Истоия развития тормозных систем

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕТСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ЭКОНОМИКИ  И УПРАВЛЕНИЯ

КАФЕДРА ФИЛОСОФИИ

 

 

 

Курсовая работа к кандидатскому экзамену

 «История и философия  науки»

(раздел «История отрасли  науки»)

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ

 

 

Тема: «История развития тормозных систем»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: аспирант

Тараненко В.Ю.

Кафедры: АТС

Специальность: 05.02.02

 

 

Первичная экспертиза:

д-р техн. наук, профессор

Тескер ЕИ.

 

 

Проверил:

 

 

 

 

 

Волгоград

2013

 

 

 

 

Содержание

Введение 

История, классификация и развитие тормозных механизмов…………….4

Схемы и описание конструкций тормозных механизмов………………...11

Заключение

Список используемых источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Тормозная система - предназначена  для снижения различных скоростей движения или полной остановки транспортного средства. Во время стоянки позволяет удерживать транспортное средство от самопроизвольного движения.

Состояние с  безопасностью движения автотранспортных средств настоятельно диктует необходимость исследования опасных режимов движения, одним из самых опасных  можно считать процесс торможения.

Подтверждением  тому могут служить данные о ДТП в России и других странах мира. Так по состоянию на 2012 год в России в результате ДТП получило ранение более 200 тыс. человек и 30 тыс. погибло. Материальный ущерб исчисляется миллиардами рублей [1].

Вместе с  тем, дальнейшее развитие народного хозяйства страны невозможно без постоянного увеличения объема перевозок, что неизбежно влечет за собой повышение интенсивности и скорости движения автотранспортных средств, тем самым, усложняя и без того тяжелое положение с безопасностью.

В данной работе рассматривается история, классификация тормозных систем и принципиальные схемы их конструкций, проведён анализ типовых конструкций тормозных механизмов устанавливаемых на современных автотранспортных средствах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История, классификация и развитие тормозных механизмов

Системы тормозов включают в себя два элемента:

1) Тормозной привод;

2) Исполнительные механизмы.

Классификация тормозных механизмов:

а) Конструктивное исполнение рабочих элементов – колодочное исполнение, где рабочий элемент в виде колодки взаимодействует с поверхностью (наружной или внутренней) барабана. Ленточное – рабочие элементы лента (гибкая) взаимодействует на барабаны. Дисковое – рабочий элемент диск, на него взаимодействует колодка в форме сегмента.

б)  Характер приводного усилия – закрытые (под действием постоянной силы пружины, веса груза и т.п.), открытые (когда привод включается то замыкается, а размыкается под действием силы размыкания) и комбинированные (совокупность открытых и закрытых приводов).

в) Принцип действия -  автоматические  и управляемые.

г) По своему назначению – стопорные (останавливают движение), спускные тормоза и регуляторы скорости.

Во время эксплуатации различают как служебные и экстренные (аварийные). Служебные служат для преднамеренной остановки и регулировки скорости движения в движении. Экстренное торможение служит для предотвращения аварийных ситуаций до максимального замедления транспорта.

Рассмотрим часть эволюционной цепи в развитии тормозных механизмов. Первые тормоза возникли на повозках. Тормозилось само колесо за счет взаимодействия систем рычагов. Колодка из дерева с  определенной силой прижималась  к наружной поверхности обода (колеса), что приводило к уменьшению окружной скорости и следовательно уменьшению скорости самой повозки. Отрицательным фактором на данный механизм сказывалась сырая погода, 50% потеря эффективности. При возникновении разнообразного транспорта механизм торможения претерпевал серьезным изменениям.

На первых автомобилях (например, К.Бенц) применялись колодочные тормоза, в качестве материала торможения была кожа. Эффективность не высокая, кожа быстро истиралась, и во время эксплуатации приходилось много раз менять материал торможения. В настоящее время на велосипедах используется данный вариант торможения, но более усовершенствованный. Колодки выполнены из металла, а накладки из фрикционного материала более стойкого к тепловым нагрузкам. Располагают по бокам обода.

