Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обзор работ по методам нагрева и определения температуры автомобильных тормозных при испытаниях
1.1. Методы нагрева тормозных механизмов при испытаниях 10
1.2. Способы определения температуры тормозных механизмов при испытаниях 20
1.3. Способы определения эквивалентных режимов нагрева тормозных механизмов 32
Выводы. Цель и задачи диссертации 36
ГЛАВА 2. Разработка метода расчета энергетической нагруженности и эквивалентных режимов нагрева автомобильных тормозных механизмов 39
2.1. Разработка метода расчета нагруженности автомобильных тормозных механизмов 39
2.1.1. Расчетная модель энергетической нагруженности тормозных механизмов при циклических торможениях 45
2.1.2. Расчетная модель энергетической нагруженности тормозных механизмов при непрерывном торможении 53
2.2. Разработка режимов нагрева автомобильных тормозных механизмов с учетом температурной эквивалентности 61
2.2.1. Расчет эквивалентных режимов нагрева тормозных механизмов при циклических торможениях 61
2.2.2. Расчет эквивалентных режимов нагрева тормозных механизмов при непрерывном торможении 64
2.3. Определение энергетической нагруженности автомобильных тормозных механизмов на нормативных режимах нагрева 71
Выводы 77
ГЛАВА 3. Экспериментальное определение режимов работы автомобильных тормозных механизмов и процесса изменения их температуры 79
3.1. Методика измерения температуры тормозных механизмов 80
3.2. Экспериментальное определение температурных характеристик тормозных механизмов при циклических торможениях 83
3.3. Экспериментальное определение температурных характеристик тормозных механизмов при непрерывном торможении на уклоне 93
3.4. Экспериментальное определение температурных характеристик тормозных механизмов при непрерывном торможении путем буксирования 99
3.5. Анализ стабильности процесса торможения на нормативных режимах нагрева тормозных механизмов 103
3.6. Характеристики процесса охлаждения тормозных механизмов 109
3.6.1. Экспериментальное определение оценочного критерия процесса охлаждения 109
3.6.2. Влияние температуры окружающей среды на процесс охлаждения тормозных механизмов 112
3.6.3. Влияние скорости движения на процесс охлаждения тормозных механизмов 114
3.6.4. Влияние конструктивных факторов на процесс охлаждения тормозных механизмов 119
3.7. Сравнение расчетных и экспериментальных данных по энергетической нагруженности тормозных механизмов 132
Выводы 137
ГЛАВА 4. Разработка метода буксирования:, путей повышения эффективности и снижения нагруженности тормозных механизмов и систем автомобилей 140
4.1. Разработка метода буксирования 140
4.2. Дорожный измерительный комплекс 146
4.3. Рекомендации по повышению эффективности и снижению нагруженности тормозных механизмов и систем автомобилей 149
4.3.1. Повышение эффективности, надежности и снижение нагруженности тормозных систем автобуса особо малой вместимости РАФ-2203 150
4.3.2. Повышение эффективности и снижение нагруженности вспомогательной тормозной системы автопоезда КамАЗ-5320+ГКБ-8350 158
4.3.3. Повышение эффективности тормозных систем автомобильных и тракторных прицепов 169
4.3.4. Пути повышения эффективности и снижения нагруженности тормозных систем автобусов 171
4.3.5. Выбор фрикционных пар автомобильных тормозных механизмов 177
4.3.6. Снижение нагруженности и повышение надежности тормозной системы легкового автомобиля ГАЗ-ЗІ02 180
4.4. Технико-экономическая эффективность испытаний автомобильных тормозных механизмов в условиях Центрального автополигона НАМИ 186
Выводы 187
Список литературы 195
Приложения 212
- Способы определения эквивалентных режимов нагрева тормозных механизмов
- Расчетная модель энергетической нагруженности тормозных механизмов при непрерывном торможении
- Экспериментальное определение температурных характеристик тормозных механизмов при непрерывном торможении на уклоне
- Повышение эффективности и снижение нагруженности вспомогательной тормозной системы автопоезда КамАЗ-5320+ГКБ-8350
Введение к работе
ХХУІ съезд КПСС поставил перед отечественной автомобильной промышленностью задачу улучшения качества выпускаемой продукции и повышения ее конкурентоспособности на внешнем рынке [1.1.] .
