автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Исследование теплонагруженности фрикционных узлов (на примере барабанно-колодковых гальм транспортных средств сельскохозйственного назначения)

ГБ ОД

луганський сільськогосподарський інститут

4 СЕН 1995

На правах рукопису

РИБІН Генадій Петрович

ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛОНАВАНТАЖЕНОСТІ

ФРИКЦІЙНИХ ВУЗЛІВ

[на прикладі барабанно-колодкових гальм транспортних засобів сільськогосподарського призначення)

Спеціальність 05.20.01 — Механізація сільськогосподарського виробництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Луганськ — 1995

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Івано-Франківському державному технічному університеті нафти і газу та Луганському сільськогосподарському інституті.

Науковий керівник — доктор технічних наук, професор

ВОЛЬЧЕНКО О. І.

Офіційні опоненти — доктор технічних наук, професор,

академік УНАН ЗАЇКА П. М.

— кандидат технічних наук, доцент ЛІВЕНЦЕВ В. П.

Провідна організація — Луганське виробниче об’єднання «Облагротехсервіс».

Захист відбудеться 19 вересня 1995 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 01.01.18 при Луганському сільськогосподарському інституті за адресою:

348008, Луганськ, дослідне поле, інститут.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці інституту.

Автореферат розісланий 18 серпня 1995 року.

Вчений секретар ”

спеціалізованої вченої ради^&^-^-с-г^О. О. ПЕТРЕНКО

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

У формуванні дійсних режшіз руху транспортних засобів при перевезенні сільськогосподарської продукції першочергову роль грао забезпечення безпеки руху, яка тісно поз”язана з .ефективність дхі барабашіо-колодкозих гальм. Ефективність гальмівного механізму залежить від його теплової назантаженості.

Якщо температура пар тертя барабанно-колодкового гальма транспортного засобу в будь-який момент часу руху не перевищуватиме деяку допустиму, тобто 220-250 °С, то гальма можуть забезпечувати гальмування за встановленими нормативами, що гарантує безпеку руху. Тому точна оцінка реальної теплонавантазкеності пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів як на спеціальних ділянках дороги, так і на маршрутах в цілому, о актуально» проблемою. .

Крім того, збільшення вільності транспортних потоків веде до зростання пвкдкості руху, а отже і теплоиавантаженості пар тертя гальм, цо обумоалос необхідність інтенсивного відведення теплоти. Тому проблема примусового охолодження пар тертя гальм с такси дуже актуальной.

Барабанно-колодкові гальма використовуються на транспортних засобах, шасі яких застосовуються з сільськогосподарському виробництві для інтенсифікації технологій по вирощуванню рослин та індустріальних технологій з тваринництві: сімейство ЗЛЯ-ЗШМЗЗІ (автомобіль вантааний), ЗМ-ІЗОЗІ-бО (тягач), на базі ЕІЇЛ-^3152 або ЗІЕМЗІИ2 (завантажувач сухих кормів ЗСК-З-ІОА), на базі автомобіля ЗИЕ-ІЗОІН (автомобілі моделі 5703 для перевезення жхвоі птиці та бройлерів з контейнерах); сімейство ГАЗ-ГАЗ-САЗ-3507-01 (автомг^іль-самоскид), ГАЗ-53В (базовий автомобіль для самоскид-

ного автопоїзда ГАЗ-60С8), ГАЗ-53-02 (кормороздатчик-кормозавантажувач універсальний КУТ-З,ОБ) та ін^

Мета роботи - розробка методик розрахунку теплонавантаженос-ті барабанно-колодкових гальм транспортних засобів та випереджуючих технічних рішень по високоефективному примусовому охолодженню їх пар тертя.

Поставлена мета досягається вирішенням наступних задач: ■встановити вплив конструктивних параметрів барабанно-колодкового гальма на теплонавантаженість його пар тертя та іі вплив на експлуатаційні параметри гальма;

запропонувати методики розрахунку теплонавантаженості та часу природнього охолодження пар тертя барабанно-колодкових гальм, як на окремих спеціальних ділянках дороги, так і в кінці гірських марярутів;

розробити конструкції удосконалених гальмівних пристроїв з нетрадиційними видами високоефективного охолодження (з використанням магнітоелектричного, термоелектричного та акустичного ефекту);

оцінити довговічність фрикційних накладок барабанно-колодкових гальм транспортних засобів з точки зору їхнього теплового стану.

Методи досліджень. При оцінці теплонавантаження пар тертя барабанно-колодкових гальм використано метод теорії тешювоі подібності (лінійних та масштабних перетворень), основні закони термодинаміки і теплопередачі, положення теоріі математичної , статистики, основні положення теоріі та методи розрахунку автомобіля та теорії прийнят- і оптимальних рівень при конструюванні пристроїв та систем високоефективного охолодження гальмівних механізмів.

Наукові положення, що захиіцапться в дисертації: закономірності впливу конструктивних параметрів барабанно-колодкових гальм транспортних засобів на теплонавантаженість гальмівного вузла;

закономірності впливу теплонавантаженості пар тертя гальма на його експлуатаційні параметри;

методика розрахунку теплонавантаженості пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів та часу природнього охолодження іх гальмівних барабанів між гальмуваннями;

основи розробки гальмівних пристроїв с високоефективним охолодженням.

Наукова новизна роботи:

запропоновані методики розрахунку: теплонавантаженості пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів при циклічних та довготривалих режимах іх навантаження на спеціальних ділянках дороги, а також в цілому на гірських маршрутах; безпечної швидкості руху транспортного засобу з точки зору теплового стану пар тертя гальм; часу природнього охолодження гальмівних барабанів транспортних засобів при русі з різними швидкостями для оцінки інтенсивності іх охолодження;

розроблені конструкції гальмівних пристроїв з високоефективним охолодженням.

