автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Повышение энергоемкости колесных тормозов путем внедрения обратной пары трения с жидкостным охлаждением дисков

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ШШШ ОбРАЗОВАНЮО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО И ТРАКТОРНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

РГ6 ОД

Г; :'!"

На правах рукописи

ДАМДЫН СЕРГЕЙ ИВАНОВИЧ

УДК 629.114.4-592.117

ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЕМКОСТИ КОЛЕСНЫХ Т0РИ030В ПУТЕМ ВНЕДРЕНИЯ ОБРАТНОЙ ПАРЫ ТРЕНИЯ С 2ЦЩОСТШУ ОХЩАДЦЕНИЕМ ДИСКОВ

Специальность 05.05.03 "Автомобили и тракторы"

автореферат'

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

Работа выполнена на кафедре "Автомобили" Московской Государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения

Научный руководитель

- кандидат технических наук, профессор

СЕЛИФОНОВ В.В.

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор ЮРЧЕВСКИЙ А.А.

Ведущее предприятие

- кандидат технических наук, МЕЛАМУД Р.А.

- НШАТИ

Зашита диссертации состоится "25 " Мая 1994- г. в "1600" час. на заседании специализированного Совета К - 063.49.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при Моско! ском Государственном академии автомобильного и тракторноз машиностроения по адресу 105023, г. Москва Е-23, ул. Большая Семеновская 38, МАМИ, ауд. Б-301.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учерездения, просим направлять по вышеуказанному адресу, в а циализированный Совет академии.

Автореферат разослан Ученый секретарь специализированного Совета К-063.49.01 канд. техн. наук, доцент

Ю.А. Завьялов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Существующая тенденция постоянного уважения массы и скорости грузовых автомобилей, а такте все более эсткие условия соответствуют! стандартов, создают слозную проб-ему, которую трудно решить при помощи барабанных тормозов, наи-олее очевидное решение - замена барабанных торлозов на дисковые, Применение дисковых тормозов в конструкциях тяжелых грузовых втомобилей и автобусов проходит значительно медленее по сравнении легковыми автомобилями, в связи с чем возникает вопрос о щнчп-ах отставания.

Когда внутри обода колеса устанавливается однодисковый тор-оз, то поверхность трения и масса диска уменьшается по сравнении барабанным тормозом и чем дальше будет вдвинут диск в обод ко-еса и закрыт грязезащитным щитком, тем сложнее осуществление ох-аадения диска. При повышении температуры диска в результате теп-опроводности, конвекции и излучения, тепло, аккумулируемое дис-эм, передается к смазке подшипников ступицы и шинам колеса, тем амым снижая жесткость шин и срок службы масел. Кроме того, с по-ашением температуры диска наблюдается аксиальный перекос (экра-ирование) диска, который изменяет условия соприкосновения тормозах накладок с диском, а температурная деформация в околоребервой Зласти объязательйо вызовет волнистость или бугристость поверх-эстн трения диска, тем самым увеличивая давление на фрикционные зкладки и создавая местные (локальные) температурные пятна на эверхности трения диска.

Хотя многие считают, что дисковым тормозам принадлежит буду-39, тем не менее имеется ряд нерешенных проблем: непрзешшио по-эткий срок службы накладок и растрескивание фракционной повврх-5сти диска, приводящее к отказу всего узла.

Удаление энергии торможения в виде тепла, путем применения системы жидкостного охлаждения в отдаленные места для отвода в а1 мооферу обеспечит приемлимые рабочие температуры для смазки подшипников и элементов пары трения, что увеличивает долговечност! диска и фрикционного материала.

В связи с вышеизложеным, представленная работа является вес]

ма актуальной и посвящена исследованию основных характеристик за]

ц-

рытого дискового тормоза с обратной парой трения и с системой жш костного охлаждения.

Цель и задачи исследования. Целью представленной диссертацш является теоретическое и экспериментальное исследование температурного поля диска с рубашками жидкостного охлаждения в зависимо« ти от расхода жидкости и от энергонагруженности торлозного механ зма влияние интенсивности образования тепла и величины тепловоп потока на температурное состояние колодки и влияние последнего а изменение температуры жидкости в рубашках охлаждения.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи

1. Создать макетный образец экспериментальной конструкции закры того дискового тормоза с обратной парой трения и с принудительны жидкостным охлаждением кольцевых колодок.

