Разработка тормозной механизм для автомобиля тягача в составе автопоезда полной массой 40 тонн

       Условные  обозначения

       G_a – полная масса автомобиля – тягача;

       G_Т1 – вес автомобиля – тягача с водителем;

       G_Т2 – вес автомобиля – тягача с водителем и пассажиром;

       G₁ – нагрузка на колесе передней оси;

       G₂ – нагрузка на колесе задней оси;

       R₁ - вертикальная реакция на передней оси тягача;

       R₂ - вертикальная реакция на задней оси тягача;

       R_п - вертикальная реакция на колесах полуприцепа;

       L - база автомобиля;

       L_п - база полуприцепа;

       a, b, h_gт, - координаты центра тяжести;

       с, h_c – координаты расположения седельно – сцепного устройства;

       h_gп - высота центра тяжести полуприцепа;

       r_к – радиус качения;

       Т₁ - тормозная сила на передней оси тягача;

       Т₂ - тормозная сила на задней оси тягача;

       Т_п - тормозная сила на колесах полуприцепа;

       j - установившееся замедление при торможении;

       g – ускорение свободного падения;

       j/g – коэффициент торможения γ_т;

       ΣT – суммарная тормозная сила;

       M_a – тормозной момент создаваемый тормозными механизмами;

       M_a1 – тормозной момент переднего тормоза;

       M_a2 – тормозной момент заднего тормоза;

       Q – усилие на штоке тормозной камеры;

       S – площадь тормозной камеры;

       F_пр – усилие возвратной пружины тормозной камеры;

       p – давление сжатого тормоза в приводе тормоза;

       p₁ – давление сжатого тормоза в приводе тормоза переднего тормоза;

       p₂ – давление сжатого тормоза в приводе тормоза заднего тормоза;

       φ₁ – реализуемое сцепление передней оси;

       φ₂ – реализуемое сцепление передней оси;

       l – длина рычага регулятора тормозных сил;

       β – текущее значение, угла наклона рычага регулятора тормозных сил;

       β₀ – угол наклона рычага регулятора тормозных сил груженого автомобиля в статическом состоянии;

       β₀₁ – угол наклона рычага регулятора тормозных сил порожнего автомобиля в статическом состоянии;

       f₀ – прогиб рессоры, вызванный нагрузкой, приходящейся на заднюю ось в статическом состоянии для груженого автомобиля;

       f ₀₁ – прогиб рессоры, вызванный нагрузкой, приходящейся на заднюю ось в статическом состоянии для порожнего автомобиля;

       Δf - изменение прогиба рессоры;

       Полная  масса автомобиля, кг

       G_a = 18000.

       Координаты  центра масс автомобиля-тягача с одним  человеком, м

       а = 2,279;

       b = 1,621;

       h = 1,005.

       Координаты  центра масс автомобиля-тягача с двумя  людьми, м

       а = 2,281;

       b = 1,685;

       h = 1,007.

       Координаты  расположения седельно-сцепного устройства с полезной нагрузкой, м

       с = 0,6;

       h_c = 1,006.

       Радиус  качения, м

       r_к = 0,472.

       Расчет  процесса торможения проводится в три  этапа

       1) Расчет процесса торможения при  идеальном распределении тормозных  сил, т.е. когда тормозные силы  пропорциональны осевым нагрузкам. По результатам расчетов первого этапа выбираются энергоемкость тормозных механизмов, и определяется их силовые характеристики, выбирается типоразмер тормозных камер и величина давления сжатого воздуха в приводе;

       2) Расчет процесса торможения, обеспечиваемого  реальной тормозной системой, параметры которой выбраны на основании анализа результатов первого этапа расчетов и с учетом применения узлов и аппаратов первого этапа расчетов и с учетом применения узлов и аппаратов нормализованного ряда, при постоянном отношении тормозных моментов передних и задних тормозов.

       Определяется соответствие (несоответствие) эффективности тормозной системы и характера распределения тормозных сил между осями нормативным требованиям отраслевого стандарта ОСТ 36.001.016-70 и Правил №13 ЕЭК ООН, а также определяется необходимость применения регуляторов тормозных сил;

       3) Расчет процесса торможения, обеспечиваемого  реальной тормозной системой  с применением регуляторов тормозных  сил, автоматически изменяющих отношение тормозных моментов передних и задних тормозов. В процессе расчета определяется установочные параметры регуляторов тормозных сил. По результатам расчетов уточняется параметры привода тормозов и делается заключение о соответствии тормозных свойств автомобиля нормативным требованиям ОСТ 36.001.016-70 и Правил №13 ЕЭКООН.

