Реферат Анализ тормозных систем автомобилей
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Анализ тормозных систем автомобилей
К тормозному управлению автомобиля, служащему для замедления движения, вплоть до полной остановки и удержания его на месте на стоянке, предъявляются повышенные требования, так как тормозное управление является важнейшим средством обеспечение активной безопасности автомобиля. Требования к тормозным системам регламентированы ГОСТ 22895-95 и международными правилами дорожного движения.
Требования к тормозным системам следующие:
1. Максимальный тормозной путь максимальное установившееся замедление в соответствии с требованиями ГОСТ 22895-95 г., для пассажирских автомобилей и грузовых автомобилей в зависимости от типа испытаний.
2. Сохранение устойчивости при торможении (критериями устойчивости служат: линейное отклонение, угловое отклонение, угол складывания автопоезда.)
3. Стабильность тормозных свойств при неоднократном торможении.
4. Минимальное время срабатывания тормозного привода.
5. Силовое следящее действие тормозного привода, то есть пропорциональность между усилием на педаль и приводным моментом.
6. Малая работа управления тормозными системами - усилие на тормозные педали в зависимости от назначения автотранспортного средства должно быть в пределах 500….7ОО Н, ход тормозной педали 80…180мм.
7. Отсутствие органомптических явлений (слуховых).
8. Надежность всех элементов тормозных систем, основные элементы (тормозная педаль, главный тормозной цилиндр, тормозной кран и др.) должны иметь гарантированную прочность, не должны выходить из строя на протяжении гарантированного ресурса, должна быть также предусмотрена сигнализация, оповещающая водителя о неисправности тормозной системы.
В соответствии с ГОСТ 22895-95 тормозное управление должно включать следующие тормозные системы:
- рабочую
- запасную
- стояночную
- вспомогательную (тормоз-замедлитель), обязательную для автобусов полной массой свыше 5 т. и грузовых автомобилей массой свыше 12 т., предназначенную для торможения на длительных спусках и поддерживающих скорость 30км/ч на спуске с уклоном 7% протяженностью 6км.
Принудительное замедление может осуществляться различными способами: механическим, гидравлическим, электрическим, внеколесным.
Наиболее широко используется фрикционные тормозные механизмы. На легковых автомобилях большого класса часто используются дисковые тормозные механизмы на передних колесах и барабанные колодочные на задних колесах.
На грузовых автомобилях независимо от их грузоподъемности устанавливаются барабанные колодочные тормозные механизмы. Лишь в последние годы наметилась тенденция использования дисковых механизмов для грузовых автомобилей.
Барабанные ленточные тормозные механизмы в качестве колесных в настоящее время не применяются совсем. В редких случаях их применяют как трансмиссионные для стояночной тормозной системы (МАЗ, БелАЗ-540).
Гидравлические и электрические тормозные механизмы используют как тормозо-замедлители. На ряде автомобилей тормозом-замедлителем является двигатель, впускной коллектор перекрывается стальной заслонкой.
Механический привод, состоящий из тяг и рычагов, применяют в основном в тормозных системах с ручным управлением (вспомогательная тормозная система – “стояночный - тормоз’’).
В данном приводе для включения тормозного механизма используется мускульная энергия водителя. Простота конструкции и неизменная во времени жесткость механического привода делают его наиболее применяемым для стояночной тормозной системы.
Гидравлический привод применяется в рабочей тормозной системе легковых автомобилей и грузовых малой и средней грузоподъемности. В данном приводе усилие оси педали к тормозным механизмам передается жидкостью. Для включения тормозов используется мускульная энергия водителя. Для обеспечения водителю работы по включению тормозов нередко применяют гидравлический привод с вакуумным (ГАЗ-66) или пневматическим усилителем (Урал-4320).
В настоящее время начинают получать распространение гидравлический привод с насосом. В этом случае для включения тормозных механизмов и создания, необходимых для быстрого торможения автомобиля тормозных моментов на колесах используется энергия двигателя приводящего в действие гидравлический насос непосредственно, или через какой-либо агрегат силовой передачи автомобиля.
Пневматический привод широко используется в тормозной системе тягачей, грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности и автобусов. В тормозной системе с пневматическим приводом тормозные механизмы включаются за счет использования энергии сжатого воздуха.
На длиннобазных автомобилях и тягачах большегрузных автопоездов часто используются комбинированный привод гидропневматический. В данном приводе для увеличения тормозных усилий используется энергия сжатого воздуха, а передача их к тормозному механизму осуществляется жидкостью.
Электрический привод необходим на автопоездах, так как при этом достигается наиболее простой способ передачи энергии на большие расстояния при весьма малом времени на срабатывания тормозной системы.
Для оценки конструктивных схем тормозных механизмов служат следующие критерии:
1)Эффективность
Для оценки эффективности тормозного механизма служит коэффициент его эффективности, который представляет собой отношение тормозного момента Мтор, создаваемого механизмом, к моменту от первичной силы:
Кэ = Мтор /(Рп.сrп),
где Мтор – тормозной момент; Pп.с – суммарная приводная сила тормозных колодок; rп – радиус приложения результирующей силы трения (rп = rб – радиус тормозной тормозного барабана в барабанном механизме; rп = rcр – средний радиус накладки в дисковом механизме).
Эффективность тормозных механизмов необходимо оценивать при движении автомобиля как вперед, так и назад.
В барабанном тормозном механизме коэффициент эффективности рассчитывается не только для механизма в целом, но и отдельно для каждой тормозной колодки:
где Мтор1 и Мтор2 – тормозные моменты, создаваемые колодками; P1 и Р2 – приводные силы колодок.
2)Стабильность
Стабильностью называется сохранение эффективности работы тормозного механизма при уменьшении коэффициента трения. Стабильность представляет собой зависимость коэффициента эффективности от коэффициента трения и может быть выражена графиком статической характеристики тормозного механизма. Лучшую стабильность имеют тормозные механизмы с линейной статической характеристикой.
