Энеогонагруженность и энергоемкость тормозных механизмов

Торможение фрикционными тормозами представляет собой процесс преобразования кинетической энергии движущегося автомобиля в тепловую, рассеивающуюся в окружающее пространство и частично остающуюся в виде нагрева барабанов, дисков, накладок и колодок. Если при этом тепловая напряженность тормоза превышает допустимые значения, то изменяются физико-химические свойства пары трения и выходные характеоистики тормозных механизмов. Так при нагреве барабанного тормозного механизма до температуры 300…350⁰С его эффективность снижается на 20…30%, тогда как у дисковых тормозов при нагреве до 550…650⁰C эффективность снижается не более чем на 15%.

Долговечность тормозного механизма определяется изностостойкостью тормозных накладок в рахличных условиях эксплуатации. Средняя долговечность накладок барабанных тормозных механизмов составляет 60…80тыс. км, тогда как пробег до замены тормозных накладок дискового тормозного механизма сотавляет 20…40тыс. км. Это объясняется тем, что на поверхности тормозных накладок дисковых томозов давление больше, чем у барабанных: дисковых до 5МПа, барабанных до 2,5МПа.

С целью повышения изностойкости фрикционных накладок дисковых тормозов ведется непрерывная работа по улучшению их свойств. Повышение коэффициента трения для уменьшения удельного давления при тех же значениях требуемого тормозного момента не всегда дает положительный эффект, поскольку сопровождается увеличением интенсивности износа тормозного диска.

Выбором материала и массы тормозных барабанов и дисков, выбором материаолоа и размеров тормозных накладок обеспечивается требуемая енергоемкость и эффективность тормозных механизмов, раную или кратную долговечность тормозных накладок передних и задних тормозов.

Основными параметрами, характеризующими энергонагружееность тормозных механизмов являются удельная нагрузка, удельное давление и удельная работа трения на тормозной накладке.

Удельная нагрузка определяется отношением полного веса автомобиля к суммарной площади тормозных накладок рабочей тормозной системы:

p_нак = , (10.20)

где G_А - сила тяжести полностью груженного автомобиля;

∑F_н - суммарная площадь тормозных накладок.

Такой же расчет может быть проведен отдельно для передего и отдельно для заднего тормоза с учетом нагрузки, приходящейся на передние и задние колеса, и типа тормозных механизмов (дисковых или барабанных).

Среднестатистические данные удельных нагрузок для барабанных тормозных механизмов составляют: для легковых автомобилей 10…20Н/см², для грузовых автомобилей 20…40Н/см². Удельная нагрузка для дисковых тормозных механизмов легковых автомобилей составляет 25….30Н/см².

Удельное давление на поверхности тормозных накладок определяется по формулам:

для барабанных томозов-

q_н = ; (10.21)

для дисковых тормозов –

q_н = , (10.22)

где М_Т – тормозной момент;

μ –коэффициент трения;

b – ширина накладки;

β – угол охвана накладки;

r_б – радиус барабана;

R_ср – средний радиус диска.

Допустимые значения удельного давления состаляют: для барабанных тормозов - (1,5…2,0)10⁶Н/м²; для дисковых тормозов – (4…5)10⁶Н/м².

Удельная работа трения определяется отношением работы кинетической энергии автомобиля к суммарной площади тормозных накладок. При этом считается, что вся энергия полностью поглащена тормозными механизмами.

L_уд = , (10.23)

где m_A – масса автомобиля;

V_А – скорость автомобиля перед торможением, подставляемая в данное выражение в размерности м/с;

δ_jк – коэффициент, учитывающий влияние вращения колес.

Средние значения удельной работы трения составляют 1…2кДж/см²для легковых автомобилей, где большие значения относятся к дисковым тормозам, и 0,6…0,8кДж/см² для грузовых автомобилей. Для уменьшения удельной работы трения увеливается ширина накладок барабанных тормозов, площадь накладок или количество суппортов дискового тормоза.

Нагрев барабана или диска за одно торможение определяется по формуле

Δt_б = , (10.24)

где m_к – масса автомобиля, приходящаяся на данное колесо в процессе торможения;

m_б – масса тормозного барабана (диска);

С – теплоемкость материала барабана (диска); С = 5,24∙10²Дж/кг.град – для чугуна, С = 8,8∙10²Дж/кг.град – для алюминеевого сплава.

Нагрев тормозного барабана или диска за одно торможение не должен превышать 20⁰С. При длительном торможении на затяжных спусках часть теплоты рассеивается в окружающее пространство и нагрев барабана или диска будет меньше, чем за одно единичное торможение. Поэтому нагрев тормозных механизмов рассчитывается для скорости в начале торможения V_A = 30км/ч и максимальной скорости автомобиля V_Amax.

При торможении от скорсти V_A = 30км/ч до полной остановки автомобиля температура нагрева барабана или диска не должна превышать 15⁰С, а при максимальной скорости она должна быть в пределах 40…60⁰С.

Для улучшения теплоотвода тормозные барабаны делают биметаллическими. Они состоятоят из чугунного обода соединенного литьем со стальным диском, или аллюминиевого с залитым внутрь чугунным кольцом. Алюминиевые барабаны делают с оребрением, что увеличивет поверхность теплоотдачи и жесткость.

Открытые дисковые тормоза имеют постоянный контакт рбочей поверхности с воздухом, что обеспечивает хороший теплоотвод. Для более интенсивного отвода тепла широко используются вентилируемые тормозные диски.

Тормозной привод