Решение этой проблемы требует дальнейшего совершенствования конструкций автомобилей [з*6*] и' в четности, их тормозных систем на основе всесторонних исследований, выполняемых с использованием современной научно обоснованной методологии.
Необходимость в исследованиях, направленных на повышение эффективности действия и надежности тормозных систем, обусловлена также увеличением полных масс автомобилей при одновременном возрастании их скоростей движения и плотности транспортных потоков [2.19., 3.7., 3.29., 4.14.] . Поэтому кинетическая энергия, которую необходимо превратить в тепло при торможении, в настоящее время возросла в 2 ... 3 раза, тогда как размеры тормозных механизмов не могут быть соответственно увеличены вследствие все расширяющегося применения автомобильных шин меньшего диаметра. Это повышает вероятность нарушения стабильности работы тормозных механизмов в результате ухудшения фрикционных свойств материалов тормозных накладок с ростом температуры [з.19., 4.70., 8.4.J , что недопустимо при современных повышенных требованиях к активной безопасности автомобилей [з.б., 3.7., 3.29., 3.37., 4.38., 4.57., 5.2.] . В связи с этим определение и оценка снижения эффективности предварительно нагретых тормозных механизмов по сравнению с "холодными" является обязательным этапом тормозных испытаний.
й>,Под термином "автомобиль" и далее везде имеется в виду автотранспортное средство (автобусы, легковые и грузовые автомобили, тягачи, прицепы, полуприцепы и автопоезда;.
Нормативные показатели и режимы нагрева тормозных механизмов
При ИСПЫТаНИЯХ ОПредеЛЯЮТСЯ СООТВеТСТВуЮЩИМИ Правилами Economic Commisson for Europe (Европейской Экономической КОМИССИИ ООН -ЕЭК ООН), Директивами European Economic Community (Европейского
Экономического Сообщества - ЕЭС), Стандартами international Organisation for standardization (Международной организации по стандартизации - ИСО), государственными стандартами различных стран, в том числе отечественными стандартами и руководящими техническими материалами ведущих фирм [3.20., 7.1., 7.9., 7.10.,7.13., 7.17.- 7.24.] .
Однако в силу разнообразия существующих методов нагрева оценка тормозных механизмов по остаточной после нагрева эффективности является приближенной и требует введения в режимы испытаний корректирующих коэффициентов, что трудно выполнить без точного учета тепловых процессов в тормозных механизмах непосредственно на автомобиле.
Исследованием процессов нагрева и охлаждения, а также изучением влияния различных конструктивных факторов на энергетическую нагруженность автомобильных тормозных механизмов, оценкой их эффективности и разработкой методов испытаний успешно занимаются на ЗИЛе, в ЛЕИ, МАМИ, МАДИ, НАМИ, ВНИИАТИ, СибАДИ, ХАДИ и других институтах.
В этой области известны работы М.П.Александрова, И.В.Балабина, Н.А.Бухарина, Д.Т.Гапояна, Б.Б.Генбома, А.Б.Гредескула, Г.С.Гудза, Л.В.З^уревича, Б.В.Гольда, И.В.Крагельокого, Н.Ф.Коренчука, Г.В.Мак-сапетяна, А.Ф.Мащенко, Р.А.Меламуда, Н.Ф.Метлюка, Я.М.Певзнера, Л.М.Пыжевича, В.Г.Розанова, А.С.Федосова, Е.А.Чудакова, А.В.Чичи-
Надзе, H.Dorner, G.Fazekas, Н.Prank, K.Limpert, D.Mackenzie, T.Hewcomb, I.Odier, P.Oppenheimer, R.Parker, D.Rainbolt,
w.steinhiiper и других отечественных и зарубежных ученых. Анализ этих исследований позволяет выделить ряд направлений в изучении
энергетической нагруженности тормозных механизмов автомобиля, а также методов их испытаний, которые требуют дальнейшей разработки. В частности, известные расчетные методы определения температуры автомобильных тормозных механизмов в процессе их нагревания и охлаждения слишком сложны и дают значительную погрешность. Экспериментальные методы требуют наличия специальных дорожных сооружений с точно заданными участками по уклону и протяженности, а также качеством покрытия, которые в настоящее время отсутствуют. Кроме того, пока еще весьма малы по объему и не систематизированы материалы по испытаниям и оценке энергетической нагруженности автомобильных тормозных механизмов на нормативных режимах, заданных действующими стандартами и методиками*; Все это не позволяет однозначно определить реальный диапазон изменения температур тормозных механизмов автомобиля, при котором еще должна обеспечиваться надежная их работа.
