Материал: Барабанні гальмівні механізми автотранспортних засобів
Барабанні гальмівні механізми автотранспортних засобів
Реферат
О’бєкт дослідження - барабанні гальмівні механізми автотранспортних засобів.
Магістерська робота присвячена дослідженню барабанних гальмівних механізмів колісних дорожніх машин з метою підвищення їх коефіцієнта ефективності і оцінки температурного режиму.
У досліджені використаний метод підвищення параметричної оптимізації, чисельні методи з використання ПК та метод скінчених елементів.
Розроблені математичні моделі для аналізу функціональних характеристик різних типів барабанних гальмівних механізмів. Проведена параметрична оптимізація згаданих гальмівних механізмів і визначені такі їх параметри, при яких гальмівний момент збільшується на 17-23% при незмінній конструктивній схемі і незмінних габаритах гальмівних механізмів.
Дослідження гальмівного стану барабанних гальмівних механізмів проводилось з використання методу скінчених елементів та програмного комплексу Ansys. Отримані залежності зміни температури в часі у різних елементах і різних січеннях гальмівного механізму, а також ізотерми, що відповідають закінченню попереднього етапу випробувань гальмівного механізму. З’ясовано, що максимальне значення температури в парі тертя становило 260˚С, що обгрунтовує необхідність використання металокерамічних фрикційних накладок. Це відповідає існуючим в літературі експериментальним даним, отриманим для цього гальмівного механізму.
Сформовані рекомендації щодо підвищення ефективності барабанних гальмівних механізмів колісних дорожніх машин, та запропонований давач для діагностування температурного режиму фрикційної накладки.
КОЛІСНА ДОРОЖНЯ МАШИНА, БАРАБАННИЙ ГАЛЬМІВНИЙ МЕХАНІЗМ, КОЕФІЦІЄНТ ЕФЕКТИВНОСТІ, ОПТИМІЗАЦІЯ, ТЕМПЕРАТУРА ПОВЕРХОНЬ ТЕРТЯ.
Зміст
Вступ
. Обгрунтування актуальності теми магістерської роботи, мета та задачі досліджень
. Розроблення математичних моделей для аналізу функціональних характеристик барабанних гальмівних механізмів
. Оптимізація барабанних гальмівних механізмів колісних дорожніх машин
. Дослідження температурного режиму та деформацій у барабанному гальмівному механізмі методом математичного моделювання
.1 Дослідження теплового стану гальмівних механізмів з використанням методу скінчених елементів
.2 Дослідження деформацій і температурного режиму барабанного гальмівного механізму з використанням програмного комплексу Ansys
.2.1 Методика створення 3D моделі барабанного гальмівного механізму
.2.2 Дискретизація моделі барабанного гальмівного механізму за допомогою комплексу Ansys
.2.3 Визначення деформацій і температурного режиму барабанного гальмівного механізму з використанням програмного комплексу Ansys
. Соціально-економічний ефект від підвищення ефективності гальмівних механізмів
. Охорона праці та техніка безпеки у надзвичайних ситуаціях
.1 Охорона праці
.2 Безпека у надзвичайних ситуаціях
Висновки
Література
Вступ
Метод скінченних елементів є одним з найбільш поширених методів розв'язання задач математичної фізики. Це пов'язано з великою універсальністю методу, що поєднує в собі кращі якості варіаційних та різницевих методів. До його безперечних досягнень відносяться можливість використання різноманітних сіток, порівняльна простота і однаковість способів побудови схем високих порядків точності в областях складної форми.
З огляду на безперервне зростання парку автотранспортних засобів (АТЗ) та покращання їх тягово-швидкісних властивостей, проблема підвищення безпеки руху набуває першочергового значення. Серед експлуатаційних властивостей АТЗ, які визначають активну безпеку конструкцій, одне з головних місць належить гальмівним властивостям. Найбільш нестабільну ланку гальмівної системи становить гальмовий механізм, на коефіцієнт стабільності якого значно впливає його тепловий стан. Тому вдосконалення теорії робочих процесів, конструкцій і режимів роботи гальмових механізмів АТЗ з метою мінімізації їх температурного режиму є одним з актуальних завдань у галузі підвищення ефективності цих механізмів.
Використання результатів цих
досліджень забезпечило значне покращання тих експлуатаційних властивостей АТЗ,
які визначаються досконалістю гальмових механізмів. Однак у розглянутих роботах
відсутні точні аналітичні методи досліджень та розрахунку впливу конструктивних
і режимних чинників на розподіл теплових потоків в елементах дискових гальмових
механізмів. Це й визначає актуальність теми.
Розділ 1. Обгрунтування актуальності
теми магістерської роботи, мета та задачі досліджень
Актуальність теми - стале зростання інтенсивності руху та покращення динамічних властивостей автотранспортних засобів (АТЗ) загострюють проблему підвищення безпеки на дорозі за рахунок розробки нових та удосконалення існуючих систем, які її забезпечують. Це безпосередньо стосується гальмівної системи, оскільки більшість дорожньо-транспортних пригод відбувається під час гальмування.
