сжатого воздуха для различных целей;

- удобство управления и эксплуатации (отказ от тормозной жидкости  в качестве среды, передающей  давление).

Данные преимущества необходимо рассматривать в совокупности с недостатками данного привода, а именно:

-  затраты мощности на привод компрессора;

- сравнительно высокая стоимость, сложность производства и обслуживания оборудования;

- большее время срабатывания (в 5-10 раз) по сравнению с гидроприводом.

Данному типу привода отвечает дисковый механизм только с плавающей скобой, так как размещение тормозных камер с двух сторон тормозного диска нецелесообразно и технически сложно осуществимо. Такому сочетанию характеристик тормозной системы (пневмопривод с дисковыми тормозами) присуще снижение затрат на монтаж и техническое обслуживание механизмов.

За исходный вариант примем тормозную систему, в которой на переднем мосту устанавливаются дисковые, а на задней – барабанные тормозные механизмы. Это связано с тем, что при движении автомобиля по дороге¸ передние колеса поднимают пыль, сносимую потоком встречного воздуха  к задним колесам, которые работают вследствие этого в запыленной среде. Так как дисковые тормоза чувствительны к загрязнению рабочих поверхностей и требуют дополнительного оборудования для привода стояночного тормоза, то это делает затруднительным применение их на заднем мосту.

В качестве аналогов тормозов для грузового автомобиля большого класса можно рассмотреть продукцию передовых европейских фирм по производству тормозного оборудования: Knorr-Bremse и Haldex (рисунок 1). Выпускаемыми фирмами тормозами оснащается широкий спектр грузового и пассажирского транспорта. Отличительными особенностями их конструкции является: обеспечение нажимного усилия с помощью пары толкателей, встроенное автоматическое устройство регулировки зазора трущихся пар, указатель износа или непрерывный контроль износа посредством встроенного в тормоз датчика; легкость в обслуживании, обеспеченная особенностями конструкции, высокая доля унификации деталей, передача.

 

Рисунок 1 – Тормозное оборудования Knorr-Bremse и Haldex

Легкость обслуживания достигается следующими конструктивными особенностями: монтаж и фиксация колодок в скобе осуществляется с помощью мостика, воздействующего на упругую скобку, установленную на колодке, отвод колодок от диска при растормаживании происходит за счет торцевого биения диска, разводка колодок при их смене производится с помощью отворачивания разводного винта, автоматическое бесступенчатое поддержание зазора между трущимися поверхностями обеспечивается за счет преобразования движения приводного рычага во вращательное движение регулировочного элемента, не требуется предварительная регулировка зазора вследствие применения упомянутого устройства установки и поддержания необходимого зазора.

При проектировании тормозного механизма зададимся целью создать конкурентоспособную конструкцию дискового тормоза,  отвечающую требованиям безопасности и эксплуатационной технологичности. Однако следует помнить о повышении стоимости конструкции вследствие применения сложных технических элементов и постараться обеспечить соответствие упомянутым требованиям за счет применения типовых конструкторских решений и стандартных изделий. Учитывая требования безопасности, необходимо обеспечить безотказную работу и гарантированную прочность тормоза на протяжении всего жизненного цикла автомобиля.

В качестве объекта для внедрения разрабатываемой конструкции возьмем седельный тягач КамАЗ-65115 в составе автопоезда (основные характеристики приведены далее по ходу расчета).

 

3 Динамика торможения автопоезда

Рисунок 2 – Расчетная схема автопоезда при торможении

Расчетная схема автомобиля и схема сил, действующих в системе “автомобиль-дорога” в процессе торможения, приведены на рисунке 2.

Пояснения к рисунку 2:

mт – масса тягача; mп – масса прицепа; L – база автомобиля; a, b, hgт – координаты центра тяжести; l1 – разность горизонтальных координат центра масс полуприцепа и шарнира седельного устройства; l2 – разность горизонтальных координат точки приложения реакции колес полуприцепа и шарнира седельного устройства; l3 – разность горизонтальных координат шарнира седельного устройства и центра масс тягача; hgп – высота центра масс полуприцепа; hс – высота седельного устройства; R1 – вертикальная реакция на передней оси тягача; R2 – вертикальная реакция на задней оси тягача; R3 – вертикальная реакция на колесах полуприцепа; T1 – тормозная сила на передней оси тягача; T2 – тормозная сила на задней оси тягача; T3 – тормозная сила на колесах полуприцепа; Тс, Rс – силы, действующие в седельном устройстве; j – установившееся замедление.