От стабильности зависит достижение равных тормозных сил не только на колесах одного моста, но также и на правых и левых колесах автомобиля, что определяет безопасность при торможении.
3)Уравновешенность
Уравновешенным является тормозной механизм, в котором при торможении силы трения не создают дополнительную нагрузку на подшипники колес и другие детали. Неуравновешенным считается тормозной механизм, работа которого приводит к нагружению подшипников колес автомобиля.
4)Реверсивность
Реверсивностью называется равная эффективность тормозного механизма при движении автомобиля вперед и назад. Реверсивность тормозного механизма определяет независимость величины создаваемого им тормозного момента от направления движения автомобиля.
До настоящего времени считалось, что барабанные тормозные механизмы наиболее удовлетворяют требованиям безопасности движения, но в связи с возросшими скоростями движения автомобиля, повышаются и требования безопасности движения, во многом зависящих от тормозных качеств автомобиля.
Сравнительные стендовые испытания различных вариантов конструкций закрытых дисковых и барабанных тормозных механизмов для автомобилей выявили, что наилучшими показателями по стабильности выходных параметров, теплонапряженности и массе обладает дисковый тормоз с двумя поверхностями трения, пневматическим приводом и усилителем.
По конструктивному исполнению дисковые тормозные механизмы делят на открытые и закрытые, однодисковые и многодисковые.
В зависимости от конструкции диска различают тормозные механизмы со сплошным и вентилируемым, металлическим и биметаллическим дисками.
Сплошной диск – самый простой – применяется в случаях, если возможно активное охлаждение дискового тормоза. Вентилируемый диск выполнен в виде крыльчатки-турбины. В автомобилях применяются в основном однодисковые тормозные механизмы с вентилируемым диском и креплением по внутреннему диаметру.
В зависимости от способа крепления скобы различают дисковые тормозные механизмы с фиксированной и плавающей скобой. Тормозной механизм с плавающей скобой имеет лишь один колесный цилиндр. Его колодка нагревается меньше, чем в механизме с фиксированной скобой, но имеет существенный недостаток – при деформации, коррозии направляющих возникает одностороннее изнашивание накладок и диска. Эффективность торможения снижается, появляется вибрация скобы и тормозной колодки. А дисковым тормозом с фиксированной скобой обеспечивается большое приводное усилие и повышенная жесткость механизма.
Тормозные диски изготовляются из чугуна. В однодисковых механизмах сплошные диски имеют толщину 8…13 мм, вентилируемые 16…25 мм. Биметаллический тормозной диск может выполняться с алюминиевым или медным основанием. Фрикционный слой выполняется из серого чугуна.
Дисковые тормозные механизмы имеют следующие преимущества по сравнению с барабанными тормозами:
- меньшие зазоры между дисками и колодками в незаторможенном состоянии (0,005…0,1 мм) и ход колодки, что позволяет повысить быстродействие и передаточное число тормозного привода;
- меньшую массу и габариты:
- более равномерное изнашивание фрикционных материалов, так как распределяется равномерно давление по поверхности пары трения диск – колодка:
- больший тормозной момент, развиваемый за счет уравновешивания сил, действующих со стороны колодок на диск;
- возможность обеспечения эффективного теплоотвода от трущихся элементов;
- большую стабильность развиваемого тормозного момента;
- больший коэффициент тормозной эффективности;
К недостаткам дисковых тормозных механизмов относятся:
- трудность обеспечения герметизации (незащищенный диск может подвергаться абразивным воздействиям, окислению и коррозии, способствующим быстрому изнашиванию тормозных накладок);
- повышенная интенсивность изнашивания фрикционных накладок;
- недостаточная защищенность от грязи;
Проведенные дорожно-лабораторные испытания барабанных и дисковых тормозов Харьковским АДИ показали, что в случае нагрева тормозных деталей до 300С и V = 40 км/ч тормозной путь увеличивается при торможении дисковыми тормозами на 7%, а барабанными на 25%. Если нормальная скорость та же, но объемная температура достигнет 500С, тормозной путь увеличится на 21% и 55% соответственно.
Проведя сравнение и краткий анализ вышеперечисленных тормозных механизмов подведем итог. В результате сравнения мы выяснили, что наилучшими показателями обладает дисковый тормозной механизм. Он обладает большими достоинствами, чем барабанный.
Конструктивные решения улучшающие охлаждение и снижающие термонагруженность дискового механизма
Таблица№ .
| 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.
Устройство тормозной системы
Вакуумный усилитель
Резиновая диафрагма 10 (рис. 1) вместе с корпусом 21 клапана делят полость вакуумного усилителя на два камеры: вакуумную А и атмосферную В. Камера А соединяется с впускной трубой двигателя.
Корпус 21 клапана пластмассовый. На выходе из крышки он уплотняется гофрированным защитным чехлом 13. В корпусе клапана размещён шток 1 привода главного цилиндра с опорной втулкой, буфер 20 штока, поршень 12 корпуса клапана, клапан 18 в сборе, возвратные пружины 16 и 17 толкателя и клапана, воздушный фильтр 14, толкатель 15.
При нажатии на педаль перемещается толкатель 15, поршень 12, а в след за ними и клапан 18 до упора в седло корпуса клапана. При этом камеры А и В разобщаются. При дальнейшем перемещении поршня его седло отходит от клапана и через образовавшийся зазор камера В соединяется с атмосферой. Воздух, поступивший через фильтр 14 в зазор между поршнем и клапаном и канал D, создаёт давление на диафрагму 10. За счёт разности давления в камерах А и В корпус клапана перемещается вместе со штоком 1, который действует на поршень главного цилиндра.
При отпущенной педали клапан отходит от своего корпуса и через образовавшийся зазор и канал С камеры А и В сообщаются между собой.
