Діаграма гальмування автомобіля

Графік залежностей сповільнення і швидкості руху від часу гальмування називають діаграмою гальмування (рисунок 5.4).

 

Рисунок 5.4 – Складові гальмівної діаграми

До часу гальмуваннявідносять час, який пройшов із моменту, коли водій помітив перешкоду і до моменту повної зупинки автомобіля.

Час гальмування автомобіля (Т_г) визначається за формулою:

Т_г = t_pв + t_з + t_н +t _гал+t_зуп,

де t_p – час реакції водія – це проміжок часу з моменту, коли водій помітив перешкоду, і до моменту натискання ногою педалі гальма. Залежно від індивідуальних особливостей людини, її стану, пори року і доби він коливається від 0,3 до 1,5 с. Для розрахунку приймаємо t_p=0,9 с.

t_з – Час запізнювання приводу – це час, який починається з передачі зусилля від гальмової педалі і закінчується з появою тиску в гальмових механізмах.. Величина цього часу залежить від типу приводу (гідравлічний, пневматичний), конструкції гальмових механізмів (дискові, барабанні). Для гідроприводу з дисковим механізмом t_з = 0,05…0,07 с, а з барабанним t_з = 0,07…0,15 с. Якщо привід пневматичний, то t_з = 0,15…0,3 с. Для розрахунку приймаємо t_з = 0,15 с.

t_н – час наростання сповільнення– за цей час сповільнення автомобіля змінюється від нульового значення до максимального, величина якого обмежена зчіпними можливостями коліс з дорогою. Вважається, що прискорення за час t_н наростає за лінійним законом, тому графіком прискорення буде похила лінія. Графіком швидкості на цій ділянці буде крива, описувана параболою. Величина часу t_н залежить, насамперед, від приводу. Якщо привід гідравлічний, то t_н = 0,05…0,15 с, якщо привід пневматичний, то t_н = 0,15…0,4 с. Для розрахунку приймаємо t_н = 0,15с.

Сума t_н + t_з = t_с називається часом спрацьовування гальмової системи. Згідно з Правилами № 13 ЄЕК ООН ця сума повинна бути менше 0,6 с (tс < 0,6 с).

t _гал – час гальмування з постійним сповільненням. Графіком на цій ділянці буде пряма, паралельна осі абсцис. Якщо сповільнення постійне, то швидкістю руху автомобіля на цій ділянці буде похила лінія.

t_зуп – час розгальмовування гальмівного приводу – це час від початку відпускання педалі гальма до появи зазорів між фрикційними елементами. Для розрахунку приймаємо t_зуп=0,1 с.

 

 

Час гальмування з постійним сповільненням знаходимо за формулою:

де V₀ – початкова швидкість гальмування.

Гальмівну діаграму побудуємо з врахуванням, що автомобіль рухається з максимальною швидкістю.

Тому V₀= V_max = 90 км/год = 25 м/с;

g = 9,8 – прискорення вільного падіння;

φ_х – коефіцієнт зчеплення колеса з опорною поверхнею. Для сухого покриття φ_х становить 0,6…0,8. Для розрахунку приймаємо φ_х = 0,7.

Загальний час гальмування автомобіля до повної зупинки буде складати:

Т_г = 0,9 + 0,15 + 0,15 +12,86+0,1=14,16 с

Гальмове сповільнення визначається за формулою:

В нормальних умовах гальмове сповільнення становить 0,9…3,0 м/с². При екстреному гальмуванні a_г 5,0 м/с², хоча при цьому можливі травми.

По отриманим даним побудуємо гальмівну діаграму (рисунок 5.5)

 

 

Рисунок 5.5 – Гальмівна діаграма автомобіля

 

 

6 Гальмівна система автомобіля

 

Гальмівний механізм

Граничні значення моменту тертя гальмового механізму М_тр повинні відповідати значенню гальмового моменту на колесі автомобіля М_τ, тобто

М_τ = М_тр.

Граничне значення М_τ визначаємо умовами взаємодії колеса з

полотном дороги:

^, (6.1)

де - розрахункове значення коефіцієнта зчеплення,

, (6.2)

 

де К_τ - коефіцієнт розподілу гальмових сил Р_τ1 і Р_τ2 між колесами відповідно передньої та задньої осей; К_τ = 0,9…1.

a, b, h_g - координати центра мас.

.

