Тормозные механизмы и привода

Требования

Высокая эффективность – оценивается:

Минимальный тормозной путь или максимально установившееся замедление в соответствии с требованиями ГОСТ обеспечивается малым вращением срабатывания тормозного управления, достаточной величиной тормозных моментов и правильного распределения тормозных сил н/д передними и задними колесами.

Сохранение устойчивости при торможении. Критерии устойчивости – линейное отклонение, угловое отклонение, угол складывания автопоезда. Обеспечивается за счет синхронности срабатывания тормозных моментов и равенства тормозных сил по бортам автомобиля.

Стабильность тормозных свойств при неоднократных торможениях – обеспечивается хорошим теплоотводом от поверхностей трения тормозных механизмов.

Следящее действие тормозного привода

Усилие на тормозной педали должно лежать в пределах 500 Н (легковые), 700 Н (грузовые). Ход тормозной педали 80…180 мм.

Надежность всех элементов тормозных систем.

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

- рабочая;

- запасная;

- стояночная;

- вспомогательная (тормоз-замедлитель) для автобусов полной массой более 5 т и грузовых более 12 т.

Тормозные механизмы

Критерии оценки

Коэффициент тормозной эффективности – отношение тормозного момента, создаваемого тормозным механизмом, к условному приводному моменту.

где М_торм – тормозной момент;

ΣР – сумма приводных сил;

R_тр – радиус приложения рез. силы трения.

Оценивается раздельно при движении вперед и назад.

Стабильность – характеризует зависимость К_э от изменения коэффициента трения.

Уравновешенность. Уравновешенными являются тормозные моменты, в которых силы трения не создают нагрузки на подшипники колеса.

Дисковые тормозные механизмы

Применяемость – легковые автомобили, грузовые автомобили зарубежных фирм. Конструкция – с неподвижной или плавающей скобой при плавающей скобе ход поршня в 2 раза больше.

При расчетном значении μ=0,35, К_э=0,35.

Вывод : дисковый тормозной механизм обладает малой эффективностью так как тормозной момент в 3 раза меньше приводного момента. Основное достоинство – стабильность, статическая характеристика имеет линейный характер. Стабильности отдается предпочтение перед эффективностью, так как необходимый тормозной момент можно получить увеличением приводных сил (больше диаметр, усилители).

Плюсы – меньшая чувствительность к попавшей на накладки воде (давление на накладки в 3-4 раза выше, чем в барабанных)

- возможность увеличения передаточного числа привода благодаря малому ходу поршня

- хорошее охлаждение тормозного диска

- меньшая масса.

Минусы – диск тормозного механизма неуравновешенный

- быстрый износ накладок.

Барабанные тормозные механизмы

С равными приводными силами и односторонним расположением опор

 - приводные силы;

- равнодействующие нормальные силы, действующие на колодки со стороны тормозного барабана;

- силы трения, действующие на колодки;

 - реакции опор.

Для активной колодки сумма моментов сил относительно точки опоры колодки.

где К₀ – коэффициент касательных сил.

 - зависит от угла охвата накладки.

Учитывая  решим уравнение относительно .

;   

При .  тормозной механизм заклинивается.

Для пассивной колодки сумма моментов относительно опоры:

.

Общий тормозной момент

Реакции опор

- активной: где

- пассивной:  где

Оценка механизма

Тормозной механизм неуравновешенный, так как  и

Относительно моментов активной и пассивной колодок.

 если а ~r_б; μ =0,35; К₀ = 1.

Износ активной колодки в 2 раза больше.

Коэффициент тормозной эффективности:

Статическая характеристика тормозного механизма нелинейна, что свидетельствует о недостаточной стабильности. Тормозной механизм реверсивный, то есть его эффективность при движении вперед и назад одинакова.

Тормозной механизм в равными тормозными силами и разнесенными опорами.

Здесь обе колодки активные при движении вперед

Суммарный тормозной момент:

Оценка тормозного механизма

Тормозной механизм уравновешенный

Накладки имеют одинаковый износ

Коэффициент тормозной эффективности

Статическая характеристика нелинейна, тормозной механизм нестабилен

При движении задним ходом эффективность торможения снижается вдвое.

Тормозной механизм с равными перемещениями колодок

Профиль разжимного кулака симметричен, поэтому перемещения и деформации колодок, накладок и тормозного барабана одинаковы.

Из этого следует, что нормальные силы, а следовательно и силы трения одинаковы. Однако приводные силы не одинаковы.

;

Моменты трения

- активная колодка

- пассивная колодка

- суммарный

Определим связь между Р^/ и Р^//.

; ; .

 при принятых допущениях.

Оценка

Тормозной механизм уравновешен

Накладки имеют одинаковый износ

Коэффициент торможения эффективности К_э=2μ=0,7

Статическая характеристика линейна, тормозной момент стабилен.

Тормозной механизм с большим самоусилением (сервотормоз).