Процесс охлаждения тормозных механизмов базовых моделей автомобилей в реальных условиях эксплуатации изучен недостаточно [4.4., 4.9., 4.12., 6.9.J , и не уточнено влияние таких важных факторов, как скорость движения, температура окружающей среды, расположение и условия их работы.
С учетом изложенного, в представленной диссертации сформулированы следующая цель работы и основные задачи.
Цель работы - разработка и внедрение в практику дорожных испытаний методов и средств экспериментально-расчетного определения режимов работы автомобильных тормозных механизмов при их оценке в условиях нормируемой энергетической нагруженности, а также определение путей повышения эффективности и снижения нагруженности тормозных механизмов и систем автомобилей.
Задачи исследования - определить уровень энергетической нагруженности и режимы работы тормозных механизмов базовых мо-
й' В дальнейшем именуемой "нормируемой энергетической нагруженностью"
делей отечественных автомобилей на нормативных режимах предварительного нагрева [7.1., 7.9, 7.I3.J; экспериментально изучить процесс охлаждения тормозных механизмов автомобиля и разработать методику его количественной оценки с учетом различных факторов: скорости воздушного потока, температуры окружающей среды, конструктивных параметров тормозных механизмов и колес [4.37.] ; разработать и внедрить экспериментально-расчетный метод оценки энергетической нагруженности тормозных механизмов и определения эквивалентных режимов их нагрева при испытаниях автомобиля; разработать и внедрить методики дорожных испытаний эффективности тормозных систем (в условиях Центрального автополигона НАМИ) с помощью буксирования исследуемых объектов, а также необходимые технические средства обеспечения испытаний, включая информационно-измерительную систему; на основе разработанных методов экспериментально исследовать пути повышения эффективности торможения и снижения нагруженности тормозных механизмов и систем некоторых отечественных автомобилей.
В соответствии с поставленной целью и задачами на защиту выносятся следующие основные положения диссертации: методика и результаты теоретического и экспериментального исследований энергетической нагруженности и режимов работы автомобильных тормозных механизмов при циклических и непрерывном торможениях, результаты исследования эквивалентных режимов предварительного нагрева и процесса охлаждения тормозных механизмов автомобилей, результаты усовершенствования и внедрения на Центральном автополигоне НАМИ метода буксирования с целью нагрева и оценки эффективности тормозных систем, ряд разработанных методик и необходимых технических средств для обеспечения этих испытаний [7.4. - 7.7., 7.I6.J , а также результаты исследований путей повышения эффективности и снижения нагруженности тормозных механизмов и систем некоторых автомобилей.
В диссертации разработана математическая модель энергетической нагруженности тормозных механизмов на основе учета процесса охлаждения в соответствии с заданными параметрами режимов предварительного нагрева и конструктивными особенностями тормозных механизмов, что позволило произвести оценку уровня нагруженности тормозов автомобиля на нормативных режимах нагрева, заданных стандартами [7.1., 7.9., 7.13., 7.21., 7.22., 7.23.] .
Для оценки нагруженности и интенсивности протекания процесса охлаждения тормозных механизмов предложена следующая система показателей: темп охлаждения, коэффициент вентиляции, удельная нормативная энергетическая нагруженность и конструктивный параметр для оценки интенсивности охлаждения. Исследования, изложенные в настоящей работе, включены в отраслевой стандарт [7.9.] и в методические разработки [7.4.- 7.7., 7.I6.J, которые входят в систему испытаний, созданную в отрасли и применяемую для доводки и приемки новых образцов автомобилей. Разработанные методы были использованы при проведении исследований по повышению эффективности и снижению нагруженности тормозных механизмов и систем автомобилей ГАЗ, КамАЗ, ПАЗ, РАФ, прицепов различных моделей и других объектов, выполненных совместно с автозаводами на Центральном автополигоне НАМИ.