Вертикальні опорні реакції дороги на передній Z_τ1 і задній Z_τ2 осях автомобіля визначаємо за формулами:

; ; (6.3)

де G_а - повна вага автомобіля,Н;

L - база автомобіля, м;

Z_τ - вертикальна реакція полотна дороги, Н.

H,

H.

 

Граничні значення гальмових моментів на колесах:

При гальмуванні стоянковим гальмом лише задніх коліс автомобіля гальмовий момент становить:

де α ≈ 9,1⁰ (ухил 16%) - кут ухилу, на якому повинен бути загальмований автомобіль.

 

6.2 Гальмовий привід

Вибір та обґрунтування типу і конструкції гальмового приводу базується на дотриманні умови повного узгодження мінімального часу і плавності спрацювання, необхідного розподілу гальмових сил між колесами автомобіля, зручності та легкості керування, довговічності й простоти конструкції.

Для забезпечення надійності роботи приводу робочої гальмової системи його конструкція повинна мати не менше двох контурів. Стоянкова гальмова система має мати конструкцію, яка дозволить використовувати її як запасну.

Після вибору та обґрунтування типу визначаємо конструкцію основних механізмів і пристроїв гальмового приводу (головного гальмового циліндра, колісних циліндрів, гальмового крана, гальмового циліндра або камери, пружинного енергоакумулятора тощо). Потім знаходимо кінематичне і_k, і силове і_р передавальні числа:

(6.4)

 

 

де S_{пед.роб} – робочий хід педалі або важеля гальма (S_{пед.роб} = 80...100 мм для вантажних автомобілів, 70...75 мм – для легкових);

ΣS_к – сумарне переміщення кінців колодок у місцях їх з'єднання з поршнями або кулачком (приймають S_к =3...6 мм).

Силове передавальне число гальмового приводу і_р визначаємо виходячи з рівності тисків, які виникають від сили Р_пед на гальмову педаль (при гідравлічному приводі) або від сили тиску повітря в магістралі (при пневматичному приводі) і сил, які розтискають колодки гальмового механізму, зобржениих на рисунку 9.1.

Рисунок 6.1 – Розрахункова схема для визначення силового передавального числа приводу гальмової системи (пневматичної з гальмовою камерою та пружним енергоакумулятором).

При пневматичному гальмовому приводі

(6.5)

де η_пр – 0,92...0,95 – ККД механічних елементів пневматичного гальмового приводу. Приймаємо η_пр = 0,93;

с =10 мм – плече пари сил;

=500 мм – конструктивний розмір.

 

 

Для існуючих конструкцій силове передавальне число пневматичного гальмового приводу і_p = 100...300, тиск повітря в ресіверах гальмового приводу P_пов = 0,60...0,75 МПа; Р_пед < 150Н (500 Н – при аварійному гальмуванні).

Зусилля яке повинен прикладати водій до педалі автомобіля:

(6.6)

 

 

(6.7)

де Р_1,Р₂,– приводні сили;

R_б = 0,36 м – робочий радіус гальмового барабана (визначається із можливості розміщення барабана в середині ободу колеса);

а,b,h – геометричні розміри гальмового барабану (а = b =0.8R_б);

= 0,3 – коефіцієнт тертя.

Граничні значення моменту тертя гальмівного механізму М_тр повинні відповідати значенню гальмівного моменту на колесі автомобіля М_τ, тобто:

М_τ = М_тр.

Сили, прикладені до колодок передніх і задніх коліс:

 

-сумарна гальмова сила,яка діє на всі колеса автомобіля. При робочому гальмуванні Р_пед≤ 100…150Н, а при аварійному Р_пед≤ 500Н.

 

6.3 Гальмування автомобіля

На рисунку 10.2 представлена ​​схема автомобільного колеса, на якому встановлене гальмо; тут: К-колесо, Т-гальмівний барабан, укріплений на колесі; гальмівні колодки А встановлені на осі В, закріпленої жорстко на фланці заднього моста; колодки А розлучаються при посередництві кулака С.

 

Рисунку 6.2 – ​схема автомобільного колеса

З умови рівноваги колеса знаходимо, що гальмівний момент повинен дорівнювати похідній сили Q на радіус колеса, маємо:

Максимальне значення гальмівної сили Q визначиться з виразу:

де, є вага, що доводиться на дане колесо; m – коефіцієнт, що враховує. зміна ваги внаслідок гальмування автомобіля; - коефіцієнт тертя-спокою колеса об дорогу, або коефіцієнт зчеплення.

