КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА. по дисциплине: «Гидравлические и пневматические системы»

по дисциплине: «Гидравлические и пневматические системы»

Выполнил: студент гр. 1112215

Михеев Ю.А.

Проверил: доцент каф.

Мулюкин В. Л.

г. Набережные Челны

2014 г.

Контрольное задание для студентов специальности 190601 по дисциплине ГИПС.

Общая формулировка задания:

1. Рассчитать основные размеры гидравлического тормозного привода для заданных значений входных сигналов и внешних нагрузок на исполнительные механизмы.

2. По результатам расчета определить необходимость усилителя для тормозного привода.

3. Начертить принципиальную схему тормозного привода.

4. Построить расчетную безразмерную характеристику привода.

Порядок выполнения работы:

Привести краткое описание устройства и принцип действия тормозных систем с гидравлическим приводом. Отметить достоинства и недостатки гидравлических тормозных приводов.

Тормозная система предназначена для управляемого изменения скорости автомобиля, его остановки, а также удержания на месте длительное время за счет использования тормозной силы между колесом и дорогой. Тормозная сила может создаваться колесным тормозным механизмом, двигателем автомобиля (т.н. торможение двигателем), гидравлическим или электрическим тормозом - замедлителем в трансмиссии.

Для реализации указанных функций на автомобиле устанавливаются следующие виды тормозных систем: рабочая; запасная; стояночная.

Рабочая тормозная система обеспечивает управляемое уменьшение скорости и остановку автомобиля.

Запасная тормозная система используется при отказе и неисправности рабочей системы. Она выполняет аналогичные функции, что и рабочая система. Запасная тормозная система может быть реализована в виде специальной автономной системы или части рабочей тормозной системы (один из контуров тормозного привода).

Стояночная тормозная система предназначена для удержания автомобиля на месте длительное время.

Гидравлический привод является основным типом привода в рабочей тормозной системе. Конструкция гидравлического привода включает: тормозную педаль; усилитель тормозов; главный тормозной цилиндр; колесные цилиндры; шланги и трубопроводы.

Тормозная педаль передает усилие от ноги водителя на главный тормозной цилиндр. Усилитель тормозов создает дополнительное усилие, передаваемое от педали тормоза. Наибольшее применение на автомобилях нашел вакуумный усилитель тормозов. Главный тормозной цилиндр создает давление тормозной жидкости и нагнетает ее к тормозным цилиндрам. На современных автомобилях применяется сдвоенный (тандемный) главный тормозной цилиндр, который создает давление для двух контуров. Над главным цилиндром находится расширительный бачок, предназначенный для пополнения тормозной жидкости в случае небольших потерь. Колесный цилиндр обеспечивает срабатывание тормозного механизма, т.е. прижатие тормозных колодок к тормозному диску (барабану).

Для реализации тормозных функций работа элементов гидропривода организована по независимым контурам. При выходе из строя одного контура, его функции выполняет другой контур. Рабочие контура могут дублировать друг друга, выполнять часть функций друг друга или выполнять только свои функции (осуществлять работу определенных тормозных механизмов). Наиболее востребованной является схема, в которой два контура функционируют диагонально.

Принцип работы тормозной системы.

При нажатии на педаль тормоза нагрузка передается к усилителю, который создает дополнительное усилие на главном тормозном цилиндре. Поршень главного тормозного цилиндра нагнетает жидкость через трубопроводы к колесным цилиндрам. При этом увеличивается давление жидкости в тормозном приводе. Поршни колесных цилиндров перемещают тормозные колодки к дискам (барабанам).

При дальнейшем нажатии на педаль увеличивается давление жидкости и происходит срабатывание тормозных механизмов, которое приводит к замедлению вращения колес и появлению тормозных сил в точке контакта шин с дорогой. Чем больше приложена сила к тормозной педали, тем быстрее и эффективнее осуществляется торможение колес. Давление жидкости при торможении может достигать 10-15 МПа.