2. Разработать на основе метода балансов энергии и вещества математическую модель и программу расчета температурного поля коло док с рубашками охлаждения и системы жидкостного охлаждения.

3. Провести теоретические и экспериментальные исследования темп ратурного поля тормозных колодок с жидкостным охлаждением.

Объект исследования. Объектом исследовавия является макетны образец закрытого дискового тормоза с обратной парой трения и жидкостным охлаждением, разработанный и созданый при участии авт ра на кафедре "Автомобили1* МАМИ. На данную конструкцию поданна з явка на патент "Колодка дискового тормоза с жидкостным охлажден

ем", и получено положительное решение о выдаче патента по заявке N 5044703/11 "Система жидкостного охлаждения тормозов".

Научная новизна. Разработана и создана работоспособная конструкция дискового торлоза с системой жидкостного охлавдения применительно к автотранспортному средству. Закрытый дисковый тормоз имеет меньшее давление на фрикционный материал, что уменьшает температуры на поверхности раздела накладки п кольцевой колодки и исключает пульсирущие тепловые воздействия на поверхность трения. Роль рубашек охлавдения выполняют плоские трубки, отлитые заодно с колодкой, что исключает возможность утечки жидкости из раковин, обычно появляющихся при отливке к трещин образуемых во время эксплуатации. Кроме того, применение плоских трубок уменьшает толщину колодки, что снижает металлоемкость конструкции.

На основе численного^метода балансов энергии и вещества созданы математическая модель и программа расчета температурного поля диска с рубашками охлаждения и ее системы.

Исследованы поверхностные температуры элементов пары трения, градиентов и скоростей температур по нормали к поверхности трения, изменения температуры, жидкости выходящей из рубашек охлавдения, по времени торможения и зависимость температур колодки и жидкости от расхода жидкости в системе и от мощности и работы сил трения.

Практическая ценность. Закрытый дисковый тормоз с обратной парой трения и с жидкостным охлаждением увеличивает долговечность фрикционного материала и чугуных колодок, срок службы масла ступиц колес, уменьшает металлоемкость конструкции и позволяет оснащать Золыпегрузные автомобили и автобусы дисковыми тормозами, что повидает их безопастность.

Разработанная математическая модель и программа расчета тем-тературного поля колодок с рубашками охлаждения и ее системы позволяет осуществлять поиск оптимальных параметров и налетать пути

уменьшения веса, габаритов и стоимости.

Методика расчета закрытого дискового тормоза и оптимальны; параметров системы охлавдения могут быть использованы в учебном процессе в вузах страны.

Реализация работы. Проведенный обзор и анализ патентов и авторских свидетельств конструкций дисковых тормозов с жидкостным охлаждением и систем жидкостного охлаждения тормозов, а также дш ков с фрикционными материалами и разработанная математическая мо дель расчета температурного поля колодок с рубанками кидкостног< охлавдения и системы жидкостного охлаждения переданы в научно~ис1 ледовательский и конструкторско-технологический институт асбесто-во технических изделий (НИШИ) г. Ярославль.

' Апробация работы. Результаты работы были доложены на научно-технической и научно-методической конференции "Научно-технический прогесс в автотракторостроении и проблемы подготовки инженерных кадров" в 1992 г.; в ассоциации автомобильных инженеров России на научно-технической конференции "Активная безопастность автотранспортных средств" в 1993 г.; на кафедре " Автомобили " МАШ в 1992 и 1993 гг.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в четы рех опубликованных работах, в том числе в одном патенте.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глэе выводов и списка литературы и содержит 151 страниц машинописного текста, 10 таблиц, 20 рисунков и фотографий, 11 приложения. Сш сок литературы включает 95 источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованна актуальность темы диссертации и сф мулирована ее цель и задачи.