Основные положения работы доложены на Всесоюзных и отраслевых семинарах [2.1., 2.2., 2.20.] , конференциях [2.3., 2.4.J в 1969...1977 гг.
Содержание основных разделов работы изложено в публикациях [з.З., 4.1. - 4.8., 4.36., 4.37,] за I97I...I983 гг.
Способы определения эквивалентных режимов нагрева тормозных механизмов
В данном стандарте так же имеются ограничения, которые состоят в том, что для воспроизведения нагрева рекомендуется только одно значение скорости движения и соответствующая ей длина пути торможения, проходимого испытуемым автомобилем с включенными тормозными механизмами.
Фирма "Roots" (Англия) использует метод буксирования для проведения нагрева тормозных механизмов легкового автомобиля путем циклических подтормаживаний при движении с постоянной скоростью под действием постоянного тягового усилия буксирования (см.табл.1.2.) (В данной таблице Тр - время торможения, а остальные условные обозначения выбираются в соответствии с табл.1.1.).
Такой искусственный режим нагрева тормозных механизмов, сопровождаемый нежелательными ударными воздействиями, возникающими каждый раз при включении рабочей тормозной системы, можно рекомендовать только для автомобилей небольшой массы и, соответственно, с малыми прилагаемыми во время эксперимента тяговыми усилиями буксирования,
В отечественной практике проведение нагрева автомобильных тормозных механизмов в дорожных условиях на режимах, рекомендуемых Правилами ЕЭК ООН [2.5., 7.2.J , первыми начали осваивать специалисты Московского автомобильного завода имени И.А.Лихачева Г4.35.1 , НАМИ [5.I.] , КрАЗа, МАЗа, ЛПИ [4.14., 4.15., 6.4.] и Центрального автополигона НАМИ [2.1., 2.4., 3.3., 4.1., 4.2., 4.з].Основной итог этой работы - отыскание участков горных дорог, наиболее близких нор - 19 мативным требованиям по профилю и протяженности; разработка рекомендаций по применению международных предписаний в отечественных испытаниях, а также оценка автомобилей международным предписаниям. Некоторые теоретические положения этой проблемы были решены в работах [4.35., 5.1.1 , анализ которых будет проведен ниже по тексту.
Таким образом, метод буксирования для проведения нагрева тормозных механизмов и оценки эффективности различных тормозных систем до проведения исследований, опубликованных в работах Гз.З., 4.3., 4.6., 4.7.J и обобщенных во второй, третьей и четвертой главах данной работы, не получал достаточного распространения и признания. Итоговым результатом усовершенствования метода буксирования являются, например, разработанные с участием автора режимы нагрева (см. табл.1.2. и 3.13.),часть из которых включена в отраслевой стандарт [7.9.] .
Итак, сравнивая между собой существующие способы нагрева автомобильных тормозных механизмов при непрерывном торможении на уклоне, необходимо отметить следующее: отсутствие уклонов требуемой постоянной крутизны и протяженности для осуществления непрерывного торможения в сочетании с неизбежными отклонениями от рекомендованных режимов вносят ошибки как в процесс нагрева, так и в оценку оцределения остаточной эффективности нагретых тормозных механизмов. Учитывая это, метод непрерывного торможения на уклоне, как это уже говорилось выше, не получил широкого распространения и щяшеняетоя для прицепного состава
Основная причина столь большого разнообразия режимов нагрева, воспроизводимого циклическими и непрерывным торможениями, состоит в отсутствии единой утвержденной методологии выбора таких режимов и их влиянии на энергетическую нагруженность автомобильных тормозных механизмов. В большинстве случаев эти режимы торможения ааданы, исходя из установившейся практики испытаний и особых условий их проведения Гб.6.1 (используемого оборудования и подкатегории испы - 20 туемого автомобиля), а также из целей и задач, поставленных при выборе способа нагрева тормозных механизмов [7.13., 7.I4.J .