Рис. 1. Вакуумный усилитель: 1 – шток; 2 – уплотнительное кольцо фланца главного цилиндра; 3 – чашка корпуса усилителя; 4 – регулировочный болт; 5 – уплотнитель штока; 6 – возвратная пружина диафрагмы; 7 – шпилька усилителя; 8 – уплотнительный чехол; 9 – корпус усилителя; 10 – диафрагма; 11 – крышка корпуса усилителя; 12 – поршень; 13 – защитный чехол корпуса усилителя; 14 – воздушный фильтр; 15 – толкатель; 16 – возвратная пружина толкателя; 17 – пружина клапана; 18 – клапан; 19 – втулка корпуса клапана; 20 – буфер штока; 21 – корпус клапана; А – вакуумная камера; В – атмосферная камера; С,
D
– каналы.
Регулятор давления
Регулятор давления служит для регулирования давления в гидроприводе тормозных механизмов задних колёс в зависимости от нагрузки на заднюю ось автомобиля. Он включён в оба контура тормозной системы и через него тормозная жидкость поступает к обоим задним тормозным механизмам.
Регулятор давления крепится к кронштейну двумя болтами. При этом передний болт одновременно крепит вильчатый кронштейн рычага привода регулятора давления. На пальце этого кронштейна шарнирно штифтом крепится двуплечий рычаг. Его верхнее плечо связано с упругим рычагом, другой конец которого через серьгу шарнирно соединяется с кронштейном рычага задней подвески.
Кронштейн 3 вместе с рычагом 5 за счет овальных отверстий под болт крепления можно перемещать относительно регулятора движения. Этим регулируется усилие, с которым рычаг 5 действует на поршень регулятора.
При увеличении нагрузки автомобиля упругий рычаг 10 (см. рис. 2.) нагружается больше и усилие от рычага 5 на поршень увеличивается, то есть момент касания головки поршня и уплотнителя достигается при большом давлении в главном тормозном цилиндре. Таким образом, эффективность главных тормозов с увеличением нагрузки увеличивается.
Рис. 2. Привод регулятора давления: 1 – регулятор давления; 2, 16 – болты крепления регулятора давления; 3 – кронштейн рычага привода регулятора давления; 4 – штифт; 5 – рычаг привода регулятора давления; 6 – ось рычага привода регулятора давления; 7 – пружина рычага; 8 – кронштейн кузова; 9 – кронштейн крепления регулятора давления; 10 – упругий рычаг привода регулятора давления; 11 – серьга; 12 – скоба серьги; 13 – шайба; 14 – стопорное кольцо; 15 – палец кронштейна; А, В, С – отверстия.
Главный тормозной цилиндр
Главный цилиндр с последовательным расположением поршней (рис. 3.). На корпусе главного цилиндра крепится бачок 13, в заливной горловине которого установлен датчик 14 аварийного уровня тормозной жидкости. Уплотнительные кольца 5 высокого давления и кольца заднего колесного цилиндра взаимозаменяемы.
Рис. 3. Главный цилиндр с бачком: 1 – корпус главного цилиндра; 2 – уплотнительное кольцо низкого давления; 3 – поршень привода контура "левый передний-правый задний тормоза"; 4 – распорное кольцо; 5 – уплотнительное кольцо высокого давления; 6 – прижимная пружина уплотнительного кольца; 7 – тарелка пружины; 8 – возвратная пружина поршня; 9 – шайба; 10 – стопорный винт; 11 - поршень привода контура "правый передний-левый задний тормоза"; 12 – соединительная втулка; 13 – бачок; 14 – датчик аварийного уровня тормозной жидкости.
При отказе контура тормозов "правый передний – левый задний тормоза" уплотнительные кольца, втулка под давлением жидкости сместятся в сторону пробки до упора тарелки в седло. Давление в заднем тормозе будет регулироваться частью регулятора, которая включает в себя поршень с уплотнителем и втулкой. Работа этой части регулятора, при отказе названного контура, аналогична работе при исправной системе. Характер изменения давления на выходе регулятора такой же, как при исправной системе.
Дисковый тормоз
Рис. 4.Дисковый тормоз: 1 – тормозной диск; 2 – направляющая колодок; 3 – суппорт; 4 – тормозные колодки; 5 – цилиндр; 6 – поршень; 7 – уплотнительное кольцо; 8 – защитный чехол направляющего пальца; 9 – направляющий палец; 10 – защитный кожух.
Дисковый тормоз, с автоматической регулировкой зазора между колодками и диском, с плавающей скобой. Скоба образуется суппортом 3 (рис. 4.) и колесным цилиндром 5, которые стянуты болтами. Подвижная скоба крепится болтами к пальцам 9,которые установлены в отверстиях направляющих колодок. В эти отверстия закладывается смазка, между пальцами и направляющей колодок установлены резиновые чехлы 8. К пазам направляющей поджаты пружинами тормозные колодки 4.
В полости цилиндра 5 установлен поршень 6 с уплотнительным кольцом 7. За счет упругости этого кольца поддерживается оптимальный зазор между колодками и диском.
Барабанный тормоз
Рис. 5.Барабанный тормоз: 1 – гайка крепления ступицы; 2 – ступица колеса; 3 – нижняя стяжная пружина колодок; 4 – тормозная колодка; 5 – направляющая пружина; 6 – колёсный цилиндр; 7 – нижняя стяжная пружина; 8 – разжимная планка; 9 – палец рычага привода стояночного тормоза; 10 – рычаг привода стояночного тормоза; 11 – щит тормозного механизма.
поршне 4 между буртиком упорного винта 10 и двумя сухарями 8 с зазором 1,25-1,65 мм.
Упорные кольца 9 вставлены в цилиндр с натягом, обеспечивающим усилие сдвига кольца по зеркалу не менее 343 Н (35 кгс). Что превышает усилие на поршне от стяжных пружин 3 и 7 (см. рис. 5.) тормозных колодок.