Необходимо найти вертикальные реакции на осях автомобиля, полученные в результате перераспределения масс пи торможении. Составим уравнения равновесия для полуприцепа

mпg – Rc – R3 = 0;

mпj – Tc – T3 = 0;

mпgl1 – R3l2 – mпj(hgп – hc) – T3 = 0.

Исходя из условия оптимального распределения тормозных сил

T3=R3j/g.      (1)

mпg – Rc – R3 = 0;

mпj – Tc – R3j/g = 0;

mп[j(hc-hgп) + gl1] – R3(l2 + hcj/g) = 0.

После преобразования получим

R3 = mп[gl1 + j(hc – hgп)]/(l2 + hcj/g);    (2)

Rc = mпg – R3;      (3)

Tc = mпj – R3j/g.      (4)

Составим уравнения равновесия для тягача

mтg – R1 – R2 + Rc = 0;

mтj + Tc – T1 – T2 = 0;

R1a – R2b – T1hgт – T2hgт + Rcl3 = 0.

Исходя из условия оптимального распределения тормозных сил

T1 = R1j/g;        (5)

T2 = R2j/g.       (6)

После преобразования получим:

R1 = mтg – R2 + R3;     (7)

R2 = [mт(ga – jhgт) + Rc(a + l3 – jhgт/g)]/(a + b).   (8)

Используя полученные формулы (1)-(8) и нижеприведенные данные, найдем значения вертикальных реакций на осях, возникших в результате перераспределения масс при торможении. В соответствие с ГОСТ 22895-95 в качестве установившегося замедления принято jнорм=5 м/c2. С целью обеспечения запаса тормозного усилия принимаем значение j=1,2 jнорм.

Приведем параметры рассчитываемого автомобиля, необходимые для расчетов:

mт=7050 кг; mп=32800 кг; L=3,95 м; a=1,3 м; b=2,65 м; hgт=1,25 м; l1=5,7 м;

l2=8,65 м; l3= 1,965 м; hgп=2,6 м; hс=1,3; j = 6 м/c.

Т.о., значения вертикальных реакций

R1 = 116544,7 Н;

R2 = 107288 Н;

R3 =167095,8 Н.

Из уравнений (1), (5) и (6) необходимые для торможения с установившимся замедлением j тормозные усилия на осях равны соответственно

T1 = 71281 Н;

T2 = 65620 Н;

T3 = 102199 Н.

Тормозое усилие на i-м колесе

T`i=Ti/ni,

где n – количество колес на i-й оси.

T`1= 35640,6 Н;

T`2= 32809,8 Н;

T`3= 51099,7 Н.

Тормозной момент на колесе

Mт = rкT`,

где rк – динамический радиус колеса, м;

rк = 0,462 м;

Мт1 = 16471,3 Нм;

Мт2 = 15163 Нм;

Мт3 = 7871,9 Нм.

Т.о., наиболее нагруженными тормозным механизмами являются механизмы передней оси тягача.

 

4 Расчет характеристик тормозного  механизма

 

Тормозной момент так же можно определить как

Мт = 2μrтNη,

где μ – коэффициент трения трущейся пары, μ=0,4;

N – приводное усилие, Н;

η – КПД приводного устройства, η=0,95;

rт – радиус трения, м.

rт = (r1+r2)/2,

где r1, r2 – внешний и внутренний радиусы кольцевой площади тормозного диска, перекрываемой тормозными накладками, учитывая конструкции аналогов, примем r1=0,215м, r2=0,120 м.

rт = 0,167 м.

Приводное устройство тормозного механизма состоит из  тормозной камеры, приводного рычага и толкателя. Усилие, создаваемое избыточным давлением в камере трансформируется с помощью рычага, который передает его на толкатель с определенным передаточным отношением. Т.о., тормозной момент равен

Мт = 2μrтi ηpA,       (9)

где i – передаточное отношение приводного устройства;

p – рабочее давление в тормозной камере, Па;

p = 7,5·105 Па;

А – активная площадь тормозной камеры при нормальном ходе штока, м2.

Для камеры марки 30

А=30·2,542/10000=19,355·10-3 м2.

Необходимое передаточное отношение приводного устройства из формулы (9)

i = Мт/2μrт ηpA.      (10)

i = 8,94.

Максимальные значения i находятся в пределах 10…15, ограничение исходит от допустимых габаритов приводного рычага и минимального времени срабатывания механизма. Т.о., полученное значение удовлетворяет этим условиям.