Download - Tema 2 Frana Cu Saboti
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
1/54
22.. FRFRNA cuNA cuTAMBUR iTAMBUR i
SABOISABOI
Prof.dr.ing. Ciobotaru Ticuor
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
2/54
1. Construcia
2
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
3/54
SIMPLEX cu deplasare egal a saboilor Cu saboi articulai Cu saboi flotani
1. Construcia
Eficacitate redus pentru ambele sensuri de rotaie ale tamburului.
Stabilitate foarte bun
Nu este echilibrat.3
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
4/54
SIMPLEX acionarea saboilor cu fore egaleCu saboi articulai Cu saboi flotani
1. Construcia
Eficacitate mai ridicat i identic pentru ambele sensuri de rotaie aletamburului.Stabilitate bunNu este echilibrat.
Uzur diferit a garniturilor de frecare. 4
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
5/54
DUPLEXCu saboi articulai Cu saboi flotani
1. Construcia
Eficacitate ridicat la mersul nainte i redus pentru mersul napoi.Stabilitate medie; regim identic de ncrcare a saboilor.Este echilibrat.
5
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
6/54
DUO-DUPLEXCu saboi flotani
1. Construcia
Eficacitate ridicat i identic pentru ambele sensuri.Stabilitate medie; regim identic de ncrcare a saboilor.Este echilibrat.
6
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
7/54
SERVO: uni-servo i duo-servoCu saboi articulai Cu saboi flotani
1. Construcia
Eficacitate foarte mare la mersul nainte (uni-servo) i identic pentru ambelesensuri (duo-servo).Stabilitate redus; regim diferit de ncrcare a saboilor.Nu este echilibrat.
7
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
8/54
Coeficientul de eficacitate al frneiEste definit ca raportul dintre fora tangenial la periferiagarniturii de friciune ( F ) i fora de acionare a sabotului ( S ).
F E
S
1. Construcia
Valorile medii ale coeficientului de eficacitate, E
Tipul frnei E
Simplex cu deplasare egal a saboilor 1.4...2,0
Simplex cu fore egale de acionare a saboilor 1,5...2,5
Duplex 2,4...4,0
Servo 3,5...6,0
8
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
9/54
Coeficientul de eficacitate al frneiCoeficientul de eficacitate variaz n funcie de coeficientul defrecare dintre garnituri i tambur [prelucrare dup 3].
7,5
10 E
1. Simplex cu deplasare egal a saboilor 2. Simplex cu acionare egal a saboilor 3. Duplex4. Servo 3
4
1. Construcia
0,10 0,2 0,3 0,4 0,5
2,5
5
1
2
9
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
10/54
Caracteristica de stabilitate a sabotuluiReprezint variaia coeficientului de eficacitate al sabotului nfuncie de coeficientul de frecare.
a) sabot primar;
b) sabot secundar.
Se constatc sabotul primar ofer oeficacitate mai mare , dar are o
1. Construcia
stabilitate mai sczut , iar sabotul secundar este maistabil , dar cu o eficacitate mai
redus .
10
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
11/54
Caracteristica de sensibilitate a frneiReprezint variaia coeficientului deeficacitate al frnei n funcie de coeficientulde frecare.
dd E E
Caracteristica desensibilitate a sabotului
Caracteristica desensibilitate a sabotului
DERIVARE
1. Construcia
1-sabot primar;2-sabot secundar;3-fran disc
11
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
12/54
2. Procesul de frnare aautovehiculului
r t pt
at
- Timpul de reacie
- Timpul de apsare progresiv apedalei de frn- Timpul de ntrziere al sistemului
de frnare pn la contactulsabo ilor cu tamburul de frn
cb
1V
2V
- Timpul de cretere a deceleraiei
- Timpul de meninere a deceleraiei
12
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
13/54
r t pt
at
Distana pe perioada de reacie i de ntrziere
1 1 r aS v t t Distana pe perioada de cretere a deceleraiei
max( ) b
t a t a t
2. Procesul de frnare aautovehiculului
cb
1V
2V
2
1 max 1 max( ) d 2b b
t t v t v a t v a
t t
2
1 max0 ( )d 6
bt
b
s bb
t
S v t t v t a t
13
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
14/54
r t pt
at
Distana pe perioada deceleraiei constante
2 max 2 max( ) dv t v a t v a t
2 1 max 2bt v v a
2 1 bv v t
2. Procesul de frnare aautovehiculului
cb
1V
2V
max max 2c a a
22 2
3 2 max
max02 2
2 max3 1 1 max
max
d2
12 4
ct
c c
bb
vS v t v t a t
a
a t S v v a t
a
14
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
15/54