 так как , то момент трения на второй активной колодке

 после упрощения

Суммарный момент тормозного механизма:

Оценка

Тормозной механизм неуравновешенный

Износ вторичной накладки в 2 раза больше

Коэффициент тормозной эффективности

Тормозной механизм имеет наименьшую стабильность по сравнению с другими типами тормозных механизмов

Применяют в качестве трансмиссии тормозного механизма (ГАЗ-53, МАЗ-500А). ранее применялся в легковых автомобилях высшего класса (до усилителя в приводе).

Регулировка рабочего зазора между колодкой и тормозным барабаном – самостоятельно.

Тормозные приводы

Механический – применяется для привода стояночной тормозной системы. Обеспечивает высокую надежность при длительном действии.

Гидропривод – применяется на всех легковых автомобилях и на грузовых полной массой до 7,5 т.

Плюсы – малое время срабатывания

- равенство приводных сил на тормозных механизмах левых и правых колес

- удобство компоновки

- высокий кпд (до 0,95)

- возможность распределения приводных сил на тормозных механизмах передних и задних колес в результате применения рабочих цилиндров разного диаметра.

Минусы – меньше кпд при низких t⁰С возможность выхода из строя при местном повреждении привода.

На современных автомобилях обязателен двухконтурный привод.

Схемы двухконтурных тормозных гидроприводов – самостоятельно.

Для обеспечения возможности торможения в случае отказа какого-либо элемента рабочей тормозной системы тормозной привод разделяют на независимые контуры, каждый из которых в случае отказа другого выполняет функцию запасной тормозной системы.

Схемы образования независимых контуров

Один контур обслуживает тормозные механизмы передних, другой – задних колес. В случае отказа переднего контура максимальное замедление будет составлять ≈ 0,33 от замедления исправного автомобиля.

Каждый из тормозных механизмов передних колес приводится от обоих контуров, причем эффективность привода различна. Цилиндры меньшего диаметра включены в задний контур. Соотношение диаметров цилиндров выбирается таким, чтобы при отказе любого контура сохранялось бы на 50% эффективность торможения.

Диагональная схема – тоже имеет 50% эффективность торможения. Здесь большая разница в эффективности передних и задних тормозов приводит к отрицательным последствиям.  это приводит к смещению от ц.м. их равнодействующей R_τΣ на h и возникновению момента, поворачивающего автомобиль влево.

на плече «а» (расстояние от середины отпечатка шины до пересечения оси поворота колеса с дорогой) создается момент М₂, стремящийся повернуть колесо вокруг оси поворота. Таким образом, отрицательные эффекты от поворачивающих моментов М₁ и М₂, складываются, что приводит к неприятным последствиям. Для устранения применяют отрицательное плечо обкатки.

Схема, предусматривающая полное сохранение тормозных качеств (большие дорогие легковые автомобили) – требует только лишь большее приложение усилия к педали тормоза.

УСИЛИТЕЛИ ТОРМОЗНЫХ ГИДРОПРИВОДОВ

Требования

Обеспечение пропорциональности между усилием на тормозной педали и усилием, создаваемым усилителем (силовые следящее действие).

Возможность управления тормозной системой при выходе усилителя из строя или при неработающем двигателе.

Усилитель включает исполнительное и следящее устройства.

Исполнительное – мембранная или поршневая вакуумная камера.

Следящее – чувствительный элемент и 2 кл – вакуумный и атмосферный.

Схема гидравлического усилителя с мембранным следящим устройством

Принцип работы самостоятельно.

Уравнение равновесия мембраны:

где Р₁ – давление воздуха  над мембраной;

Р₂ – вакуум  над мембраной = вакууму во вл. Коллекторе (расчетное значение Р₂=0,05МПа).

Найдем значение разности давление:

Такая же разность давлений образуется и в мембранной камере.

Суммарная сила, действующая на поршень гидроусилителя:

Подставим в уравнение значения Р₁-Р₂ и Р_ж1, и найдем давление Р_ж2 в правой полости гидроцилиндра.

Без учета усилия пружин давление в цилиндре гидроусилителя прямо пропорционально усилию на тормозной педали.

СТАТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОУСИЛИТЕЛЯ

Усилитель вступает в действие после преодоления усилия пружин и трения в системе. Коэффициент усилия гидровакуумного усилителя.

а – открытие атмосферного клапана;

б – давление в камере равно атмосферному.

Тормозной пневмопривод

Плюсы – облегчение управления

-удобство привода тормозных систем прицепа и полуприцепа

- возможность использования сжатого воздуха для различных целей.

Минусы – большое время срабатывания (в 5… 10 раз больше, чем у гидпропривода)

- сложность и сравнительно высокая стоимость привода

- усложненное обслуживание

- замерзание конденсата при низкой температуре.