 

Як тільки гальмівне зусилля Q перевершить максимальну силу зчеплення з дорогою, замість коефіцієнта тертя спокою ср треба вставити коефіцієнт тертя руху ft, тобто в цьому випадку маємо:

Довжину шляху гальмування ми надалі будемо позначати знаком S. Похідна шляху S на гальмівне зусилля Q дасть роботу гальмування, і ця робота повинна дорівнювати живій силі, втраченій автомобілем за процес гальмування. Жива сила автомобіля при деякій швидкості V_a рівна

Гальмівне зусилля без урахування опору коченню f, підйому і та повітря дорівнюе =0,5∙295372=147686 Н. Звідси отримаємо вираз для довжини шляху гальмування:

 

 

(6.8)

Приймаємо = 75км/год = 20,83м/с; =0,5

У випадку встановлення гальм на всі колеса максимальне значення коефіцієнта питомого гальмівного зусилля виходить рівним ; звідси довжина шляху гальмування визначимо з рівняння:

(6.9)

f – опір коченню; f =0,025

Якщо прийняти дорогу горизонтальній, то отримаємо:

(6.10)

Якщо, нарешті, прийняти f = 0, то отримаємо:

(6.11)

S₆ = 44.3м

Далі в таблиці наведені значення коефіцієнта для рівних доріг і шин по дослідам Bureau of Public Roads U. S.

 

 

Таблиця 6.1 – значення коефіцієнта .

Якщо задатися співвідношенням а = 0,6L і hg = 0,3L, то можна знайти шлях гальмування на горизонтальній дорозі S, виражений як функція швидкості руху Vа.

 

Наближено маємо:

(6.12)

Тут швидкість Va, як і у всіх попередніх рівняннях по гальмуванню автомобіля, виражена в м / сек; виразивши її в км / год, отримаємо наближено

(6.13)

У рівнянні (6.13) не враховано вплив опору коченню f і опір повітря, а рух прийнято по горизонтальній дорозі (i= 0).

 

Рисунок 6.3 – Схема зносу автомобіля(1)

Bисоке розташування центру ваги шкідливо з точки зору швидкості гальмування автомобіля; шлях гальмування автомобіля S помітно подовжується в міру збільшення висоти. Застосування гальм на 6 колес знищує цей недолік і взагалі значно скорочує шлях гальмування; при прийнятому нами розташуванні

 

 

центра ваги шлях гальмування зменшується приблизно вдвічі за рахунок застосування гальм і на передні колеса.

На слизькій дорозі цей виграш у швидкості гальмування буде ще більше, так як гальма на передні колеса збільшують стійкість автомобіля при гальмуванні і допускають можливість більш різкого гальмування без ризику занесення; останнє пояснюється тією обставиною, що загальмовані передні колеса створюють значний момент опору

заносу задка автомобіля, чого ще немає при вільних передніх колесах.

Навантаження передніх коліс гальмівним зусиллям, природно, робить ці колеса більш схильними до заносу, ніж це мало місце, коли вони були вільними від окружного зусилля.

 

Рисунок 6.4 – Схема зносу автомобіля(2)

 

Однак, по-перше, ймовірність цього заносу все ж виходить менше, ніж вірогідність занесення задніх гальмівних коліс, і, по-друге, взагалі занос передніх коліс не є настільки небезпечним, як занос задніх коліс. Для з'ясування останнього положення на рисунку 1 і 2 представлені дві схеми заносу автомобіля; на рисунку (1) занос отримали передні колеса, завдяки чому вони мають деяку

 

бічну швидкість Vx; в результаті отриманого руху автомобіль почне обертатися біля деякого миттєвого центру обертання О, що лежить на продовженні задньої осі автомобіля за ту ж сторону від автомобіля, куди спрямований занос передньої осі. Завдяки обертанню автомобіля, біля цього миттєвого центру обертання з'явиться відцентрова сила Рс, яка прагне відновити порушену рівновагу автомобіля. Таким чином занос передніх коліс автомобіля автоматично викликає відцентрову силу, що прагне погасити занос і відновити нормальний рух. У разі ж заносу задніх коліс, який зображений на рисунку (2), явище протікає зовсім інакше: тут миттєвий центр обертання автомобіля розташовується на продовженні передньої осі на стороні, протилежної напрямку заносу. Завдяки цьому відцентрова сила Рс не тільки не гасить, занос, а, навпаки, - підсилює його; під впливом цієї сили автомобіль може обернутися на дуже великий кут перш, ніж він зовсім зупиниться.