В первой главе приведен обзор и краткий анализ научно-иссл

>вательских работ и проанализирован процесс развития дисковых зрмозов. Освещены преимущества и недостатки различных видов кон-ррукций дисковых тормозов - открытых, закрытых, с жидкостным ох-звдением, двухдисковых и однодисковых с двумя скобами, и проана-геированы проблемы торюжения, возникающие при попытках оснаше-1я большегрузных автомобилей дисковыми тормозами.

Приведены результаты обзора и анализа авторских свидетельств патентов по дисковым тормозам с жидкостным охлаждением и систе-ам охлавдения.

Сделан короткий анализ методов решения задач теплопроводнос-и и научно-исследовательских работ по тепловому расчету.

Экспериментальным и теоретическим исследованиям нагрева дис-овых торлозов автомобилей посвящены работы отечественных и зару-екных авторов: Т.С. Лысых, A.B. Чичинадзе, Ю.А. Ганькина, Т.Е. хейрашвили, Е.Б. Решетникова, Г.С. Гудза, И.С. Оржевского, А.И. блесниченко, В.И. Канторовича, Ж.П. Дюпии, Т.П. Нькомба, А. Гарро ¡.Р. Ньтона и др., анализ этих работ показал следущее:

1. В настоящее время при применении на тяжелых грузовых автомобилях и автобусах дисковые тормоза не обеспечивают удовлетвори-'ельного срока службы элементов пары трения.

2. Высвобождающая за короткий промежуток времени в ограниченном гространстве энергия может быть отведена лишь в весьма ограниче-шом количестве, повышение температуры тормозного диска приводит с изменению формы поверхности трения диска и повышает температуру жружащих узлов и детелей тормозного механизма.

3. Малая площадь зоны контакта по сравнении с поверхностью дис-ta создает неблагоприятные для фрикционного материала и для тормозного диска условия работы, т.е. пульсирующие тепловые воздействия ia поверхность трения и высокий градиент температур в зоне раздела вкладки и диска, порождают термические трещины на поверхности

трения даже после одного торможения.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию температу-рвого поля колодки с рубашками охлаждения и системы жидкостного охлаждения. Представлена математическая модель, основаная на методе баланса энергии и вещества (МБЭиВ), описывающая тепловые процессы при нестационарном режиме торможения.

Процесс численного решения нестационарной задачи заклчяается в повторении на каждом шаге по времени лг одной и той же процедуры и последовательном определении температур элементарных объемов Расчет температур поверхности трения производится при следующих допущениях: тепловой поток, образуемый при трении, распределен равномерно, величины прирашения температур одинаковы для всех элементарных объемов поверхностного слоя системы параллелепипедов и вычисляется по формуле:

ис«С1»Ка*«1р У2 - Уё *Т = Х.^р.Е.т.пи.*!--Т— ' < и)

где: Ьх - растояние от поверхности трения по нормали до центра; элементарного объема. - масса автомобиля приходящаяся на переднюю балку; Ка- коэффициент динамического распределения сил тормокени* сир- коэффициент распределения тепловых потоков; X - теплопроводность;

?1Р - площадь поверхности трения; .. g - ускорение свободного падения; ги - число колесных тормозов на балке; Пк - число дисков в тормозе; кг - шаг по времени;

Уп - скорость автомобиля в прошедший момент времени;

Ук - скорость автомобиля в данный момент времени.

Температуры элементарных объмов, условно разбитой колодки с убашками жидкостного охлаждения, вычисляется при допущении, что емпература элементарного объема одинакова по его объему, жидкость ротекает по прямым и горизонтальным каналам, теплопроводность епла вдоль труб пренебрежима мала. Температуры вычисляются по ледующим формулам:

для внутренних элементов колодки.

дт г Т1 + 1-Т1 Тк+1-Тк,

Ч"ТПТТ7Г + КТтГТТ + ИГЙ71; _|+Т1-->'к < 2->

где: С - теплоемкость: р - плотность:

IV - объем элементарного параллелепипеда; :1 - термическое сопротивление тепловому потоку; т!,],к- температура элементарного объема в прошедший шаг времени.

для элементов находящихся в рубашках охлаждения.

АТ г Т1 + 1-Т1 Т.] + 1

+ + (рж«Сж.Тк-1.«ж.Рж -

- рЖ'Сж«Тк»Аж.Рж)}+ ( з.)

