Вибір та обгрунтування схеми управління дисковим гальмівним механізмом автомобіля категорії М1 з електричним приводом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

V МЕХАН1ЗАЦ1Я, АВТОМАТИЗАЦ1Я ТА РОБОТИЗАЦ1Я

УДК 629.114

Канд. техн. наук В. Х. Козирев, А. Ю. Сосик Нацюнальний технiчний унiверситет, м. Запорiжжя

ВИБ1Р ТА ОБГРУНТУВАННЯ СХЕМИ УПРАВЛ1ННЯ ДИСКОВИМ ГАЛЬМ1ВНИМ МЕХАН1ЗМОМ АВТОМОБ1ЛЯ КАТЕГОРП М1 З ЕЛЕКТРИЧНИМ ПРИВОДОМ

Пiдвищення активног безпеки автотранспортних засобiв (АТЗ) е актуальною проблемою сучасного автомобiлебудування. Гальмування е найважливiшим елементом активног безпеки, розвиток якого, сьогоднi можливий лише за рахунок впровадження альтернативних схем керування процесом гальмування та конструктивно нових елементiв гальмiвного приводу та механiзмiв.

Гальмування е одшею з перших i найважливших форм керування автомобшем за рахунок зменшення його швидкосп або утримання на мющ.

Гальмiвнi властивост1 автомобшя регламентоват Правилами N° 13 Компоту по внутрiшньому транспорту £вро-пейсьим Економiчноl Комюп Оргатзаци Об'еднаних Нацш, а також нацiональними стандартами. Нацюнальний стандарт передбачае вщповщтсть нового або переобладнаного автомобiля вимогам ДСТУ ЦЫ/ЕСЕ Я13-09:2002 «£диш положення, що до офiцiйного за-твердження транспортних засобiв категорп М, N та О у вщношенш до гальмування».

Нормативними показниками, що визначають ефек-тившсть роботи системи гальмування е:

- стале уповшьнення;

- коефщент рiвномiрностi розподiлу гальмово! сили;

- час спрацювання гальмiвноl системи.

У сучасному автомобiлебудуваннi автовиробники чiтко визначились, що найбшьш прийнятним до за-стосування е вiдкритий дисковий колодковий гальмiв-ний механiзм, який мае так преваги:

- стабiльнiсть ди;

- iнтенсивна тепловiддача вiд тертьових пар;

- можливiсть легкого забезпечення зазору мiж по-верхнями тертя незалежно вщ ступеня зношування гальмiвних накладок;

- можливiсть захисту дискового гальма вщ пилу, бруду та вологи аж до повно1 герметизацп;

- вщсутшсть сил, дiючих перпендикулярно оа обер-тання гальмового диска, як наслщок вали й тдшип-ники не сприймають навантаження;

- температурне розширення в процеа нагрiвання гальма iстотно не впливае на яшсть прилягання галь-мiвноl колодки до гальмiвного диска, а отже й на величину гальмового моменту;

- величина гальмового моменту не залежить вщ напрямку обертання диска [1-4].

Стушнь модершзаци, яка ставила за мету покра-шення експлуатацiйних властивостей дискового гальмiвного механiзму за рахунок внесення змш до конструкци, досягла сво!х крайнiх меж: це впровадження механiзмiв i3 застосуванням вентильованих дисков з системою Kangaroo Paw (австралшський патент № 742353), набiрних гальмiвних дисков системи Twin Disk фiрми Delphi та гальмiвних дискiв з застосуванням сучасних матерiялiв (carbon fiber composite) [5].

Другим етапом, щодо пiдвищення активно! безпеки транспортного засобу е iнтеграцiя в автомобiль елек-тронних систем управлiння процесом гальмування та систем контролю стшкосп руху, рiзноманiтноi датчи-ково! апаратури та виконавчих пристро!в. Так1 дИ порушили питання: по-перше, про впровадження нових конструкторських ршень щодо робочих елементiв гальмiвноi системи; по-друге, перехiд до електронно-го керування процесом гальмування.

Система електронного управлiння стабiльностi руху транспортного засобу, яка останшм часом е не-вiд'емною частиною гальмiвноi системи пiд час гальмування, передбачае тдвищення швидкостi спрацювання елеменпв гальмiвного приводу. Сьогоднi е мож-ливiсть вiдверто сказати, що гiдравлiчнi виконавчi механiзми працюють на меж сво!х можливостей. Вра-ховуючи цей факт, у свiтi проводять розробки щодо впровадження електричного приводу до дискових галь-мiвних механiзмiв.

Впровадження електричного приводу стикаеться з суттевою проблемою: недолiком дискового гальмiвно-го механiзму е малий розрахунковий радiус тертя, що вимагае тдвищених привiдних зусиль.