Когда из-за износа накладок зазор 1,25 – 1, 65 мм полностью выбирается, буртик на упорном винте 10 (см. рис. 6.) прижимается к буртику
Рис. 6. Колёсный цилиндр: 1 – упор колодки; 2 – защитный колпачок; 3 – корпус цилиндра; 4 – поршень; 5 – уплотнитель; 6 – опорная тарелка; 7 – пружина; 8 – сухари; 9 – упорное кольцо; 10 – упорный винт; 11 – штуцер; А – прорезь на упорном кольце.
кольца 9, вследствие чего упорное кольцо сдвигается вслед за поршнем на величину износа. С прекращением торможения поршни усилием стяжных пружин сдвигаются до упора сухарей в буртик упорного кольца. Таким образом, автоматически поддерживается оптимальный зазор между колодками и барабаном.
Датчик аварийного уровня тормозной жидкости
Датчик аварийного уровня тормозной жидкости механического типа. Корпус 2 (рис. 7.) датчика с уплотнителем 4 поджимается к основанию 3 зажимным кольцом 5, которое навертывается на горловину бачка. Одновременно к торцу горловины поджимается фланец отражателя 6. В этом положении зажимное кольцо удерживается двумя фиксаторами, выполненными на основании 3.
Рис. 7. Датчик аварийного уровня тормозной жидкости: 1 – защитный колпачок; 2 – корпус датчика; 3 – основание датчика; 4 – уплотнительное кольцо; 5 – зажимное кольцо; 6 – отражатель; 7 – толкатель; 8 – втулка; 9 – поплавок; 10 – неподвижные контакты; 11 – подвижный контакт.
Через отверстие основания проходит толкатель 7, соединенный с поплавком 9 при помощи втулки 8. На толкателе расположен подвижный контакт 11, а корпусе датчика – неподвижные контакты 10. Полость контактов герметизируется защитным колпачком 1.
При понижении уровня тормозной жидкости в бачке до предельно допустимого, подвижный контакт опускается на неподвижные контакты и замыкает цепь лампы аварийной сигнализации на щитке приборов.
Улучшение тормозных качеств колесных машин (АБС)
Обеспечение устойчивости тормозящего автотранспортного средства (АТС) в любых условиях движения – основная задача совершенствования тормозных систем. По данным исследователей, доля ДТП, причиной которых явилась потеря устойчивости при торможении, достигает 50%.
Устойчивость АТС определяется боковыми реакциями, которые дорога “прикладывает” к его колесам. Если боковые силы, возникающие, например, от центробежного эффекта при повороте, от поперечного уклона дороги, ветра и т. п., меньше предельной боковой реакции, то колесо будит двигаться по заданной траектории, незначительно отклоняясь от нее только за счет бокового увода. Если же этот предел превышен, начинается боковое скольжение и колесо теряет устойчивость. Таким образом, устойчивость будит наблюдаться при условии:
R = (Rx + Ry) < maxRz ,
где R – суммарная реакция дороги; Rx – продольная реакция дороги – тормозная сила колеса; Ry – боковая реакция дороги, препятствующая боковому скольжению колеса; Rz – нормальная реакция дороги; – коэффициент сцепления. Чем больше Rx, т. е. чем сильнее тормозится колесо, тем меньше его устойчивость, а следовательно, и устойчивость самого АТС.
Мощность современных тормозов такова, что даже на самой хорошей дороге водитель может заблокировать колеса АТС. При этом возможны следующие случаи: потеря траектории устойчивости в случае блокирования передних колес (колеса теряют возможность передавать на АТС боковые реакции, и, следовательно, он не может поворачивать и движется только прямо, несмотря на поворот рулевого колеса водителем); потеря курсовой устойчивости в случае блокирования задних колес (невозможность реализации достаточных боковых реакций приводит к заносу задней оси).
Существует мнение, что опытный водитель, оттормаживая и поправляя траекторию рулем, может погасить занос задней оси. Опыты показывают, что это справедливо только для начальной стадии заноса. Если АТС успело отклониться от прямолинейного направления на угол 20 , занос уже не может быть прекращен даже полным растормаживанием и энергичным маневром с помощью рулевого управления.
Наиболее эффективный способ повышения устойчивости АТС при торможении – автоматическое регулирование его тормозных сил с помощью специальных приборов тормозного привода – регуляторов тормозных сил и сложных антиблокировочных систем (АБС).
Многие колесные машины отечественного производства по эффективности работы тормозной системы не соответствуют мировым стандартам. К ним можно отнести грузовые и легковые автомобили, зерноуборочные комбайны и колесные трактора. Основная причина – отсутствие простых и эффективных систем, позволяющих не допустить блокирование заторможенных колес или в начале блокирования колеса разблокировать его, так как оно служит причиной заноса, скольжения, опрокидывания АТС и, в конечном итоге, возникновения ДТП. Отсутствие на колесных машинах автоматических АБС не только снижает эффективность их торможения, но и влияет на их боковую и курсовую устойчивость, производительность, расход топлива и управляемость.
Риск блокирования колес (при отсутствии автоматических АБС) сводиться к минимуму, если; отсутствует уклон дороги; давление в шинах поддерживаются согласно нормам завода-изготовителя; износ рисунка протектора и коэффициент сцепления идентичны по всем колесам; соблюдается точные зазоры между колодкой и дисковым тормозом или тормозным барабаном; отсутствие биение дисков или барабанов о тормозные колодки и др. Следовательно, при торможении АТС с колесной формулой 4Х2 в идеальных условиях должно соблюдаться равенство:
Pл = Pп = Pвл = Pвп,
где Pл, Pп, Pвл и Pвп – сила прижатия тормозных колодок к тормозному диску или барабану соответственно на направляющих и ведущих левом и правом колесах.