Особистий внесок. Автором розроблені методологічні положення для всього комплексу теоретичних і експериментальних досліджень тєпловоі навантаженості пар тертя барабанно-колодкових гальм. Зокрема зроблено наступне: методика розрахунку теплонавантаженості пар тертя гальм транспортних засобів /2, З, 8/; встановлений вплив конструктивних параметрів гальма на теплонавантаженість, а також теплонч антаженостї - на експлуатаційні параметри /2, 3, 8/; оцінена довговічність фрикційних накладок гальма /2/; розроблені кон-

сїрукціі гальм з високоефективним примусовим охолодаеиняк пар тертя /І, 2, к, 5, б, 7/.

Практична цінність роботи. Розроблені методи оцінки: тєпго-навантаненості та часу природкього охолодження пар тертя барабанно-колодкових гальм ираиспортиих засобів, по дозволило на;«т,о-ію-обгруктовано підходити до вибору бззпечноі свидкості руху, ті-ходячи з умови не пбрвіш^ашія допустимої температур*: для вдкорис-тозуианих фрикційних матеріалів в гальмі. Запропоновані -.сзнструк-ціі гальмівних пристроїв з виеохоефоздшшм примусовим охолов?..спини їх пар тортя.

Реалізація результатів роботи. ііідькчОїдак тохахчаога рхги; гальківинх нахааі змів, зокрема, &іу«діааио-кояод;:овзіх га:;ь:; транспортних засобів сіяье*.;<огосподароь?.ог-о прп;>;ачснк;;, ейдо

зшпзння хх теплової иавантапаності з сдноч-асшп: х.аг\ . V. .:;м організації руху Еабозпечіао охоксиічезіЗ ефест 6,595 нлн. ц (а цінах на 01.01.1991 року).

Апробація роботи. Матеріали дксєргаціЯкоі робо'.ч; .да:;, Далася йа-горо» на сиапоз’луиах, лоь|ерсіщіях і сайкарая: обдачисї праціЕакйіі: аьтоіі.'оіюкціі, ІугйЦСік, 1591-Н:9:* рр., гйкнарод’:?-яу з трибології фріпщійних каторіалііі, Ярое-’агль (Рооїг;), І95*і р. другому мігаародному украіноьчкх ііпзнзрЇЕ-кехакіків, Львіз,

1995 р.; ХУ иізгнароднігі конфороїздіі з розвитку автомобілебудування, Белград (Югославія), 1995 р.; спільному засіданні кафздр "Сільськогосподарські машини”, "Кеханісздія гаарганкаькіл "Трактори І автомобілі” Луганського сільськогосподарського інституту.

Публікації. Осйогчі положення дисергаціхікоі роботи ояуОліковані в дез"яти друкованих каукохшх працях, з яких' дах ковзгрй-фїі, одна стаття, чотири патента ка винаходи та тези двох дзг.зві-дг-ї’..

<!

0„У.-тг Л''зрпційна роботі обсягом 165 стор. склада-

С',’':С!г -..І І'тгупу, ЧОЇЯріОХ рО^ГДТЗ, 2Л!С!*ОЗКІВ, списку літератур!! та і.істкг:» IIЗ crop, основного vc-xcty, 15 табл., 29 р::с. Список -lice.; ..тури і'ло 90 аа"т'зчу^згг:, і розтасованій! на II crop. Хо-:.г. і-:л E‘v сго'ч '

консулігЖ диггр.хдійгіоі роботі: - доцент Прикар-:—• 'П у;;і—;рсi.jory І:;. В.Сгг.ісгі, канд. тех?,, наук Вольчен-Г? 7 .У*

?:!їсї роші; •

Ух.гул. У вступі визначена оснохіна мога і спрямованість нау-дззлідхазь, иа^здзна актуальність проблеми і загальна характеристика роботи.

7 порпоху розділі проведені:,! аналіз тэплоназаитаженастх пар т^ртя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів з урахуванні:' та іііїєисстності їх експлуатації. Показало, до

г-s а.гааазааїалгність стає визначальна фактором при виборі тг:пу г..^ъиа, його С'Сііовлих кэясгруюривних параметрів та правильнему V,Я-ійх матеріалів. Елективна та надійна робота ос-їаг,:-и» ну.-'тлт'і тільки в інтервалі поворхневвх температур, и». из пэров:ч}зт^ допустйчаі для даного фрикційного матеріалу.

Успіша вирхвэвня задач по оцінці теплонавактакеаості бара-бз’лііз-колодяових г-аьм транспортних засобів немокливе без аналізу роьуль'.’атіз поперодаіх досліджень з даної проблеми.

Теорія, розрахунок і конструювання гальмівних пристроїв знайшли відобраденн.ч в працях 11.П.Александрова, В. 1.Белоброва,

О.І.ВолаЧзнзд, Л.І.Пгохезича, А.ВЛичшадзе, В.С.Еедрова, В.А.Чу-дакова, Б.Горста (В. Horst ), Т.Ньпкомба (Г-Ле^сотЬ) t г,$азе-aaca (р Fazehcxs ) Та ^нших вчених.

Б працях МЛІ.Александрова, О.І.Зольчекка, М.Ф.Коренчука,

Г.В.Максапетяна, В,Н.Пікушова, А.С.§едосова, Т.Ньюкомба (Т.«^еи-сотЬ ), Г.Фазекаса (й.Т-’А.ї.Є'кйЗ ) та ін. розглянуті різні методи оцінки теплонавантаженості пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів, а також визначення інтенсивності природнього охолодження їх робочих деталей.

розробці методів та засобів примусового зниження теплонавантаженості пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів присвячені праці С.В.Балаболіна, І.М.Богатчука, О.І.Воль-^ ченка, М.А.Вожъчеако, Л.м.Князева, В.и.Фодосоаа та інших дослідників.