где: Ш - скорость потока жидкости; рж - плотность жидкости; Сж - теплоемкость жидкости; Рж - площадь сечения канала, для элементов находящихся в радиаторе. п г 1

где: к - коэффициент теплопередачи.

Разбиваемый условно на конечные элементы исследуемый объект предпологает переход к дискретной модели процесса нестационарной теплопроводности не только в пространстве, но и во времени. Время протекания процесса условно разбивается на ряд конечных интервалов

В зависимости от размеров и теплофизических параметров элементарного объема, скоростей течения жидкости и воздуха, термических сопротивлений теплопередачи, шаг времени вычисляется по следующей формуле:

для внутренних элементов колодки.

[ат] = —|- 1 1- : ( 5.)

К1+1 + Н77Г + КГтГ

для элементов находящихся в рубашках охлаждения. рж»Сж«АУж

[аг] = —»->-; ( 6.)

КТТЬГ + 1ГЙТТТ + РИ-Ск-Иж.Рж

для элементов находящихся в радиаторе.

рж«Сж»АУж = л + рж.ож.кж^'ж • (

Шаг по времени вычисляется дважды, при начальной и максимальной температуре, в которых могут оказатся элементарные объемы и выбирается минимальное значение из вычисленых, округленное в ыеньпую сторону.

Расчет начинается с вычисления температур поверхности трения, а расчет температуры жидкости ведется ¡; * неправлению теченил шдкости. После окончания вычисления температур тормозной колодки вычисляются температуры элементарных объемов охладителя. С учетом температуры последнего элементарного объема охладителя, расхода жидкости и объема расширителя определяется температура жидкости в

расширительном бачке. Для следующего шага по времени процесс вычисления повторяется.

Кроме основной программы использованы подпрограммы определения теплофизических свойств теплоносителя и чугуна, расчета гидро-динамичеоих подобий и коэффициентов теплоотдач.

Результаты теоретических исследований, при испытании тип "О" с энергией торможения 620 кДж приведены на рисунке 2. в виде графика зависимостей температуры диска и жидкости по времени цикла.

В конце торможения величина температуры поверхности трения, достигает 235 °С, что на 15-20 °С ниже данных, полученых при экспериментальном исследовании, при этом погрешность вычислений составляет 6-8 %. Наибольшая разница температур при теоретических и экспериментальных исследованиях достигает 40 °С после 20 секунд с начала торможения, что составляет 25 % погрешности. В конце цикла разница температур при теоретических и экспериментальных исследованиях уменьшается до 22 °С, а погрешность при этом увеличивется до 29 55.

Расчетная температура жидкости, выходящей из рубашки охлаждения, начинает повышатся на 2 с. раньше, чем при экспериментальном исследовании и разница максимальных температур достигает 8-10 °С, что составляет 12-15 % погрешности.

При повторно-кратковременных торможениях с расходом жидкости 5,25 л./мин. и энергией одного торможения 290 кДж, (рис.3) температуры поверхности трения, достигаемые в конце торможения на 15 цикле, при теоретическом исследовании на 90 °С ниже, чем при экспериментальном, что составляет 32 % погрешности. Температуры жидкости, входящей и выходящей из рубашки охлаждения на 45 °С меньше, чем при экспериментальных исследованиях.

Быстрое снижение температур колодки объясняется тем, чтс в математическом модели коэффициент теплоотдачи с поверхности трения

принято, как с поверхности трения открытого дискового тормоза. Во время охлаждения чугунные колодки отходят от фрикционного материала до 0,15 мм. и доступ охлаждающего потока воздуха ограничен. Поэтому, с началом процесса охлаждения тормозного механизма, температуры поверхности трения, при теоретическом исследчвании снижаются более быстро. В математической модели принято, что жидкость в рубашках охлаждения омывает чугунную поверхность, а не стальную трубку, отлитую с чугунной колодкой, т.е. считается, что колодка и стальная трубка составляют единую деталь. Кроме того, выходящая из радиатора жидкость охлаждается на более низкую температуру, чем при экспериментельном исследовании и температура жидкости в расширительном бачке, которая поступает в рубашки охлаждения, повышается медленно, что увеличивает ошибки вычислений.