Назначение АБС – независимо от условий торможения обеспечивать такое относительное движение колес, при котором создается оптимальное сочетание устойчивости и эффективности. Их разработкой и внедрением заняты практически все крупные автомобильные фирмы. Как правило, это электронные системы с мощным компьютером. Поэтому их устанавливают в основном на современных дорогостоящих легковых автомобилях. Что касается грузовой техники, то даже на импортных машинах АБС – явление довольно редкое.
В общем случае сила Рбл прижатия колодок к тормозному диску или барабану блокированного колеса равна силам прижатия колодок к тормозному диску или барабану на остальных неблокированных колесах. Для того чтобы колесо разблокировалось, нужно на блокированном колесе уменьшить силу прижатия тормозных колодок к тормозному диску или барабану на такую величину Р, при которой колодки снизили бы свое давление на тормозной диск или барабан, а тормозная сила на этом колесе стала меньше возможной по условию сцепления шины с поверхностью дороги:
Pp = Pбл – P,
где Рр – сила прижатия колодок к тормозному диску или барабану разблокированного колеса. Уменьшить Рбл можно путем снижения давления тормозной жидкости в рабочем тормозном цилиндре.
АБС для колесных машин с гидравлическим приводом тормозов (рис. ).
состоит из обрезиненного ролика, генератора, электромагнитного клапана и
крепится на рессоре с помощью шарнира. Для того чтобы ролик совершал вращение без проскальзывания, предусмотрена пружина. При движении АТС вращающееся колесо приводит в действие обрезиненный ролик и связанный с ним генератор, который подает ток в катушку соленоида.
АБС работает следующим образом (рис. ). При торможении без блокирования колеса тормозная жидкость поступает, как и обычно, в тормозной цилиндр колеса через трубопровод 7. При этом отверстие в сердечнике 6 соленоида расположено таким образом, что предотвращает прохождение тормозной жидкости в расширительную камеру (корпус цилиндра 15), так как на электромагнитный клапан 8 подается напряжение, связанное с вращением колеса. Обратный шариковый клапан 16 также закрывает путь тормозной жидкости.
Когда колесо заблокировано, то с генератора на соленоид напряжение не подается, и под действием пружины 10 сердечник соленоида занимает место, при котором отверстие в нем располагается, как показано на рис. , давая возможность жидкости пройти к корпусу цилиндра. В связи с тем, что для тормозной жидкости открывается дополнительный объем в корпусе цилиндра, давление в тормозном цилиндре начинает падать. Под действием стяжной пружины 3 тормозная жидкость выходит из тормозного цилиндра, снижая давление тормозных колодок на тормозной барабан, что позволяет разблокировать колесо. Избыток тормозной жидкости собирается в расширительной камере, преодолевая усилие пружины 14. Как только колесо начинает вращаться, на соленоид подается напряжение и клапан 8 перекрывает путь тормозной жидкости в расширительную камеру, тем самым повышая давление тормозной жидкости в тормозном цилиндре.
Избыток тормозной жидкости собирается в расширительной камере, преодолевая усилие пружины 14. Как только колесо начинает вращаться, на соленоид подается напряжение и клапан 8 перекрывает путь тормозной жидкости в расширительную камеру, тем самым повышая давление тормозной жидкости в тормозном цилиндре. Давление тормозных колодок на барабан также увеличивается. Если колесо снова окажется заблокированным, то указанный цикл повториться. Достаточно быстрое повторение циклов позволяет получить максимально возможное тормозное усилие в зоне контакта колеса с дорогой без блокирования колеса.
Если процесс торможения заканчивается, давление жидкости в тормозной системе снижается. Тогда под действием пружины 14 поршень 13 с резиновой манжетой 12 начинает выталкивать тормозную жидкость обратно в систему. При этом она будет выходить из расширительной камеры двумя путями: через отверстие 18 в сердечнике соленоида и обратный шариковый клапан 16, преодолевая усилие пружины 17. Это позволяет быстро освободить место в расширительной камере для тормозной жидкости при новом процессе торможения.
Объем Vmax вытесняемой тормозной жидкости в одном рабочем цилиндре:
Vmax = пRпНп,
где Rп – радиус рабочего тормозного цилиндра передних колес; Hп – максимальный ход поршня. Общий объем двух цилиндров V0max = 2Vmax.
Для разблокирования переднего колеса необходимо в определенный момент времени снизить давление в обоих рабочих цилиндрах переднего колеса путем уменьшения объема тормозной жидкости в них. Этот “лишний” объем тормозной жидкости уходит в расширительную камеру, размеры которой будут зависеть от объема самой жидкости и числа циклов пц блокирования-разблокирования колеса за одно торможение. Объем расширительной камеры Vрк определяется выражением:
Vрк = V0maxnц = пrпркНрк,
где rпрк и Нрк – радиус и ход поршня расширительной камеры. Радиус поршня расширительной камеры находиться по формуле:
rпрк = (2RпНпnц/Hрк).
В расчетах используется величина V0max для того, чтобы объем расширительной камеры был максимальным и обеспечивал работу АБС даже на поверхностях с минимальным коэффициентом сцепления (лед, снежная дорога и др.) При других, более высоких коэффициентах сцепления рассчитанный объем расширительной камер будет более чем достаточный.
Для нормальной работы АБС необходимо знать соотношение усилий, которые связаны с давлением тормозной жидкости и жесткостью пружин, имеющихся в колесе и предлагаемом устройстве.
Конструкционно АБС могут иметь различные варианты. Так, например, генератор, падающий напряжение от вращающегося колеса, может быть выполнен заодно с осью колеса и др. Даная АБС может использоваться и для дисковых тормозов.
Расчет тормозной системы
При расчете тормозных систем определяют:
- удельные давления для фрикционных накладок тормозных колодок;
- работу трения при торможении;
- нагрев тормозного барабана или тормозного диска;
- расчет дисковых тормозных механизмов;
- нагрузки и параметры гидравлического тормозного привода без усилителя и с усилителем;
Удельные давления для накладок. Удельные давления для накладок тормозных колодок рассчитывают по величине нормальных реакций, действующих на накладки со стороны тормозного диска.
