Введение к работе
Актуальность темы. Фрикционные узлы находят широкое применение в разных машинах и механизмах. Они обеспечивают безопасность на транспорте, работоспособность подъемных устройств, различных путевых и строительных механизмов.
Одной из наиболее распространенных конструкций фрикционных узлов (ФУ) является узел тормоза барабанно-колодочного тина (ТБКТ). Эта конструкция в сравнению с дисково- и ленточно-колодочными тормозными механизмами является более тяжелонагруженной, в силу конструктивных особенностей деталей и условий эксплуатации. Известно, что одним из ограничительных условий эффективной эксплуатации ФУ является температура, которая должна быть ниже допустимой для материалов накладки.
На стадии проектирования деталей фрикционной пары это обеспечивается тепловым расчетом. Применяемые в настоящее время методики базируются на эмпирических зависимостях, недостаточно точно описывающих температурное поле взаимодействующих поверхностей. К их недостаткам следует отнести невозможность полностью моделировать механические и физико-химические процессы, развивающиеся во фрикционном контакте деталей тормоза. А такие важные факторы как термостабилизационное и метастабильное состояние обода и поверхности фрикционной накладки остаются вне поля зрения исследователей.
Одним из ведущих направлений обеспечения эффективной и безопасной работы ТБКТ является определение рациональных конструктивных параметров деталей ФУ. Для этого, в настоящее время отсутствует комплексное сочетание прочностного и теплового расчета, что затрудняет проектирование из условия обеспечения необходимого тормозного момента и эффективной энергоемкости.
Изложенное показывает, что поиск рациональных конструктивных и эксплуатационных параметров деталей ФУ, а также проблема повышения ресурса и энергоемкости ТБКТ при проектировании, являются весьма важными и актуальными.
Цель работы: повышение эффективности тормозов барабанно-колодочного типа путем уточнения расчетной базы и рационального проектирования деталей их фрикционных узлов.
Эффективность ФУ рассчитывается общепринятой формуле
^=-^ (1)
г где аСГ11 — коэффициент стабильности тормозного момента;
г- время торможения.
Помимо формулы (I) эффективность ФУ оценивается следующими критериями: тормозной момент (Mj), поверхностная температура (Т/Юв), общая энергоемкость (/ и износ фрикционных накладок (ФН) (І).
Объект исследования - основные закономерности расчета и проектирования тормозных систем.
Предмет исследования - конструкция деталей фрикционного узла ТБКТ.
Методы исследования. Выполнение исследований по разработке многокритериального рационального проектирования и геометрического программирования базируется на использовании фундаментальных положений теории теплопроводности, теплообменных и тепло передаю щих процессов, а также математической статистике.
Научная новизна полученных результатов:
разработан метод многокритериального проектирования рациональной конструкции деталей фрикционного узла ТБКТ, учитывающий напряженно-деформированное и термостабилизационное состояние его обода;
получена более уточненная и информативная тепловая модель контактирующих деталей фрикционного узла тормоза рассматриваемого типа с учетом теплового состояния приповерхностных слоев фрикционной накладки и явления термостабилизации тормозного барабана (ТБ), позволяющая скорректировать распределение теплового потока между парами трения.
Практическое значение полученных результатов.
Полученные закономерности изменения температуры обода ТБ во времени позволили
установить влияние конструктивных параметров ТБ на термостабилизационное состояние его обода;
решить многокритериальную задачу, обеспечивающую эффективность геометрического программирования для уточненного расчета рациональных конструктивных параметров ТБ при его проектировании;
- повысить показатели эффективности, энергоемкости и износостойкости фрикционного узла тормоза с применением разработанных методов расчета и проектирования его деталей, а также специальных систем охлаждения.
Разработана, спроектирована и испытана оригинальная система охлаждения (СО) ФУ тормозного механизма, работающая в режимах диффузора, конфузора и тепловой трубы, обеспечивающая снижение и выравнивание энергонагруженности фрикционного узла тормоза;
Значимость полученных результатов подтверждается их использованием при модернизации ТБКТ на предприятиях ООО «Кубань-Авто-Техника» и 000 «ТРАК-ЦЕНТР Краснодар» (г. Краснодар); 000 «Ситранс Саплай» (г. Новороссийск), а также применением в учебном процессе.
Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы в проектных организациях и конструкторских бюро при расчете вновь проектируемых и модернизации существующих ТБКТ.
Личный вклад соискателя. Основные положения и результаты диссертационной работы, получены соискателем самостоятельно. В совместных публикациях автору принадлежат следующие разработки; тепловая модель ФУ [2]; оценка интенсивности охлаждения пар трения тормозного механизма [5]; математическое моделирование потоков воздуха, омывающего пары трения тормозного механизма [6]; аналитический метод определение тепловой нагруженности ФУ [3]; метод определения конструктивных параметров обода ТБ в сочетании с эксплуатационными параметрами ФУ тормозного механизма [4]; система охлаждения (СО) ФУ тормозного механизма [7]; определение генерируемых составляющих токов и их направлений на взаимодействующих поверхностях пар трения [9, 10]; ряд средств для повышения эффективности тяжелонагруженньгх ФУ тормозов [1, 8].
Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве» (г. Орск, 2011 г.); Ш Всероссийской молодежной научной конференции «Научный потенциал молодёжи - будущее России» (г. Муром, 2011 г.); XIV и XV международной научно-технической конференции «Автомобильный транспорт: проблемы и перспективы» (г. Севастополь. 2011 и 2012 г.); X международном симпозиуме украинских
инженеров-механиков (т. Львов. 2011 г.); международной научно-практической конференции «Региональный технологический парк как инструмент модернизации промышленности юга России» (г. Краснодар, 2012 г.).
Публикации. Основное содержание опубликовано в 10 печатных работах, из которых 3 статьи в изданиях рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы, содержащего 105 наименований и приложений; изложена на 157 страницах машинописного текста, включая 57 рисунков и 26 таблиц.