На основі аналізу методів оцінки теплонавантаязності пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів (аналітичного, чисельного, аналогового, графічного, експериментального, а також їх комбінованого сполученая) встановлено, що в згаданих методах не враховано: теплове насичення обода гальмівного барабана; інтенсивність теплообміну зовнішньої та внутрішньої поверхні обода барабана при омиванні їх циркулюючим повітрям; зміни, г,о відбувається в поверхневих карах фракційних матеріалів з за"язку з температурами, значно перевищуючими допустимі, а тако^ втрати енергіі повітря на вихроутворення, що обумовлене змінніств зазору між парами тертя; зміну коефіцієнта тертя по довзсині поверхні контакту взаємодіючих пар тертя, до палите на виіиу гальмового моменту (ио також не враховується попередніми дослідниками) змінність зазору лік парами тертя, обумовлену зміною питомих навантажень між ними, цо призводить до нерівномірного гчонення фрикційних накладок, та ін. Найбільша невідповідність рэьуаьта-тіз розрахунку та екс; ^имектальних даних виявляється а тих випадках, -коли на поверхні тертя гзнеруеться значна кількість теплоти.

і

Аналіз розробок по примусовому охолодженню пар тертя барабанно -колодкових гальм пэкасав, що на даний час відсутні конструкції пристроїв та систем, що працюють на термоелектричному, магнітоелектричному та акустичному ефектах охолодження.

В другой/ розділі проведения докладній аналіз укозз роботи пар тертя гальмівних механізмів транспортних засобів. Зазначено, до на їхніх поверхнях мас місце дисипація механічної енергії в теплову. Останню необхідно відводити від пар тертя в оточуаче середовище*. Частина теплоти, що геноруеться на поверхні тертя, поглинається матеріалами гальмівного барабана та фрикційних накла-до;:, а потім, завдяки граничному пару омиваючого повітря, конвек-цїсп та радіаційним теплообміном розсіюється в оточуюче середовище. При цьому нестаціонарне поле гальмівного барабана визначаються н‘. "^оодкнаташ точки (х,^. , г ), так і чаеом протікання про-*№ЧГ С<°;

Процеси природнього охолоднення барабанно-колодкових гальм транспортних засобів являють сабоз складній комплекс механічних, 'і'зплових і гідравлічних явищ і описуються системою диференціальних рівнянь, до пісої входять такі рівняння:

розповсюдження теплоти з матеріалі обода барабана

Щ ЩГ дгї>’ СП

теплопровідності в матеріалі обода барабана ОТі^г дїі д./,,- +1г - л &Іі . агїіЛ ( 2 }

-а^Щ'

Т їлообміну омиваючого повітря з поверхнями обода барабаьа

7

ЗХ[ СІЕі ’

руху омиваючого повітря

р 0(ух~х±+% ІЗ^ЇІ + ІГ* 5іі) = р а ■ ^1 аїі Л ^ 1 зхі чіа^і 1 д2± ’ -уі«і

С 5 }

_зрі +ЛІ /т, ± з2тгХі А з2%,\ ах4 Ш* ^ }

•і *

(з кетою скорочення викладок рівняння (5) записане лизе для про-екціі на вісь X),

де 1ГХі , /|Гі)1 > ~ складові швидкості; ^ , "р ,^ - густина,

тиск та коефіцієнт кінематичної в'язкості поЕІтря; оС - коефіцієнт тепловіддачі від поверхонь ооодг, гальмівного Сі.рібана;

? Т т-»- ■£ У

ЬХ^- температурний напір, ДТ4*-С^-Тз ; Д3 - '*еи;:оратус;*. внутрішньої та зовніиньоі поверхні обода барабана; т?»ц.- температура поверхні тертя обода барабана; С\ - прискорення вільного падіння тіла.

Система складається с восьми рівнянь і ас стільки незалежних змінних Тт , 1-г., , "Ц > 'Ці • Л*-Ги > ^2 > Р ’ ^ ®

а тим, що число рівнянь дорівнює числу змінних, ?о система ріа-кянь е замкнено», і змінні -можуть бути визначні.

Проте диференціальні рівняння (1-5), до описують загальні закони фізики, а з ними і явища, що відбуваються в й>^ІЕо;:ьн«ііу об’’смі гальма, мавть загальні роэв"язки. З ийтою одержана»; з ио»-ЛИВИХ РС8ВИЯЗКІЕ ОДВОГ. ОКр&МОГО НЄООХІДКО ДО СИСТЄІІ.І ^Пфор^чЦІ'-аяьних ріїнянь приєднати иато^атлчшы овге всій ог.рз--;-;: сгіо,‘;:;;і,^0' ■гой, що називаються умовами однозначзосїі. Останні ысдач^гь;

С. {‘<;о!:от{)ичні умочи, г.:сі /.арактзркзуать особливості консг-(ьг«,...''лто-колод'.сэгого гад мп •* діеяотри зовнішньої та паапрхиі обода бар:;;-!.л (а^тпСІ ), ширину позеркой:» тзплозідгачі обо'а бар.абаиа <.3- та 3), зазори пік парами т;,"ї/. (О '). ’сік іоанісчьоп коьорхшгв обода барабана та ободом •;з-г:0г. ( ), а тахо?; частину простору, в якій досліджується

р-.'х поігіт'.1:. Остання укоза в загальному вигляді задасться самі;-ї:.:;іОі! і;о;,с-р/.іі-.;!3 3 , що о&сзус розглядувану область

В заданій області часткові похідні визначаються з виразу В якості визначального розміру даноі системи прійнято діаметр гої'ИІїшьоі поверхні ос5ода гальмівного барабана.