       Расчет  ведется как для груженного, так и для порожнего состояния автомобиля, относительно коэффициента торможения γ_т, которое принимает значение от 0 до 0,8.

       Динамические  нагрузки на седельное устройство G_с.дин. и на   ось полуприцепа G_п.дин. определяется по формулам

       G_с.дин = ;                                          (5.1)

       G_п.дин = ,                                 (5.2)

где G_с.ст., G_п.ст. – вес, приходящийся соответственно на седельное устройство, G_с.ст. = 117720Н и на оси полуприцепа G_п.ст. = 255060Н в статическом положении; G_п. – полный вес полуприцепа, G_п. = 343350Н; h_п – высота центра тяжести полуприцепа, h_п  = 2,1м; L_п – база полуприцепа; L_п = 9,7м.

       G_с.дин =

;

       G_п.дин =

.

       Нагрузка  на передней и задней осей автомобиля (G₁ и G₂) в зависимости от коэффициента торможения (j/g) находим из уравнения равновесия (рисунке 5.1)

        ;                                  (5.3)

        .                           (5.4)

       Для порожнего автомобиля нагрузка на колесах  при торможении определяется по следующим формулам

        ;                                              (5.5)

        .                                              (5.6)

       Исходя  из условий идеального распределения  тормозных сил, оптимальное значение тормозных сил на колесах передней и задней осей находим по формулам (5.7), (5.8), (5.9), (5.10).

       - для снаряженного автомобиля

        ;                                                (5.7)

        .                                                (5.8)

       - для груженого автомобиля

        ;                                                (5.9)

        .                                              (5.10)

       Для груженого автомобиля

        ;

        .

       Для порожнего автомобиля

        ;

        .

       Оптимальное значение тормозных моментов на передних и задних колес находим по формулам:

• для груженого автомобиля

         ;                                                 (5.11)

       

;

        ;                                                (5.12)   

       

.

• для груженого автомобиля

        ;                                                (5.13)

       

;

        ;                                                (5.14)

       

.

       Выбор типоразмера тормозных камер  и величину рабочего давления сжатого воздуха в приводе тормозов, обеспечивающих заданную эффективность тормозной системы, приводится исходя из следующих предпосылок

       - тормозная сила задних колес  должна обеспечить реализацию  сцепного веса задних колес  груженого автомобиля в статическом  состоянии на дороге с коэффициентом сцепления не менее 0,65.

       -  тормозная сила передних колес  должна быть не менее оптимального ее значения при торможении груженого автомобиля с замедлением 0,6g.

        _;                                        (5.15)

       

 Н×м;

        _;                                                              (5.16)

       

 Н×м.

       Зависимость тормозной силы на колесе от усилия на штоке тормозной камеры выражается формулой

        ,                                                  (5.17)

где А – коэффициент усиления тормозного механизма; Q – сила на штоке тормозной камеры, Н.

       Для определения коэффициента усиления проводится силовой анализ тормозного механизма.

       Определяется  эффективный радиус трения

        ,                                             (5.18) 

где  R – наружный радиус диска, R = 0,215 м; r – внутренний радиус диска, r = 0,125 м.

       

 м.

       

 

       Рисунок 5.2 - Расчетная схема нагружения тормозного диска

       Тормозной коэффициент дискового тормозного механизма определяется по формуле

        ,                                                    (5.19)

где  m - коэффициент трения, m = 0,4.

       Тормозной момент  рассчитывается по формуле

        ,                                           (5.20)

       где μ - коэффициент трения; i - передаточное отношение тормозного механизма; Q- сила на штоке тормозной камеры; η- коэффициент полезного действия тормозного механизма; r_μ- эффективный радиус трения диска.

       На  этапе разработки в конструкцию  закладываются значения каждого из вышеприведенных параметров, и тем самым обеспечивается необходимый тормозной момент.

       

       Рисунок 5.3 - Дисковый тормоз: 1 – разжимной кулак; 2 – силовая планка; 3 – тормозная камера; 4 – накладки; 5 – диск

       Учитывая, что сила на штоке тормозной камеры, является функцией хода штока, более целесообразно выразить передаточное отношение тормозного механизма как функцию хода штока тормозной камеры.

       Передаточное  отношение представляет собой отношение  хода штока тормозной камеры к ходу силовой планки на элементарном участке

        .                                                (5.21)