Удельная работа трения

2.   Удельная работа трения.

g_о=А / åF_mах, (4.2.)

где: А=m₀ V²/2 – кинетическая энергия автомобиля при максимальной скорости начала торможения, считая, что она полностью поглощается тормозными механизмами.

Среднее значение удельной работы:

-     для легковых автомобилей – 1…2 Дж/см² .(большее значение для дисковых тормозных механизмов).

-     Для грузовых автомобилей и автобусов – 0,6….0,8 Дж/см² .

От удельной работы зависит износ и нагрев элементов тормозного механизма: тормозного барабана (диска) и тормозных накладок.

Для уменьшения удельной работы необходимо увеличить площадь тормозных накладок и соответственно ширину тормозных барабанов и их диаметр.

При увеличении размеров тормозного барабана идет увеличение поверхности охлаждения, что благоприятно сказывается на режиме торможения. Этим объясняется в последнее время тенденция увеличения размера колес автомобилей (особенно легковых) для возможности размещения тормозных барабанов увеличенного размера.

Нагрев тормозного барабана (диска) за одно торможение

Т=m^¢₀ V² / 2 m_б С , (4.3.)

Где : m^¢₀ – масса автомобиля, приходящаяся на тормозящее колесо

m_б – масса тормозного барабана

С»500 Дж/( кг. К) – удельная теплоемкость чугуна или стали.

По требованиям к тормозным механизмам нагрев тормозного диска за одно торможение не должен превышать 20⁰С.

Система охлаждения тормозных механизмов.

Специалисты ЦНИАП НАМИ провели статистический анализ тормозных механизмов различных категорий автомобилей с точки зрения их способности к охлаждению.

Анализ тормозных механизмов с точки зрения их способности к охлаждению.

Таблица №1.

Подкатегории	Темп охлаждения, мс-1		Коэффициент вентиляции, мм-1
	переднего	заднего	переднего	Заднего
М1	1 –1,4	0,9 – 1,2	0,9 – 0,14	0,025-0,12
М 2-3 N	0,7 –1	0.5 –0,8	0,05 –0.1	0,02-0,06
О2 - О4	0,6 –0,8	0,6 –0,8	0,03 –0,07	0,03 –0,07

 

Из таблицы видно, что лучше охлаждаются тормозные механизмы автотранспортных средств подкатегорий М и N и хуже всего – задние мосты, особенно легковых автомобилей, у которых они по отношению к встречному потоку воздуха почти полностью перекрыты передними.

Перечень конструктивных решений, улучшающих охлаждение и одновременно снижающих термонагруженность дискового тормозного механизма, приведены в таблице №2.

 

Конструктивные решения улучшающие охлаждение и снижающие термонагруженность дискового механизма.

Таблица№2.

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.

4.2. Расчет характеристик массы автомобиля.

Данный расчет производится по методике представленой в [11]. Полную массу любой проектируемой машины или агрегата можно представить в виде уравнения

m₀₌ m_р+m_к.о+m_о+m_упр.+m_т+m_оп.+m_доп.+m_сч.+m_тр.+m_{п , (4.4.)}

где m_{0 -} полная масса машины с грузом, кг.

m_{р –} масса рамы.

m_{к.о -} масса колесных агрегатов.

m_{о –} масса системы подрессоривания.

m_{упр –} масса элементов управления машины.

m_{т -} масса топлива с учетом топливных баков и аппаратуры.

m_{оп –} масса опор вывешивания.

m_доп. – масса дополнительного оборудования.

m_{су. –} масса силовой установки.

m_{тр. –} масса трансмиссии.

m_п – масса полезной нагрузки.

Для удобства анализа и расчета характеристик масс на этапе проектирования заменим уравнение (4.4) в относительных параметрах, разделив левую и правую части на полную массу машины

m_о, тогда

1=x_р+x_ко+x_упр+x_т+x_оп+x_доп+x_сч+x_тр+x_{п (4.5.)}

где x_{I =}m_i/m_o- относительные массы правой части уравнения (4.4).

На основании анализа данных, статистик и опыта проектирование базовых машин, все элементы управления массы можно разделить на три основных группы.

Правую группу элементов объединим в сумму

åx_ki =x_р+x_ко+x_o+x_упр+x_т+x_оп+x_доп (4.6.)

Вторую группу элементов выделим через удельные параметры

x_сч =m_x.су N_уэ (4.7.)

x_тр=m_у.тр N_э (4.8.) , где

m_x.су и m_у.тр - удельные приведенные массы силовой установки и трансмиссии кг/к Вт.

N_уэ – удельная эффективная энерговооруженность машины, кВт/кг

Разделив уравнение (4.4.) относительно полезной нагрузки с учетом уравнений (4.5.,4.6.,4.7.) получим:

4.2.1. Определение относительных масс агрегата (машины).