VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В статье изложены основные методы исследования параметров дорожного движения. Разработана методика натурных исследований, основанная на видео-фиксации.

The article describes the basic methods of research settings traffic. The technique of field studies based on the video-fixing.

Тормозная система предназначена для снижения скорости движения и/или остановки транспортного средства или механизма. Она также позволяет удерживать транспортное средство от самопроизвольного движения во время покоя. Для реализации указанных функций на автомобиле устанавливаются следующие виды тормозных систем: рабочая, запасная и стояночная.

Как ни странно, но барабанные тормоза, получили широкое распространение и обогнали дисковые на десятилетия. И только благодаря появлению мощных двигателей ДВС в середине 50-х, понадобилась недорогая, эффективная и простая система тормозов, коей и стали дисковые тормоза.

Скорости движения автомобилей росли. Самые мощные серийные автомобили пятидесятых годов имели максимальную скорость, приближающуюся к 200 км/ч. При длительном торможении с большой скорости тормозные механизмы перегревались и теряли эффективность. Ответным шагом конструкторов стало появление алюминиевых тормозных барабанов (с запрессованными в них чугунными кольцами, к которым непосредственно прижимались колодки), обеспечивавших лучший отвод тепла, а также введения служившего той же цели оребрения на их поверхности (вентилируемые барабанные тормоза).

Со временем тормозные колодки изнашиваются и начинают слабее прижиматься к поверхности барабана, чем существенно снижается эффективность торможения. Для предотвращения этого эффекта в барабанных тормозах были предусмотрены механизмы (эксцентрики), позволяющие в процессе регулировки немного сместить тормозные колодки наружу, восстановив их контакт с поверхностью барабана при торможении («подвести» тормоза). Однако такие механизмы требовали постоянной регулировки, причём добиться равномерного торможения всеми четырьмя колёсами при этом было сложно. Решением проблемы стало внедрение гидроцилиндров с особой конструкцией, обеспечивавшей «самоподвод» тормозных механизмов. Впервые они появились на «Студебекере» в 1946 году. Это не только избавило владельца от весьма частой регулировки тормозов автомобиля, но и существенно повысило безопасность, так как при исправном механизме исключалась возможность неправильной регулировки или пренебрежения ей.

в конце пятидесятых — начале шестидесятых на быстроходных серийных автомобилях стали появляться тормозные механизмы принципиально иного типа — дисковые. Ранее они находили применение в основном на гоночных конструкциях и авиации. В таком механизме колодки прижимались не к внутренней поверхности барабана, а к наружным плоскостям чугунного диска

Такой механизм конструктивно проще барабанного с автоматической регулировкой зазора, компактнее, легче и дешевле.

Дисковые тормоза лучше охлаждаются, потому что воздух может свободно циркулировать между диском и поверхностью колодки. Большинство передних дисковых тормозов на современных машинах — именно вентилируемые, потому что как раз на них приходится большая часть работы при остановке автомобиля. При этом большинство задних тормозов — не вентилируемые. Они имеют сплошной диск, потому что задние тормоза просто-напросто не вырабатывают большого количества тепла.

Дисковые тормоза на всех колёсах стали стандартным оборудованием большинства легковых автомобилей на Западе уже к концу восьмидесятых годов.

В настоящее время происходит непрерывное дальнейшее совершенствование тормозных систем автомобилей (можно назвать такие сравнительно недавние новшества, как ESP, TCS, EBD, и так далее), результатом которого становится дальнейший рост активной безопасности. Однако наиболее важным фактором безопасности, как и во все времена, остаётся всё же поведение водителя.

Эффективность тормозной системы является основным фактором безопасности при ее использовании на транспорте. Для этого используется следующая методика расчета.

При расчете тормозных систем автомобилей определяют:

• удельные давления для фрикционных накладок тормозных колодок

• работу трения при торможении

• нагрев тормозного барабана или тормозного диска

• нагрузки и параметры гидравлического тормозного привода без усилителя и с усилителем

• нагрузки и параметры пневматического тормозного привода

Удельные давления для накладок рассчитывают по величине нормальных реакций, действующих на накладки со стороны тормозного барабана.

Удельное давление:

для первичной колодки

для вторичной колодки

Где , – нормальная реакция соответственно для первичной и вторичной колодок; , - углы охвата колодок; - радиус тормозного барабана; , - ширина колодок.

Удельные давления не должны превышать 100…200 H/см²для первичной колодки и 50…70 H/см² для вторичной колодки.

Для уравновешенного тормозного механизма = 80…90 H/см².

Тормозные накладки должны иметь коэффициент трения µ=0,3…0,35, мало зависящий от скорости скольжения, нагрева и попадания воды. Тормозные накладки должны быть жесткими, прочными, износостойкими и сохранять физические свойства при нагреве до 400 °С без выкрошивания, выделения связующих компонентов и обугливания.

Тормозные накладки выполняют формованными из коротковолокнистого асбеста, наполнителей (оксид цинка, железный сурик и др.) и связующих (синтетические смолы, каучук и их комбинации). Применяют так же безасбестовые тормозные накладки из материала АК (асбокаучуковая композиция).

Фрикционные накладки прикрепляют к тормозным колодкам заклепками или приклеивают (на легковых автомобилях).

