Тема 18. Гальмівне керування
§ 44. Вимоги до гальмівних систем
Гальмівною системою автомобіля називається сукупність пристроїв, призначених для зниження швидкості його руху, підтримки постійної швидкості руху на спусках і утримання на стоянці. Відповідно до ГОСТ 22895—77 автомобіль обладнується робочою, запасною і стоянкою гальмівними системами, а автомобілі з повною масою 12 т і вище, а також призначені для експлуатації в гірських умовах, повинні мати ще і допоміжну систему.
Кожна гальмівна система складається з гальмівних механізмів і гальмівних приводів. До гальмівних систем автомобіля пред'являються наступні вимоги: забезпечення необхідної ефективності гальмування; збереження стійкості автомобіля при гальмуванні; підвищена експлуатаційна надійність; стабільні гальмівні властивості; плавна дія (робочою, запасною і стоянкою при русі), що необхідне для комфортабельної і безпечної їзди; легке керування.
§ 45. Гальмівні механізми
Гальмівним механізмом називається пристрій, призначений для створення і зміни штучного опору руху автомобіля. Гальмівний механізм зазвичай розташовують усередині обода колеса, рідше — в трансмісії. Він є складовою частиною робочої гальмівної системи.
У стоянкових гальмівних системах використовуються гальмівні механізми робочої гальмівної системи або трансмісійні. Запасні гальмівні системи зазвичай є частиною робочих гальмівних систем і використовують загальні з ними гальмівні механізми і гальмівні приводи. На вантажних автомобілях як допоміжна гальмівна система зазвичай застосовується моторне гальмо, на автобусах і кар'єрних самоскидах — спеціальні гідравлічні і електричні механізми.
Колісні гальмівні механізми класифікують за формою елементів, що обертаються, на барабанні і дискові. Найбільшого поширення в автомобілях мають барабанні гальмівні механізми з внутрішнім розташуванням колодок. Все ширше застосовуються дискові гальмівні механізми. Ефективність гальмівного механізму оцінюють відношенням моменту тертя гальм Мтор до моменту привідних сил Ргб (де Р — привідні сили; гб — радіус барабана). Від гальмівного механізму також потрібна висока стабільність, тобто збереження ефективності роботи при зменшенні коефіцієнта тертя. До конструктивних вимог відносяться врівноваженість сил, що передаються від колодок на підшипники колеса; однаковий знос накладок. Для деяких типів автомобілів потрібна однакова величина гальмівного моменту при передньому і задньому ході.
§ 46. Барабані гальмівні механізми
Принципова відмінність конструктивних схем барабанних гальмівних механізмів полягає в розташуванні опор колодок і характер дії приводних сил. На мал.48 наведено чотири основні схеми барабанних гальмівних механізмів і показані діючі на колодки сили: з одностороннім розташуванням опор (мал.48, а, б), з рознесеними опорами (мал.48, в) і з одною опорою (мал.48,г). Індекси 1 і 2 відповідають передній і задній колодка.
Гальмівний механізм з одностороннім розташуванням опор і однаковими приводними силами. У схемі на мал.48,а приводна сила повертає передню колодку навколо опори проти годинникової стрілки і притискує її до обертаючого барабану. Нормальні реакції барабана на колодку зведені на схемі до рівнодійної Х1, а дотичні сили тертя - до рівнодійної У1, зв'язок між якими виражається формулою
У1 = fгал Х1 ( 7 )
Де: fгал – коефіцієнт тертя фрикційної пари барабан – колодки.
Сили Rх1 і Rу1 - реакції в опорі колодки. Подібні сили діють і на задню гальмівну колодку. Складемо рівняння рівноваги моментів усіх сил щодо осі опори переднів колодок:
Рh + У1rб - Х1h/2 = 0 ( 8 )
Звідси, з огляду на формулу (7), отримуємо
У1 = Р fгал х h/(0,5h - fгал rб). ( 9 )
Моменти тертя:
передньої колодки Мгал1 = У1rб = Р rб fгал h / (0,5h - rб fгал); (10) задньої колодки Мгал2 = У2rб = Р rб fгал h / (0,5h + rб fгал); (11)
При порівнянні Мгал1 і Мгал2 неважко встановити, що при рівності приводних сил та інших однакових параметрів колодок створюють різні моменти тертя, причому передня більший, ніж задня. Це пояснюється тим, що у передній колодці сили тертя створює момент, що притискає колодку до барабану. У задній колодки момент сил тертя зменшує її притискання до барабану.
Мал.48. Схема барабанних гальмівних механізмів:
а - з одностороннім розташуванням опор і однаковими приводними силами; б - з одностороннім розташуванням опор і однаковими переміщеннями колодок; в - з рознесеними опорами і однаковими приводними силами; г - з одного опорою.
Передня колодка, у якої напрямок моменту сил тертя щодо опори співпадає з напрямком моменту привідний сил, називається первинною, а задня, у якої спрямування цих моментів протилежні, називається вторинною. Якщо змінити напрямок обертання барабана, то задня колодка буде первинною, а передня - вторинної; момент тертя гальмового механізму (гальмівний момент), рівний сумі моментів тертя колодок, за величиною не зміниться і може бути визначений за формулою
Мгал = Р rб fгал h2 / (0,25 h2 – r2б f 2гал ) ( 12 )
Так як нормальні реакції Х1 і Х2 і дотичні сили тертя У1 і У2 відповідно не рівні один одному, гальмо є неврівноваженим. Оскільки Х1>Х2 і У1>У2 а число гальмувань при русі автомобіля вперед незмірно більше, ніж при русі назад, то фрикційна накладка передньої колодки зношується значно інтенсивніше, ніж задня.