Удельное давление для первичной колодки
для вторичной колодки
где N1 и N2 – нормальные реакции для первичной и вторичной колодок;
Удельные давления не должны превышать 100…200 Н/см для первичной колодки и 50…70 Н/см для вторичной колодки.
Тормозные накладки должны иметь коэффициент трения = 0,3…0,35, мало зависящие от скорости скольжения, нагрева и попадания воды. Они также должны быть жесткими, прочными, износостойкими и сохранять физические свойства при нагреве до 400 С без выкрашивания, 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 также безасбестовые тормозные накладки, которые экологичны, так как при их работе не образуется вредной асбестовой пыли. 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 qуд зависит от начальной скорости торможения, при которой вся кинетическая энергия автомобиля поглощается работой трения в тормозных механизмах:
где А = mav
/2 – кинетическая энергия автомобиля массой ma при максимальной скорости V
начала торможения; Fнак – суммарная площадь поверхности накладок тормозных механизмов всех колес автомобиля.
Средние значения удельной работы трения составляют 1…2 кДж/см для легковых автомобилей (большие значения для дисковых тормозных механизмов) и 0,6…0,8 кДж/см для грузовых автомобилей и автобусов.
От удельной работы трения зависит также нагрев деталей тормозного механизма (барабана, диска, накладок). Поэтому для уменьшения удельной работы необходимо увеличить площадь тормозных накладок и соответственно ширину и диаметр тормозных дисков. В результате увеличения поверхностей охлаждения возрастает и эффективность торможения.
Нагрев барабана или диска. При торможении выделяется теплота, которая нагревает тормозной диск и накладки. И чем выше температура накладки при торможении, тем больше ее изнашивание.
Нагрев tб тормозного барабана (или диска) за одно торможение определяется по следующей формуле:
где mк – масса автомобиля, приходящаяся на тормозящее колесо; mб – масса тормозного барабана; с = 500 Дж/(кгК) – 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. Поэтому принято считать, что рассеивание теплоты в окружающую среду незначительно.
В случае затяжного неинтенсивного 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 vmax. При v
= 30 км/ч температура нагрева не должна превышать 15 С, а при максимальной скорости она должна быть в пределах 40…60 С.
Расчет дисковых тормозных механизмов. Тормозной момент на дисковом тормозе определяется:
где - коэффициент трения тормозных накладок по диску; N – суммарная сила давления накладок на диск; rср – средний радиус приложения сил трения; Z – число поверхностей трения.
При расчетном коэффициенте трения = 0,35 и Z = 2, коэффициент эффективности Кэ = 0,35. Из этого можно заключить, что дисковый тормозной механизм обладает небольшой эффективностью по сравнению с другими тормозными механизмами. Основным преимуществом дискового тормозного механизма является его хорошая стабильность, что отражено в статической характеристике, которая имеет линейный характер (рис. 10,б).
В настоящее время стабильности отдается предпочтение перед эффективностью, так как необходимый тормозной момент можно получить увеличением приводных сил в результате применения рабочих цилиндров большего диаметра. Сила давления накладок на диск (см. рис. 10,а)
где q – удельное давление на тормозную накладку; Fтр – площадь фактического соприкосновения секторов тормозных накладок с диском; р – давление жидкости в системе; dцi – диаметр тормозного цилиндра скобы.
Средний радиус трения rср в зависимости от наружного rн и внутреннего rвн радиусов при равномерном распределении удельного давления по ширине накладки может быть найден без существенных погрешностей по формуле rср = (rн – rвн)/2.
Формулы справедливы при узкой рабочей части накладок, так как при значительной ширине накладок вследствие значительной разницы относительных скоростей скольжения в точках с разным радиусом может наблюдаться неравномерный износ накладок. Тормозной момент дискового тормоза зависит от положения центра давления фрикционных накладок и, в частности, от его перемещения из-за износа накладок. Влияние изменения положения центра давления при износе на тормозной момент невелико(1-1,5%) и может не учитываться при расчетах.
Положение скобы (верхнее или нижнее) относительно центра колеса влияет на вертикальные и горизонтальные нагрузки на подшипники колеса при торможении (рис. 10, б и в). Нагрузки
Из уравнений (1) и (2) видно, что при торможении вертикальные и горизонтальные нагрузки на подшипники могут так возрастать, так и уменьшаться. Очевидно, применение двух диаметрально расположенных скоб сведет влияние тормозной силы к нулю и подшипники можно рассчитывать только на воздействие вертикальной нагрузки RG и тормозной силы Pт.
Тормоз закрытого типа в большинстве случаев многодисковый с воздушным охлаждением оребренного корпуса или с применением специальной водяной рубашки охлаждения. Многодисковые тормозные механизмы выполняются без серводействия и с серводействием за счет клинового или шарикового разжимных устройств. Шарики или клин перемещаются по наклонным плоскостям дисков, раздвигая их и заставляя прижиматься накладками к корпусу. Вследствие этого происходит усиление торможения (серводействие). Тормоз хорошо защищен от попадания воды и грязи и может быть легко герметизирован.
Дисковый тормоз с полным охватом и с вращающимся оребренным корпусом является лучшим в тепловом отношении, так как его поверхность теплоотдачи значительно больше, чем у дисковых со скобой, у которых вращающий диск обязательно должен быть гладким.
Тормоз с вращающимся корпусом 2 (см. рис. 11) имеет две пары трущихся поверхностей и несколько шариков в лунках. Диск 1 имеет упор. Пусть силы, сжимающие поверхности трения, равны R1 и R2. Тогда соответствующие моменты трения будут rсрR1 и rсрR2 (здесь rср средний радиус поверхностей трения). Оба момента передаются на корпус через упор, поэтому реакция упора
где r – расстояние до упора от оси тормоза.