Максимальна допустима швидкість, при якій ще не буде виходити кутового прискорення, визначиться звідси:

 

(6.14)

 

м/с

Якщо прийняти рух по дуже гладкою дорозі і знехтувати на підставі цього величиною коефіцієнта опору коченню f, то при русі під гору отримаємо:

(6.15)

За допомогою цих рівнянь знаходиться залежність між S і Vа при різних ухилах дороги і крім того можуть бути дозволені два питання:

а) при якому ухилі автомобіль вже не може бути загальмований;

б) якою має бути початкова швидкість автомобіля, щоб він при заданому ухилі і міг зупинитися на заданій відстані.

У першому випадку довжина шляху гальмування S повинна бути прийнята рівною нескінченності, це значить, що знаменник в рівняннi (6.15) повинен бути прирівняний нулю; звідси маємо рівняння для граничних ухилів а4. а4 - ухил для автомобіля з гальмами на всі 6 колес:

 

 

(6.16)

 

Якщо взяти прийняті раніше співвідношення а = 0,6L і hg = 0,3L і коефіцієнт зчеплення = 0,5, то отримаємо:

sin ₆ = 0,5, що відповідає ₆ = 30°.

Для отримання наочного уявлення про співвідношення між швидкістю втомобіля Va, довжиною шляху гальмування. S і ухилом і за умови, що коефіцієнт зчеплення = 0,5. Позитивні значення кута відповідають на рисунку 131(розташування гальм на всіх колесах) руху в гору, а негативні значення - руху під гору.

Для получения представления о том, какой дополнительный эффект оказывает на торможение автомобиля сопротивление воз­духа, ниже приведем подсчет пути торможения S автомобиля с уче­том этого сопротивления.

Рисунок 6.5 – Залежність швидкості автомобіля, гальмівного шляху і кута ухилу

Повна сила гальмування з урахуванням опору повітря визначиться з рівняння:

P_T-=Q + P_W (6.17)

Сила гальмування Q не залежить від швидкості руху автомобіля.

Сила опору повітря Pw визначається з виразу:

 

 

(6.18)

= 2606

P_T=147686 + 2606=150292 Н,

де К – коефіцієнт опору повітря, що залежить від форми автомобіля, F – площа проекції автомобіля в кв. м в напрямку його руху і Va – швидкість автомобіля в м / сек.

Остаточно маємо вираз для шляху гальмування S:

(6.19)

Без урахування опору повітря при дії тільки гальмівного зусилля Q ми мали вираз для шляху гальмування:

Км/год 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Рисунок 6.6 – Криві шляху гальмування

На рисунку 6.6 побудовані криві шляху гальмування автомобіля з урахуванням і без урахування опору повітря. Окремі криві на цій фігурі мають такі значення:

С- гальма на всіх колесах; опір повітря не враховано;

D - гальма на всіх колесах; опір повітря враховано.

При побудові графіка на рисунку 4 значення гальмівних сил Q були взяті максимальними, а отже шлях гальмування S виходить мінімальним. Співвідношення між величинами, а, hg і L взяті тими ж, що були дані вище; коефіцієнт зчеплення узятий рівним 0,5. Коефіцієнт КF прийнятий рівним 0,1, а вага автомобіля з повним навантаженням - 295372 Н.

З розгляду рисунка 4 видно, що в межах до швидкості 50-60 км / год опір повітря помітного впливу на швидкість гальмування не надає.

На рисунку 6.7 проведена крива залежності шляху гальмування. S від швидкості автомобіля Vа. Крива дає середнє значення коефіцієнта зчеплення . У межах великого коливання швидкості автомобіля цей коефіцієнт коливається близько 0,6, падаючи в міру зменшення швидкості автомобіля; останнє треба пояснити тим, що в міру зменшення швидкості. атомобіля зменшується дію опору повітря.