Проведение нагрева существующими методами не обеспечивает необходимую сопоставимость результатов, так как выбранный в большинстве случаев критерий эквивалентности (поглощенная энергия) не может быть проконтролирован при эксперименте. Это приводит к неодинаковой степени энергетической нагруженности тормозных механизмов одного и того же автомобиля, подвергнутого нагреву с использованием режимов, регламентированных различными нормативно-техническими документами, что подтверждается нижепроведенными исследованиями (рис.2.3.).
Математическое описание процессов нагрева и охлаждения твердого тела может быть представлено дифференциальными уравнениями [3.2., 3.II.J , решение которых применительно к автомобильному тормозному механизму, имеющему барабан (диск) сложной конфигурации, крайне трудоемко. Это обстоятельство явилось одной из основных причин проведения исследований, направленных на создание различных методов расчета энергетической нагруженности автомобильных тормозных механизмов. В данной области следует отметить труды [3.5., З.П., 3.13., 3.19., 3.25., 3.30., 3.37., 3.38., 4.14.-4.25.,4.28., 4.29., 4.39., 4.40., 4.43., 4.44., 5.1., 6.7., 6.9.] и других советских ученых, а также работы [4.50., 4.51., 4.61.- 4.65,, 4.69., 4.72., 8.2., 8.5., 8.7., 8.8.] и других зарубежных исследователей. Результатом этих исследований, представленных в табл.1.3., явилось создание методов, определяющих энергетическую нагруженность тормозных механизмов автомобиля путем расчета по уравнению теплового баланса /выражения (1.3.),
Расчетная модель энергетической нагруженности тормозных механизмов при непрерывном торможении
Представляет интерес исследование процесса нагрева тормозных механизмов автомобиля при длительном непрерывном торможении и их охлаждении в отторможенном состоянии [б.7.] . Результатом этих исследований являются критериальные уравнения для определения температуры поверхности трения автомобильного тормозного механизма в зависимости от режимов его работы. Однако эти уравнения получены при предположении равной удельной энергетической нагруженности тормозных механизмов переднего и заднего мостов испытуемого автомобиля. Кроме того, в них не учтено влияние конструктивных особенностей тормозного механизма на изменение температуры во времени при нагреве и охлаждении. Для повторно-кратковременного режима торможения в работе [4.29.] приведено критериальное уравнение (1.5.), в котором связь между критериями подобия устанавливалась последовательно опытным путем на инерционном стенде. По данному уравнению можно определить значения температуры на поверхностях трения в лю - 27 бой момент времени при повторно-кратковременном режиме нагружения. Однако для этого должны быть предварительно известны скорость движения автомобиля перед торможением, количество торможений в единицу времени, тормозной момент, а также время торможения и время охлаждения. Таким образом, основные недостатки в определении энергетической нагруженности по критериальным уравнениям заключаются в следующем: они позволяют определить некоторую осредненную температуру поверхности трения автомобильного тормозного механизма как при единичном, так и при повторно-кратковременных (циклических) или длительном (непрерывном) торможениях; эти уравнения получены при предположении равной удельной энергетической нагруженности тормозных механизмов передних и задних мостов и в одинаковых условиях отвода тепла от поверхностей охлаждения; формулы расчета энергетической нагруженности тормозных механизмов автомобиля имеют узкую область использования, поскольку они получены только для конкретных конструкций [1.22Г. Для других конструкций и различных условий охлаждения тормозных механизмов значения коэффициентов, входящих в эти критериальные уравнения, могут быть иными. Это ограничивает их применение при оценке энергетической нагруженности тормозных механизмов в различных эксплуатационных условиях.
В последнее время с целью определения энергетической нагруженности и уточнения влияния различных конструктивных особенностей на протекание процессов нагрева и охлаждения тормозных механизмов автомобиля широкое распространение получило электромоделирование, включая и метод электротепловой аналогии ІЗ.II., 4.1бТ]. Метод электротепловой аналогии позволяет исследовать влияние различных факторов на температурный, режим тормозных механизмов, в том числе конструктивных параметров на энергетическую нагруженность. Развитие и внедрение этого метода стало возможным благодаря исследованиям и испытаниям, проведенным в ЛПИ под руководством Б.Б.Івнбома в содружестве с Институтом механики АН УССР.