Условия равновесия диска 2:
где rц, rш – расстояния от оси вращения до осей соответственно рабочего цилиндра 3 и оси шарика 7.
Отсюда суммарная сила давления накладок на диск
Условия равновесия диска 1:
где - коэффициент трения между выступами диска и корпуса.
Подставляя в уравнение (6) вместо Ncosa его значение из (4), получаем
Решая совместно уравнения (3) и (7), а также учитывая, что тормозной момент Мт = (R1 + R2) rср, имеем
Подставив значение R1,в уравнение (5), получим силу P, необходимую для включения тормоза (при одном рабочем цилиндре iц):
Средние удельные давления на поверхностях трения
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 (рис. 12):
где Рр.ц – усилие, создаваемое рабочим цилиндром на тормозных колодках; dр.ц. – диаметр рабочего тормозного цилиндра. Допускаемое давление в гидроприводе [рж] = 6…8 МПа.
Усилие на тормозной педали
где dг.ц. – диаметр главного тормозного цилиндра; a
,
b – см. на рис 12.
Допускаемое усилие на тормозной педали [Рпед] = 200…300 Н. Ход тормозной педали гидропривода зависит от количества тормозных механизмов и передаточного числа привода. Для двухосного автомобиля ход тормозной педали
где dр.ц1 и dр.ц2 – диаметры тормозных цилиндров соответственно передних и задних колес; Sп1,Sп2,S31,S32 – перемещения поршней тормозных цилиндров сил Р1 и Р2; dг.ц – диаметр главного тормозного цилиндра; Sсв – свободный ход тормозной педали.
Гидропривод с вакуумным усилителем применяется в случае, когда условие на тормозной педали составляет более 500Н.
Усилие на штоке главного тормозного цилиндра (рис. 13):
где Qпед – сила на штоке главного тормозного цилиндра от усилия на педали Р; Qус – сила на штоке главного тормозного цилиндра от усилителя.
Используя параметры a
,
b
,
c
,
d
,
e
, приведенные на рис. 13, можно записать:
где po = 0,05 МПа – разрежение под поршнем усилителя; Fп – площадь поршня усилителя.
Техническое обслуживание тормозной системы
Тормозная система оказывает существенное влияние на безопасность движения автомобиля, поэтому состояние тормозной системы и исправность ее механизмов необходимо уделять серьезное внимание. Для поддержания тормозной системы в работоспособном состоянии и предотвращения возможных неисправностей необходимо проводить ее техническое обслуживание. Основными операциями по уходу за тормозной системой является:
- проверка отсутствия подтекания тормозной жидкости, действия тормозов при движении, плотности всех соединений трубопроводов и уплотнений тормозных цилиндров;
- проверка уровня жидкости в тормозном бачке, доливка ее в систему;
- удаление воздуха из тормозного привода;
- подтягивание соединений и креплений;
- поддерживание в чистоте тормозных колодок, барабанов и дисков.
От правильного и своевременного технического обслуживания тормозной системы существенно зависят безопасность движения автомобиля и его сохранность.
Ежедневно перед выездом необходимо проверить отсутствие течи жидкости через неплотности в тормозной системе и действие тормозов на ходу. Даже малейшее нарушение герметичности системы недопустимо, так как может привести к тяжелым последствиям при резком торможении. Полное торможение должно происходить после однократного нажатия на тормозную педаль примерно на половину ее хода; при этом водитель должен ощущать значительное сопротивление к концу хода педали. Если сопротивление и торможение наступают при ходе педали на большую величину, то это свидетельствует об увеличении зазоров в тормозных механизмах. Если же сопротивление педали слабое, она пружинит и легко отжимается до пола, а полного торможения не происходит, это означает, что в систему проник воздух. В этом случае надо немедленно определить и устранить причины попадания в систему воздуха, поскольку даже малейшее нарушение герметичности может привести к опасным последствиям при необходимости резкого торможения.
Растормаживание должно осуществляться быстро и полностью, что определяется хорошим накатом автомобиля после прекращения воздействия на тормозную педаль.
При техническом обслуживании деталей и узлов тормозной системы не допускаются применение бензина, керосина и иных органических растворителей, которые разрушают резину, а также использование твердых острых инструментов. Необходимо пользоваться деревянным брусочком и чистой тканью, смоченной в спирте или тормозной жидкости.
На автомобилях с установленной АБС тормозов схема безопасности в электронном блоке управления обеспечивает отключение этой системы при ее отказе (например, обрыв провода) или при снижении напряжения питания (ниже 10,5 В), что индицируется загоранием контрольной лампы АБС на приборной доске.
В этом случае следует:
- остановить автомобиль, выключить двигатель и запустить его опять;
- проверить напряжение аккумулятора, и если оно меньше 10,5 В, зарядить аккумулятор (если лампа загорается в начале поездки, а затем гаснет, это означает, что напряжение аккумулятора сначала было низким, а затем повысилось за счет зарядки от генератора);
- поднять автомобиль, снять колеса, проверить целостность электропроводки датчиков частоты вращения (отсутствие потертостей);
- дальнейшую проверку АБС рекомендуется проводить на станции технического обслуживания автомобилей.
Эксплуатация тормозной системы включает в себя постоянный контроль и ТО в процессе эксплуатации автомобиля.
1. При КО, при выезде из парка: проверить давление в тормозной системе по манометру в кабине. Осмотреть шланги тормозной системы и не допускать их перекручивания и контактов с острыми кромками других деталей, по слуху и манометру определять, нет ли утечки воздуха из системы. Проверить загрязненность тормозных механизмов и защитных кожухов передних колес. Проверить работоспособность сигналов торможения.
2. При ЕТО: очищать от грязи элементы тормозной системы. Сливать конденсат из ресиверов и влагомаслоотделителя.