£. Оізачні умови, що характеризуать фізичні властивості г.а-'гзрїалгв па;> г-зртя та омлвчячого повітря, яке боре участь в топ-.геоо'-ііг.х. До ч.^да та:г;:,с уко:з відносяться коефіцієнти гсиперату-рспропідіпсті матеріал і з обода барабана та фрикційних на::дадо!:, г« тжо:: повітря (0.5 .■ і 0-^ ), коефіцієнти тепловіддачі (сС ) іОлніигіС'ОІ та в’лутрійііьої позізохоиь обода барабана до Ч'.г; Ч'и'.'.:.:с г-г ::ос і/іціонг Г;о;\; д;:ламічноі в’’лзкості С )•

'і. Іичагкоій укопякі опгіСуагь стан досліджуваної с/.стеїш післ і •; ;г.го"ого галі-музаїшл. В да:оку випадку пукано» ^ункціса с час , Го::у :^ча;;;о;-а умова заллаусться у вигляді

‘

до 'и0'- .„а , оо:;хльї;;ї ч.ій схолод-.'.гдая дорізнзи часові руху транс-парсііОг;> засобу і;і:ї гальиувпїіші:-:-.!.

•і. і'ра:;.:ч';і у:-'02:і харолсторноуать особливості протікання іЧчт;ес;' ':'п.у;йдл;: аар тер?,; гальма. З якості граничної укозі-г

- ;у,ч,:"ч.> /;!а:’у гордого роду, З'їдаа роглодсл ааапаратур:: ■- - 'елі'; ої ;~.а батабак а з будь- ;’л:іЛ :гг ч;а.'

5. Часові умови, які визначають особливості протікання лкі-ща в часі. До числа таких умов відноситься час охолодження Ъ -Розв"язок замкненої системи рівнянь з урахуванням умов однозначності дозволив би визначити шукані величини як функції координат та часу,

Нажаль, розв'язок складних систем існуючим:-: методами сучасної математики неможливий; оскільки аналітичний розв'язок пов"яза-ний з рядом припущень, що важко піддаються урахування, а це значно знижує точність отримуваних результатів. Тому довелося вирішувати поставлену задачу методами моделювання теплових процесів, які грунтуються на теоріі теплової подібності.

Записаши рівняння (1-5) для інших типів гальмівних механізмів та дослідивпи процеси, що в них відбуваються, на основі другої теореми подібності після виконання лінійних перетворень і визначення зв"язку кім одержанкми співвідношеннями «а їхнього впливу на час охолодження обода гальмівного барабана одор:пли критеріальнз рівняння вигляду

1 Іт. ігу. й . Ь . СІ . £, . £.1 . <54

7^ “ ТЛТГ ’ ТГ' ’ Т ’Т *~с ’ Т~ ’ '* 6 )

деїе ,70 - криторіі Пекло, Фур"е і Нуссельга; -

температури поверхні тертя гальма та омиваючого повітря.

Для процесів нагрівання пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів критеріальні рівняння для циклічного (7) та довготривалого (8) режимів іх навантаження одержані методом масштабних перетворень. Критеріальні рівняння мають вступний вигляд

де - усталена поверхнева температура пар тертя гальма; Каз -коефіцієнт взаємного перекриття пар тертя гальма;^ .^Гц - час гальмування та його цикл.

В рівняннях (6-8) відповідні величини без індексу відносяться до досліджуваного гальма, а з індексом "о" - до тспловоі модел заднього гальмівного механізму транспортного засобу ЗИЛ—130.

Критеріальні рівняння (б), (7) і (8), які одержані в результаті аналізу процесу теплообміну пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів з омиваючим іх повітрям, однозначно визначають час охолодження ^ та поверхнову температуру 1г^ . Кількісний зв"язок міх величинами, що входять до вищезгаданих рівнянь, може бути встановлений після проведення експериментальних досліджень. •

Третій розділ присвячення експериментальним дослідженням, процесі експериментальних досліджень об'єктами випробувань були полісні бяпябанно-колодкові гальма транспортних засобів сімейств ЛуАЗ, ГАЗ та ЗІІЛ.В гальмівні механізми зазначених транспортних засобів встановлювалися гальмівні барабани та фрикційні накладки пізпаг пиртт. Барабанно-колодкові гальма транспортних засобів з:;ярабува.?ися в експлуатаційних та стендових умовах.

В роботі наводяться задачі та методика експериментальних досяіхтеш., олиеувг.’.оя особливості приладів та датчиків, використаних ири випробуваннях гальмівних нахаиізмів, а також методики обробки вЕЄпзри«знтадь:на даних і оцінка похибки вимірювань.

ПохлззнпЗ гіиия коїютр/стітшх параматргії галька (радіусів робот.:.* пагорхоль обода барабана І ї\5 ) та фрикційних накладок С1 її ), и:ірч:;ч і говцкш обода бапнбаиа. і накладок, н також за-

зору між парами тертя ( t ) на тепдонавактаженість гальмівного механізму.

Наводиться грунтовній аналіз різних схем розтискання колодок в гальмі при умовах, що та * Збільш

рівномірний закон розподілення питомих навантажень на взаємодіючих поверхнях пар тертя гальма спостерігається при прикладанні розтискаючого зусилля до косковоі та п"ятковоі частин гальмівних колодок при ЇН=Т^- • Б цих випадках нагрівасться вся поверхня _ фрикційних накладок і рі зниця поверхневих температур набігаючої та збігаючої частин накладок обумовлена тільки величиною прикладеного до неі зусилля. Для всіх інших випадків закон розподілення питомих тисків на взаємодіючих поверхнях пар тертя носить нерівномірний характер.

З конструктивних параметрів гальмівного механізму розглянуто вплив діаметра, товщини та ширини обода барабана, коефіцієнта взаємного перекриття пар тертя, а також зазору між парами тертя гальма на теплонавантаженість його робочих деталей.

Зі збільшенням діаметра обода барабана конструктивно збільшується його товщина і ширина. Це призводить до збільшення зазору між парами тертя, а також коефіцієнта взаємного перекриття пар тортя. Все це викликає зростання теплонавантаженості робочих дета лей гальма з одночасною інтенсифікацією природнього охолодження внутрішньої та зовнішньої поверхні обода барабана. Зі зменшенням діаметра одоба барабана зменшуються його товщина і пирина. Це призводить до зменнення зазору між парами тертя. Коефіцієнт взаємного перекриття при цьому майже не зміняється. Теплонаіпнтаже-ність пар тертя тальк» в цьому випадку зменшується, і покращується природно охолодження обода барабана за рахунок Зменшення кута атаки повітряних- потоків, що омивають колісне гальмо транспортного засобу,

п

Теплова навантаженість пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів вирішальним чином впливає на іх експлуатаційні параметри (питомі навантаження, коефіцієнт тертя, механічні та теплові деформаціі, зношення).