З метою зменшення зусилля керування гальмом, а також скорочення його габарипв i ваги е можливють забезпечувати дисковi гальмiвнi механiзми спещаль-ним пристроем - шдсилювачем, що автоматично

© В. Х. Козирев, А. Ю. Сосик, 2009 126

збiльшуe зусилля притиснення поверхонь тертя при гальмуванш

Застосування дискових гальм з ефектом самотдси-ленням розглядаеться як альтернатива барабанним з 40-х рошв двадцятого сгоиччя. Найчастiше такий тип гальмiвного механiзму застосовувався на сшьськогос-подарських тракторах i танках [6, 7]. Слад зазначити, що дисковий гальмiвний механiзм iз самопiдсиленням мае недолж, який обмежив !хне поширення в автомо-бiлебудуваннi: коефiцiент пiдсилення такого гальма перебувае у великш залежносп вiд коефiцiента тертя.

У вичизняному автомобiлебудуваннi роботами в даному напрямку е дослiдження Т. С. Лисих [8], А. Н. Туренко [9], А. Б. Гредескула [10]. Як показали ходовi випробування при гальмуванш автомобшя проявлялося яскраво виражене заклинювання, що ютот-но вiдбивалося на стабшьносп ди гальмiвноl системи.

Проведет дослщження визначили, що коефiцiент тдсилення, який можна реалiзувати в гальмiвному механiзмi залежить вiд ступеня навантаження на галь-мiвну систему, вщповщно при зменшеннi привiдних зусиль реалiзований гальмiвний момент такого мехашзму зрiс, що е суттевим поштовхом до розвитку галь-мiвного мехашзму iз самопiдсиленням на транспортних засобах категорп М1.

Конструктивно дисковi гальмiвнi механiзми з еле-ментом самотдсилення можна класифiкувати в такш спосiб:

за типом приводу:

- мехашчний;

- гiдравлiчний;

- пневматичний;

- електричний

- комбшований;

за величининою перекриття:

- з повним перекриттям;

- з частковим перекриттям;

за схемою розташування гальмового елемента:

- з рухливим гальмовим елементом;

- з нерухомим гальмовим елементом;

за ступенем керування:

- з дiею, що стежить;

- без ди, що стежить.

Як правило, механiзм з елементом самотдсилення складаеться з кульки, закладено! мiж диском тертя та мехашзмом приводу в клиноподiбнi канавки. При прикладаннi зусилля в привод^ одна з частин пере-мiщуеться, тим самим забезпечуючи притискання колодки до гальмiвного диску. Сили тертя, що утворять-ся при цьому, перемiщують одну частину механiзму щодо шшо!. Внаслiдок цього перемщення кульок ви-никае додаткове зусилля притиснення колодки до диска i гальмiвний момент збiльшуеться. При знятп зусилля з приводу колодка повинна повернутися у вихь дне положення. Принципова схема ди мехашзму з самошдсиленням наведена на рис. 1.

Дослщження, проведенi в робоп А. Н. Туренка да-ють можливють зробити висновки, що нестабшьшсть дискового гальмiвного механiзму досить висока i залежить: по-перше, ввд коефiцiента тертя, який змiнюеться в залежносп ввд температури; по-друге, ввд величини дшчо! сили в привода

Розв'язання питання стабiльностi дИ такого галь-мiвного механiзму знаходиться в площиш впроваджен-ня електронно! системи контролю та управлшня про-цесом гальмування.

Забезпечення стабiльностi дИ гальмiвного мехаш-зму з самопiдсиленням у разi використання електрич-

Рис. 1. Схема дй гальм1вного мехашзму з елементом самотдсилення

1607-6885 Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2009

127

ного приводу можлива за рахунок запровадження сис-теми управлшня, яка передбачае застосування: вико-навчого механiзму; механiзму керування; контролера та датчиково! апаратури.

Принцип ди тако! системи полягае у недопущеннi блокування колодки мiж гальмiвним диском та клином, за рахунок швидкого перемщення останнього в обох напрямках. Умову блокування механiзму отрима -ли за результатами аналiзу к1нематично1 схеми та виз-начення, що коефiцiент пiдсилення е ввдношення галь-мiвноl сили реалiзованоl мехашзмом до сили приводу:

роботи системи приводу та тдсилювального механiз-

му;

Ц - коефiцiент тертя мiж поверхнями колодки та диску.

Провiвши аналiз рiвняння 2, значення коефiцiента пiдсилення наведене у формулi (1) набуде виду:

ЦР

пр

К с =

tga-ц

Ц

Р

пр

tga-ц

(3)

Р

К = гол

Р

(1)

пр

Таким чином, мехашзм буде працювати з ефектом само тдсилення тiльки у разi рiвностi:

де Ргол - гальмiвна сила, яка реалiзуеться механiзмом в плямi контакту диск-колодка;

Рпр - сила приводу.

Таким чином, розглянувши рiвняння суми проекцiй сил дшчих на вiсь паралельну поверхнi мехашзму пiдсилення:

tga > ц.

(4)

Виходячи з цього рiвняння критичний кут блокування для дано! схеми буде за умови:

tga = ц.

(5)

Q а - цРнор 008 а = Рпр бш а.

пр '

(2)

де Q - осьова сила, яка е результатом роботи системи приводу;

Р - осьова сила, яка виникае в плямi контакту

нор у ^

гальмiвноl колодки та диску е результатом сушсно!

Залежностi, отримаш у формулах (4, 5), показують що стабiльнiсть роботи гальмiвного мехашзму повинна забезпечуватися, не враховуючи змiни коефiцiента тертя, а не залежати вщ температури елементiв гальм-iвного механiзму.

Враховуючи цi особливосп, гальмiвна система на-бувае вигляду (рис. 2) та включае таш елементи:

Рис. 2. Елементи галышвно! системи з електричним приводом

Мехатзм керування - педаль гальма не мае прямого зв'язку з гальмiвною системою. Перемщення пе-далi перетвориться в електричний сигнал i подаеться до контролера, який в свою чергу згiдно з закладеною моделлю управлiння контролюе виконавчий механiзм.

Датчикова апаратура - встановлюеться безпосе-редньо в зош роботи гальмiвного мехашзму, вщсте-жуючи основнi експлуатацiйнi показники та значения, як1 можуть впливати на стабiльнiсть дп гальмiвноl системи (датчики швидкостi, зусиль, перемщень та температури).

Виконавчий мехатзм - електродвигун (шаговий або серво), що забезпечуе перемiщения гальмiвноl колодки до диску за умови спрацювання механiзму само-пiдсиления.

Взаемодiя елеменпв гальмiвного приводу та галь-мiвного механiзму проходить за чiтко визначеним ал-

горитмом, схема якого наведена на рис. 3. Мехашзм керування (педаль гальма) надае сигнал про не-обхщшсть змши швидкостi руху до контролера. Контролер, враховуючи показники швидкостi, надае команду виконавчому модулю на спрацювання системи приводу. Слiдкуючи за показниками датчика гальмiвноl сили та швидкостi руху (за ефектившстю спрацюван-ня гальмiвного мехашзму), контролер, звiряючись з даними, отриманими з мехашзму керування, управляе виконавчим модулем до повно! 1'х рiвноваги. При до-сягненнi яко!, повинен тдтримувати заданi парамет-ри уповшьнення.

Таким чином, запропоновану схему управлшня гальмiвним механiзмом з елементом самотдсилення буде реалiзовано для випробувань на автомобш кате-горп М1 марки «ЗАЗ-Daewoo» Т13110 виробництва ЗАТ «ЗАЗ».

Рис. 3. Схема взаемодй елеменив гальм1вно'1 системи з електричним приводом

Перелж посилань

1. Александров М. П. Тормозные устройства в машиностроении / М. П. Александров. - М. : Машиностроение, 1965. - 385 с.

2. Ганькин Ю. А. Исследование дисковых тормозов легковых автомобилей : дис. ... канд. техн. наук : 15.04.68 / Ганькин Юрий Александрович. - М., 1968. - 186 с.

3. Фаробин Я. Е. Стабильность тормозов автомобиля / Я. Е. Фаробин // Автомобильная промышленность. -М. : 1968. - № 1. - С. 25-28.

4. Повышение эффективности торможения автотранспортных средств с пневматическим тормозным приводом / [Туренко А. Н., Богомолов В. А, Клименко В. И., Кир-чатый В. И.]. - Х., 2000. - 489 с.

5. Р. Бош Автомобильный справочник / Роберт Бош ; пер. с англ. - [2-е рус. изд.]. - М. : ЗАО КЖИ «За рулем», 2005. - 896 с.

10.

Тормозные системы сельскохозяйственных зарубежных колесных тракторов и характеристики применяемых в них фрикционных изделий. - М., 1957. - 48 с. Рославлев В. А. Тормозные системы зарубежных колесных тракторов / В. А. Рославлев. - М., 1971. - 60 с. Лысых Т. С. Исследование работы дисковых тормозов с усилением и методы их расчета / Т. С. Лысых. - М. , 1959. - 56 с.

Туренко А. Н. Исследование закрытых дисковых тормозов для тяжелых грузовых автомобилей : дис. ... канд. техн. наук : 20.04.73 / Туренко Анатолий Николаевич. -Х., 1973. - 189 с.

Гредескул А. Б. Исследование самоусиления в закрытом дисковом тормозе с пневматическим приводом / А. Б. Гредескул, А. Н. Туренко // Автомобильная промышленность. - 1972. - № 9. - С. 32-37.

Одержано 16.09.2008

Повышение активной безопасности автотранспортных средств (АТС) является актуальной проблемой современного автомобилестроения. Торможение является элементом активной безопасности, развитие которого в настоящее время возможно только за счет внедрения альтернативных схем управления процессом торможения и конструктивно новых элементов тормозного привода и механизмов.

The active safety rise of transportation facilities is the actual problem ofmodern automobile construction. Braking is the element of active safety, but nowadays its development is possible only using the alternative schemes of braking regulation and new construction elements of gear and mechanisms.

ISSN 1607-6885 Нов1 матер1али i технологи в металурги та машинобудувант №1, 2009

129