Download - Tema 3 Frana Cu Saboti
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
1/53
3.3. FRFRÂNA cuÂNA cu
TAMBUR șiTAMBUR și
SABOȚISABOȚI
Prof.dr.ing. Ciobotaru Ticușor
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
2/53
1. Construcţia
2
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
3/53
2. Tipuri de saboți: sabotul primar, sabotul secundar
t r
a
S S
2 N 1 N
2F
1 1 1 f t g t M F r N r
Momentul de frânare generat de sabotul 1
Ecuația de echilibru al momentelor calculate în raport cu punctul dearticulare O1
1 1 0( ) 0S a c F e N k c
3
e e1 yQ 2 yQ
1 xQ 2 xQ
1F
2O
1O
160120804000,7
0,8
0,9
1,00k
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
4/53
2. Tipuri de saboți: sabotul primar, sabotul secundar
t r
1 xQ 2 xQ
c
a
S S
2 N 1 N
1F
2F
2O
1O
1
0
1
0
1
;
;
.
g
g
g
f g t
a c N S k c e
a cF S
k c e
a c M S r
4
e e1 yQ 2 yQ
0 g
Procedând analog și
pentru sabotul 2, rezultăurmătoarele expresii:
2
0
2
0
2
0
;
.
g
g
g
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
1 2 f f M M
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
5/53
2. Tipuri de saboți: sabotul primar, sabotul secundar
t r
1 xQ 2 xQ
c
a
S S
2 N 1 N
1F
2F
2O
1O
10
. f g t g
a c
M S r k c e
01
0lim
g
f k c e
M
0limg
k c
e
5
e e1 yQ 2 yQ
lim,g g
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
6/53
SIMPLEX – cu deplasare egală a saboţilor
Cu saboţi articulaţi Cu saboţi flotanţi
3. Tipuri de frâne cu saboți
Eficacitate redusă pentru ambele sensuri de rotaţie ale tamburului.
Stabilitate foarte bună
Nu este echilibrată.
6
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
7/53
SIMPLEX – acţionarea saboţilor cu forţe egale
Cu saboţi articulaţi Cu saboţi flotanţi
3. Tipuri de frâne cu saboți
Eficacitate mai ridicată şi identică pentru ambele sensuri de rotaţie aletamburului.Stabilitate bunăNu este echilibrată.
Uzură diferită a garniturilor de frecare. 7
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
8/53
DUPLEX
Cu saboţi articulaţi Cu saboţi flotanţi
3. Tipuri de frâne cu saboți
Eficacitate ridicată la mersul înainte şi redusă pentru mersul înapoi.Stabilitate medie; regim identic de încărcare a saboţilor.Este echilibrată.
8
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
9/53
DUO-DUPLEXCu saboţi flotanţi
3. Tipuri de frâne cu saboți
Eficacitate ridicată şi identică pentru ambele sensuri.Stabilitate medie; regim identic de încărcare a saboţilor.Este echilibrată.
9
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
10/53
SERVO: uni-servo şi duo-servo
Cu saboţi articulaţi Cu saboţi flotanţi
3. Tipuri de frâne cu saboți
Eficacitate foarte mare la mersul înainte (uni-servo) şi identică pentru ambelesensuri (duo-servo).Stabilitate redusă; regim diferit de încărcare a saboţilor.Nu este echilibrată.
10
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
11/53
4. Elemente de calcul pentru frâna cu saboţi
1
t r
d dt
N p b r
T d dg g t d N p b r
2d d d f t g t
M r T p b r
Determinarea expresiei momentului de frânare în cazul general
11
0
dd N
dT
0
2 d f g t M b r p
d d sin sin d
d d cos cos d
x t
y t
N N p b r
N N p b r
1
0
1
0
sin d
cos d
x t
y t
N b r p
N b r p
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
12/53
4. Elemente de calculul frânei cu saboţi
2 2
x y N N N
1
0
1
cos d
tg
sin d
y
x
p N
N p
Determinarea expresiei momentului de frânare în cazul general
0
1,2 1,2 1,2 f M N
1
0
2
2 2
t
f
x y
b r p d
M N N N
Raza convențională – pentru un tambur virtual
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
13/53
3. Elemente de calculul frânei cu saboţi
Calcului momentului de frânare în cazul distribuției sinusoidale a presiunii
max p
y
xx
S
max
max
sinsin
p p
S
y
max
y
p
0
1
dd N
dT
t r
a
c
y
e
x x
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
14/53
3. Elemente de calculul frânei cu saboţi
Calcului momentului de frânare în cazul distribuției sinusoidale a presiunii
1
t r
S
a
y
x x
0d
d N
dT
c
y
e
1
0
2max1
max
= sin dsin
N t p M b r r
max 1 01
max
sin 2 sin 2=
sin 2 4
N t
p M b r r
Momentul generat de forța normală
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
15/53
3. Elemente de calculul frânei cu saboţiCalcului momentului de frânare în cazul distribuției sinusoidale a presiunii
1
t r
S
a
y
x x
0d
d N
dT
y
e
1
0
max1
max
= sin sin cos dsin
T t t
p M b r r r
2 21 1 0max
2 0
max
sin sin= cos cos
sin 2
T g t t
r p M b r r
Momentul generat de forța tangențială
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
16/53
3. Elemente de calculul frânei cu saboţi
Calcului momentului de frânare în cazul distribuției sinusoidale a presiunii
1
t r
S
a
y
x x
0d
d N
dT
c
y
e
1
0
2max1
max
= sin dsin
N t p M b r r
max 1 01
max
sin 2 sin 2=
sin 2 4 N t
p M b r r
Momentul generat de forța normală
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
17/53
4. Elemente de calculul frânei cu saboţi
Calcului momentului de frânare în cazul distribuției sinusoidale a presiunii
1
t r
S
a
y
x x
0 N T S a c M M
N T S a c M M
0d
d N
dT
c
y
e
max 90
max2 2
1 1 01 01 2 1
sin sinsin 2 sin 2cos cos
2 4 2t g t t
S a c p
r b r r r r
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
18/53
4. Elemente de calculul frânei cu saboţi
Calcului momentului de frânare în cazul distribuției sinusoidale a presiunii
1
t r
S
a
y
x x
0d
d N
dT
c
y
e
2 0 1 max maxcos cosF Fp Fs
g t p s
M M M
r b p p
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
19/53
t r
c
a
S S
2 N 1 N
1F
2F
1O
1
0
f g t
g
a c M S r
k c e
2
0
f g t
g
a c M S r
k c e
3. Elemente de calculul frânei cu saboţi
e e1 y
Q2 y
Q
1 xQ 2 xQ2O
1 2 f f M M
Sabot primar Sabot secundar
Frânele cu un sabot primar şi un sabot secundar
Frână SIMPLEX
Frânele cu 2 saboţi primari Frână DUPLEX
19
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
20/53
Derularea calculelor 1. Determinarea forței de frânare la roată2. Determinarea momentului de frânare la tambur 3. Adoptarea dimensiunilor tamburului, saboților