Розглянуті закономірності зміни коефіцієнта тертя азбополі-мерних матеріалів (6КХ-ІБ, бКХ-^Б та ФК-24А) від поверхневої температури. Найбільш придатним для всіх трьох зазначених фрикційних матеріалів с інтервал температур 50-165 °С, в якому коефіцієнти тертя змінюються від 0,36 до 0,235.

Наводиться аналіз зміни коефіцієнта тертя при взаємодії са-імопритискноі гальмівної колодки з ободом барабана при різних значеннях питомих навантажень на поверхнях тертя заднього гальмівного механізму транспортного засобу ЗИЯ-ІЗО. Фрикційні накладки при ньому розглядалися, як деталь, що має набігаючу та збігаючу поверхні. Встановлено, що найбільші зміни коефіцієнта тертя спостерігаються на збігаючій поверхні фрикційних накладок, ко >влюс зародження власних коливань саморозтискноі гальмівної колодки саме в цій її частині.

При дослідженні впливу теплонавантаженосгі на механічні та теплові деформації обода барабана при гальмуванні транспорт іого засобу встановлено, во більші значення механічних деформацій пояснюються діями високих питомих навантажень в парах тертя. Після закінчення гальмувань за рахунок прухніх властивостей матеріалу обода барабана маг. місце його повернення з деякими залишковими явицами в початковий стан, що був перед початком гальмування.

Цього неможча сказати про теплові деформаціі обода барабана, які збільшуються зі зростанням його об"смноі температури. Тривалість д:х теплових деформація с набагато більшою, ніж механічних.

Крім 'о, механічні і теплові деформаціі обода барабана транс-

13

портного засобу впливають на нерівномірність зношення їх пар тертя.

Наводяться результати стендових досліджень залежності масового зношення азбополімерних фрикційних матеріалів (6КХ-ІБ, ' бКХ-^Б та ФЛ-24А) від поверхневої температури пар тертя гальма.

З аналізу результатів дослідження випливає, що з досліджених матеріалів найкращі зносо-фрикційні властивості при найвищій допустимій температурі (390 °С) мас фрикційний матеріал 5К-24А. Останній рекомендується для використання в парах тертя барабанно-колодкових гальм великовантажних транспортних засобів.

Одним з найбільш ефективних шляхів зниження поверхневих температур пар тертя барабанно-колодкових гальм с іх примусово охолодження.

Наведена конструкція барабанно-колодкового гальма з термоелектричним охолодженням-(позитивне рішення на видачу патенту на винахід по заявці К» МСШ63Й від 30.06.1995 року, рис. І а, б). Роль термоелектричних деталей виконують напівпровідникові елементи з "ї\- і р-типу провідністю, що мавть вільні кінці та гарячий спай. Останні пропуиені через тіло основи гальмівної колодки та фрикційних накладок і при гальмуванні взаємодіють з робочоо по-зерхнею гальмівного барабана. Перепад температур мі» вказаними кінцями призводить до того, що на вільних кінцях налівелементїв виникас термо-е.р.с., яка при замкненій електричній схемі створює термоелектричний струм. Після закінчення гальмування транспортного засобу проходить розрив гарячого спаю термоелементів, при цьому відбувається інтенсивний відвід теплоти випромінюванням від радіатора та тіла колодки. Це триває до того часу, поки перепад температур Тт і Т0 не стане рівним нулю.

В подальшому при черговому гальмуванні цикли охолодження повторюються. При цьому ефективність гальмування пар тертя бара-

2,3 - гальмівна колодка з фрикційними накладками; 4 - основа колодки; 5 - заклепки; 6 - ребра колодки; 7,8 - напівпровідникові стержні з провідностями п- і р - типу;

9 - порожнина колодки; 10 - електроізоляційній шар; 11,12 - дугоподібні пластини з радіатором; ІЗ - поперечні ребра

банно-колодкових гальм збільшуються зі зростанням температури гарячого спав напі велемонтів, оскільки різко зростає їхня електрична провідність.

Наявність експериментальних даних по теплонаваніаженості ішр торти гальма та часу природнього охолодження обо/.а барабана дозволяв перейти до аналітичної оцінки поверхневих Т( нператур фрикційних вузлів. ,

[і четвертому розділі аналітично визначений рівеїь теплонаван-таменості гальмівних механізмів транспортних засобів Для одержання розрахункового критеріального рівняння дл; визначення часу природнього охолодження обода гальмівного бара б; на ні.обхідно ВСГйІІОВИТИ зв'язок між критеріями та симплексами, ще входять до нього.

При проведенні експериментальних досліджень стосовно ободів гальмівних барабанів транспортних засобів встановлений вплив на тривалість природнього охолодження наступних факторів: коефіцієнта температуропровідності матеріалу обода барабана (СІ ), діаметра ), товщини (*> та ширини (В) обода барабана та установчого зазору між парами тертя (£ ). По експериментальних даних були побудовані графічні залежності вигляду , ‘t-j-W) >

4-5СЮ і ‘N£C<0 та проведено іхнііі аналіз. Також були побудовані графічні залежності, які виражають зміну часу охолодження ободії> задніх гальмівних барабанів транспортних засобів, що рухаються по заданому профілю дороги, від величин Тк у/Т-^щ , ^іі.кл^'к.у ^ та критеріїв }ІЦ і Ре (розшифровка позначень наведен» нижче). Проведении аналіз зазначених графічних запожноо-

"ОЙ .