После проведения теоретических исследований можно сделать вывод, что значения температур тормозного диска, скоростей изменения и градиентов температур в процессе торможения хорошо согласуются с данными экспериментального исследования.

Третья глава посвящена стендовым испытаниям дискового тормоза и экспериментальным исследованиям температурного поля колодки с рубашками охлаждения, содержит программу и методику испытаний, результаты экспериментальных испытаний и исследований.

Для проверки работоспособности созданной конструкции тормоза с жидкостным охлаждением и проверки адекватности разработа-ной математической модели температурного поля кольцевой колодки, были проведены испытания по определению эффективности тормозного механизма, т.е. испытания тип "О", "Г и определены силовые и скоростные характеристики тормоза. При исследовании температурного поля тормозного диска с рубашками жидкостного-охлаждения, кроме выше перечисленных, были проведены испытания тип "Г с различными расходами жидкости (6,0; 5,25; 4,5 л./мин.) и энергиями одно-

торможения (290 КДж. и 214 №.). Данные испытании дали возможен исследовать температурное поле кольцевой колодки и жидкости )убашках охлаждения во всем диапазона рабочих температур и исс-[овать зависимость тертератур колодки и жидкости системы охлак-шя от внешних параметров и факторов.

Экспериментальное исследование закрытого дискового тормоза с эатной парой трения и с жидкостным охлаждением проводились на грционном стенде "СТИН-5" лаборатории N 18 НИИАТИ г. Ярославль, шваре - марте 1993 года. Момент инерции инерционных масс стен-"СТИН-5", на котором проводились испытания макетного образца знялся 452 кг»м2 и соответствовал массе, приходящееся на одно зеднее колесо при торможении автомобиля ГАЭ-4301. Работа прово-иась по этапу N 6 и 7 совместной с НИИАТИ научно-исследовательс-I работы N 10/227-92 "Разработка и исследование дискового тормо-с обратной парой трения".

Принципиальная схема макетного образца дискового тормоза с цкостным охлаждением показана на рисунке 1.

Макетный образец собран из трех скоб переднего дискового тор-за автомобиля АЗЛК-2141. Поверхность трения серийного тормозного эка проточена с двух сторон до толщины 4 мм. и к нему приклеены льца из фрикционного материала, крепление усиленно заклепками. С ух сторон диска с фрикционными материалами 1, расположены коль-вые колодки с рубашками жидкостного охлаждения 2, поддерживаемые и помощи трех скоб, расположенных под углом 120° между собой, и включении насоса 8, жидкость из расширителного бочка 6 посту-ет в рубашки охлаждения и через радиатор 9 снова поступает в ра-ирительный бачок. При открытии вентиля 7 часть жидкости, минуя башки охлаждения и радиатор, снова поступает в расширительный чок, таким образом регулируется поток жидкости, проходящей через башки охлаждения тормозного диска.

Рис. 1.

Принципиальная схема макетного образца.

1- кольцевая колодка с 5- трубопровод, рубашками охлаждения. 6-расширительный бочок.

2- диск с фрикционными ма1ериалами. 7- вентиль.

3- привод тормозного механизма. 8- насос с электродвигателе

4- плоская рамма. 9- радиатор с вентиляторам;

Основные параметры закрытого дискового тормоза с обратной парой трения и системы жидкостного охлаждения приведены в таблице 1.

Во время испытания измерительные приборы и аппаратура позволяли фиксировать следующие параметры: начальные и конечные частоты вращения: время торможения; количество оборотов, сделанных за фвмя торможения; давление тормозной жидкости; температуры колод-си и жидкости. Для выполнения записи температур колодки и жидкости применялись осцилограф Н-117 и хромель-копелевые термопары, которые в керамическом изоляторе монтировались в колодку по радиусу ?рения на растоянзш от поверхности трения 1,0; 2,5; 5,5; 8,5; 11,5; мм. и на входе и выходе из рубашки охлаждения.

