Рассмотрим силы, действующие при торможении в опасной ситуации. Определим величину толкающей силы, образуемой инерцией агрегата по формуле:
Ри=(ттр + щп + Шгр)* а, (3.53)
где: Ри - толкающая сила, образуемая инерцией агрегата, Н; m-rp - масса трактора, кг; тт - масса тележки, кг; Шгр - масса груза, кг;
а - среднее замедление тормозного устройства, м/с2.
Силу образующую при торможении определим по формуле:
Рк= mr* Ктр, (3.54)
где Рк — сила трения между тормозящим колесом трактора и дорогой; шк - масса трактора, приходящаяся на тормозящее колесо, кг; Кф - коэффициент трения между колесом трактора и дорогой (коэффициент сцепления)
Трактор остановится на горизонтальном участке, когда Рт = Ри Определим значения сил инерции и силы торможения трактора МТЗ - 80
при движении по бетону в момент торможения
Ри= (3000+1800+4000) * 2 * 10=176000 Н.
Рт= 900 * 0,9 = 8100 Н (бетонное покрытие):
п= Р„/Рт, где п - требуемая эффективность торможения.
п= 176000/8100=22 раза.
Она должна быть увеличена в 22 раза.
Опасным моментом рассматриваемой ситуации является поворот трактора относительно точки Нз (рис. 3.24). Величина момента составит:
М„ = Ри * (Н2Н3) =176000 * 0,9 = 158400 Нм.
Момент такой величины способен опрокинуть трактор МТЗ - 80.
Современные транспортные средства отличаются высокими динамическими качествами, позволяющими достичь относительно большую скорость и маневренность. Однако в условиях все возрастающей интенсивности движения особое значение приобретают вопросы безопасности дорожного движения. В этом плане задача управления, и прежде всего, торможения транспортных средств становится в ряд первоочередных проблем автотракторной техники, а тормозные системы - в число важнейших узлов.
Предлагается использовать в качестве тормоза транспортных средств тормозное устройство дискового типа (рис. 3.25).
Тормозное устройство работает следующим образом. При подаче давления через штуцер 13 в кольцевой канал к цилиндрам, поршни перемещаются, перемещая прижимной диск 10 в осевом направлении. При этом выбирается первоначальный зазор между дисками, пакет дисков сжимается, в результате чего, при вращении колеса на фрикционных поверхностях возникают силы трения и следовательно тормозной момент пропорциональный давлению в приводе тормозной системы. Прижимной диск, перемещаясь при торможении, сжимает возвратные пружины регуляторов зазоров. Величина максимально сжатия пружин соответствует максимальному износу фрикци -
Рис. 3.25. Тормозное устройство: 1 - корпус; 2 - блок цилиндров; 3,8, 17 - болты; 4 - паз; 5 - подвижные диски; 6 - неподвижные диски; 7 - подвижная втулка; 9 - ступица колеса; 10 - прижимной диск; 11 - кольцевой канал; 12 - поршень; 13,14 — штуцеры; 15- регулятор зазоров; 16 - балка заднего моста; 18 - полуось, 19, 20 - уплотнение; 21 - направляющие; 22 - накладка.
онного материала. При сбросе давления в цилиндрах регуляторы зазоров отжимают прижимной диск, и поршни возвращаются в исходное положение, при этом тормозные диски освобождаются и колесо растормаживается. Достоинства данного тормозного механизма:
- возможность получения поверхности трения значительно большей, чем у колодочных, при одинаковых габаритах, что позволяет использовать дисковый тормоз при меньшем давлении между трущимися поверхностями, чем повышается их износостойкость.
- относительная легкость защиты тормозов от пыли, грязи, влаги, обеспечение их полной герметичности.
- сцепление трущихся элементов по плоской поверхности, что обеспечивает высокую равномерность распределения давления, а следовательно и более равномерный износ материала.
Методика расчета тормозного механизма предполагает определение тормозного момента развиваемого тормозом и его соответствие тормозному моменту развиваемому механическим транспортным средством при максимальном замедлении (рис. 3.26).
Рис. 3.26 Схема сил и параметров тормозного механизма
110 Тормозной момент Мт дискового тормоза определяется по формуле:
MT=z//RN, (3.55)
где z - число пар поверхности трения, Z=5 fi -коэффициенттрения,// =0,45
R- радиус действия сил трения, эквивалентный действию всех элементарных сил трения на площади контакта:
R=(RH+RB)/2, (3.56)
где R„, RB — наружный и внутренний радиус.
Для более точного определения эквивалентного радиуса, используется формула:
R3KB=R*
где ?ф — коэффициент формы фрикционного элемента. В предлагаемом тормозе можно использовать фрикционные элементы в виде кольцевого сектора, круга или овала (рис. 3.27).
О
CD
а) б) в)
Рис. 3.27. Формы фрикционных элементов: а) - кольцевой сектор; б) - круг; в) - овал.