При окончании торможения (отпускании тормозной педали), педаль под воздействием возвратной пружины перемещается в исходное положение. В исходное положение перемещается поршень главного тормозного цилиндра. Пружинные элементы отводят колодки от дисков (барабанов). Тормозная жидкость из колесных цилиндров по трубопроводам вытесняется в главный тормозной цилиндр. Давление в системе падает.

Схема гидропривода тормозов
1 - тормозные цилиндры передних колес; 2 - трубопровод передних тормозов; 3 - трубопровод задних тормозов; 4 - тормозные цилиндры задних колес; 5 - бачок главного тормозного цилиндра; 6 - главный тормозной цилиндр; 7 - поршень главного тормозного цилиндра; 8 - шток; 9 - педаль тормоза

Преимуществами гидравлического привода являются быстрота срабатывания (вследствие несжимаемости жидкости и большой жесткости трубопроводов), высокий КПД, т. к. потери энергии связаны в основном с перемещением маловязкой жидкости из одного объема в другой, простота конструкции, небольшие масса и размеры вследствие большого приводного давления, удобство компоновки аппаратов привода и трубопроводов; возможность получения желаемого распределения тормозных усилий между осями автомобиля за счет различных диаметров поршней колесных цилиндров.

Недостатками гидропривода являются: потребность в специальной тормозной жидкости с высокой температурой кипения и низкой температурой загустевания; возможность выхода из строя при разгерметизации вследствие утечки жидкости при повреждении, или выхода из строя при попадании в привод воздуха (образование паровых пробок); значительное снижение КПД при низких температурах (ниже минус 30 °С); трудность использования на автопоездах для непосредственного управления тормозами прицепа.

Исходные данные.

в) определяем требуемые параметры тормозного привода:

1. Диаметр колесного цилиндра определяется из соотношения: d_k=(4F_k/(π*P_max))^0,5 ;

где F_k – усилие на поршни колесного цилиндра F_k = с*z,

F_k =830*0,28=232,4 Ньютон,

Максимальное давление в тормозном контуре Р_мах = 13 МПа,

d_k=(4*232,4/(3,14*14)) ^0,5= 4,6 мм;

Округляем значение диаметра до большего целого d_k = 5 мм

2. Требуемое усилие на штоке главного тормозного цилиндра:

F_шт =(P_max*π*d_r²)/4; Н

где d_r - диаметр главного тормозного цилиндра, выбирается из условий обеспечения требуемого давления (P_max) при заданном значении F_n, а также условий монтажа и возможной замены, обычно в пределах от 8 до 25 мм.

d_r = 20 мм

F_шт =(14*3,14*20²)/4=4396 Н

3. Определяем передаточное число педального тормоза:

3.1 Площадь поршней колесных тормозных цилиндров.

S_ki= π*d_к²/4 =3,14*5²/4 = 20 мм²

где S_ki, z_i – площадь и ход поршня колесных тормозных цилиндров

3.2 Площадь главного тормозного цилиндра.

S_r = π*d_r²/4 = 3,14*20² /4 = 314 мм²

Для барабанных тормозов z_i = 1.5... 4,5 мм

Для дисковых тормозов z_i =0,1...0,35 мм,

В нашем случае z = 0,35 мм;

y_ш = Δ+ (2 β* ΣS_ki*z_i)/S_r,

где β – коэффициент податливости элементов привода на перемещение;

Δ – зазор между толкателем и поршнем главного цилиндра.

y_ш = 1,2+ (2 *1,15* 20*4)/314 = 1,77 мм;

4. Необходимое передаточное отношение педального привода определяется:

U_п = y'_п/у_ш;

где y'_п – рабочий ход педали, равный 0,75 части полного хода - y'_п =0,75 y_п = 0,75 * 110 = 82,5

U_п = 82,5/1,77 =46,61

5. Усилие на педаль и усилие на штоке связаны соотношением:

F_п = F_шт/(U_п*η);

где F_шт – усилие на штоке главного цилиндра;

U_п – передаточное отношение педального привода.

F_п =4396/(46,61*0,995) = 559 Ньютон

6. Проверим соответствие вычисленных значений при полученном значении U_п

F_п = 559 > Fп_max = 350

Вычисленное значение усилия на педаль меньше, чем заданная максимальная величина.