Испытания проводились по ОСТ 37.001.067-86. "Тормозные свой-:тва автотранспортных средств. Методы испытаний".

Измерение и обработаные величины результатов испытаний тип 'О" показывают, что данный макетный образец обеспечивает звмедле-ц;е 6,0 м/с2 при давлении 9 МПа для автомобиля с массой до 3,5 т. [ри этом, удельная мощность трения, поглощаемая поверхностью тремя тормозного диска макетного образца, соответствовала удельной годности трения, приходящейся на единицу площади поверхности тремя тормозного диска при экстренном тор?,гокении двухосного автомо-¡иля с полной массой 15-16 тонн.

Результаты экспериментального исследования при экстренном то-¡г/окении (испытание тип "О") представлены ниже в виде графинов за-;исимостей объемных температур колодки и жидкости, входящей и вы-'.дящей из рубашек охлаждения по времени торможения, (рис. 2.)

Максимальное значение температур поверхности трения при тор-.оженик со скорости 90 км/ч. (620 кДж.), достигает 250 °С и в кон-первой секунды процесса торможения скорость изменения темпера-уры достигает максимального значения и составляет 80 °С/с. Темпе-атура поверхности триння повышалась постепенно в еррдчо" «п 6-7

Основные параметры закрытого дискового тормоза

с обратной парой трения и системы охлаждения.

таблица 1.

Я.11. параметры знач.и ед.изм.

1. Диск с фрикционными материалами 1 шт.

2. масса 3.2 кг.

3. внешний диаметр диска 259 мм.

4. внутренний диаметр диска 157 мм.

5. радиус трения диска 102 ММ.

6. площадь поверхности трения 626 см2

7. Кольцевые тормозные колодки 2 ШТ.

8. масса одной колодки 3,6 кг.

9. толщина колодки 14 ММ.

10. Скоба 3 шт.

11. масса 3.3 кг.

12. Насос с электродвигателем НЭН-У2

13. масса 1,6 кг.

и. сеть питания 12 В.

15. производительность 6 л./мин.

16. Радиатор

17. сечение канала 19 х 2,5 мм.

18. длина канала 455 мм.

19. шаг между каналами 21 мм.

20. растояние между пластинками 4.5 мм.

21. число рядов труб, по ходу воздуха 2

22. общее число каналов 19 шт.

23. емкость радиатора 0,375 1'

гк. йосость расширительного бочка 8 л.

°С за один оборот тормозного диска. Через 45 с. после начала торможения интенсивность падения температур поверхности трения замедляется, при температуре 75 °С и после 1,5 минут с начала торможе-. кия температура кольцевой колодки стабилизируется и по сравнению с температурой начала торможения температура колодки повысилась на 20-25 °С.

Температура жидкости, входящей в рубашку охлаждения, начинает повыиатся после начала торможения через 16-18 секунд. Это зависит от объема жидкости системы.охлаждения и ее расхода. Температура жидкости, входящей в рубашки охлаждения, постоянно повышается и почти стабилизируется при температуре 30 °С за 26-30 секунд, т.е. температура жидкости повышается на 8-10 °С за 10-14 секунд. В дальнейшем рост температуры жидкости, входящей в рубашку охлаждения, замедляется.

Температура жидкости, выходящей из рубашек охлаждения, начинает повышатся через 2-3 секунды после начала повышения температуры поверхности трения и достигает своей максимальной величины 70 °С примерно через двэ секунды после окончания торможения. Температура жидкости, выходящей из рубашки охлаждения, после торможения снижается в течении 18-20 секунд равномерно, после чего темп падения замедляется. Черэз одну минуту после окончания прюцесса торможения температура жидкости почти стабилизируется и повышается на 10-15 °С в сравнении с температурой до торможения.

Максимальный градиент температур в диске с рубашками охлаждения 40 °С/мм. достигается в конце первой секунды процесса торможения в глубине до 2,0 мм. от поверхности трения.

Испытания тип "1" состоит из двух этапов: предварительного, за время которого тормозные механизмы нагревают методом последовательных торможений, и основного, во время которого определяют эффективность рабочей тормозной системы, аналогично испытаниям тип "О".