Рисунок 6.7– Крива залежності шляху гальмування від швидкості автомобіля

 

6.4 Розрахунок пневматичного приводу автомобіля

 

Повна вага автомобіля =30140 кг

Вага на передню вісь = 7535 кг

Вага на задні осі = 17010 кг

Висота центра мас = 1 м

Радіус колеса rk = 0,46 м

Момент інерції колеса = 1,38

Момент інерції обертових мас = 0,02

Передаточне число головної передачі = 4,42

Уповільнення при аварійному гальмуванні j = 6..8

1. Bизначаємо необхідні величини гальмівних моментів:

 

- Для передніх коліс:

(6.20)

- Для задніх коліс:

(6.21)

де n – кількість півосей.

 

2. Визначаємо момент інерції:

- Для передніх коліс:

(6.22)

де – внутрішній радіус барабана, = 0,21 м; – кут обхвату гальмівної колодки барабана, рад = ; – кут між вертикальним початком колодки, град = .

= 0,254 м

- Для задніх коліс:

(6.23)

 

= ; = .

 

 

3. Визначаємо зусилля необхідні для притиснення колодки до барабана:

- Для передніх коліс:

(6.24)

 

 

(6.25)

 

 

- Для задніх коліс:

 

(6.26)

 

 

(6.27)

 

 

 

- Для передніх коліс:

(6.28)

де – плече пари сил розтискного кулака, =27мм;

– плече при сил тертя кулака, = 41 мм;

– плече важіля робочого апарата, =100мм, =125мм;

f – коефіцієнт тертя кулака об колодку, f = 0,3.

 

 

для задніх коліс

 

(6.29)

 

 

Таблиця 6.2 – Вибір типу камери

Перевірка зусилля необхідного для переміщення камери:

(6.30)

де – тиск повітря в ресивері, ;

– механічний к.п.д. = 0,85-0,91;

– коефіцієнт наповнення робочого апарата, = 0,95.

R – радіус мембрани, см;

r – радіус опорного диска, см.

, якщо , то камера не зможе загальмувати з розрахунковим гальмівним моментом, при цьому необхідно вибирати інший тип камери.

 

5. Визначаємо повний об’єм гальмівної магістралі для камери діафрагменного типу:

(6.31)

де та – об’єми камери, = 330 , = 430 .

n – кількість гальмівних камер задніх колес;

d – діаметр трубопровода, d=1см;

l – довжина трубопровода, l=900см.

Вагова витрата повітря на одне повне гальмування при t = С:

(6.32)

де Р – надлишковий тиск під час гальмування в робочих апаратах, Р = 45000 ;

R – газова стала,

Т – абсолютна температура повітря, Т = 293 К.

Витрата повітря за 1 хвилину з урахуванням витоків:

 

(6.33)

де – витрата повітря на одне гальмування,

m – число гальмувань;
– допустимі втрати повітря, = 0,0023 кг/мин.

кг/мин

7. об'ємна продуктивність компресора:

(6.34)

де P – атмосферний тиск, P = 10000

8. Час спрацювання пневматичного приводу автомобіля:

 

(6.35)

де – коефіцієнт обліку нерівномірності розподілу швидкості повітря по діаметру, = 1,24;

– коефіцієнт тертя повітря об стінки повітропроводу, = 0,01-0,05;

d – діаметр трубопроводу, d = 0,012 м;

= 8,94 – постійна величина, що визначається за формулою;

L – база автомобіля, L = 5 м;

– коефіцієнт місцевих опорів, = 11-15.

Р т = Рр.

Якщо t 0,8, привід відповідає вимогам ГОСТ і забезпечує своєчасне гальмування автомобіля. Якщо t 0,8, привід не відповідає вимогам ГОСТ і не забезпечує своєчасне гальмування автомобіля.

6.5 Висновок

Було проведено модернізацію гальмівної системи автомобіля шляхом розробки і розрахунку нової конструкціїї гальмівних елеменнтів, яка дозволяє підвищити ефективність гальмування за рахунок скорочення гальмівного шляху на 4,55 відсотків, часу спрацювання пневматичного приводу до 0,37 с.

 

 

Висновок

В даному роботі був спроектований вантажний автомобіль вантажопідйомністю 11500 кг. Для виконання даного розрахунку вихідним матеріалом був конструктивний прототип автомобіля, робочі параметри якого близькі до вказаних в завданні.

Для автомобіля, який проектували, було вибрано автомобіль – прототип КрАЗ-65053. За вказаними в завданні параметрами був зроблений розрахунок.