В 20-е века транспортные средства достигали высоких скоростей (более 100 км/ч), из - за чего стала необходимость  в разработки наиболее эффективной  тормозной системы. Самыми первыми механизмами торможения стали - барабанные тормозные системы (они используются на современных транспортных средствах до сих пор). Принцип работы – колодки полукруглой формы прижимались к внутренней поверхности барабана (барабан чугунный). Колодки изначала были сделаны из чугуна, но потом стали делать из более износостойкого материала – асбеста.

В начале первых десятилетий  использовалась конструкция тормоза  в виде фрикционной ленты охватывающей тормозной барабан по всей поверхности. Барабанные механизмы взяли верх по сравнению с ленточными за счет своей эффективности и долговечности.

Долгое время существовали барабанные тормозные механизмы  и им не было ни каких конкурентов  вплоть до 50 – 60-х годов. Во время  их существования только претерпели системы приводов начиная от тяг, шкивов, заканчивая тросами. Со второй половины 30-40 годов становится в силу гидравлическая система привода, в которых через систему трубок разных длин заполненных жидкостью (растительное масло) действовали давлением на приводящие тормозные механизмы. Для снижения усилия на педали служили сервоприводы.

Считалось, что тормоза на передней оси приводили к неустойчивой управляемости. При условии правильной регулировки тормоза на передней оси оказались очень эффективными в управлении при торможении. К концу 10 и в начале 20-х годов тормозами стали снабжать все оси транспорта.

В 40 – 50 гг стали значительно  повышаться скорости транспортных средств  из-за значительного увеличения мощностей  двигателей.

 Помимо усовершенствования  приводных механизмов (гидровакуумных  усилителей) стали совершенствоваться и сами тормозные элементы. Первое улучшение в конструкции тормоза барабанного стало появление гидроцилиндра с двумя колодками (ведущими). Ранее гидроцилиндр был один, раздвигал сразу обе колодки, что было очень неэффективно.

Вес транспорта с мощностями все рос и рос, тормозные механизмы существенно перегревались и теряли свою эффективность. Необходимо было придумать, как более эффективней отводить тепло. К этому решению пришел материал из алюминия (который имел более высокую теплопроводность, а следовательно и теплоотдачу), в дальнейшем еще для более эффективной теплоотдачи этот материал приобрел оребрения (стала больше суммарная площадь поверхности теплоотвода).

Во время эксплуатации тормозные колодки изнашиваются и плохо прижимаются к поверхности  барабана, что приводит к уменьшению эффективности торможения. Что бы этот недостаток устранить был введен дополнительный механизм в виде экцентрика. Позволяющий во время эксплуатации немного смещать оси тормозных колодок, полностью восстанавливая их контакт с барабаном при торможении. Эти механизмы нуждались в постоянной регулировке, при этом было невозможно добиться равномерного торможения всех колес. Исключение этой проблемы стало введение в конструкцию гидроцилиндра, обеспечивающих компенсацию износа колодки (самоподвод). Ушла регулировка тормозов, повысилась безопасность.

В 50 – 60-е года тормозные  возможности транспортных средств  не успевали за ростом мощностей двигателей (в США это явно сказывалось), была гонка за более мощную и быструю  технику.

Поэтому в этих годах  конструкторы стали придумывать принципиально новые тормозные механизмы – дисковые тормозные механизмы. Колодки (фрикционные сегменты) стали прижиматься не к внутренней поверхности барабана, а к наружной поверхности диска (материал чугун). По конструкции был намного проще, легче, дешевле в материале, компактнее, безопаснее, чем  барабанные механизмы. 

Несмотря на малую  площадь соприкосновения колодок  был очень эффективен за счет равномерного прижатия колодки к поверхности  диска. Проще в обслуживании (проще  в замене колодок), усилие на колодках неограниченно (в барабанных все зависит от жесткости самого барабана).