Відомо, що однією з основних умов ефективної та надійної експлуатації пар тертя барабанно-колодкових гальм (БКГ) АТЗ є їх робота в інтервалі температур, нижчих допустимої для матеріалів накладки. Тому роботи направлені на оцінку теплового стану поверхонь тертя БКГ є особливо важливими. Останнім часом, з метою оцінки нестаціонарних теплових процесів в парах тертя гальм шляхом комп’ютерного моделювання створено і активно використовується низка програмних комплексів (Nastran, Ansys).
Мета дослідження - розробити методи моделювання робочих процесів барабанних гальмівних механізмів і з’ясувати шляхи підвищення їх ефективності.
Задачі дослідження:
- Аналіз конструктивних особливостей барабанних гальмівних механізмів та розробка їх конструктивних схем.
- Розробка математичних моделей для дослідження функціональних характеристик барабанних гальмівних механізмів.
Параметрична оптимізація барабанних гальмівних механізмів.
Аналіз температурного режиму барабанного гальмівного механізму методом скінченних елементів.
Розробити конструкцію давача для діагностування температурного режиму фрикційної накладки.
Розділ 2. Розроблення математичної
моделі для аналізу функціональних характеристик барабанних гальмових механізмів
Для виявлення спектру домінуючих конструктивних рішень гальмових механізмів колісних дорожніх машин, оцінки еволюції та тенденцій розвитку окремих елементів гальмових механізмів був проведений ретроспективний аналіз багатьох моделей колісних дорожніх машин, поставлених на виробництво за 20 років у різних країнах світу. Згаданий аналіз показав, що тип гальмових механізмів, якими обладнуються дорожні машини, залежить від класу останніх. Що стосується колісних дорожніх машин середньої та великої мас, то для них домінуючими є пневматичний гальмовий привод (ПГП) та барабанні гальмові механізми (БГМ) (їх схеми наведені на плакаті 1) з чітко вираженою тенденцією розширення застосування дискових гальмових механізмів (ДГМ). Тому питання аналізу, оптимального синтезу та розробки конструкцій ПГП, БГМ та ДГМ залишаються актуальними.
До гальмових механізмів ставляться такі вимоги:
) висока ефективність, тобто здатність до створення гальмівного моменту, достатнього для гальмування колісної дорожньої машини з нормативною ефективністю при помірних приводних зусиллях;
) стабільність гальмівного моменту в умовах дії комплексу експлуатаційних чинників;
) помірний тиск і температурний режим у контакті фрикційних пар та висока довговічність останніх;
4) мінімальна різниця між питомими енергонавантаженостями пар тертя; 5) висока теплоакумулююча та теплорозсіююча здатність;
6) простота та технологічність конструкції;
) мала металоємність;
) пристосованість до автоматичної підтримки постійного зазору між поверхнями тертя;
) пристосованість до використання в якості стоянкового гальма;
) незначні інерційність та гістерезис;
) високий та стабільний механічний ККД;
) плавність дії та безшумність роботи;
) мала трудомісткість технічного обслуговування та ремонту;
) добрий захист від вологи та бруду.
Вимоги 1, 3, 6, 8, 9, 14 в більшій мірі задовольняють БГМ, а вимоги 2, 4, 5, 7, 10, 13 - ДГМ.
Питаннями розроблення методів розрахунку, а також теоретичного та експериментального дослідження робочих процесів БГМ займалися такі вчені як М.П. Александров, М.А. Бухарін, Б.Б. Генбом та ін. Методи функціонального розрахунку БГМ викладені в роботах [1, 2, 3], в яких розглянуті гальмові механізми різних конструкцій при різних законах розподілу тиску у фрикційному контакті. Аналізу стабільності характеристик цих гальм присвячені праці [3, 4], в яких запропоновані методи оцінки стабільності та її оціночні показники.
В праці [3] досліджувалися теплові процеси, проводилися теплові розрахунки і аналізувалися методи охолодження БГМ з широким залученням методів математичного та фізичного моделювання.
Результати досліджень режимів роботи, енергонавантаженості та енергоємності БГМ при експлуатації в міських і гірських умовах та при випробуваннях на автополігоні викладені в працях [3, 5].