Для накладки в виде кольцевого сектора коэффициент бф зависит от соотношения радиусов
a=RB/R„
Ill
Для расчетов примем RH=0,21 м, Rb=0,16 m (технические характеристики автобуса ПАЗ - 672). RH - R„
а=0,16/0,21=0,79, тогда ?ф=1,021 [ 1 ].
Осевое усилие N в предлагаемом тормозе создается усилием восьми цилиндров. Примем - du=0,07 м, с пневматическим приводом, тогда
N=0,25 р*? d^2,
где р - давление в пневмосистеме, р=0,9 МПа. Отсюда
N=0,25*3,14*0,9* 106*8*0,072=27689,8 (Н). Тогда R3KB=[(R„+RB)/2] ?ф=[(0,21+0,16)/2]* 1,021=0,189 м. Отсюда тормозной момент равен
Мт= ъц RN = 5*0,45*0,189*27689,8=11777,2 (Им). Тормозной момент, развиваемый автобусом при экстренном торможении, определяется из следующего выражения:
M,= (Rz^Rk)/2, (3.59)
где Rz - масса автобуса, приходящаяся на переднюю ось при торможении, которая определяется по формуле:
Оа*К J Rz=G,+ -^-^*- , (3.60)
а о
где (р- коэффициент сцепления шины с дорогой, #>=0,8; Rk - радиус колеса автобуса, Rk=0,477 м; Ga - полная масса автобуса, равна 7825 кг;
Gi - масса автобуса приходящаяся на переднюю ось, равна 2538 кг; hf - высота центра тяжести, 0,9 м;
La - база автобуса, 3,6 м;
RH - наружный радиус диска, 0,21 м;
R в - внутренний радиус диска, 0,16 м; Rskb - радиус трения диска, 0,189 м; ц- коэффициент трения фрикционного материала, 0,45; J - максимальное замедление при торможении,7,0 м/с2; g - ускорение свободного падения, 9,8 м/с . Подставив в формулу (3.60) выборное значение величин, получим: Rz= 2538+7825*0,9*7,0/3,6*9,81=3934 (кг). Отсюда Mi = (39340*0,8*0,477)/2=7506 (Нм).
Тормозной момент развиваемый тормозным механизмом 11777,2 Нм обеспечивает торможение автобуса ПАЗ - 672 с замедлением 7,0 м/с , при давлении в приводе тормозного механизма 0,9 МПа.
Mt>Mi Расчет тормозного момента для фрикционных элементов круговой и овальной формы принципиального отличия не имеет.
Большое количество операторов сельскохозяйственных транспортных средств получают травмы из-за самопроизвольного опускания самосвальных платформ. Это вынуждает ученых и инженеров постоянно уделять внимание разработке технических средств исключающих травмирование людей находящихся в зоне подъема - опускания грузовых платформ самосвалов и прицепов. Предлагается использовать в качестве средства безопасности гидроцилиндр двустороннего действия, с механическим шариковым замком (рис. 3.28). Гидравлический цилиндр работает следующим образом. Для выдвижения штока гидравлическое масло подается в под поршневые полости через штуцер А, в полостях начинает возрастать давление, которое выдвигает секции штока с поршнями. При выдвижении поршня шарики подходят и упираются в круговой конусный уступ торца распорного цилиндра (3). Возникает горизонтальная составляющая от силы прижатия шариков к конусной части распорного цилиндра, под воздействием которой распорный цилиндр, сжимая пружину (5), сдвигается в сторону полости цилиндра, соединенной со сливом, при этом шарики установятся напротив сферической выточки кольца
замка и под действием вертикальной составляющей усилия прижатия их к конусной части распорного цилиндра, они будут выдвинуты из гнезд сепаратора в кольцевую выточку замка, а распорный цилиндр под действием усилия пружины (5) проскользнет под шариками, механический шариковый замок закроется.
Рис. 3.28. Силовой гидроцилиндр двухстороннего действия:
1 - корпус; 2 - поршень; 3 - распорные цилиндры; 4 - кольца замка; 5 - пружины; 6 - соединительные гайки; 7 - запорные цилиндры; 8 - резьбовые кольца; 9 — направляющие секции штока цилиндров; 10 - узлы крепления гидроцилиндра; 11 - шарики; 12 - уплотнения; 13 - шток поршня.
Для открытия замка жидкость поступает в полость (стороны штока) через штуцер В. В изолированной камере между поршнем и распорным кольцом возникает нарастающее давление, которое не может сдвинуть поршень, закрытый на шариковый замок, а, сжимая пружину, сдвигает распорный цилиндр. Как только шарики замка не будут удерживаться в сферической выточке кольца замка распорным цилиндром, шарики сдвигаются внутрь сепаратора и откроют шариковый замок, после чего поршень начнет убираться в корпус цилиндра.