r t pt
at
Distana de oprire
1 2 3S S S S
1bt v
Timpul de oprire
2. Procesul de frnare aautovehiculului
cb
1V
2V
max2 2r a a
15
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
16/54
r t pt
at
RECOMANDAREDE CALCUL
Timpul din momentul apariiei obstacolului pn
Timpul din momentul apariiei obstacolului pn n momentul focalizrii privirii: 0,320,55
2. Procesul de frnare aautovehiculului
cb
1V
2V
n momentul ridicrii piciorului de pe pedala deacceleraie: 0,220,58 s
Timpul de mutare a piciorului pe pedala defrnare: 0,150,21 s
Timpul de cretere a deceleraiei: 0,140,18 s
Timpul total de reacie: 0,861,58 s
16
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
17/54
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
r
v
t r r r F M
17
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
18/54
t r c
a
S S
2 N 1 N
1F
2F
1O
Momentul de frnare creat de sabotul 1:
1 1 1 f t g t M F r N r
Ecuaia de echilibru al momentelor nraport cu punctul O 1 de articulare asabotului:
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
e e1 yQ 2 yQ
1 xQ 2 xQ2O1 1 0( ) 0S a c F e N k c
Coeficientul k 0 ia nconsiderare influenaunghiului de nfurare agarniturii de frecare
0k
18
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
19/54
t r c
a
S S
2 N 1 N
1F
2F
1O
Rezult:
10
10
1
;
;
g
gg
f g t
a c N S k c e
a cF S
k c e
a c M S r
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
e e1 yQ 2 yQ
1 xQ 2 xQ2O0 g
Similar:
2
0
20
20
;g
gg
f g t g
a c N S
k c ea c
F S k c e
a c M S r
k c e
19
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
20/54
t r c
a
S S
2 N 1 N
1F
2F
1O
10
f g t g
a c M S r k c e
20
f g t g
a c M S r
k c e
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
e e1 yQ 2 yQ
1 xQ 2 xQ2O 1 2 f f M M
Sabot primar Sabot secundar
Frnele cu un sabot primar i un sabot secundar Frn SIMPLEX
Frnele cu 2 saboi primari Frn DUPLEX20
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
21/54
t r c
a
S S
2 N 1 N
1F
2F
1O
10
f g t g
a c M S r k c e
Atunci cnd numitorul tinde
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
e e1 yQ 2 yQ
1 xQ 2 xQ2O
spre , momen u e r naretinde spre o valoare infinit
Se produce autoblocarea sabotului primar:0 0gk c e 0limg
k ce
RECOMANDAREDE CALCUL lim
0,75g g 21
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
22/54
Calculul momentului de frnare
dt dN p b r T dgd N
d dg t T p b r 2
PRESIUNE CONSTANT
t r x x
y
1
O
S
r
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
f t g t r p r 1
0
2 d f g t M b r p 0
dd N
dT
y
1O
Exprimarea momentului de frnare n funcie derezultanta tangenial i raza convenional
f M T
gT N f g M N 22
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
23/54
Calculul momentului de frnarePRESIUNE CONSTANT
t r x x
y
1
O
S
r d d sin sin d
d d cos cos d x t
y t
N N p b r
N N p b r
d dt N p b r
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
0
dd N
dT
y
1O1
0
1
0
sin d
cos d
x t
y t
N b r p
N b r p
2 2 x y N N N
23
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
24/54
2. Elemente de calculul frnei cu saboiCalculul momentului de frnarePRESIUNE CONSTANT
t r x x
y
1
O
S
r f M N
1
2t b r p d
0
dd N
dT
y
1O0
2 2
f
x y N N N
1
0
1
0
cos d
tg
sin d
y
x
p N
N p
Unghiul format de rezultanta N cu orizontala
24
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
25/54
Calculul momentului de frnarePRESIUNE CONSTANT
Particularizare pentru 0 const. p p 1
0
2 f t M b r p d
c
r
O
t r
2 yU 1 yU
2S 1S
1 N
1T
2T
1 N
a
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
20 f g t M p b r
1 0
1O
2O 2 xU 1 xU
e
0S R U
( ) 0 x y t S a T U c U r e cos sin 0
sin cos 0 x
y
S N T U
N T U
25
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
26/54
Calculul momentului de frnarePRESIUNE CONSTANT
Particularizare pentru 0 const. p p ( )
[ ( )] cos [( ) ] sing t t g g
S a c N
c r e r e c
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
1
( )
[ ( )] cos [( ) ] sing
f gg t t g g
S a c M N
c r e r e c
2
( )
[ ( )] cos [( ) ] sing f
g t t g g
S a c M c r e r e c
1 2F f f M M M 26
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
27/54
Derularea calculelor 1. Determinarea forei de frnare la roat2. Determinarea momentului de frnare la tambur 3. Adoptarea dimensiunilor tamburului, saboilor 4. Calculul forei de acionare a saboilor.