Ход штока главного цилиндра должен быть осуществим при расчетном U_п

Arctg (y'_п * U_п/2 L_n) = (82,5*46,61/2*290) = (6,62) ~ 81,42 > 10 град

Вывод:

1) условие проверки по реализации усилия не выполняется

2) условие проверки по реализации перемещения не выполняется

7. Выбираем другое значение диаметра колесного цилиндра

d_r = 9 мм

определяем требуемые параметры тормозного привода:

7.1 Диаметр колесного цилиндра тоже выбираем другой

d_k = 15 мм;

где F_k – усилие на поршни колесного цилиндра F_k = с*z,

F_k =830*0,28=232 Ньютон,

Максимальное давление в тормозном контуре Р_мах = 14 МПа,

7.2. Требуемое усилие на штоке главного тормозного цилиндра:

F_шт =(P_max*π*d_r²)/4;

где d_r - диаметр главного тормозного цилиндра, выбирается из условий обеспечения требуемого давления (P_max) при заданном значении F_n. а также условий монтажа и возможной замены, обычно в пределах от 8 до 25 мм.

F_шт =(14*3,14*9²)/4=890 Н

7.3. Определяем передаточное число педального тормоза:

Площадь поршней колесных тормозных цилиндров.

S_ki= π*d_к²/4 =3,14*15²/4 = 176 мм²

где S_ki, z_i – площадь и ход поршня колесных тормозных цилиндров

Площадь главного тормозного цилиндра.

S_r = π*d_r²/4 = 3,14*9² /4 = 64 мм²

Для барабанных тормозов z_i = 1.5... 4,5 мм

Для дисковых тормозов z_i =0,1...0,35 мм,

В нашем случае z = 0,35 мм;

y_ш = Δ+ (2 β* ΣS_ki*z_i)/S_r,

где β – коэффициент податливости элементов привода на перемещение;

Δ – зазор между толкателем и поршнем главного цилиндра.

y_ш = 1,2+ (2 *1.15* 176*4)/64 = 26,5 мм;

7.4. Необходимое передаточное отношение педального привода определяется:

U_п = y'_п/у_ш;

где y'_п – рабочий ход педали, равный 0,75 части полного хода

y'_п =0,75 y_п = 0,75 * 110 = 82,5

U_п = 82,5/26,5=3,11

7.5. Усилие на педаль и усилие на штоке связаны соотношением:

F_п = F_шт/(U_п*η);

где F_шт – усилие на штоке главного цилиндра;

U_п – передаточное отношение педального привода.

F_п =890/(3,11*0,995) = 288 Ньютон

7.6. Проверим соответствие вычисленных значений при полученном значении U_п

F_п = 288 < Fп_max = 350

Вычисленное значение усилия на педаль меньше, чем заданная максимальная величина.

Ход штока главного цилиндра должен быть осуществим при расчетном U_п

Arctg (y'_п * U_п/2 L_n) = (82,5*3,11/2*290) = (0,44) ~ 24 > 10 град

Вывод: 1) условие проверки по реализации усилия выполняется

2) условие проверки по реализации перемещения не выполняется

8. Выбираем другое значение диаметра колесного цилиндра

d_r = 8 мм

определяем требуемые параметры тормозного привода:

8.1 Диаметр колесного цилиндра тоже выбираем другой

d_k = 20 мм;

где F_k – усилие на поршни колесного цилиндра F_k = с*z,

F_k =830*0,28=232 Ньютон,

Максимальное давление в тормозном контуре Р_мах = 14 МПа,

8.2. Требуемое усилие на штоке главного тормозного цилиндра:

F_шт =(P_max*π*d_r²)/4;

где d_r - диаметр главного тормозного цилиндра, выбирается из условий обеспечения требуемого давления (P_max) при заданном значении F_n. а также условий монтажа и возможной замены, обычно в пределах от 8 до 25 мм.

F_шт =(14*3,14*8²)/4=703 Н

8.3. Определяем передаточное число педального тормоза:

Площадь поршней колесных тормозных цилиндров.

