Дипломная работа: Совершенствование антиблокировочной тормозной системы электробуса

(4.1)

Если проскальзывание колеса достигает порога лТ1 - колесо находится в зоне максимального сцепления и дальнейшее увеличение проскальзывания колеса нежелательно. Включается клапан выпуска, давление падает начинается разгон колеса. Ускорение колеса входит в допустимую зону. Клапан выпуска выключается, если проскальзывание не достигла порога лТ2, в противном случае клапан выпуска остается включенным до сих пор, пока ускорении колеса не превысит положительный порог ек1. После этого тормозной момент необходимо увеличить с тем, чтобы прекратить разгон колеса и поддерживать величину скольжения на оптимальном уровне. Что и делается сначала импульсом выключения клапана отсечки фиксированной длительности (для выборки гистерезиса тормозного механизма), а затем периодическими импульсами подкачки давления, длительность и период которых рассчитывается определенным образом. Начинается замедление колеса. Смысл процесса состоит в том, чтобы создать в камере некое «оптимальное» давление, такое, чтобы с одной стороны, оттянуть время превышения порога по ускорению (это связано с расходом воздуха в тормозной системе), с другой - такое, чтобы максимизировать тормозную силу. Ускорение ек снова превышает порог и весь процесс повторяется. Число таких циклов сброса/подкачки давления обычно составляет 2..5 раз в секунду. В зависимости от угла поворота управляемых колес происходит корректировка пороговых значений.

а - скорость колеса; б - угловое ускорение; в - скольжение колеса; г - работа клапанов отсечки (КО) и выпуска (КВ).

Рисунок 4.5 - Процессы управления АБС

Регулирование тормозного момента в антиблокировочной системе обеспечивается модулятором давления, представляющим собой электромагнитный клапан, который поддерживает необходимый уровень давления в рабочих тормозных цилиндрах при экстренном торможении независимо от давления, задаваемого главным тормозным цилиндром.

Когда система АБС не вступает в работу, сжатый воздух свободно проходит через модуляторы АБС. При работе системы тормозное давление модулируется исходя из состояния колеса.

Электропневматический регулировочный клапан обеспечивает точное, ступенчатое модулирование давления в тормозных цилиндрах в процессе регулирования. Он обычно устанавливается на раме транспортного средства или на оси. Он состоит из двух электромагнитов и двух мембранных клапанов.

Быстродействующие магнитные клапаны управляют давлением в предварительных камерах мембран модулятора (Рисунок 4.6).

Малое время срабатывания и наличия функций повышения, поддержания и понижения давления, являются предпосылками для высокой эффективности работы тормозной системы и малого потребления воздуха при работе АБС.

Повышение давления: до тех пор пока от электронного блока не поступает сигналов камера управления мембраны (2), выпускного клапана соединена с атмосферой. Поступающее через вход (1) тормозное давление поднимает мембрану (3) и беспрепятственно передаётся на вход (4) тормозного цилиндра. Одновременно тормозное давление передаётся мимо незатянутого якоря (8) в камеру управления мембраной (6) и поддерживает выпускной клапан в закрытом состоянии. Если водитель АТС понижает тормозное давление, сжатый воздух из тормозной камеры выходит через вход (1). При определенных условиях открывается и выпускная мембрана магнитного клапана, помогая быстрейшему растормаживанию колесного тормоза.

Поддержания давления: по средствам активизации электромагнит (10) через уплотнитель якоря (11) в регулировочную камеру (2) передается тормозное давление. Это приводит к закрытию мембранного клапана, разделяет вход (4) от входа (1) и предотвращает, таким образом, поступление сжатого воздуха в тормозную камеру.

Понижение давления: для понижения давления возбуждаются обмотки обоих электромагнитов. Действие электромагнита (10) приводит, как описано при поддержании давления, к прекращению подачи сжатого воздуха. Одновременно возбуждается электромагнит (9) таким образом, что полость управления мембраны выпускного клапана через уплотнитель якоря (6) соединяется с атмосферой. При этом имеющийся в тормозном цилиндре сжатый воздух поступает через уплотнитель мембраны (5) к клапану выпуска воздуха и далее в атмосферу.