В работах [4.20.- 4.22., 6.1., 6.3.J рассмотрена методика моделирования процессов нагрева и охлаждения автомобильных тормозных механизмов с определением коэффициента теплоотдачи в стендовых условиях с использованием текущих значений температуры поверхности трения при фиксированных значениях теплового потока.
Электромоделирование может использоваться для сравнительной оценки энергетической нагруженности различных тормозных механизмов. В частности, такая методика была применена для опытных и серийных тормозных механизмов автомобиля ЗИЛ-І30 [4.22.] и для открытых и закрытых дисковых автомобильных тормозных механизмов [б.8., 6.10.].
Использование этого метода за счет его большой разрешающей способности позволяет значительно сократить объем экспериментальных работ по доводке перспективных конструкций тормозных механизмов. Электромоделирование может также применяться для выбора параметров тормозных механизмов и прогнозирования температурных режимов их работы в различных дорожных условиях.
Имея явные преимущества перед другими способами определения энергетической нагруженности, электромоделирование не лишено и некоторых недостатков, которые заключаются в том, что для обеспечения этого процесса необходимо базироваться на экспериментальных данных изменения температуры поверхности трения во времени, полученной для каждого типа тормозного механизма как в стендовых, так и в дорожных условиях. Для получения экспериментальных данных требуется значительное время и специальное оборудование. Численное значение коэффициента теплоотдачи, определенное электромоделированием только по результатам стендовых испытаний, не отражает в полном объеме работу тормозных механизмов на автомобиле, так как до настоящего времени нет стендового оборудования, которое бы позволяло воспроизводить протекание процесса охлаждения тормозного механизма с учетом реальных условий и его конструктивных особенностей [2.5., 2.12., 6.10.] .
Определению установившейся температуры автомобильного тормозного механизма на основе экспериментальных данных после заданного количества циклических торможений посвящены работы таких исследователей, как G.Fasrekas u I.Odier [4.51., 4.65.J , T.Newcomb [4.63., 4.64.] ,H.Frank [8.2.] , в которых связь между средней установившейся температурой и количеством произведенных циклических торможений выражается формулой (I.6.). Входящая в эту формулу дробь (см.табл.1.3.) характеризует влияние охлаждения, учи-тываемого параметром / , который определяется известным отношением (1.7.).
Однако зависимости (1.6.), (1.7.) для расчета температуры автомобильных тормозных механизмов не нашли широкого распространения, ибо основная величина, входящая в эти формулы - коэффициент теплоотдачи Ji - не может быть определена с достаточной точностью из-за сложности установления в реальных условиях скорости воздушного потока, омывающего тормозной механизм автомобиля [4.20.] .
Экспериментальное определение температурных характеристик тормозных механизмов при непрерывном торможении на уклоне
Кроме того, такое допущение не позволяет обеспечить широкий с учетом испытаний диапазон изменения расчетных режимов нагрева без снижения сопоставимости теплового состояния тормозных механизмов как по характеру нарастания температуры, так и по ее значениям в конце процесса нагрева. Это обстоятельство и определило разработку такого метода расчета режимов нагрева, который позволил бы, исходя из местных условий и технических возможностей, варьировать такими параметрами как: величина уклона, тяговое усилие буксирования, длина пути торможения, скорость движения при обеспечении равенства температур в конце процесса нагрева. Следует отметить, что только температура может служить истинным критерием эквивалентности режимов, поскольку в процессе испытаний "горячих" тормозных механизмов автомобиля производится оценка их эффективности в зависимости от изменившегося вследствие нагрева состояния тормозных накладок, характеризующегося коэффициентом трения и являющегося функцией температуры [3.37. J .