Встнновлешя зи"язку між критеріями і симплексами, що вхопить пп !:р;;^пилі,ного рівняння (ь;, проводилася аляхом послідовного розглядання вплину кожного з них на процес природнього

16

охолодження обода барабана гальма, зокрема, на час. Одержані критері альні рівняння мають наступний шгляд:

д; я визначення часу охолодження обода гальмівного барабани

а) від деякої температури, що поревицуп критичну усталену температуру, до критичної усталеної температури

ч2,

б) від критичноі усталеної абсолютної томпорагури до мінімальної абсолвтноі температури, цо підтримується на робочій поверхні обода барабана

г.-муШДч. (

І

де Н4 = ; К2-

...Тгс.к.у ЇМ,- її-У

’^д Тя.-у Тв Тсхл ( !!

и ^Ку/^ . , .

К«=——--------- - змінні коефіцієнти;

Тку __________________ __________________

V (^а^г-2 Г 1

Т „ - критична усталена абсолютна температура обода гальмівною к .у

барабана; Тп к - абсолютна температура, що перевищу» критичну усталену абсолютну температуру обода гальмівного бараб.лім; Т)У)1 абсолютна температура, до якої відбувається охолодження обода 6а рабана; - мініна^міа абсолютна температура, до якоі моада охолодити обід барабани при русі транспортного засобу.

Наводитьоя послідовність эихояйннк рояраяункір по крщ^рїч.ч*

17

них рівняннях (9) і (10), а гакоас приклад розрахунку часу природ-нього охолодаення обода гальмівного барабана заднього гальмівного механізму транспортного засобу ЗШ-ІЗО. Результати розрахунків часу природнього охолодження наведені в таблиці. З останньої випливає, що при нижньому значенні критичної усталспоі температури робочоі поверхні обода заднього гальмівного барабана мас місце нетривала його теплова рівновага. Це обумовлене тіш, цо температурний градієнт по товщині обода барабана о мінімальним. При цьому швидкість руху транспортного засобу ЗШІ-ІЗС, що змінюється від ЗО до 60 км/г, суттєво не впливає на формування повітряних потоків, які омивають зоенішни поверхи» обода барабана.

Аналізується вплив на теплонавантаженість пар тортя барабанно-колодкових гальм конструктивних і фізичних параметрів (с[ ,

, Б, £> та а ), а також симплексу •

Встановлення зв"язку мім критеріями та симплексами, ко входять до критеріалького рівняння (7) і (8), проводилося шляхом послідовного вивчення впливу кожного з них на процеси нагрівання пар тертя барабанно-колодкових гальм. Це дозволило одержати рівняний, які мають наступний вигляд для різних режимів гадьмуван пя:

циклічного

< 12;

. А <5 0 бо ^0 К лі,

чтп ^ ,і> чі и ^ с

кС4г-) ’

^ довготривалого

1С

ТсіблЙЦЯ

Час охолодження обода агдаіого гальмівного барабана транспортного засобу ЗИЛ-ІЗО при русі з різними швидкостями

Температура, від якоі здійснюється охолоднення,°К І

X , кі'Уг 673 623 ТЙЯ.ІС.Ч 523 473 413 373 323 і

Час охолодження ( хе. ) при зниженні температури на 50°С і

25 9,4 9.2 8,0 8.25 0 2,0 1,95 3.7 3.7 6.9 6,4 11,6 10,0 19,5 І 19,3 |

ЗО 8,7 8,1» 7.4 7.55 0 1.6 1,0 3,1 3,0 5.5 5,1 10,1 9,4 17,6 і 17,0 |

35 8.0 7,92 7.2 7.15 0 1.4 1.25 3,0 3.2 5,2 5,5 9.0 9.1 16,8 16,4

40 . 7.6 7,46 6,5 6,72 0 1.2 1,2 2,8 2,95 5.0 5.1 6,3 8,5 15,0 ; 15,4

45 7,2 7,14 6.3 6,42 0 1,1 І,І 1.1 Т т А » * 4.8 4.9 8,0 7,9 14,5 14,8

50 6.9 6.9 6,2 6,43 0 1,0 1.2 І.о 1.2 4.6 4,75 7,7 7,85 14,0 14,25

55 6.7 6.5 6,0 5,85 0 0.9 1,25 0.9 1,05 45 4,5 7,0 6,6 13,9 13,5 .

60 б.А 5.8 5.8 0 0,95 2.2 4,3 А Р 12,9 1

6.47 Т Т • ± * і 2,45 і,45 7,4 13,45 |

Наводиться послідовність виконання розрахунків пс критері-ельних рімійннкі: (12) і (ІЗ), а такоис приклади розр;-;;,'і'/.у іпнегч-«аьих температур пар тертя барабанно-колодкозкх гакьіі то£і«гюгл-вого засобу оУЛ-ІЗО при циклічному і догготрлЕалс::у р*к.:;зкх па-иші-ажшшя. Для останнього режиму гальмування графі на; г.г-'Сллізе™ ті наведені на рис. 2, а, 6.

Аналіз гра^ічноі залежності зміни температури часу гальмування поверхонь тертя заднього гальмівного наханізм З/Г.-ІЗО при русі під уклон величііноа 3,^7 % доійіиною 7,5 км (дпз. риз. 2, а) показує, що допустима для матеріалу фрикційних накладок температура (250 °С) досягаються за час гальмування 13,2; 15,2; 18,0 та 20,^ хв при русі відповідно зі сіеидкостяки 60; 50; ^0 їд 20 іс г/г.

' Аналіз другого гальмівного рскаму, цо здЬ.стссться г-гакг-портним засобом на уклоні зелачинок 7,1 та 2,03 кк

(див. рис. 2, б), ггоказус, цо б цьому випадку кг^аичска допустжа темпергтугл г-гторіалу йрикційшк наклалог: буде досягнута за <•?.?. гальмувані;і,ч7; ч,С; 5,07; 6,0 хв пг;: русі ег г:в/гдхосгя!:п, відповідно, 60; 50; *і0 та ЗО кк/г. Дані ргпаиж Гйкь:.:уг.ат:я туа!;,;-портиого засобу з точки зору теплозогг. с:?аиу пар ггг.т;: •

ного кохані ому о більа н а пру>.:е н; їмк в з в іія з к у з б:лг::о: іічі/' уклону спуску.