S_ki= π*d_к²/4 =3,14*20²/4 = 314 мм²

где S_ki, z_i – площадь и ход поршня колесных тормозных цилиндров

Площадь главного тормозного цилиндра.

S_r = π*d_r²/4 = 3,14*8² /4 = 50 мм²

Для барабанных тормозов z_i = 1.5... 4,5 мм

Для дисковых тормозов z_i =0,1...0,35 мм,

В нашем случае z = 0,35 мм;

y_ш = Δ+ (2 β* ΣS_ki*z_i)/S_r,

где β – коэффициент податливости элементов привода на перемещение;

Δ – зазор между толкателем и поршнем главного цилиндра.

y_ш = 1,2+ (2 *1,15* 314*4)/50 = 59 мм;

8.4. Необходимое передаточное отношение педального привода определяется:

U_п = y'_п/у_ш;

где y'_п – рабочий ход педали, равный 0,75 части полного хода

y'_п =0,75 y_п = 0,75 * 110 = 82,5

U_п = 82,5/59=1,39

8.5. Усилие на педаль и усилие на штоке связаны соотношением:

F_п = F_шт/(U_п*η);

где F_шт – усилие на штоке главного цилиндра;

U_п – передаточное отношение педального привода.

F_п =703/(1,39*0,995) = 508 Ньютон

8.6. Проверим соответствие вычисленных значений при полученном значении U_п

F_п = 508 > Fп_max = 350

Вычисленное значение усилия на педаль меньше, чем заданная максимальная величина.

Ход штока главного цилиндра должен быть осуществим при расчетном U_п

Arctg (y'_п * U_п/2 L_n) = (82,5*1,39/2*290) = (0,17) ~ 10 < = 10 град

Вывод: 1) условие проверки по реализации усилия не выполняется

2) условие проверки по реализации перемещения выполняется

3) наличие усилителя требуется

9. Так как усилитель требуется, то необходимо вычислить потребный коэффициент усиления, который определяется по выражению:

k_y = (F_ш + F_у) / F_ш = 1 + F_п.тр / (U_п * F_ш)

С применением усилителя появляются возможности выбора диаметров.

Окончательное значение диаметра колесного цилиндра d_k = 23 мм

Диаметр главного тормозного цилиндра (8 – 25мм) d_r = 14 мм

Площадь поршней колесных тормозных цилиндров:

S_ki= π*d_к²/4 =3,14*23²/4 = 415 мм²

Площадь поршня главного тормозного цилиндра:

S_r = π*d_r²/4 = 3,14*14² /4 = 154 мм²

Ход штока главного тормозного цилиндра:

y_ш = Δ+ (2 β* ΣS_ki*z_i)/S_r = 26 мм

Усилие на штоке главного цилиндра при выбранных диаметрах:

Fш_тр = (P_max*π*d_r²)/4 = 2154 Н

Усилие на торм. педали при соблюдении условий перемещения:

Fп_тр = F_шт/(U_п*η) = 683 Н

Передаточное отношение педального привода:

U_п = y'_п/у_ш = 3,17

Вычислим: k_y = 1 + F_п.тр / (U_п * F_ш) = 1,1

10. Построение расчетной безразмерной характеристики тормозного привода:

10.1 Задаем значения хода поршней колесных тормозных цилиндров в диапазоне от нуля до максимального значения таким образом, чтобы получить 8 – 10

z_i =

10.2 Вычисляются значения давления в колесных тормозных цилиндрах, соответствующие этим заданным значениям хода поршней, МПа

Р_i =

10.3 Определяются значения хода тормозной педали, соответствующие заданным значениям хода поршней колесных тормозных цилиндров, мм

y_ni =

10.4 Определенные таким образом значения хода тормозной педали выражаются в % от максимального хода тормозной педали.

y_ni =

10.5 Так же выражаются в % от максимального давления (Рмах) значения давлений, соответствующее заданным значениям хода поршней.

Р_i =

11. Строится с соблюдением масштаба, зависимость давления в колесных цилиндрах (%) от хода тормозной педали (%).

Рабочий ход педали(%)

Поиск по сайту: