Технические науки/4. Транспорт

д.т.н., профессор Омаров К.А., к.т.н, доцент Кунгуров А.Р., Омарова Т.К.

Казахский национальный технический университет им.К.И.Сатпаева, Казахстан

Исследование энергонагруженности тормозной системы подъемно-транспортных машин

Исследование и установление энергонагруженности тормозной системы с точки зрения снижения износа фрикционных элементов и повышения их эксплуатационной надежности работы является актуальной прикладной задачей.

Обеспечение соответствия между энергоемкостью и энергонагруженностью тормозных механизмов подъемно – транспортных машин связано с необходимостью создания колес для высокоскоростных самолетов, имеющих большой посадочный вес. В автомобилестроении энергетический аспект процесса торможения впервые был рассмотрен А.Бухариным [1]. Предложенное им уравнение энергетического баланса для автомобильного крана при торможении записывается в следующем виде:

(1)

где – уменьшение или изменение кинетической и потенциальной энергий автомобильного крана, Нм; – работа сил трения в тормозных устройствах, Нм; – работа сил трения в агрегатах трансмиссии и сил сопротивления в дополнительном тормозе, Нм; - работы соответственно силы сопротивления качению, сил трения скольжения в контакте шин с дорогой и силы сопротивления воздуха, Нм.

Энергия, преобразуемая в тепло тормозными устройствами автомобильного (башенного) крана; имеет вид:

, (2)

где – коэффициент распределения, учитывающий расход части энергии на преодоление естественных сопротивлений движению и сопротивлений в дополнительном тормозе.

При блокировании всех колес автомобильного (башенного) крана имеем: и

При торможении на горизонтальном участке движения крана получим:

/26g, (3)

где – скорости соответственно в начале и в конце процесса торможения, км/ч. Считаем, что радиусы барабанов и коэффициенты проскальзывания передних и задних колес автомобильного крана равны между собой. Следовательно, получим:

(4)

где – сумма тормозных моментов, создаваемых всеми тормозными устройствами, Нм; – угол поворота барабана за время уменьшения скорости от до , рад.

Работы, создаваемые остальными силами сопротивления движению, определяются выражениями:

, (5)

где - тормозная сила, создаваемая дополнительным тормозом или двигателем автомобильного (башенного) крана, работающего в режиме принудительного холостого хода, Н; – удельная тормозная сила при торможении только дополнительным тормозом.

С учетом выражений (2), (4) и (5), получим зависимость для определения коэффициента К_рас :

, (6)

В выражении (6) – удельная тормозная сила при торможении основными и дополнительными тормозными устройствами. Если реализуемая тормозная сила меньше предельной по сцеплению, то коэффициенты проскальзывания имеют небольшие значения и можно принимать, что тогда получим:

(7)

В случае торможения на участках пути с длинными спусками, осуществляемых с целью поддержания безопасной скорости движения, реализуемая удельная тормозная сила Тогда, пренебрегая проскальзыванием, получим:

(8)

где – приведенный коэффициент сопротивления качению, учитывающий дополнительное сопротивление, возникающее на криволинейных участках пути; – протяженность спуска, м; – коэффициент распределения энергии при торможении на спуске.

Выражения (6)(8) показывают влияние дополнительного тормоза (тормоза - замедлителя) на энергонагруженность основной тормозной системы. В общем случае ). Если необходимое замедление определяется как , то , следовательно, основная тормозная система автомобильного (башенного) крана не нагружена. В случае, когда энергонагруженность основной тормозной системы тем больше, чем, чем больше .

Следует отметить, что выражения (2), (3) и (8) не учитывают распределение энергии Е между тормозными устройствами колес передних и задних осей автомобильного (башенного) крана. Как показали результаты многочисленных исследований [2,3], учет этого распределения является важным условием для объективной оценки влияния энергонагруженности на стабильность характеристики и эксплуатационную надежность тормозных устройств автомобильного (башенного) крана. Энергии E_l.п. и Е_l.3, преобразуемые в тепло тормозными устройствами колес передних и задних осей автомобильного (башенного) крана, связаны с тормозными моментами и силами следующими зависимостями:

(9)

где – суммы тормозных моментов, создаваемых тормозными устройствами колес передних и задних осей; Нм; и – углы поворота передних и задних барабанов, рад; и – коэффициенты проскальзывания колес передних и задних осей.

Используя выражение (9), получим:

(10)

Учитывая выражения (9) и (10), получим зависимость для определения коэффициента распределения в следующем виде:

(11)

где и – коэффициенты соответственно, учитывающее динамическое перераспределение нагрузки. Считая, что получим значение при торможении с блокированием колес передних осей крана. В случае, если то имеем значение при торможении с блокированием колес задних осей крана. При выражение (11) адекватно выражению (7). Следует также указать, что в большинстве случаев реализуемые тормозные силы по величине значительно меньше предельных по сцеплению, следовательно, коэффициенты имеют малые значения. Следовательно, при оценке параметров энергонагруженности тормозных устройств в условиях эксплуатации, с достаточной степенью точности, необходимо принимать что Учитывая данное допущение и считая, что известны суммарная тормозная сила и тормозной путь, определим значения по следующим выражениям:

(12)

Если известны скорости в начале и в конце процесса торможения, то получаем:

/26g (13)

Если заданы параметры наклонного участка пути, то получим:

(14)

Для всех случаев

и (15)

На основе анализа уравнения энергетического баланса для автомобильного (башенного) крана была предложена аналитическая модель энергонагруженности тормозных устройств ПТМ. Были получены аналитические зависимости для определения энергий, преобразуемых в тепло тормозными устройствами колес передних и задних осей автомобильного крана, для всех случаев.

Литература:

1. Бухарин Н.А. Тормозные системы автомобилей. Теория, конструкции, расчет и испытание. – Л.: Машгиз, 1960-293с.

2. Александров М.П., Федосеев В.Н. Расчет крановых колодочных тормозов с электрогдравличесим приводом. – М.: Вестник машиностроения, №11; 1982 – С.24-26.

3. Оржевский И.С. Автомобильные тормоза. – М.: НИИТАвтопром, 1986-52с.