Работа трения. Наиболее слабым элементом тормозного механизма, подвергающимся быстрому изнашиванию, является тормозная накладка. Изнашивание тормозной накладки зависит от удельной работы трения т.е. работы трения приходящейся на единицу поверхности накладки. Удельная работа трения q_уд зависит от начальной скорости торможения, при которой вся кинетическая энергия автомобиля поглощается работой трения в тормозных механизмах

где А=m_av²/2 – кинетическая энергия автомобиля массой m_aпри максимальной скорости v начала торможения; F_нак – суммарная площадь поверхностей накладок тормозных механимов всех колес автомобиля.

Средние значения удельной работы трения составляют 1…2 кДж/см² для легковых автомобилей (большие значения для дисковых тормозных механизмов) и 0,6…0,8 кДж/см² для грузовых автомобилей и автобусов.

От удельной работы трения зависит так же нагрев деталей тормозного механизма (барабана, дисков, колодок). Поэтому для уменьшения удельной работы необходимо увеличивать площадь тормозных накладок и соответственно ширину и диаметр тормозных барабанов. В результате увеличения поверхности охлаждения возрастает и эффективность торможения.

Нагрев барабана или диска. При торможении выделяется теплота, которая нагревает тормозной барабан и накладки. Чем выше температура накладки при торможении, тем больше ее изнашивание.

Нагрев t_б тормозного барабана (или диска) за одно торможение определяется по следующей формуле:

где m_{k –} масса автомобиля, приходящаяся на тормозящее колесо; m_б – масса тормозного барабана; с = 500 Дж/(кг*К) – удельная теплоемкость чугуна или стали.

Нагрев тормозного барабана или диска за одно торможение не должен превышать 20 °С.

Процесс одного торможения представляет собой кратковременное интенсивное торможение и является быстротечным. По этому принято считать, что рассеивание теплоты в окружающую среду незначительно.

В случае затяжного интенсивного торможения часть теплоты будет рассеиваться в окружающую среду и нагрев тормозного барабана или диска будет меньшим чем за одно торможение. В этом случае определяется нагрев для скоростей начала торможения v=30 км/ч и максимальной v_max.

При v = 30 км/ч температура нагрева не должна превышать 15 °С, а при максимальной скорости она должна быть в пределах 40…60 °С.

Тормозные барабаны легковых автомобилей и грузовых автомобилей малой и средней грузоподъемности обычно выполняют биметаллическими.

Тормозные барабаны состоят из стального диска, соединенного литьем с чугунным ободом. на легковых автомобилях малого класса тормозные барабаны изготавливают так же из алюминиевого сплава с залитым внутрь чугунным кольцом. Тормозные барабаны грузовых автомобилей большой грузоподъемности делают литыми, в основном из серого чугуна.

На ободе тормозного барабана имеются ребра жесткости, ограничивающие его деформации при действии сил со стороны колодок во время торможения. Жесткий обод тормозного барабана обеспечивает равномерное распределение нагрузки на тормозные накладки по длине и ширине. При недостаточной жесткости обода у тормозных накладок получается конусное изнашивание. При установке на автомобиль тормозной барабан центрируется по ступице колеса.

Гидравлический тормозной привод. При служебном торможении автомобиля давление в гидроприводе составляет 4…6 МПа, а при экстренном торможении может достигать большего значения. Для гидропривода без усилителя давление жидкости при экстренном торможении:

где Р_р.ц. – усилие, создаваемое рабочим цилиндром на тормозных колодках; d_р.ц. – диаметр рабочего тормозного цилиндра.

Допустимое давление в гидроприводе [Р_ж] = 6…8 МПа.

Усилие на тормозной педали

где d_гц – диаметр главного тормозного цилиндра;

Допустимое усилие на тормозной педали [P_пед] = 200…300 Н.

Ход тормозной педали гидропривода зависит от количества тормозных механизмов и передаточного числа привода.

Для двухосного автомобиля ход тормозной педали

где d – диаметр тормозных цилиндров передних и задних колес; S – перемещения поршней тормозных цилиндров под действием приводных сил P; S_св – свободный ход тормозной педали; ƞ – 1,05…1,10 – коэффициент объемного расширения гидропривода.

Гидропривод с вакуумным усилителем применяется в случае, когда усилие на тормозной педали составляет более 500 Н.

Усилие на штоке главного тормозного цилиндра:

Q_т.ц. = Q_пед + Q_ус

Где Q_пед – сила на штоке главного тормозного цилиндра от усилия на педали P_пед ;

Q_ус – сила на штоке главного тормозного цилиндра от усилителя.

Используя параметры a, b, c, d, e, можно записать:

где P₀ – 0.05 МПа – разрежение под поршнем усилителя; F_п – площадь поршня усилителя.

Библиографический список

1. Вахламов В.К. Подвижной состав автомобильного транспорта: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования/В.К. Вахламов. - М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 480с.

2. Г.И. Клинковштейн, М.Б. Афанасьев. Организация дорожного движения.М.: Транспорт, 2001. – 248 с.

3. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. Колебания и плавность хода/-Москва: Машиностроение, 1972. - 391с.

4. Коноплянко В.И. Организация и безопасность дорожного движения. М.:Транспорт, 1991. – 95 с.

7. Раймпель, Йорнсен, Шасси автомобиля/сокр. пер. с нем./ - Москва: Машиностроение, 1983. - Т.I. - С.278. - 356с.

8. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента / Хикс Ч. – М.: Книга по Требованию, 2013. – 203 с.

9. Нарбут А.Н. Автомобили: Рабочие процессы и расчет механизмов и систем: учебник для студ. Высш. учеб. Заведений/А.Н. Нарбут. - 2-е изд., испр. - М.: издательский центр «Акадения», 2008. - 256с.

Код для цитирования: Скопировать