Теплоотвод в дисковых тормозах лучше, так как воздух спокойно циркулирует между диском и поверхностью колодки. Для более лучшего охлаждения существуют вентилируемые диски, они разделены перемычками, воздух может спокойно попадать внутрь диска и еще эффективнее отводить тепло. Задние тормоза могут быть не вентелируемые, так как они не вырабатывают очень большого тепла.

Явным плюсом дисковых тормозов является самоочищение от воды, грязи, и продуктов износа. При его вращении вся грязь сбрасывается с рабочих поверхностей не ухудшая торможение в отличии от барабанного механизма.

Самым главным преимуществом  дисковых механизмов пред барабанными  является стабильность характеристик большие возможности в регулировке при работе, что приводит к более лучшему торможению, а следовательно к высокой безопасности движения.

В барабанном тормозном  механизме повышается эффективность  за счет его вращения во время движения транспортного средства, барабан «увлекая» за собой колодки дополнительно прижимает их к себе, что в итоге уменьшает усилие на педали тормоза. Что касается дисковых механизмов такой эффект отсутствует, потому что диск вращается в перпендикулярном направлении к сегментным колодкам (или к тормозному усилию). Для более легкого нажатия на педаль на транспорте с дисковыми тормозами присутствует сервопривод.

С дисковой конструкцией тормозной системы сложнее организуется привод стояночного тормоза, что  приводит к долгому пользованию  барабанных тормозных механизмов на задних осях транспортных средств. Также в качестве стояночного тормоза может использоваться отдельно барабанный тормозной механизм.

 Дисковые тормоза по сравнению с барабанными выделяют значительно больше тепла, что была причиной позднего массового внедрения дисковых тормозов. При использовании более ранних конструкций дисковых тормозов рабочая жидкость (растительные масла), при длительном торможении приводило к закипанию в гидроприводе, образованию пробок из пара, что приводило к провалу педали и ухудшению   эффективности торможения, безопасность уменьшалась. Появление высококипящей гликолевой жидкости привело к массовому применению дисковых механизмов. Применение старых масел (тормозных жидкостей) было полностью исключено.

В качестве минусу в дисковых тормозах, можно сказать, что они  из за своей открытости подвержены внешним факторам (погодным условиям, грязи и т.д.). Все продукты износа и грязь попадающая на рабочую  поверхность диска могут быстро привести к негодности. Если диск очень тонок то он слабо рассеивает тепло и в экстремальных ситуациях при больших нагрузках может треснуть. Необходимо тщательно следить за износом диска и в случае предельного состояния заметить на новый.

 В случае использования задних дисковых тормозных механизмов использование стояночного тормоза при отрицательной температуре воздуха необходимо исключить, так как часты случаи примерзания колодок к диску. Барабанный механизм лучше герметизирован и как правило меньше подвержен этому.

Изначально дисковые тормоза устанавливали, как правило, и на переднюю, и на заднюю ось. В  частности, именно так поступала  фирма Fiat. По мере того, как дисковые тормозные механизмы входили  в широкий обиход и становились, доступны хотя бы как дополнительное оборудование на сравнительно недорогих автомобилях, стали появляться и тормозные системы с передними (как более важными и эффективными) дисковыми и задними барабанными тормозами, несмотря на очевидную несбалансированность.

Существовали  различные конструкции дисковых тормозных механизмов — двух- и четырёхпоршневые, с неподвижной и плавающей скобой, вентилируемые, и так далее.

Впоследствии  и до настоящего времени конструкция  дисковых тормозов принципиально не менялась.

Тормозные диски  с перфорацией (просверленными в дисках отверстиями) — отчасти просто украшение, однако не совсем бесцельное: отверстия позволяют воде и газам, находящимся между поверхностью колодок и поверхностью диска, «забиваться» в них, и тормоза, таким образом, срабатывают быстрее, не ожидая лишнего поворота диска, очищающего его. Это может быть важным в ситуациях, встречающихся в автоспорте, однако при повседневной городской езде, как правило, некритично. К тому же отверстия уменьшают площадь трущейся поверхности диска, а еще в них могут забиться мелкие камешки, что потребует лишней работы по их удалению.