Розрахунки па ^опгояаззантаавкоогі ія часу о;;о-

лодкення обода барабана виконані на ЕОМ 330 ї>х.'

Навздаиа методика розрахунку іспло:::.з:д:а-с:::сл!оо'Л бач ібацчо-колодкових гальм ^ранспорхт;:-: засобів ка гіроьчлгх каре пуг г-, г:-<одячк з досягксші;» парами тертя допуст:".:оі температур:;. лгп;

цьому проводок;;;! і-хбір безпечної пшьхосгі руху д;-:;; ряду і'іро-

ілр&рутпз.

о

А\7 О

\jg-6Q Ку/г

:со)

гсо

о іі 8 12 16 20 24 28 32 36 41,

б) йг °С

гі^І-9. іуі/г ?ео і____1і_

1^=50 км/г і / .

.....Л// 7/

?оо

0 2 Ч 6 і) ІО 12

ІІ; лі |

?ллемпістт> гошюназаигахеносїі пар тертя задніх гал нй звих г?ха;і1?:*!г> "ранопорткого гаообг ЗЩ-І20 від ’-шоу гзлг.«уваяня5 п - ни ^-ссоіії гелачлгой 3,*’??;' догааяе» 7,5 ’л; <5 - на у а зелі г.їзігп'г•> 7,1,1 лззднясі? 2,03" км

21

,'ік відомо, надійність барабанно-колодкових гальм транспортних засобів визначаються зносостійкість іх пар тертя, і і- г.ериу чергу, Ір'/іКціі'ших накладок. Зношення останніх оцінаваюс!- розрахунковим шляхом з урахуванням теплонавантаженості пер тиртк.

В останньому питанні цього розділу наведені розрсОлені автором перспективні конструкції гальмівних пристроїв з високоефективним примусовим охолодженням- Розглянуті, нстрадщійні види охолодження: акустичне, термоелектрично, термоелектричне в поєднанні з ефектом теплової трубки та електромагнітне для стрічково-колодкових, дисково-колодкових І барабїї.ННО-і.олодкових гальм. Удосконалені гальмівні пристрої мають тогуонавг.н-ш:;е-ність пар тертя на 20-30 £ нюкчоо, нік серійн: гальма зазначених вище типів.

- ВИСНОВКИ

Виконані теоретичні та експериментальні дослідження тепло-павантажокості барабанно-колодкових гальм транспортних засобів дозволяла "робити наступно: '

1. 11а основі методу узагальнення змінних одержані критері-альні рівняння (12) і (ІЗ), по враховують конструктивні, теплофізичні та силові параметри гальма і дозволяють визначати усереднені значення поверхневих температур його пар тертя при циклічному та довготривалому режимах навантаження. Урахування теплового стану пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів дозволяє точно оцінити іхню ефективність і надійність і вжити необхідних заходів щодо безпечного перевезення сільськогосподарської продукції.

2. На основі методу узагальнення змінних одержані критері-

а.іьні рівняння (9) і (10). ко грїусзі’їть конструктивні та теплофізичні параметри пар тертя барабанно-колодкового гальма, а та-

коя тривалість теплової рівноваги обода барабана для визначення часу його природнього охолодаення. При цьому в криторіальні рівняння (9) і (10) зведені коефіцієнти К, які враховують нестаці-онарніоть процесу охолодження обода гальмівного барабана, що суттєво підвищує точність виконуваних розрахунків. Знання часу омолодження обода гальмівного барабана дозволяє; оцінювати інтенсивність його теплообміну.

3. Відхилення розрахункових значень поверхневих температур пар тертя гальм та часу природнього охолодаення його обода барабана від експериментальних даних не перевищує і 15 %.

Ь. Запропоновано узагальнений метод оцінки теплонавантаже-иості пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів на гірських маршрутах, виходячи з безпечної швидкості їхнього руху, що дозволяє формувати реальні режими руху транспортних засобів па ігарнрутпх при перевезенні сільськогосподарської продукції в складних пяяхозих умовах.

5. Запропоновано метод оцінки довговічності фрикційних накладок барабанно-колодкових гальм транспортних засобів, виходячи з їх теплонаЕДнтажекості. Зазначений метод грунтується на експериментальних даних по зноаенна накладок і дозволяє прогнозувати їхній ресурс.

6. Встановлено вплив конструхтивних (ширини, то впини та діаметра обода) і теплофізичних (коефіцієнтів теплопровідності матеріалу обода барабана і фрикційних накладок) параметрів на тєпло-навант&хеиїсть барабанно-колодкових гальм транспортних засобів і наведені варіанти їхнього раціонального вибору.

7. Встановлено вплив теплонавантаженості пар тертя барабанно-колодкових гальм транспортних засобів на їхні експлуатаційні параметри (питомі навантаження, механічні ї теплові де$ормаціі

к

обода барабана, зносо-фрякційкі властивосїі). Пзиаз2:;з» ас- тснг-з-навантаженість мас вирішальний вплив на експлуатаційні параметр,! галпїа.

8. Розроблені конструкції гальмівних пристроїв : "исоксофек-тиішим охолодаеіашм. які захищені патентами па Еіліахс-дл, базуються на ефекті теплової трубки, а тавог горкозлектгичпоь-у, исг-нітослоктричному та акустичному охолодаокнях•, Знияеш-я теплонавак-таженості їх пар тертя з використанням зазначених пристроїв досягає 20-30 %.