Приведенный выше анализ позволяет установить следующее: в настоящее время среди регламентируемых способов определения остаточной эффективности "горячих" автомобильных тормозных механизмов отсутствует единообразие как в выборе метода их нагрева, так и в назначении применяемых режимов (начальной и конечной скоростей торможения, установившегося замедления, количества и продолжительности торможений); для осуществления нормируемых процессов нагрева тормозных механизмов автомобиля требуется наличие горизонтальных участков большой длины или уклонов с требуемой постоянной крутизной и протяженностью. Отсутствие таких участков, строго отвечающих заданным условиям, и поэтому неизбежное отклонение от нормативных режимов, может вносить ошибки в процесс нагрева, снижая его стабильность. Это затрудняет объективную оценку и сопоставимость результатов эффективности нагретых тормозных механизмов; пока еще недостаточное развитие получил метод буксирования для нагрева тормозных механизмов и испытаний на эффективность тормозных систем автомобилей, позволяющий весьма успешно производить замену циклических и непрерывного (в горных условиях) торможений; существующие способы определения энергетической нагруженности тормозных механизмов, как об этом было сказано ранее, слишком сложны и дают значительную погрешность., Поэтому они не нашли широкого применения при оценке процесса нагрева тормозных механизмов с учетом принятых режимов и влияния различных факторов, а также при расчете эквивалентных режимов нагрева,наиболее приемлемых для заданных дорожных условий и параметров тормозных механизмов исследуемого автомобиля до настоящего времени отсутствует систематизация экспериментального материала по испытаниям и оценке нагруженности тормозных механизмов автомобиля на нормативных режимах нагрева, а также в эксплуатации, что не позволяет однозначно определять реальный уровень изменения температур тормозных механизмов, характеризующий надежную их работу.
С учетом проведенного обзора выполненных исследований в представленной диссертации сформулирована следующая цель работы: разработка и внедрение в практику дорожных испытаний методов и средств экспериментально-расчетного определения режимов работы автомобильных тормозных механизмов при их оценке в условиях нормируемой энергетической нагруженности, а также определение путей повышения эффективности и снижения нагруженности тормозных механизмов и систем автомобилей. Для этого необходимо решить следующие задачи: I. Определить уровень энергетической нагруженности и режимы работы тормозных механизмов базовых моделей отечественных автомобилей на нормативных режимах нагрева [7.1., 7.9., 7.I3.J . 2. Экспериментально изучить процесс охлаждения тормозных механизмов автомобиля и разработать методику его количественной оценки с учетом различных факторов: скорости воздушного потока, температуры окружающей среды, конструктивных параметров тормозных механизмов и колес [4.37.] . 3. Разработать и внедрить экспериментально-расчетный метод оценки энергетической нагруженности тормозных механизмов и определения эквивалентных режимов их нагрева при испытаниях автомобиля. 4. Разработать и внедрить методики дорожных испытаний по определению эффективности тормозных систем (испытания "ноль", I и П) в условиях Центрального автополигона НАМИ с помощью буксирования исследуемых объектов, а также необходимые технические средства обеспечения испытаний, включая информационно-измерительную систему. 5. На основе разработанных методов экспериментально исследо вать пути повышения эффективности и снижения нагруженности тормоз ных механизмов и систем некоторых автомобилей. Решение поставленных задач позволит заменить циклические и непрерывное торможения (на уклоне) при проведении нагрева и оценки эффективности тормозных систем автомобиля эквивалентным способом -- буксированием на горизонтальном участке. Это обеспечит в условиях Центрального автополигона НАМИ снижение трудоемкости и себестоимости работ (по сравнению с испытаниями на дорогах общего пользования) за счет сокращения сроков одного цикла испытаний, а также повышения их качества. Кроме того, применение указанных задач (их решения) в процессе доводки тормозных систем и разработанные на их основе рекомендации будут способствовать повышению качества и технического уровня продукции отечественной автомобильной промышленности.
Повышение эффективности и снижение нагруженности вспомогательной тормозной системы автопоезда КамАЗ-5320+ГКБ-8350
Проведем расчет и сравнение энергетической нагруженности автомобильных тормозных механизмов на наиболее распространенных нормативных режимах нагрева \1ЛЪ,, 7.16., 7.22., 7.23., 7.29.J . В качестве обобщенного удельного показателя нормативной энергетической нагруженности автомобильных тормозных механизмов принимаем на-груженность, определяемую по поглощенной ими энергии за нормативное время нагрева и отнесенную к полной массе автомобиля. Введение такого удельного показателя позволяет оценить энергетическую нагруженность тормозных механизмов автомобиля независимо от его полной массы. Изображенные на рис.2.3. и подтвержденные соответствующими экспериментами (см.главу 3) результаты расчетов энергетической нагруженности тормозных механизмов показывают, что циклические торможения (кривые 5 и 6) (см.рис.2.3.) обеспечивают более высокую энергетическую нагруженность тормозных механизмов автомобилей полной массой до 24000 кг, чем рекомендуемые по Правилам № 13 ЕЭК ООН непрерывные торможения - нагревы I и П (кривые I, 2, 3). При этом циклический нагрев, выполненный на участке ограниченной длины (кривая 5), для всех категорий автомобилей по уровню энергетической нагруженности уступает нагреву тормозных механизмов, выполненному на участке достаточной длины (кривая 6).
