Тормозная система

1.Введение

Безопасность движения автомобилей с высокими скоростями в значительной степени определяется эффективностью действия и безопасностью  тормозов.Эффективность тормозного пути определяется по определенной оценке тормозного пути или временем движения автомобиля до полной остановки. Чем  эффективнее действие тормозов, тем  выше безопасная скорость, которую  может допустить водитель, и тем  выше скорость движения автомобиля на всем маршруте.

Торможение необходимо не только для быстрой остановки  автомобиля при внезапном появлении  препятствий, но и как средство управления скоростью его движения.

Структура тормозного управления автомобиля и требования, предъявляемые к нему обусловлены  ГОСТ-22895-95г.Согласно этому стандарту  тормозное управление должно состоять из четырех систем: рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной. Системы  могут иметь общие элементы, но не менее двух независимых органов  управления.

Каждая из этих систем включает в себя тормозные механизмы, обеспечивающие создание сопротивления  движению автомобиля и тормозной  привод, необходимый для управления тормозными механизмами.

До настоящего времени  на грузовых двухосных армейских  автомобилях применялась тормозная  система с барабанными колодочными  тормозными механизмами и лишь в  последние годы наметилась тенденция  использования дисковых тормозных  механизмов на передних колесах грузовых автомобилей, так как у этого  механизма много достоинств:

- большая надежность

- большой коэффициент  тормозной эффективности

- хорошая стабильность

В данном дипломном  проекте предлагается автомобиль с  улучшенными тормозными свойствами(с  дисковыми тормозными механизмами  на передней оси автомобиля и установкой АБС в пневмоприводе(. Применение дисковых тормозных механизмов, так  же позволяет снизить массу элементов  тормозной системы. При такой  компоновке можно снизить массу  автомобиля примерно на 10%, трудоемкость изготовления на 13%, себестоимость на 6%, при одновременном улучшении  устойчивости и управляемости, обеспечении  оптимального использования объемов  автомобиля.  

2.Анализ тормозных  систем автомобилей.

 Требования, классификация,  применяемость тормозных систем  современных автомобилей. 

К тормозному управлению автомобиля, служащему для замедления движения, вплоть до полной остановки  и удержания его на месте на стоянке, предъявляются повышенные требования, так как тормозное  управление является важнейшим средством  обеспечение активной безопасности автомобиля. Требования к тормозным  системам регламентированы ГОСТ 22895-95 и международными правилами дорожного  движения.

Требования к тормозным  системам следующие:

1. Максимальный тормозной  путь максимальное установившееся  замедление в соответствии с  требованиями ГОСТ 22895-95 г., для пассажирских  автомобилей и грузовых автомобилей  в зависимости от типа испытаний.

2. Сохранение устойчивости  при торможении (критериями устойчивости  служат: линейное отклонение, угловое  отклонение, угол складывания автопоезда.)

3. Стабильность тормозных  свойств при неоднократном торможении.

4. Минимальное время  срабатывания тормозного привода.

5. Силовое следящее  действие тормозного привода,  то есть пропорциональность между  усилием на педаль и приводным  моментом.

6. Малая работа  управления тормозными системами  - усилие на тормозные педали  в зависимости от назначения  автотранспортного средства должно  быть в пределах 500....7ОО Н, ход  тормозной педали 80...180мм.

7. Отсутствие органомптических  явлений (слуховых). 

3.Надежность

Надежность всех элементов тормозных систем: основные элементы (тормозная педаль, главный тормозной цилиндр, тормозной кран и др.) должны иметь гарантированную прочность, не должны выходить из строя на протяжении гарантированного ресурса, должна быть также предусмотрена сигнализация, оповещающая водителя о неисправности тормозной системы.

В соответствии с  ГОСТ 22895-95 тормозное управление должно включать следующие тормозные системы:

- рабочую

- запасную

- стояночную

- вспомогательную  (тормоз-замедлитель), обязательную  для автобусов полной массой  свыше 5 т. и грузовых автомобилей  массой свыше 12 т., предназначенную  для торможения на длительных  спусках и поддерживающих скорость 30км/ч на спуске с уклоном  7% протяженностью 6км.