Гальмівні механізми, що мають описану вище схему, застосовуються на автомобілях ГАЗ-53А, ГАЗ-24 «Волга» (задні) та інші.
Гальмівний механізм з одностороннім розташуванням опор і однаковими переміщеннями колодок. У цих механізмах (див. мал.48,б) нормальні реакції колодок і дотичні сили тертя відповідно рівні Х1= Х2 і У1=У2, що визначається однаковою конструкцією і рівною жорсткістю колодок.
При зазначеному напрямку обертання барабана (проти часової стрілки) передня колодка є первинною, а задня - вторинною. Моменти тертя колодок виражаються рівняннями, виведеними для гальмівного механізму, що показанні на мал.48,а. Так як У1=У2, то і моменти тертя колодок рівні між собою: Мгал1 = Мгал2 або
Р rб fгал h / (0,5h - rб fгал); = Р rб fгал h / (0,5h + rб fгал). ( 13 )
Отже, приводні сили Р1 і Р2 неоднакові
Р1 = 0,5h - rб fгал
Р2 0,5h + rб fгал
Причому Р1 < Р2 , що пояснюється дією сил тертя колодок.
Загальний момент тертя гальмового механізму з одностороннім розташуванням опор і однаковими переміщеннями
Мгал = rб fгал h [Р1(0,5h + rб fгал)+Р2(0,5h - rб fгал)] / 0,25h2 - r2б f2гал (14)
і величина його не змінюється при зміні напрямку обертання барабана (при задньому ході автомобіля). Рівність нормаьнихі реакцій колодок у цього гальмівному механізмі роблять його врівноваженим,а рівність дотичних сил тертя забезпечує однакову інтенсивність зносу гальмівник колодок.
Гальмівні механізми з рівними переміщеннями колодок встановлюють на вантажних автомобілях сімейства ЗІЛ, МАЗ, КамАЗ та інших.
Гальмівний механізм з рознесеними опорами і однаковими привідними силами. У цих гальмівних механізмах (див. мал.48, в) обидві колодки при прийнятому напрямку обертання є первинними, тому при Р1=Р2=Р забезпечується рівність нормальних реакцій, дотичних сил тертя і моментів тертя колодок:
Х1 = Х2; У1 = У2
Мгал1 = Мгал2 = Р rб fгал h / (0,5h - rб fгал);
а сумарний момент тертя (гальмівний момент)
Мгал = Р rб 2fгал h / (0,5h - rб fгал);.
Гальмівний механізм є врівноваженим. Інтенсивність зношування обох накладок однакова. При зміні напрямку обертання обидві колодки стають вторинними, момент тертя (гальмівний момент) різко падає.
Гальмівні механізми з рознесеними опорами і однаковими привідними силами використовуються на передніх колесах автомобілів ГАЗ-66, УАЗ-452.
Гальмівний механізм з само підсиленням. У схемі мал.48, г, опорою передньої колодки служить задня, що упираються в опорний палець. При прийнятому на схемі напрямку обертання барабана обидві колодки є первинними, але з різними приводними силами.
У передній колодки приводна сила Р створюється тиском в робочому циліндрі, тому момент тертя визначається формулою (10). Для задньої колодки привідною силою є сила, що передається від передньої колодки. Ця сила визначається з умови рівноваги горизонтальних сил, діючих на передню колодку.
Оскільки Мгал1<Мгал2, то і Х1<Х2, і У1<У2, отже, гальмівний механізм є неврівноваженим, а зношування задньої накладки колодки буде більш інтенсивніше, ніж передньої.
Так як приводна сила задній колодки створюється дією дотичних сил тертя передньої колодки, за обсягом більше сили Р, то розглянута конструкція називається гальмівним механізмом з само підсиленням. При зміні напрямку обертання барабана обидві колодки стають вторинними, і гальмівний момент значно зменшується. Проте в деяких конструкціях цей недолік усунуто, і при русі автомобіля заднім ходом гальмівний момент залишається за величиною таким же, як і при русі автомобіля вперед.
Гальмівні механізми з само підсиленням застосовуються як трансмісійні в стоянкових гальмових системах.
Порівняння схем гальмівних механізмів. Розглянуті особливості основних конструктивних схем барабанних гальмівних механізмів дозволяють провести їх порівняльну оцінку при однакових параметрах: h = 1,6 гб; fгал = 0,3.
За ефективністю гальмівний механізм з односторонніми опорами і однаковими переміщеннями є гіршими. Якщо прийняти його оціночну величину ефективності за одиницю (Мгал / Р rб = 1), то у гальмівного механізму з одностороннім розташуванням опор і однаковими приводними силами Мгал / Р rб = 1,22, тобто його ефективність на 22% вище; у гальмівного механізму з рознесеними опорами і однаковими привідними силами Мгал / Р rб = 1,6 (60%); у гальмівного механізму з само підсиленням Мгал / Р rб = 2,56 (156%).
Неврівноваженість гальмівних механізмів, яка оцінюється відносною сумарною силою, що діє на підшипники при гальмуванні, мають наступні значення для відповідних гальмівних механізмів:
З односторонніми опорами і однаковими переміщеннями. ………………………… 0
З односторонніми опорами і однаковими приводними силами …………………. 1,73
З рознесеними опорами і однаковими приводними силами …………………….…… 0
З само підсиленням ………………………………………………………………….. 3,84
Як випливає з наведених вище величин, найгіршим є гальмівний механізм, наведений на рис. 128,г.