3. При ТО – 1: смазать втулки рычага сжатия и разжатия колодок, смазать регулировочные рычаги тормозных механизмов через пресс-масленки. Отрегулировать ход штоков тормозных камер.
4. При ТО – 2: проверить работоспособность пневматического привода тормозов по клапанам контрольных выводов. Внешним осмотром проверить шплинтовку пальцев штоков тормозных камер. Отрегулировать положение тормозной педали относительно пола кабины, обеспечив полный ход рычага тормозного крана. Проверить состояние тормозных барабанов (кожухов, диска и накладок). Проверить расстояние между поверхностями тормозных накладок и заклепок. Если оно меньше 0.5 мм – сменить тормозные накладки.
Ежедневное обслуживание - проверка давления воздуха и герметичность пневматической системы путем проверки эффективности ее работы пробным торможениями на ходу, а также ход рычага стояночной тормозной системы и способность ее удерживать автомобиль на уклоне, состояние шлангов пневматического привода, работы и одновременности действия тормозов, слив конденсата из воздушных баллонов, проверка уровня тормозной жидкости в бачке гидропривода тормозов (при необходимости долить жидкость, определить и устранить причину падения ее уровня).
После первых 2000 км пробега, а затем через каждые 10000…15000 км надо проверять: герметичность системы, состояние трубопроводов, шлангов и соединений; эффективность работы тормозных механизмов колес; состояние колодок тормозных механизмов; регулировку стояночного тормоза.
После первых 2000 км пробега, а затем через каждые 30000 км следует проверять: свободный ход тормозной педали, крепление всех деталей и узлов, работоспособность регулятора давления задних тормозов, состояние тросового привода ручного тормоза (целостность резиновых защитных чехлов, обрывы проволочек троса).
Заменять тормозную жидкость в гидроприводе рабочей тормозной системы рекомендуется через каждые 75000 км пробега на автомобилях ВАЗ, через каждые 60000 км пробега или 4 года эксплуатации (при меньшем пробеге) – на автомобиле ЗАЗ-1102, через 30000 км пробега или 2 года эксплуатации - на остальных автомобилях.
Гибкие шланги независимо от их состояния надо заменить новыми после 125000 км пробега или после 5 лет эксплуатации автомобиля.
Замена тормозной жидкости в гидроприводе тормозов производится в следующем порядке:
-установить автомобиль на смотровую яму или эстокаду;
-снять защитные колпачки с клапанов выпуска воздуха из колесных тормозных цилиндров, надеть на клапаны резиновые шланги, вторые концы которых опустить в прозрачные сосуды;
-отвернуть клапаны на 1/2-3/4 оборота, а помощнику резко нажимать на тормозную педаль и плавно отпустить ее. По мере прекращения истечения жидкости последовательно завернуть все клапаны. Жидкость из сосудов слить, залить свежую тормозную жидкость в бачок и отвернуть клапаны;
- помощнику резко нажимать на тормозную педаль и плавно отпускать ее, следя за уровнем жидкости в бачке и не допускать «сухого» дна;
- по мере появления жидкости в сосудах последовательно завернуть все клапаны;
- «прокачать» тормозную систему, как описано ранее.
.1). Проверка шплинтовки пальцев штока тормозных камер, величины свободного хода тормозной педали, состояние и действие привода тормозного крана, состояние и действие привода стояночного и моторного тормозов.
2). Проверка крепления тормозного крана, воздушных баллонов, тормозных кранов, опор разжимных кулаков, деталей тормозного привода; снятие ступицы с тормозными барабанами и проверка состояния колодок, барабанов, стяжных пружин, опорных тормозных дисков, фрикционных накладок, регулировка тормозного привода и колесных тормозных механизмов.
Сезонное обслуживание - снятие и передача в агрегатный участок тормозных кранов для проверки и регулировки, отсоединения головки компрессора, очистка поршней, клапанов, седел клапанов, воздушных клапанов, проверка герметичности клапанов и один раз в год воздушных баллонов на герметичность, состояние диафрагм камер, промывка антифризного насоса и влагопоглотителя.
Техника безопасности
Операции по техническому обслуживанию автомобилей нужно выполнять в специально отведенных, оборудованных, огражденных, и обозначенных местах (постах). Рабочие места и посты, в помещениях для ремонта автомобилей должны обеспечиваться безопасными условиями труда для работающих и быть соответствующим образом ограждены. На одного рабочего положено не менее 45 квадратных метра и объемом помещения не менее 15 кубических метров. Ворота рабочих помещений должны открываться наружу, иметь фиксаторы, тепловые завесы, тамбуры. Выезды из производственных помещений выполняются с уклоном 5%. Они не должны иметь порогов, ступенек, выступов.
Производственные помещения должны соответствовать требованиям технической этике. Так же посты должны быть обеспечены предупреждающими знаками.
При проведении всех работ, связанных с уходом за автомобилем и его техническим обслуживанием, надо строго соблюдать необходимые меры безопасности, имея в виду, что автомобиль является средством повышенной пожарной, экологической и функциональной опасности. В помещении мастерской всегда поддерживать порядок, не оставлять замасленных тряпок, способных вызвать самовозгорание, содержать электропроводку в исправном состояние, применять переносные лампы напряжением не более 12 В. В помещениях, где обслуживаются автомобили, не хранить бензин, баллоны с газом, краску и другие легковоспламеняющиеся вещества и предметы, не использовать газовые горелки и паяльные лампы, имеющими открытый факел огня, а также не применять самодельные электроподогревающие устройства и не курить.
При продувке гидропривода тормозной системы автомобиля, а также при заливке тосола, оказывающего отравляющее действие на организм человека, не подсасывать его через шланг ртом, а использовать магистральный сжатый воздух или насос для подкачки шин.
Применяемый при работах инструмент должен содержатся чистом и исправном состояние. При работах выполняемых электроинструментом соблюдать правила техники безопасности.