На величину гальмівного моменту, що створюється БГМ, а також на закономірність зношування та довговічність фрикційних накладок впливає величина та характер розподілу тиску вздовж фрикційних накладок. Розрахунковий закон розподілу тиску залежить від припущення щодо податливості барабана і колодок з накладками. Об’єктивну інформацію щодо дійсного закону розподілу тиску можна одержати лише шляхом експериментальних досліджень конкретних гальмових механізмів. Дослідженнями встановлено, що закон розподілу тиску змінюється від синусоїдального до рівномірного і далі до косинусоїдального зі зміною приводного зусилля від мінімального до максимального значення, і також з’ясовано, що при застосуванні гальмових барабанів підвищеної жорсткості синусоїдальний закон розподілу тиску зберігається при широкому діапазоні приводних зусиль. В низці праць досліджено вплив жорсткості барабана, колодок і накладок, а також коефіцієнта тертя та кута охоплення на формування тиску в фрикційному контакті, з’ясована дискретність останнього, досліджено величину контурного тиску тощо. Оскільки міграція “п’ятен контакту” по поверхні накладки та величина тиску залежать від низки конструктивних та експлуатаційних чинників, то доцільно перейти до імовірнісних моделей розподілу тиску вздовж фрикційної накладки. Але для остаточного з’ясування цього питання необхідно набрати достатній об’єм експериментальної інформації та зробити її статистичну обробку.
Рівень збіжності розрахункових та експериментальних даних щодо функціональних характеристик БГМ залежить не тільки від прийнятого закону розподілу тиску, але, очевидно, і від співвідношення жорсткостей барабана, колодки і накладки конкретного БГМ, що спонукало вчених, для покращання збіжності, поряд з гіпотезою радіального розподілу навантажень запропонувати гіпотези їх паралельного розподілу та розподілу, що визначається характером переміщення колодок. З часом, в міру накопичення науково-практичного досвіду, з’ясується придатність та умови використання цих гіпотез.
В роботі [3] була запропонована методика уточненого функціонального розрахунку БГМ з кулачковим розтиском колодок, в якій, крім конструктивних параметрів, враховано також тертя в елементах опорно-розтискної системи, початкова нечутливість гальмового механізму і силового пневмоапарату та напрям повороту розтискного кулачка відносно напрямку обертання барабана. Формули, запропоновані різними авторами для функціонального розрахунку БГМ, відрізняються між собою, головним чином, повнотою врахування конструктивних і силових чинників, законом розподілу тиску та наявністю чи відсутністю залежностей для аналітичного визначення таких параметрів як умовний радіус тертя, кутове зміщення зони максимального тиску накладки тощо. В працях [3, 6] одержані залежності для функціонального розрахунку БГМ з колодками, що мають два ступені вільності (плаваючими колодками) з припущеннями та спрощеннями, які обґрунтовувались метою та задачами згаданих досліджень.
Метою викладеного нижче дослідження є одержання аналітичних залежностей для функціонального розрахунку БГМ з плаваючими колодками, які б враховували широку низку чинників і мали універсальний характер як з точки зору їх застосування для різних типів колодок, так і при довільних значеннях кутів нахилу поверхонь приводного та опорного штовхачів з метою проведення їх ефективного аналізу та параметричної оптимізації [7].
В процесі розроблення математичної
моделі для функціонального розрахунку БГМ дуже важливо з’ясувати, яким є
дійсний закон розподілу тиску вздовж фрикційної накладки. Про дійсний закон
розподілу тиску вздовж накладки можна, певною мірою, судити за характером
зношування останньої. Нами були проаналізовані результати досліджень щодо характеру
зношувань фрикційних накладок 50 барабанних гальмових механізмів [3] і
побудовані епюри розподілу усереднених значень зношувань Uн (рис.
2.1), які показують, що після завершення періоду припрацювання накладок
характер зношування, а значить, і закон розподілу тиску близькі до
синусоїдального. Зношування фрикційних накладок відбувається, головним чином,
при тих значеннях приводних сил, які відповідають найчастіше реалізованим
інтенсивностям гальмувань (згідно з дослідженнями доля службових гальмувань складає
90% від всіх гальмувань). Згідно з гістограмою [3] (рис. 2.2)
середньостатистичне значення питомої гальмівної сили 
при
експлуатації дорожньої машини становить 0,11-0,12. Це відповідає приводним
силам, які складають 18-20% від їх
максимальних значень, що узгоджується з результатами раніше згаданих
досліджень. Тому, при одержанні залежностей для функціонального розрахунку БГМ
будемо використовувати, головним чином, синусоїдальний закон розподілу тиску
вздовж фрикційних накладок.
Рисунок 2.1 - Епюри зношувань
фрикційних накладок барабанних гальмових механізмів: 1) дійсні; 2) розрахункові
Рисунок 2.2 - Гістограми розподілу
гальмувань колісної дорожньої машини за ефективністю при експлуатації влітку
(а) та зимою (б)
Розглянемо методику одержання цих залежностей на прикладі гальмового механізму з плаваючими колодками (залежності для інших типів гальмових механізмів вже можна буде одержати як часткові випадки). Як і в усіх інших аналітичних методиках основними її етапами є складання рівнянь рівноваги колодок та інтегрування залежностей з врахуванням того чи іншого закону розподілу тиску вздовж накладки.
Елементарний гальмівний момент, що
створюється однією колодкою (рис. 2.3)
Рисунок 2.3 - Розрахункова схема
самопритискної колодки з двома ступенями вільності
При 