Важным параметром влияющим на работоспособность шарикового замка, является величина радиуса сферической выточки кольца замка. Расчет радиуса выполним следующим образом.
Задаемся углом а положения точки контакта замка из условия, что центр шарика и центр радиуса выточки должны лежать на одной прямой линии, проведенной из точки контакта через центр шарика (рис.3.29)
Рис. 3.29. Схема шарикового замка:
1 - распорный цилиндр; 2- шарик; 3- кольцо замка.
Выберем начало координат в центре кривизны выточки. Обозначим R - радиус выточки, г - радиус шарика, 8 -зазор между серединой выточки кольца замка, шариком и стенкой распорного цилиндра. Проведем прямую ОК и совместим ее с осью Ох. Запишем уравнение, состоящее из элементов, сумма которых равна радиусу выточки:
R = (R- r)Sina + r + S . (3.61)
Выразим радиус выточки R через радиус шарика г и 8
115 R = (l-Sina) = r(l-Sina)+S . (3.62
Откуда радиус выточки будет равен:
Д = >":-|— • (3-63)
\-Sinoc
Хо = (R - r)Sin а, у0 = (R - r)Cos а. Принимаем а = 45°, тогда
Sin45° = Cos45° = 0,707.
Fkx = 0; T-Sina =0;
Fky = 0; -P + NCosa =0,
P P
отсюда N = ------; T =------Sina = Ptga.
Cosa Cosa
Выполнив преобразования, получим: 1 — = . Jmaa , тогда — = 1-- maa
R Vw^' R Vw;
2 maa
Максимальный коэффициент трения сталь по стали при полностью вы-
давленной смазке равен ?„^=0,33. Тогда — = 1—, ' =0,69, принимаем
R V1 + 0>332
— = 0,5. Следовательно глубина канавки не должна превышать 0,5 радиуса
шарика.
Для проверки работоспособности шарикового замка, был изготовлен макет самосвальной платформы с цилиндром, в котором установлен механический шариковый замок, исследования которой показали надежную работу шарикового замка (Приложение 17).
При выполнении полевых работ, особенно в зоне радиационного загрязнения, на операторов воздействуют различные вредные факторы (пыль, вредные газы, шум, вибрации и другие), которые превышают предельно допустимые нормы в несколько раз. Это, в первую очередь, связано с низкими технологическими качествами эксплуатируемой техники и в частности системы вентиляции и герметизации кабин. Используемая в качестве герметизи-
рующего вещества резина со временем "стареет", и утрачивает свои первоначальные свойства.
Предлагается применить на тракторах марки МТЗ систему герметизации представленную на рисунке 3.30.
Рис. 3.30. Функциональная схема системы герметизации кабины трактора:
1 - компрессор; 2 - воздушный фильтр; 3 - обратный клапан; 4 - редуктор;5 - воздушный баллон; 6 - кран слива конденсата; 7 - манометр; 8 - кран
управления системой герметизации; 9 - предохранительный клапан;
10,11 - шланги герметизации; 12 - дверь; 13 - желоб.
Система работает следующим образом. При запуске двигателя трактора воздух от компрессора через воздушный фильтр, обратный клапан и редуктор поступает в воздушный баллон, а затем к крану управления системой герметизации. При закрытой двери 12 , при включении крана управления воздух поступает в шланги, которые изменяясь в объеме, обеспечивают герметизацию кабины. При отключении компрессора давление воздуха в систе-
ме удерживается обратным клапаном. В случае повышения давления воздуха в шлангах срабатывает предохранительный клапан.
Система проста по изготовлению, состоит из агрегатов, используемых на тракторах марки МТЗ, обеспечивая надежную герметизацию кабины от внешней среды, она позволит снизить концентрацию вредных веществ, что способствует улучшению условий труда операторов.
Для безопасной накачки пневматических колес сельскохозяйственных машин от источника повышенной опасности (воздушного баллона с р=15 МПа) предлагается использовать устройство (рис. 3.31).
Рис. 3.31. Функциональная схема устройства безопасной накачки шин: 1,8,10 - штуцеры; 2 - фильтр; 3,7 - манометры; 4,11 — обратные клапаны;
редуктор; 6 - редукционный клапан с вентилем; 9 — резиновый
шланг.
Устройство работает следующим образом. Источник высокого давления, через шланг, подсоединяется к штуцеру 1. Открывается вентиль баллона, воздух через фильтр 2, обратный клапан 4, подходит к редукционному клапану, вентиль которого полностью открыт, при этом магистраль подвода
воздуха в шину перекрыта. Шланг 9 с зарядным штуцером подсоединяется к золотнику камеры, при закрытии вентиля воздух начинает поступать в камеру шины. Полнотой закрытия вентиля регулируется давление. Давление в камере можно проконтролировать по манометру 7, а в баллоне по манометру 3. Устройство позволяет уменьшить опасность процесса накачки шин от источника высокого давления.