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
Corecta adoptare a caracteristicilor dimensionale sedetermin prin:
a) Verificarea presiunii sabotuluib) Calculul lucrului mecanic specific de frecarec) Calculul puterii specifice pe garnitura de friciuned) Verificarea ncrcrii specifice a garniturii de
friciunee) Calculul termic 27
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
28/54
a. Verificarea presiunii sabotului0 2
f
g t
M p
b r
0 200kPa p
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
.
0 f
g
L L
A Aria total a tuturor garniturilor de frecare
2126
a f
G L V
g
2
01
26a
f g
G V L L
g A
28
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
29/54
b. Calculul lucrului mecanic specific de frecareValori recomandateTipul autovehiculului Viteza iniial de
frnare pn la oprire,km/h
Lucrul mecanicspecific,
daNm/cm2
Autoturisme 30 5-10
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
V m ax -
Autocamioane30 10-20
V m ax 30-70
29
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
30/54
Calculul puterii de frnarea
f f
GP a v
g
f aP G
c. Calculul puterii specifice pe garnitura de friciune
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
0 f f A g A Ex: deceleraie de 0,6 g de la viteza de 72 km/h (20 m/s) rezult:
120 kW/t
Valori recomandate 20 0,35...0,54 daN/cm f P
30
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
31/54
d. Verificarea ncrcrii specifice a garniturii de friciunea
s
Gq
g A
Valori recomandate
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
21,2...2,5 daN/cmsq 22,0...3,5 daN/cmsq 2
4,0...5,0 daN/cmsq 23 daN/cmsq
AutoturismeCamioane uoare i mijlocii
Camioane grele i foarte greleAutobuze
31
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
32/54
Fora de frnare realizat de sistemul de frnaretrebuie: S fie calculate separat pe fiecare punte.
S poat utiliza aderena n condiiile cele maifavorabile de ncrcare a punilor.
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
ncrcrii punii fa este frnarea pe pant.
32
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
33/54
Ecuaiile de echilibru v a
b l
gh
ah
cosaG
s i n a G
2 Z 2 f X
2rul M 1i M
2i M
iF
a R
aG
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
0 xF 0 zF
1 2 sin 0 f f a a i X X G R F 1 2 cos 0a Z Z G
1 2 f f f r X X F R
0 x M 1 2 1 2 0 f f g a a g X X h Z a R h h Z b 1 2 0 f r g a a gF R h Z a R h h Z b
1 Z 1 f X
1rul M
33
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
34/54
d sin cos sind
a ai f r a f
G GvF f G
g t
f La limita deaderen
Frnarea la limita de aderen
dvLa limita de aderen
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
dt
Pentru
0,8
30
d1, 27
dv
gt
34
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
35/54
e. Calculul termic simplificat al frnei cu saboiIpoteze de calcul simplificat1. ntreaga energie cinetic a autovehiculului se transform n lucrumecanic de frecare / cldur 2
2aG v E
g
2. Decceleraia pe timpul frnrii este constant, iar coeficientul
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
2
2
0
d d dd d 2 2 d
a a f f
E G v GP v a t
t t g g t
, ,
0a f f GP a v a t g
Viteza iniial
0t 0a
f f
GP a vg Putereamaxim
0
f
vt
a 0 f P
Puterea medie de frnare2
f med
PP
35
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
36/54
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
37/54
e. Calculul termic simplificat al frnei cu saboiValori recomandate pentru calcule
Simbol UM Sabot Plcu defrnTambur sau
disckg/m 3 2034 2595 7228
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
Nm/kgK 1256 1465 419
Nm/mhK 4174 4362 174.465
m2/h 0,00163 0,0011 0,0576ak c
37
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
38/54
e. Calculul termic simplificat al frnei cu saboi
Timpul necesar pentru ca temperatura la exteriorul tamburului sating valoarea maxim
2
,[h]5t L
t a 2
,[m /h]
k a
c
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
Grosimea tamburului, mDensitatea materialului, kg/m3
Cldura specific, Nm/kgKConductivitatea termic, Nm/mhK
L
ck
Pentru valorile tipice alematerialului tamburului
20,0127 ,[s]t t L
constanta
38
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
39/54
Dac rezult c pe timpul frnrii temperatura la suprafaa
exterioar a tamburului crete astfel nct intervine degajarea
e. Calculul termic simplificat al frnei cu saboiTimpul necesar pentru ca temperatura la exteriorul tamburului sating valoarea maxim se compar cu timpul de frnare.
t f t t
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
cldurii prin convecie.