Дисковые тормоза  на всех колёсах стали стандартным  оборудованием большинства легковых автомобилей на Западе уже к концу 80-х годов.

На тяжёлых  автомобилях — в первую очередь грузовиках и автобусах, а также на очень больших легковых производства США — долгое время использовались барабанные тормозные механизмы, особенно в задних тормозах, так как у них проще увеличить мощность тормозного механизма за счёт наращивания площади колодок — для этого наряду с диаметром просто увеличивают ширину барабана. С тормозными дисками же, увеличить мощность тормозного механизма возможно лишь за счёт роста их диаметра, который ограничен размерами ободов колёс. Поэтому получается, что барабанный тормозной механизм можно сделать намного мощнее в абсолютном выражении за счёт большой площади колодок, несмотря на его меньшую относительную эффективность по сравнению с дисковым.

Однако в последние  десятилетия как раз в связи  с необходимостью повышения эффективности тормозов наметилась тенденция к существенному увеличению диаметра колёсных ободов с целью размещения тормозных дисков большего размера, при одновременном сильно снижении высоты профиля шины. На современных легковых автомобилях не является редкостью применение ободов посадочным диаметром 16-17 дюймов, в некоторых случаях — до 22", и сверхнизкопрофильных шин с высотой профиля всего в несколько сантиметров. Это позволяет разместить тормозные диски вполне достаточной эффективности. Решёнными в настоящее время можно считать и проблемы с организацией привода стояночного тормоза при дисковых механизмах тормозов. Всё это открыло возможности для широчайшего использования дисковых тормозных механизмов всех колёс, которые в настоящее время являются в развитых странах стандартным оборудованием для абсолютного большинства легковых автомобилей за исключением наиболее бюджетных моделей. Появляются и дисковые тормозные системы для быстроходных грузовиков.

Вторым важным усовершенствованием, сделанным в 60-е годы, стало массовое распространение двухконтурных тормозных систем, в которых, так или иначе предусматривалось разделение гидропривода на два независимых контура. При выходе из строя или снижении эффективности действия одного из них, второй обеспечивал достаточную эффективность торможения для того, чтобы добраться до ближайшего места ремонта.

В настоящее  время на тяжелой техники применяются  дисковые тормоза работающие в масляной среде так называемые «мокрые  тормоза».

 

 

Схемы и описание конструкций тормозных механизмов

Рассмотрим ряд конструкций  тормозов, разработанных в последние  годы.

Дисковый открытый тормоз, разработанный в НАТИ, представляет собой двух колодочный тормоз, который работает следующим образом. При воздействии на тормозную педаль и повороте рычага шарики катятся вдоль каплеобразных лунок и перемещают в осевом направлении проставку с храповым колесом. Храповое колесо воздействует на обойму подвижной колодки, которая прижимается к тормозному диску. При этом происходит остановка вала заднего моста. Износ колодки компенсируется с помощью храпового механизма.

Как показали испытания, недостатками тормоза является неудовлетворительная износостойкость колодок, храпового  механизма и контактируемых поверхностей нажимного устройства.

Дальнейшее совершенствование конструкции дискового тормоза открытого типа осуществлялось за счет увеличения коэффициента перекрытия поверхностей трения до К_ВЗ=0,7, а также за счет применения накладок из

спеченных металлокерамических  порошковых фрикционных материалов на железной основе. Усовершенствованный тормоз НАТИ был испытан на тракторе в течение 1500 м/часов. В результате испытаний было установлено:

-средний износ фрикционных  накладок дисковых тормозов за 1000 часов составил 1,2 мм, а планетарных  ленточных тормозов 0,8мм;

-средний износ дисков  остановочных тормозов за 1500 м/часов  составил

2,2 мм;

Из приведенных данных видно, что тормоза рассматриваемой  конструкции обладают недостаточной  работоспособностью из-за низкой износостойкости  пар трения (колодок, дисков, поверхностей нажимного устройства).

 

 

 

Рисунок 1 - Дисковый тормоз НАТИ.