Каждая из перечисленных  тормозных систем включает один или  несколько тормозных механизмов и тормозной привод. 

Классификация тормозных механизмов:

Механический

(Фрикционный) 

гидравлический 

электрический 
 

Дисковый 
 

барабанный 

колесный 

трансмиссионный 
 

Колодочный 
 

ленточный 
 
 

Принудительное замедление может осуществляться различными способами: механическим, гидравлическим, электрическим, внеколесным.

Наиболее широко используются фрикционные тормозные  механизмы. На легковых автомобилях  большого класса часто используются дисковые тормозные механизмы на передних колесах и барабанные колодочные на задних колесах.

На грузовых автомобилях  независимо от их грузоподъемности устанавливаются  барабанные колодочные тормозные механизмы. Лишь в последние годы наметилась тенденция использования дисковых механизмов для грузовых автомобилей.

Барабанные ленточные  тормозные механизмы в качестве колесных в настоящее время не применяются совсем. В редких случаях  их применяют как трансмиссионные  для стояночной тормозной системы (МАЗ, Белаз-540)

Гидравлические и  электрические тормозные механизмы  используют как тормозо-замедлители. На ряде автомобилей тормозом-замедлителем является двигатель, впускной коллектор  перекрывается стальной заслонкой. 
 

Классификация тормозных  приводов 

Тормозной привод 

механический 

комбинированный 

гидравлический 

Электрический 

пневматический 
 

Механический привод, состоящий из тяг и рычагов, применяют  в основном в тормозных системах с ручным управлением ( вспомогательная  тормозная система -,,стояночный- тормоз'').

В данном приводе  для включения тормозного механизма  используется мускульная энергия водителя. Простота конструкции и неизменная во времени жесткость механического  привода делают его наиболее применяемым  для стояночной тормозной системы.

Гидравлический привод применяется в рабочей тормозной  системе легковых автомобилей и  грузовых малой и средней грузоподъемности. В данном приводе усилие оси педали к тормозным механизмам передается жидкостью. Для включения тормозов используется мускульная энергия водителя. Для обеспечения водителю работы по включению тормозов нередко применяют  гидравлический привод с вакуумным (ГАЗ-66) или пневматическим усилителем (Урал-4320).

В настоящее время  начинают получать распространение  гидравлический привод с насосом. В  этом случае для включения тормозных  механизмов и создания, необходимых  для быстрого торможения автомобиля тормозных моментов на колесах используется энергия двигателя приводящего  в действие гидравлический насос  непосредственно, или через какой-либо агрегат силовой передачи автомобиля.

Пневматический привод широко используется в тормозной  системе тягачей, грузовых автомобилей  средней и большой грузоподъемности и автобусов. В тормозной системе  с пневматическим приводом тормозные  механизмы включаются за счет использования  энергии сжатого воздуха.

На длиннобазных автомобилях и тягачах большегрузных  автопоездов часто используются комбинированный привод гидропневматический. В данном приводе для увеличения тормозных усилий используется энергия  сжатого воздуха, а передача их к  тормозному механизму осуществляется жидкостью.

Электрический привод необходим на автопоездах, так как  при этом достигается наиболее простой  способ передачи энергии на большие  расстояния при весьма малом времени  на срабатывания тормозной системы. 

Стабильность.

Этот критерий характеризует  зависимость коэффициента тормозной  эффективности от изменения коэффициента трения. Эта зависимость представляется графиком статистической характеристики тормозного механизма. Лучшей стабильностью  обладают тормозные механизмы, характеризуемые  линейной зависимостью.

3 Уравновешенность.

Уравновешенными являются тормозные механизмы, в которых  силы трения не создают нагрузку на подшипники колеса.