Pentru valorile tipice alematerialului tamburului
20,0127 ,[s]t t L
Dac rezult c pe timpul frnrii temperatura la suprafaaexterioar a tamburului crete astfel nct nu intervine degajareade cldur.
t f t t
39
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
40/54
Dac rezult c pe timpul frnrii temperatura la suprafaaexterioar a tamburului crete astfel nct intervine degajarea
cldurii prin convecie.
e. Calculul termic simplificat al frnei cu saboiTimpul necesar pentru ca temperatura la exteriorul tamburului sating valoarea maxim se compar cu timpul de frnare.
t f t t
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
Exemplu:
Dac rezult c pe timpul frnrii temperatura la suprafaaexterioar a tamburului crete astfel nct nu intervine degajareade cldur.
t f t t
Pentru un camion care frneaz cu 0,5g, timpulde transfer termic devine mai mic dect timpulde oprire pentru viteze de peste 144 km/h.
40
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
41/54
e. Calculul termic simplificat al frnei cu saboiCalculul temperaturii maxime
max
518
f f i t
P t T T
A c k
Temperatura iniial, K
iT
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
A
Aria de contact a saboilor, m 2
Timpul de frnare, h f t
Valori tipice pentru autocamioane: 300400 C
41
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
42/54
e. Calculul termic simplificat al frnei cu saboiCalculul temperaturii maxime n situaia frnrii de durat mare
max 56,5 f f
i t t
P t T T
A k c
Temperatura iniial, K
iT
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
A
Aria de contact a saboilor, m 2
Timpul de frnare, s f t
Valoare pentru condiiile descrise de Reg. Nr 13 al CEE a ONU: 300 C
Densitatea materialului, kg/m3
Cldura specific, kJ/kgKConductivitatea termic, W/mK
c
k
42
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
43/54
e. Calculul termic simplificat al frnei cu saboi
Regimuri pentru efectuarea calculului termic
1. Frnare singular, la limita de aderen, de la viteze iniialeridicate.
2. Frnri repetate de oprire, de la aceeai vitez iniial, la limitade aderen la intervale de tim suficiente entru accelerare
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
pn la restabilirea vitezei iniiale.3. Frnri repetate de ncetinire la deplasarea pe pant, de la
aceeai vitez iniial, pn la aceeai vitez final, la intervalede timp necesare accelerrii pentru restabilirea vitezei iniiale,
fr aport energetic de la motorul de traciune.4. Frnare continu pentru meninerea constant a vitezei dedeplasare pe pant.
43
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
44/54
e. Calculul termic simplificat al frnei cu saboi
Regimuri pentru efectuarea calculului termic
1. Frnare singular, la limita de aderen, de la viteze iniialeridicate.
2. Frnri repetate de oprire, de la aceeai vitez iniial, la limitade aderen la intervale de tim suficiente entru accelerare
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
pn la restabilirea vitezei iniiale.3. Frnri repetate de ncetinire la deplasarea pe pant, de la
aceeai vitez iniial, pn la aceeai vitez final, la intervalede timp necesare accelerrii pentru restabilirea vitezei iniiale,
fr aport energetic de la motorul de traciune.4. Frnare continu pentru meninerea constant a vitezei dedeplasare pe pant.
44
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
45/54
Calculul termic detaliat al frnei cu saboiCalculul temperaturii maxime n situaia frnrii de durat mare
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
Exemplu de nregistrare la deplasarea pe pant
45
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
46/54
Calculul termic detaliat al frnei cu saboiCalculul prin metoda elementelor finite
1. Modelul geometric 3D
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
46
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
47/54
Calculul termic detaliat al frnei cu saboiCalculul prin metoda elementelor finite
2. mprirea cu elemente tetraedrale cu 10 noduri(TETRA 10)
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
47
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
48/54
Calculul termic detaliat al frnei cu saboi3. Calculul presiunilor de contact
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
48
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
49/54
Calculul termic detaliat al frnei cu saboi4. Calculul reaciunilor 5. Variaia presiunii de contact
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
49
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
50/54
Calculul termic detaliat al frnei cu saboi6. Calculul cmpurilor de temperatur la sfritul frnrii singulare
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
50
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
51/54
Calculul termic detaliat al frnei cu saboi6. Calculul cmpurilor de temperatur pentru frnarea pe pant
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
Dup 25 s Dup 75 s
51
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
52/54
Calculul termic detaliat al frnei cu saboi6. Calculul cmpurilor de temperatur pentru frnarea pe pant
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
Dup 100 sDup 150 s
52
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
53/54
-
8/10/2019 Tema 2 Frana Cu Saboti
54/54
Calculul termic detaliat al frnei cu saboi6. Determinarea creterilor de temperatur pentru frnarea pe pant
3. Elemente de calculul frnei cu saboi
54