Дальнейшее совершенствование  конструкций тормозных систем осуществлялось за счет применения многодисковых тормозов сухого трения, а также тормозов, работающих в масле.

На рис. 2 представлена конструкция усовершенствованного тормоза НАТИ.

Рисунок 2 - Усовершенствованный тормоз конструкции НАТИ.

На ведущем валу конечной передачи установлен тормозной диск 1, состоящий из ступицы с приклепанным диском. Диск установлен на шлицах втулки, которая установлена на ведущем валу конечной передачи, что позволяет тормозному диску иметь осевое перемещение. Корпус тормоза 2 неподвижно закреплен через кронштейн на корпусе заднего моста, а вторым концом через серьгу на механизм управления. В корпусе установлен «слезковый» механизм 3, состоящий из опорного диска управления 4 и нажимного диска 5. Неподвижные тормозные колодки 6 установлены в корпусе тормоза.

При перемещении рычагов  управления трактора через систему  тяг и рычагов происходит поворот  диска управления 4. Шарики, выкатываясь из канавок диска управления 4, перемещаются в осевом направлении диск 5, который зажимает тормозной диск между колодками. Возврат в исходное положение происходит с помощью пружин 7.

На рис. 3 приведена конструкция дискового тормоза сухого трения, разработанного в ГСКБ Волгоградского тракторного завода.

 

 

Рисунок 3 - Тормоз Р1478 конструкции  ВГТЗ.

На ведущем валу установлен тормозной диск 1. В тормозном  диске на пальцах 2 установлены двусторонние колодки 3. Односторонние колодки 4 установлены на промежуточном тормозном диске 5, который установлен на шлицах нажимного диска 6. Нажимной диск 6 установлен на корпусе уплотнения 7. Корпус уплотнения 7 крепится к корпусу конечной передачи. Таким образом, диски 6 и 5 являются неподвижными элементами тормоза.

При работе трактора тормозные  диски 1 вместе с установленными колодками 3, вращаются при движении трактора. При перемещении рычагов управления трактора через систему тяг и  рычагов происходит поворот дисков управления 8 (9). Шарик 10 «слезкового» механизма выкатывается из канавок, перемещая в осевом направлении диск 6, который смещает двусторонние колодки 3. Эти колодки перемешают диск 11 до упора в диск тормозной 1. Для возврата механизма в исходное положение служит пружина 12. Осевое усилие в механизме управления воспринимается упорным подшипником 13.

На рис. 4 показан упрощенный вариант дискового тормоза, разработанный в ГСКБ для тракторов ВТ-100.

 

Рисунок 4 - Дисковый остановочный тормоз ВТ-100.

Левый 1 и правый 2 тормозные диски установлены на пальце, который установлен в кронштейне, закрепленный на корпусе заднего моста. Нижняя часть этих дисков пазом фиксируется по кронштейну, установленному в отверстии заднего моста. Эти диски могут перемещаться в осевом направлении.

При перемещении рычагов управления трактора, через систему тяг и рычагов, осуществляется поворот среднего тормозного диска 3. В результате происходит выкатывание шариков из «слезкового» механизма. При этом происходит разжатие левого 1 и правого 2 тормозных дисков. Тормозные накладки 4, установленные на них, прижимаются к поверхностям дисков 5 и 6, жестко скрепленных со ступицей 7, установленных на ведущем валу конечной передачи. Это приводит к подтормаживанию или полной остановки трактора. Пружины 8 тормозного комплекта (3 диска и сепаратор) возвращают тормозные диски в исходное положение.

Из данных литературы известно, что наиболее эффективными, с точки зрения износостойкости, являются тормоза, работающие в масле.

На рис. 5 представлена конструкция такого тормоза, разработанная в ГСКБ.

 

 

Рисунок 5 - «Мокрый» тормоз ВТ-100.