Объемные температуры колодки и жидкости, при испытании тип "О". 1- температуры колодки. 2-температура жидкости,выходящей из рубашки охлаждения. — эксперимент.

8-температура жидкости,входящей в рубашкми охлаждения.

----теория.

При моменте инерции 452 кг»м2, соответствующего автомобилю АЗ-4301, опытный образец при испытании тип "Г обеспечивал норма-

ивное замедление 3,0 м/с? При этом энергия, поглащаемая в единицу

\

ремени и в единицу площади поверхности трения тормозного диска акетного образца, превышала в 2,5 раза удельную мощность и удель-ую работу сил трения дискового тормоза при торможении двухосного •о автомобиля с полной массой 15-16 тонн.

После нагревэ тормозного механизма методом последовательных ■орможений, дисковый тормоз с жидкостным охлаждением не потерял фиктивность при торможении.

На рис.3, показана изменение температуры колодки и жидкости в )убашках охлаждения при циклических торможениях с расходом жидкости 5,25 л/мин. и энергией одного торможения 290 кДж. ( Уп=70; Гк=35 км/час).

Жидкость, выходящая из рубашки охлаждения, начинает закипать тосле 10-11 циклов торможения, т.е. за один цикл торможения температура жидкости повышалась в среднем на 6-7 °С. За время торможения температура жидкости повышалась до 12-14 °С и снижалась в процессе охлаждения. Температура жидкости, входящей в рубашки охлаждения, повышается равномерно и достигает 85 °С за 15 циклов.

После 15 торможений температура поверхности трения достигает 280 °С, через одну минуту после окончания торможения стабилизируется на уровне 170 °С, а температура жидкости выходящий из рубашки охлаждения, установится на уровне 85-90 °С. При этих испытаниях расход жидкости в один гр./мин. поглащавт энергию 74 Дж.

После завершения испытаний тип Т уменьшили расход жидкости до 4,5 л./мин. и провели испытания при прежнем режиме. Результаты :1С1П1т:шия показывают, что с уменьшением расхода жидкости уменьшается количество циклов, после которого начинается закипание кидко-.'■:к в рубашках охлаждения. При циклических торможениях с расходом

^300

т°с

250

200

150

100

50

л Л Л л л

/ л 1\ \ к \ \ \ V

л (¡{ г\ \ \ д \ "Л Л \ \ \ \ \ гЛ * V 1 \ ч \ 'Л \ л Ч \ \ Л \ \ \ \

\ г\ \\ \\ \\ А \ \ \ \ \ \ \\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ . \ \ \ г-ч V \ \ \ /"X \

ч \\ Ч \ V \ \ \ £ \ \ \ / ^ /

^ N ^ ^ N / ^

I -ч ЛУ 7 ~ —* ~~

го о

5 6 7 Рис. 3.

10 11 12 13 14 15 циклы.

Температуры поверхности трения и жидкости, при испытании тип "1".

1-температура поверхнссги трения. 2-температура жидкости, выходящей из рубашки охлаждения. - эксперимент.

3-температура жидкости, входящей в рубашки охлаждения.

идкости 4,5 л./мин., температура колодки и жидкости повышалось чень быстро и после четырех или пяти торможений при каждом испы-ании жидкость начинала закипать. При этом расход жидкости в один р./мин. поглащает энергию 86 Дж.

Последующие испытания были проведены при энергии торможения 14 tsM (Vn=60 и Vk=3QKM/4.) и меньшем давлении в приводе тормоз-ого механизма. Испытания продолжили при прежнем расходе жидкости, осле 7-8 торможений температура колодки стабилизировался на уров-е 230-250 °С. Температура жидкости, достигаемая в конце торможе-ая, стабилизировалась после 10-12 торможений на уровне 70-75 °С. ри этих испытаниях расход жидкости в один гр/мин. поглащает энер-аю 64 Дж.

При испытании с расходом жидкости 6 л./мин. и энергии тормозили 290 кДж, температура поверхности трения, достигаемая после хончания торможения, стабилизировалась после 8-ми торможений и ри каждом торможении кратковременное повышение ее доходило до Ю°С. При этих испытаниях тип "Г расход жидкости в один гр./мин. зглащает энергию 64 Дж.