Для оценки конкретных конструкций тормозных механизмов необходимо дополнительно пользоваться расчетными нормативами (давление на колодке, нагрев тормозного барабана). До настоящего времени считалось, что барабанные тормозные механизмы наиболее удовлетворяют  требованиям безопасности движения, но в связи с возросшими скоростями движения автомобиля, повышаются и  требования безопасности движения, во многом зависящих от тормозных качеств  автомобиля.

Сравнительные стендовые  испытания различных вариантов  конструкций закрытых дисковых и  барабанных тормозных механизмов для  автомобилей выявили, что наилучшими показателями по стабильности выходных параметров, теплонапряженности и массе  обладает дисковый тормоз с двумя  поверхностями трения, пневматическим приводом и усилителем

Анализ тормозных  механизмов армейских автомобилей.

Проведя сравнение  и краткий анализ вышеперечисленных  тормозных механизмов подведем итог. В результате сравнения мы выяснили, что наилучшими показателями обладали дисковый тормозной механизм с двумя  поверхностями трения. Он обладает следующими достоинствами:

1. Меньшая масса.

2. Компоновочные  достоинства.

3. Меньшая температура  тормозной жидкости. 

Но дисковые тормозные  механизмы обладают существенным недостатком: недостаточная защищенность от грязи. Так как армейские автомобили часто используются в условиях бездорожья, то сзади будем использовать барабанный колодочный тормозной механизм.

Проведенные дорожно-лабораторные испытания барабанных и дисковых тормозов Харьковским АДИ показали, что в случае нагрева тормозных  деталей до 300 С и V = 40 км/ч тормозной  путь увеличивается при торможении дисковыми тормозами на 7%, а барабанными  на 25%. Если нормальная скорость та же, но объемная температура достигнет 500 С, тормозной путь увеличится на 21% и 55% соответственно.

Меньшая чувствительность дисковых тормозов к смачиванию и  загрязнению объясняется тем, что  поверхности трения плоские и  попавшая между ними грязь и вода выдавливается более легко, чем  в барабанном тормозе, а так же тем, что при вращении вода и грязь  центробежной силой сбрасываются с  поверхности трения, а у барабанного - заносятся на него. 

В последние годы дисковые тормоза нашли свое применение на грузовых автомобилях ряда зарубежных фирм.

Конструкции тормозных  механизмов могут выполняться с  неподвижной и плавающей скобой.

Тормозной диск закреплен  на ступице переднего колеса, а  скоба, выполненная из высокопрочного чугуна, крепится при помощи кронштейна на фланце поворотного кулака. Тормозные  легкосъемные колодки помещаются в  пазах скобы. В скобе имеются  два рабочих тормозных алюминиевых  цилиндра, размещенных по обе стороны  тормозного диска, цилиндры сообщаются между собой при помощи соединительной трубки. Установленные в цилиндрах  стальные поршни уплотняются резиновыми кольцами, которые благодаря своей  упругости возвращают поршни в исходное положение при растормаживании. В тоже время при износе накладок они позволяют поршню переместиться  в новое положение. Такое автоматическое регулирование, возможно, так как  зазор мал (порядка 0,1мм). При этом повышаются требования к точности изготовления и установки тормозного диска.

При раздельном или  дублированном приводе передних колес (тормозных механизмов) часто  в скобе размещают по два цилиндра с каждой стороны (Москвич-2140).

В дисковом тормозном  механизме с плавающей скобой, скоба может перемещаться в позах  кронштейна, закрепленного на фланце поворотного кулака. В этом случае цилиндр расположен с одной стороны. При торможении, перемещение поршня вызывает перемещение скобы в  противоположную сторону, благодаря  чему обе колодки прижимаются  к тормозному диску.

Плавающая скоба  имеет значительно меньшую ширину по сравнению с неподвижной, что  позволяет обеспечить отрицательное  плечо обкатки. При плавающей  скобе ход поршня в два раза больше, чем при неподвижной.