На режимах нагрева, предусмотренных стандартами США (кривые 7, 8, 9) (см.рис.2.3. и табл.2.4.), удельная энергетическая нагру-женность тормозных механизмов значительно превосходит полученную на режимах, рекомендуемых стандартами ФРГ (кривая 4), Правилами № 13 ЕЭК ООН (кривые I, 2, 3, 6) и стандартом предприятия Центрального автополигона НАМИ (кривая 5). Основные причины такого значительного и характерного несоответствия (по уровню энергетической нагруженности автомобильных тормозных механизмов) вызваны различиями в назначении величин начальных скоростей, интенсивности торможения, интервалов между торможениями, а также протяженности участков, предназначенных для нагрева. Кроме того, это непосредственно связано с влиянием конструктивных особенностей автомобильных тормозных механизмов на процесс их охлаждения при заданном режиме нагрева.
Используя расчетные данные энергетической нагруженности автомобильных тормозных механизмов с учетом нормативных требований , можно определить ожидаемую температуру каждого тормозного механизма в отдельности в конце заданного режима нагрева (за нормативное время): где А I с - ожидаемая температура автомобильного тормозного механизма при нормативном режиме нагрева, К; - удельная нормативная энергетическая нагруженность тормозных механизмов за нормативное время, величина которой определяется по рис.2.3., кДж/кг;
Таким образом, используя расчетные данные,представленные на рис.2.3., можно не только заранее на стадии проектирования оценить энергетическую нагруженность тормозных механизмов (см.выражение 2.62), но и выработать обоснованные рекомендации по повышению требований к эффективности торможения отечественных автомобилей (см. рис.4.II). 1. Процесс теплообразования в автомобильном тормозном механизме как при циклических, так и при непрерывном торможениях является результатом одновременно протекающих процессов нагрева и охлаждения, каждый из которых может описываться математическими выражениями с использованием коэффициентов, определяемых экспериментальным путем. 2. Тепловой режим тормозного механизма при охлаждении непосредственно на автомобиле с некоторыми допущениями приближается по своим свойствам к регулярному тепловому режиму, в соответствии с которым кривую изменения температуры тормозного механизма можно аппроксимировать экспонентой с показателем степени Л7с ч . 3. В качестве критерия процесса охлаждения автомобильного тормозного механизма предлагается использовать темп охлаждения, который геометрически может быть представлен в виде тангенса.наклона прямой, изображающей изменение логарифма значений разности температуры тормозного механизма как функции времени. 4. Предложен экспериментально-расчетный метод определения энергетической нагруженности на основе учета процесса охлаждения в соответствии с заданными параметрами режимов нагрева и конструктивными особенностями тормозных механизмов автомобиля. Основными параметрами, необходимыми для расчета энергетической нагруженности и эквивалентных режимов нагрева автомобильных тормозных механизмов, приняты следующие: темп охлаждения тормозного механизма на режимах нагрева при циклических и непрерывном торможениях; энергия, преобразуемая тормозным механизмом при однократном торможении, либо в конце фиксированного участка непрерывного торможения за условный промежуток времени; энергия, преобразуемая тормозным механизмом в тепло в конце многократных циклических торможений или в конце нормативного времени нагрева при непрерывном торможении; температура тормозного барабана (диска) после однократного торможения или в конце условного промежутка времени непрерывного торможения; температура тормозного барабана (диска) в конце многократных циклических торможений или в конце нормативного времени нагрева при непрерывном торможении.