На валу конечной передачи установлена втулка 1, на которой  на шлицах установлен барабан 2, на котором  установлены диски 3 с металлокерамическими накладками (МК-5). Цилиндр 4 - неподвижная часть корпуса, установлен на корпусе уплотнения, закрепленный на корпусе конечной передачи. К цилиндру 4 закреплен барабан тормоза 5, во внутренние шлицы которого установлены диски 6 (металлические). В цилиндр 4 установлен поршень 7. Весь комплект остановочного тормоза с помощью 12 болтов крепится к корпусу планетарного тормоза.

При подачи масла под  давлением в отверстие А, поршень 7 перемещается, сжимая комплект дисков, которые упираются на корпус планетарного тормоза. Таким образом, происходит подтормаживание или полное торможение. Поршень 7 возвращается в исходное положение (после снятия рабочего давления) пружинами 8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Характерной чертой современной стадии развития науки является возрастание  тенденции к единству научного знания, которая находит свое воплощение в развертывании междисциплинарных исследований, интеграции знания, использовании методов и идей одних наук в других и т.п. На этой основе происходит формирование глобальной научной картины мира, опирающейся на принципы эволюции, самоорганизации и системного метода.

В работе была рассмотрена эволюция развития тормозных механизмов наземных транспортных средств с самого начального этапа их возникновения. Это было необходимо, для того чтобы были проанализированы все плюсы и минусы этих механизмов, все самые слабые места. Рассмотрены схемы и принцип работы конструкций тормозных механизмов. В дальнейшем избавляясь от этих минусов будем приближаться к более совершенной конструкции и конструктивному решению и увеличению надежности механизма в целом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемых источников

1. [Электронный ресурс] // Газета.ру, 2013г. URL: http://www.gazeta.ru/auto/news/2013/01/25/n_2723869.shtml, (Дата обращения: 2.03.2013).

2. Тескер, Е.И. Критерии предельных состояний при контактном нагружении деталей трансмиссий и приводов: монография / Е. И. Тескер, М. М. Матлин; ВолгГТУ. - Волгоград: РГЖ «Политехник». 2006 - 248с.

3. Гайденко Н.Н. История новоевропейской философии и ее связи с наукой. М., 2000.

4. Горохов В. Специфика философского осмысления техники // «Философские науки», 2006, № 2.
5. [Электронный ресурс] // Производство тормозных колодок, 2013г. URL: http://www.frico.biz/index.php?id=28 , (Дата обращения: 2.03.2013).
6. Гайденко Н.Н. История новоевропейской философии и ее связи с наукой. М., 2000.
7. Балакин В.А., Сергиенко В.П. Тепловой режим работы тормозов автомобилей  БелАЗ на горном спуске // Трение и износ. – 2001. - №1. – с. 35-40.
8. ГОСТ  Р 51709  –  2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки.
9. Гуревич Л.В., Меламуд Р.А. Тормозное управление автомобиля. – М.: Маниностроение, 1979. – 207 с.
10. Коневцов М.Д.  Новый способ торможения АТС // Автомобильная промышленность. – 2002. – № 12. – с. 14-17.
11. Коневцов М.Д., Пахайло И.А. Тормозные механизмы с дополнительными и разобщёнными спаренными колёсами //  Автомобильная промышленность. – 2001. – № 2. – с. 16-21.
12. Мамити Г.И. Новые схемы барабанных тормозов // Автомобильная промышленность. – 1999. – № 6. – с. 22-26.
13. Мюллер Х. Д. Дисковые пневмотормоза «Кнорр - Бремзе» //  Автомобильная промышленность. – 1999. – № 12. – с. 34-40.
14. Поповский В.В. Колодки «МарКон» для автомобилей УАЗ-3160  // Автомобильная промышленность. – 2002. – № 6. – с. 37-38.
15. Ревин А.А. Автомобильные   автоматизированные   тормозные   системы: техническое    решение,    теория,    свойства:     Монография. Волгоград: изд-во "Института Качеств", 1995. - 160 с.
16. Тормозные устройства: Справочник / М.П. Александров, А.Г. Лысяков, В.Н. Федосеев, М.В. Новожилов: Под общ. ред. М.П. Александрова. — М.: Машиностроение,  1985. — 312 с.