Элементы пневмопривода

- питающие (компрессор, ресиверы)

- управляющие (тормозные краны, клапаны управления тормозами прицепа)

- исполнительные (тормозные камеры)

- элементы, улучшающие эксплуатационные качества, надежность (влагоотделители, защитные клапаны, ускоряющие клапаны).

Современное пневмооборудование тягача автопоезда включает пять автономных контуров.

- привод тормозных механизмов передних колес

- привод тормозных механизмов задних колес

- привод стояночного тормозного механизма и комбинированного привода тормозного прицепа

- привод аварийного растормаживания стояночного тормозного механизма

- контур привода тормоза-замедлителя и питания потребителя.

Тягач и прицеп могут соединятся по однопроводной или двухпроводной схемам.

При однопроводном приводе через одну магистраль осуществляется наполнение ресиверов прицепа сжатым воздухом и передаются команды на торможение с заданной интенсивностью. Преимущество – простота конструкции и автоматическое затормаживание прицепа при отрыве от тягача без применения дополнительных устройств.

В двухприводном приводе через одну магистраль пополняется постоянно запас воздуха в ресиверах  прицепа, другая управляет воздухораспределителем прицепа (давление в ней изменяется прямо пропорционально давлению в тормозных магистралях тягача).

Недостаток одноприводной схемы – «истощаемость» - при частых торможениях воздух из ресивера прицепа расходуется, давление в нем падает, не получая зарядки от компрессора.

В настоящее время устанавливается двухпроводная система тормозного пневмопривода.

Схема тормозного крана прямого действия

Уравнение равновесия сил, действующих на поршень при постоянном усилии на тормозной педали:

где  - давление сжатого воздуха при закрытых клапанах в правой полости цилиндра тормозного крана.

Давление воздуха в тормозной камере:

Статическая характеристика тормозного крана прямого действия

Регуляторы тормозных сил

Назначение – ограничение тормозных сил на задних колесах для предотвращения их юза и возможного заноса.

Расчетная схема для  определения максимальных тормозных сил на колесах передней и задней оси по условию сцепления их с дорогой

Тормозные силы на передней и задней оси:

;    .

Тормозные моменты на передней и задней оси:

;

Оптимальное распределение тормозных сил между передними и задними колесами по условию сцепления их с дорогой определяется по формуле:

где R_z1и R_z2 – сумма нормальных реакций на передних и задних колесах;

Р_Т1 и Р_Т2 – суммарная тормозная сила на колесах передней и задней оси;

а и в – расстояние от центра масс от передней и задней оси;

φ – коэффициент сцепления;

h_g – высота центра масс.

График оптимального распределения томрозных сил

В значительном диапазоне имеет перетормаживание задних колес, особенно для нагруженного автомобиля, что может привести к заносу.

Регуляторы тормозных сил делятся на две группы: статические и динамические.

Статические ограничивают давление в заднем контуре в зависимости от командного давления (давление, создаваемое нажатием на тормозную педаль).

Динамические – в зависимости от командного давления и относительно нагрузки на задние колеса.

Типы статических регуляторов

С клапаном – ограничителем давления

Имеет место недотормаживание задних колес во всех диапазонах значений командного давления при полной нагрузке автомобиля. Однако у ненагруженного автомобиля во всех диапазонах наблюдается перетормаживание задних колес.

С пропорциональным клапаном

Статическая характеристика показывает, что регулятор хорошо выполняет свое назначение при груженном автомобиле. Такие регуляторыдопустимы только на автомобилях, где нагрузка в процессе эксплуатации изменяется незначительно.

Типы динамических регуляторов

С отсечным клапаном – не получили распространения, так как их применение приводит к значительному недоиспользованию сцепных свойств задних колес.

С пропорциональным клапаном – применяется на легковых автомобилях с гидроприводом тормозов.

До командных давлений и давление в выходном канале равно командному, так как поршень находится в верхнем положении.

При дальнейшем росте Р₁ давление в тормозном приводе задних колес будет зависеть еще и от изменения нагрузки на задний мост (масса груза, замедление при торможении).

Уравнение равновесия диафрагменного поршня:

Чем меньше нагрузка на задний мост, тем раньше включается регулятор. Наклон регуляторных прямых определяется отношением площадей дифференциала, а расположение прямых зависит от нагрузки на задний мост.

Лучевой регулятор – предназначен для тормозного пневмопривода

Применение регулятора тормозных сил связано с потерей тормозной эффективности (на 10… 15%) за счет недотормаживания задних колес.

Впервые АБС применены в авиации в 1949 году, на автомобилях в 1969 году.

Помимо прочих недостатков, регуляторы тормозных сил неспособны реагировать на изменение величины коэффициента сцепления колеса с дорогой. Этот коэффициент определяется как отношение тормозной силы колеса к его вертикальной реакции

φ зависит от качества и состояния дорожного покрытия от величины скольжения в контакте колеса с дорогой от скорости движения автомобиля.