Рисунок 4.6 - Принципы работы модулятора

4.2 Обоснование выбора материалов и способов упрочнения основных деталей

Особенности использования автомобиля не позволяют при разработке его конструкции с целью повышения надежности и увеличения ресурса идти по пути увеличения сечения, габаритных размеров и массы деталей. Поэтому к материалам, применяемым при его производстве, предъявляются высокие требования. Они должны обеспечивать статическую и динамическую прочность изготовляемых из них деталей, гарантировать высокую износостойкость трущихся поверхностей, а в ряде случаев также температурную и коррозийную стойкость.

5. Методика расчета, определение основных параметров и расчет проектируемого узла

Расчет процесса торможения проводится в три этапа

1) Расчет процесса торможения при идеальном распределении тормозных сил, т.е. когда тормозные силы пропорциональны осевым нагрузкам. По результатам расчетов первого этапа выбираются энергоемкость тормозных механизмов, и определяется их силовые характеристики, выбирается типоразмер тормозных камер и величина давления сжатого воздуха в приводе;

2) Расчет процесса торможения, обеспечиваемого реальной тормозной системой, параметры которой выбраны на основании анализа результатов первого этапа расчетов и с учетом применения узлов и аппаратов первого этапа расчетов и с учетом применения узлов и аппаратов нормализованного ряда, при постоянном отношении тормозных моментов передних и задних тормозов.

Определяется соответствие (несоответствие) эффективности тормозной системы и характера распределения тормозных сил между осями нормативным требованиям отраслевого стандарта ОСТ 36.001.016-70 и Правил №13 ЕЭК ООН, а также определяется необходимость применения регуляторов тормозных сил;

3) Расчет процесса торможения, обеспечиваемого реальной тормозной системой с применением регуляторов тормозных сил, автоматически изменяющих отношение тормозных моментов передних и задних тормозов. В процессе расчета определяются установочные параметры регуляторов тормозных сил. По результатам расчетов уточняются параметры привода тормозов, и делается заключение о соответствии тормозных свойств автомобиля нормативным требованиям ОСТ 36.001.016-70 и Правил №13 ЕЭКООН.

Расчет ведется как для груженного, так и для порожнего состояния автомобиля, относительно коэффициента торможения гт, которое принимает значение от 0 до 0,8.

5.1 Математическое моделирование и определение основных параметров проектируемого механизма (системы).

Исходные данные представлены в таблице 5.1

Таблица 5.1 - Исходные данные

Расчетная схема представлена на рисунке 5.1

Рисунок 5.1 - Схема сил и реакций, действующих на электробус при торможении.

Для электробуса нагрузка на колесах при торможении определяется по следующим формулам

; (5.1)

. (5.2)

Gэ - вес электробуса

Исходя из условий идеального распределения тормозных сил, оптимальное значение тормозных сил на колесах передней и задней осей находим по формулам (5.3), (5.4), (5.5), (5.6).

- для снаряженного

; (5.3)

. (5.4)

- для загруженного

; (5.5)

. (5.6)

Для загруженного электробуса

;

.

Для пустого электробуса

;

.

Оптимальное значение тормозных моментов на передних и задних колес находим по формулам:

? для загруженного

; (5.7)

;

; (5.8)

.

? для порожнего

; (5.9)

;

; (5.10)

.

Выбор типоразмера тормозных камер и величину рабочего давления сжатого воздуха в приводе тормозов, обеспечивающих заданную эффективность тормозной системы, приводится исходя из следующих предпосылок

- тормозная сила задних колес должна обеспечить реализацию сцепного веса задних колес груженого автомобиля в статическом состоянии на дороге с коэффициентом сцепления не менее 0,65.

- тормозная сила передних колес должна быть не менее оптимального ее значения при торможении груженого автомобиля с замедлением 0,6g.