9. Запропонована поетапність проектування гальмівних механізмів транспортних засобів. На паркому етапі аиаліз;;ать сіепіг.ь впливу кожного з конструктивних параметрів на тсплонь.в..нтйі?екіоть пар тертя. На другому етапі - вплив тсплон£Г-?.нт.-знсст? гальма з попередньо вибраними розмірами на його експлуатаційні гар^зтр:*. При цьому необхідно враховувати змінність козйіці :ц:а терся.

ОСНОВНІ ПОЛОНЕННЯ ДИЕЯАЦШОІ РОБОТИ ЗГАДКИ іі НАСТУПИМ ПУБЛІКАЦІЯХ:

1. Вольченко Д.А., СочавоісиЛ З.А., Рыб::ч Г.П., Ро:-аі:оіі С.М.,

Луцык І'.Т- Передачи с подвижными зьеньяк;:. Луганск: Лугакокй рабочий, ІУ9;і. - 146 с.

2. Вольченко А.И., Вольченко Д.А., Рыбин Г.П., Дішїлин Ю.А.,

Кроль С.С. Тормозные механизмы (теория, раечеі к кокгтрунг-э-вание). Луганск: Луганский рабочий, 1995. - 265 о.

3. Рибин Г.П. Оценка тсплонагруженностн пар трения барабанив-колодочных тормозов. - Луганск, 1995. - 24 с. - / Рукопись представлена Луганск, ин-том внутренних дел. Деп. УкрНИйНТИ под

К 584-Ук.?5.

4. Положит, решен, ня вчдя')у по заявка ’? 94033632 от ЗС.Сб.95. Барабанно-колодочный тормоз с электромагнитным охлаждением. / Луганск, ин-т внутренних дел; агг. изобрет.

А.Н.Иольченко, Л.А.Вольчсшсо, Г. П. Рибин и др. - 5аш>л. 10.0!і. 9’».

5. Полс.яих. решен. і;а видачу а.с. по заявке £ 9’і033634 от Z0.jG.95. Лзнхочно-колодочннЯ тормоз с воздулним охлаяд&ииим. / Луганск. ::н-х внутренних дел; авт. изобрех. А. :*.Вольченко. Д.А.Вольченко, Г.П.Рыбин и др. - Заявл. І0.С9.ЗА.

6. Полежит, рзлзи. на видачу а.с. по заявка Г- ЭДОТЗбЗЗ ' от

15.07.95. Еарабанно-колодочниЛ тор,>:оз с термоэлектрическим охлаждением; авт. іізоСрет. А.Й.Волъчонко, д.А.Волъчешсо,

Г.ГІ.Рыбки и др. - Заявл. 10.09.9!(.

7. Положит. решен, иа выдачу а.с. по заявко ”> 9>,03369У от

15.07.95. Іеиго'-;ло-"олодоч!шл тормоз с йкуотчоопт охлпжде-н;сз;і; аізх. мгобрег. А.Л.Зольченко, а.А.Вольчєнко, Г.Г1.Рибип л др. - Задвл. 10.09.94.

8. Вольчанко Л.П., Г-;аоля;с Л.Я., Рибин Г.П. Влпянлэ топлонагру-::си'.;ос?п пар ?рсиид иа гі'.сплуахацксинна параметри тормозних усхрзйсха. Тезиси докладов симпозиума, Львов, 1995. - с. 91 (::а украинском язцко).

9. Гольчбнхо А.П., Маоляк Я.К., Рабан Г.П., СочагскиП З.А. Нокоа з развитии тормозных устройств. Тезиси докладов гаедународно:! у.ок£гре!Шлп, Белград, 1995. - с. ІІ5-ІІ9.

АЛКОТ АЦ!!Я

Ті/б:::! Г,П. Псмадозекиа хедяонагруженносги .’ірикцисиних узлоа С иа примере барійанис-колодочішх тормозов гранелорхмих средах в саяї.екохсзяпсхзонііого назначения }

Диссертация является рукопиеьв на соискание ученой «хепоии !";:уг:дг.та технически;: :аух по специальности 05.20.01 -- исханизи--ігн сельскохогяДсхчениого производства. Луганский сельскохозяйственный институт. Луганск, 1995. -

25

Защищается две монографии, одна статья, четыре патента и тезисы двух докладов, которыэ содержат результаты твсрвтичиских и экспериментальных исследований теплонагрухенности маг» трения барабанно-колодочных томозов транспортных средсто, используемых в сельскохозяйственном производстве. Оценка теплонагг>у=енности тормозных узлов произведена при циклическом и длительном режимах их нагрухения. Экспериментальные исследования ус-ансвипи влияние конструктивных параметров тормоза на его теплон 1ГР>хэнность и, в свою очередь, ее воздействие на эксплуатационньи.’ параметры фрикционных узлов.

Приведены методики расчета поверхностных температур пар трения фрикционных узлов при циклических и длительных Рахимах нагрухения, а такхе времени естественного охлаждения их металлического элемента. Разработана методика определении рациональных скоростей двихения транспортных средств на маршрутах с точки зрения Безопасного теплового состояния их тормозов.

ANNOTATION

Rybin В.P. Heat loading of friction Assembly Con example of drum-shoe brakes of vehicles of farm machinery)

The dissertation is a manuscript on competition far the scientific degree of Candidate of Technical Sciences on speciality OS.20.01 - Mechanization of Aqricultural Production. Lugansk Agricultural Institute. Lugansk, 1995.

The competitor stands for two monographs, one article, four patents and theses of two reports which deal with the results of theoretical and experimental research of heat loading of friction couples of drumshos brakes of vehicles employed in agricultural production.' Estimation of heat loading of drake assemblies is

performed under cyclic and contihuous conditions of their loading.

26

Experimental investigation determined influence of constructional parameters of brake on lta heat loading and, in turn, it» offset on operating parameters of friction assemblies.

'there have been given methodical guides to calculating of surface temperatures of friction couples of friction assemblies under cyclic and continuous conditions of loading, and also of time of natural cooling of thoir natalic element. Methodical guides of determining rational speeds of vehicles' moving on theii routes from the point of view of safe heat condition of their brakes also been workst out.