Экспериментальные исследования температурного поля колодки с щкостным охлаждением позволяют сделать следующие выводы: I. Растояние 7 мм. от поверхности трения до пограничного слоя до-'аточно, чтобы жидкость протекая по рубашкам охлаждения со скорю->ю 0,03 м/с не закипала при рассеивании энергии торможения 620 кДж. !. Расход жидкости системы охлаждения 1 гр./мин. на каждые 86 Дж. [ергии торможения недостаточен, чтобы удержать температуры колод-[ и жидкости в приемлимых пределах. После 4-5 торможения жидкость осодящая, из рубашек охлаждения начинала закипать. 1. Расход жидкости 1 гр./мин. на каждые 64 Дж. энергии торможения ютаточен, чтобы жидкость в рубашках охлаждения не закипала за 20 ''лов торможения.

4. При экстренном торможении с энергией 620 кДж. и расходе жидко сти 5,25 л./мин. температура поверхности трения достигает 250 °С. За один оборот тормозного диска температура на поверхности трения повышается постепенно без пульсаций в среднем на 6-7 °С и скорост изменения температуры достигает 80 °С/с. и градиент температур в 40 °С/мм. не порождает термических трещин.

5. Закипание жидкости происходит в конце процесса торможения и продолжается в течении короткого промежутка времени. Это не вызывает серезных последствий по скольку в системе охлаждения предусмотрен расширительный бачок.

В четвертой главе изложена методика расчета тормозного механизма на примере автобуса ПАЗ-672, проектно-поверочный расчет оптимальных параметров плоскотрубного охладителя и результаты расчета на ГОШ температурного поля колодки с рубашками жидкостного охлаждения при помощи разработанной программы, основаной на МБЭиВ Приводятся расчет: тормозного момента и замедления; количества те пла, которое необходимо рассеять; тепловой нагрузки охладителя; площади поверхности теплопередачи и габаритных размеров. ,

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Спшсаная математическая, модель расчета температурного поля ко

>

лодки с рубашками охлаждения и системы жидкостного охлаждения тор моза пригодны для практических расчетов единичных торможений. По лученные данные температур тормозного диска, скоростей изменения градиентов температур в процессе нагрева колодки во время торможе ния хорошо сопоставимы с результатами теоретических исследований.

2. Постепенный рост температуры поверхности трения закрытого дис нового тормоза без тешературных пульсаций обеспечивает быстрый рост температур глубинных слоев, при более низких температурах на поверхности раздела накладки и колодки, чем у открытого дискового

ормоза, что соответственно уменьшает температурные градиенты и ашищает поверхность трения от образования термических трещин. 3. Испытания макетного образца закрытого дискового тормоза с жид-остным охлаждением, проведенные на инерционном стенде, показали ысокую эффективность жидкостного охлаждения тормоза.

Содержание отдельных разделов диссертации изложено в следую-их опубликованных работах:

1. Дисковый тормоз с обратной парой трения и с жидкостным охлаж-ением. Тезисы научно-технической и научно-методической конферен-ии "Научно-технический прогресс в автотракторостроении и пробле-ы подготовки инженерных кадров",-М.:изд.МГ0У, 1992 г.98 с. Соавтор Владимиров Н.Л.)

2. Математическая модель расчета температурного поля дискового ормоза с жидкостным охлаждением.-М.'.МАМИ 1993, 17с. Рукопись де-он. в НИМинформавтопром N 2189-АЛ. ( Соавторы Селифонов В.В., ладимиров Н.Л. )

3. Экспериментальное исследование температурного поля дискового ормоза с жидкостным охлаждением. -М..МАМИ 1993, 12 с. Рукопись эпсн. в НИИинформавтопром N 2190-АП. ( Соавторы Селифонов В.В.,

падамиров Н.Л. )

1. система жидкостного охлаждения тормозов транспортного сред-гва. Решение ВНИИГПЭ о выдаче патента по заявке N 5444703/11 г ГЛ11. ¡993 г. ( Соавторы Молев Л.В., Селифонов В.В., Щеренков .М., Владимиров Н.Л.)