; (5.11)

Нм;

; (5.12)

Нм.

Зависимость тормозной силы на колесе от усилия на штоке тормозной камеры выражается формулой

, (5.13)

где А - коэффициент усиления тормозного механизма; Q - сила на штоке тормозной камеры, Н.

Для определения коэффициента усиления проводится силовой анализ тормозного механизма.

Определяется эффективный радиус трения

, (5.14)

где R - наружный радиус диска, R = 0,215 м; r - внутренний радиус диска, r = 0,125 м.

м.

Рисунок 5.2 - Расчетная схема нагружения тормозного диска

Тормозной коэффициент дискового тормозного механизма определяется по формуле

, (5.15)

где - коэффициент трения, = 0,4.

Тормозной момент рассчитывается по формуле

, (5.16)

где м - коэффициент трения; i - передаточное отношение тормозного механизма; Q- сила на штоке тормозной камеры; з- коэффициент полезного действия тормозного механизма; rм- эффективный радиус трения диска.

На этапе разработки в конструкцию закладываются значения каждого из вышеприведенных параметров, и тем самым обеспечивается необходимый тормозной момент. [7]

Рисунок 5.3 - Дисковый тормоз: 1 - разжимной кулак; 2 - силовая планка; 3 - тормозная камера; 4 - накладки; 5 - диск

Учитывая, что сила на штоке тормозной камеры, является функцией хода штока, более целесообразно выразить передаточное отношение тормозного механизма как функцию хода штока тормозной камеры.

Передаточное отношение представляет собой отношение хода штока тормозной камеры к ходу силовой планки на элементарном участке

. (5.17)

При повороте разжимного кулака на угол ц, ход штока тормозной камеры будет равен

, (5.18)

где b - расстояние от оси вращения кулака до центра поворота штока тормозной камеры; c - плечо разжимного кулака; б - угол между b и c.

Для уменьшения погрешности регулировки зазора, которое приводит к разности хода штока тормозных камер и повышения устойчивости автомобиля при торможении посредством уменьшения разности тормозных моментов на механизмах одной оси было бы более целесообразным обеспечить постоянство передаточного отношения. Поэтому применяем ш = 1080 [16].

Дифференцируя последнее уравнение по L получим

, (5.19)

где из вышеприведенных выражений

L (5.20)

Последние две формулы выражают передаточное отношение тормозного механизма как функцию хода штока тормозной камеры.

На рисунке 5.4 представлен результат расчета передаточного отношения для угла ш = 1080, определяющих положение эксцентриситета и постоянных значений параметров б = 450, b = 160 мм, с = 76 мм,е = 5мм.

Рисунок 5.4 - Результат расчета передаточного отношения

Таким образом передаточное отношение тормозного механизма i=15,3.

Выбор значения передаточного отношения применяется исходя из значений тормозного механизма аналогов, которое составляет i?15.

Усилие на штоке тормозной камеры определяется по формуле

, (5.21)

где A - коэффициент усиления тормозного механизма.

;

.

Подставляя значения Т1 и Т2 из формул (5.11) и (5.12) в эту формулу определяется усилие на штоке тормозной камеры

? для задних тормозных камер

Н. (5.22)

? для передних тормозных камер

Н. (5.23)

Определяется тип тормозной камеры из нормализованного ряда для грузовых автомобилей в зависимости от величины рабочего давления сжатого воздуха в приводе тормозов и выбирается тормозная камера типа 20 или 24. Площадь тормозной камеры типа 20 равна S = 0,0129 м2; площадь тормозной камеры типа 24 равна S = 0,0155 м2.

Усилие на штоке тормозной камеры определяется по формуле

, (5.24)

где р - рабочее давление в тормозном приводе, р = 0,6 МПа; FПР - усилие пружины, FПР = 345 Н.

Тип 20

Н.

Тип 24

Н.

Тормозная камера типа 20 применяется для передних тормозов. Тормозная камера типа 24 применяется для задних тормозов. [7]