Дисковый тормозной  механизм не уравновешенный, так как  при торможении создается дополнительная сила, нагружающая подшипники колеса. Следует также отметить. Что в  дисковых тормозах тормозные накладки изнашиваются более интенсивно, чем  в барабанных, поэтому необходимо более часто менять колодки. Конструкции  дисковых тормозных механизмов предусматривают  быструю и легкую смену колодок.

Барабанные тормоза  состоят из трущихся, вращающихся  и неподвижных деталей, а так  же разжимного и регулировочного  устройства. Трущиеся детали создают  тормозной момент, разжимное устройство обеспечивает соприкосновение трущихся деталей при торможении, а регулировочное устройство позволяет поддерживать необходимый зазор между этими  деталями в отторможенном состоянии. Барабанные тормозные механизмы  различают по типам разжимных  устройств. Применяются они в  зависимости от автомобиля. На автомобилях  полной массой свыше 8т. применяется  барабанный тормозной механизм, приводимый в работу разжимным кулаком. Данный тормозной механизм уравновешен  и одинаково эффективен при переднем и заднем ходе. Тормозной механизм обладает высокой стабильностью. Эффективность  данных тормозов несколько ниже, чем  у тормозного механизма с равными  приводными силами и односторонним  расположением опор (применяются  на автомобилях имеющих наибольшую полную массу).

Кроме того, установка  барабанного тормозного механизма  на задние колеса исключает попадание  грязи и пыли, поднятой передними  колесами, в тормозные механизмы, так как барабанные тормоза более  защищены, чем дисковые.

В настоящем дипломном  проекте предлагается применение дискового  тормозного механизма на передних колесах  автомобиля и барабанного тормозного механизма на задних для тормозной  системы многоцелевого армейского автомобиля.

Классифицировать  автомобильный тормозной привод лучше всего по двум очень важным признакам:

1. Степень использования  мускульной силы водителя как  источника энергии.

2. По виду энергоносителя, т.е. той материальной среды,  изменение энергетического носителя (состояние) которой используется  для осуществления функций тормозного  привода.

По виду энергоносителя (рабочее тело) различают приводы:

- Механический (энергоносителями  являются твердые тела, тяги, рычаги, тросы) .

- Гидравлический (энергоноситель  жидкость)

- Вакуумный и пневматический (газ).

- Электрический (ток  и электромагнитное поле).

Существуют также  смешанные разновидности привода, в которых применяются несколько  энергоносителей.

Решающим фактором при выборе привода следует считать (учитывать) недостатки других приводов.

1. Механический - слишком  податлив, склонен к появлению  люфтов, трению, что делает нелинейным, стабильным и медленным.

2. . Гидравлический - большая разгерметизация и попадание  воздуха, чего трудно избежать (например при составлении автопоезда).

3. Электрический  - при современных бортовых источниках  он не может быть достаточно  мощным и применяется сегодня  лишь для управления тормозами  некоторых легковых прицепов.

4. Смешанные приводы  - сложные, поэтому без особой  надобности их не применяют,  хотя уже предельно ясно, что  электропневматический привод с  электронным управлением чрезвычайно  перспективен именно для тяжелых  автопоездов. 

По указанным причинам, вот уже долгие годы на тяжелом  автотранспорте, автомобильном и  железнодорожном с успехом используется пневматический тормозной привод. Впервые  он появился в 80х годах 19 века благодаря  разработкам фирмы,,Вестингауз, ,,Корпентер,, и ,,Кнорр,, (Германия). Для автомобилей  пневмопривод тормозов был предложен  Д. Стартевентом (США) в 1904 г., применен на автомобиле во Франции в1920году и внедрен в серийное производство фирмой,,Кнорр,, в 1923 году.

Повсеместное распространение  пневматического привода транспортных средств объясняется целым рядом  преимуществ:

- Неограниченность  сырья для создания энергоносителя. Это сырье - обычный атмосферный  воздух.

- Возможность сброса  отработанного воздуха обратно  в атмосферу. Продукт сброса  не токсичен.

- Легкость накопления  большого количества потенциальной  энергии, позволяющей долго и  эффективно тормозить даже при  отказе источника энергии. Аккумуляторы  потенциальной энергии сжатого  воздуха - рессиверы - предельно  просты и дешевы.

- Допустимость естественных  утечек сжатого воздуха из-за  негерметичности, что значительно  упрощает и удешевляет привод.

- Простота соединения  магистралей при составлении  автопоезда:

- Малое время срабатывания  и высокий коэффициент полезного  действия.

(КПД(0,91...0,95).

Регулятор тормозных  сил на автомобилях предназначен для автоматического регулирования  давления сжатого воздуха, подводимого  к исполнительным механизмам (тормозным  камерам и цилиндрам), в зависимости  от действительной осевой нагрузки автомобиля.

Благодаря установке  регулятора тормозных сил устраняется  преждевременная блокировка задних колес автомобиля путем снижения тормозной силы задних колес, что  приведет к недоиспользованию тормозной  силы колес автомобиля. Вследствие того, что соотношение тормозных  сил передних и задних колес постоянно  и не учитывает перераспределение  веса автомобиля при торможении, одновременная  блокировка колес происходит при  единственном значении коэффициента сцепления. При меньших значениях коэффициента сцепления сначала блокируются  передние колеса, при больших значениях  блокируются задние колеса.

Преждевременная блокировка колес любой оси автомобиля нежелательна, т.к. блокировка передних колес ведет  к потере управляемости, а блокировка задних колес - к потере устойчивости. При наличии регулятора лучевого типа при малых замедлениях автомобиля наблюдается перетормаживание передних колес. Этот эффект может приводить  к повышенному изнашиванию тормозных  накладок тормозных механизмов передних колес при служебных торможениях  и к опасному блокированию колес  при торможениях на скользкой  дороге. Для устранения этого недостатка в пневматических тормозных приводах иногда применяют клапан ограничения  давления, который можно отнести  к регуляторам тормозных сил. Наличие в тормозном приводе  клапана ограничения давления приводит к снижению тормозной силы передних колес при торможении с малой  интенсивностью. Применение регулятора тормозных сил на автомобиле связано  с некоторой потерей тормозной  эффективности (на 10-15%), так как предотвращение юза задних колес достигается  их недотормаживание. В настоящее  время на современных автомобилях  получают широкое распространение  антиблокировочные системы (АБС).

Назначение АБС - обеспечение оптимальной тормозной  эффективности (минимального тормозного пути) при сохранении устойчивости и управляемости автомобиля. Поэтому  в данном дипломном проекте предлагается применить АБС в тормозной  системе многоцелевого армейского автомобиля с пневматическим приводом.

Основной задачей  АБС является поддерживание в  процессе торможения относительного скольжения колес в узких пределах. В этом случае обеспечиваются оптимальные  характеристики торможения, для этой цели необходимо автоматически регулировать в процессе торможения, подводимые к колесам тормозной момент.

Существуют много  разнообразных конструкций АБС, которые решают задачу автоматического  регулирования тормозного момента. АБС должна включать следующие элементы (независимо от конструкции)(

- датчики( функцией, которых является выдача информации, в зависимости от принятой  системы регулирования, об угловой  скорости колеса, давлении рабочего  тела в тормозном приводе, замедлении  автомобиля и др.

- блок управления( обычно электронный, куда поступает  информация от датчиков, который  после логической обработки поступившей  информации дает команду исполнительным  механизмам.

- Исполнительные  механизмы( (модуляторы давления), которые  в зависимости от поступившей  из блока управления команды,  снижают, повышают или удерживают  на постоянном уровне давление  в тормозном приводе колес. 

Система охлаждения тормозных механизмов.

Обрезанный на четверть со стороны встречного потока грязезащитный  щиток дискового тормоза 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.

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.