4. Calculul forței de acționare a saboților.
4. Elemente de calculul frânei cu saboţi
Corecta adoptare a caracteristicilor dimensionale sedetermină prin:
a) Verificarea presiunii sabotuluib) Calculul lucrului mecanic specific de frecarec) Calculul puterii specifice pe garnitura de fricțiuned) Verificarea încărcării specifice a garniturii de
fricțiune
e) Calculul termic 20
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
21/53
a. Verificarea presiunii sabotului0 2
f
g t
M p
b r
0 200kPa p
5. Verificarea frânelor
.
0
f
g
L L
A
Aria totală a tuturor garniturilor de frecare
21
26
a f
G L V
g
2
0
1
26
a f
g
G V L L
g A
21
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
22/53
b. Calculul lucrului mecanic specific de frecareValori recomandate
Tipul autovehiculului Viteza inițială defrânare până la oprire,
km/h
Lucrul mecanicspecific,
daNm/cm2
Autoturisme 30 5-10
5. Verificarea frânelor
V max -
Autocamioane30 10-20
V max 30-70
22
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
23/53
Calculul puterii de frânare
a f f
GP a v
g
f aP G
c. Calculul puterii specifice pe garnitura de fricțiune
5. Verificarea frânelor
sp f f
A g A
Valori recomandate
23, 4...5, 4 MW/m
spP
23
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
24/53
d. Verificarea încărcării specifice a garniturii de fricțiune
asp
Gq
g A
Valori recomandate
5. Verificarea frânelor
24
Categoria de autovehicul q sp
, tone/m2
autoturisme 12…25
camioane ușoare și mijlocii 20…35
camioane grele și foarte grele 40…50
autobuze 30
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
25/53
Forța de frânare realizată de sistemul de frânaretrebuie:
Să fie calculată separat pe fiecare punte.Să poată utiliza aderența în condițiile cele mai
favorabile de încărcare a punților.Situația în care se obține încărcarea maximă a încărcării
punții față este frânarea pe pantă.
6. Verificarea frânelor la încălzire
25
Se consideră ca fiind relevante două situații caracteristice defrânare:•frânarea de scurtă durată având ca obiectiv imobilizareaautovehiculului care se deplasează pe un drum orizontal cu oanumită viteză inițială (frânarea în timp scurt pentruimobilizare);•frânarea de lungă durată având ca obiectiv menținereaconstantă a vitezei autovehiculului pe timpul deplasării pe opantă lungă (frânarea pe timp lung).
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
26/53
Calculul puterii de frânare
6. Verificarea frânelor la încălzire
t c p E E E 2
2
at a
M v E M g h
Tipul deautovehicul
Coeficientul de influență al maselor în mișcare de rotație
primele trepte ale
treptele superioare ale
26
sc m oru u e v eze
sc m oru u e v eze
Autoturisme 1,30…1,50 1,05…1,15
Camioane 1,25…1,60 1,03…1,06
2d d
d d 2
at a
M v
P E M g ht t
d d
d da aP M v v M g h
t t sina aP M v d M g v
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
27/53
Calculul puterii de frânare
6. Verificarea frânelor la încălzire
sin
sin
rf a a
a rf
P a M v d M g v
M v a d g f
Coeficientul de alunecare
27
teren orizontal, rezultă 0
0rf aP a M d v d t
frânare până la imobilizare0
s vt d
02 2
rf a
med
a M d vPP
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
28/53
Calculul puterii de frânare
6. Verificarea frânelor la încălzire
Pentru frânarea de lung du rat pe pante lung i
sinmed aP P M g v f
Repartiția puterii de frânare pe roți
28
2
j med
j
PP
Coeficientul de repartiție pe puntea j aforței de frânare
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
29/53
r r r r
g g g g
q c k
q c k
Indicele r → rotor - tambur Indicele g → garnitură - sabot
Fluxul termic, Nm/hm2
6. Verificarea frânelor la încălzire
Repartiția fluxului termic
Fluxul de căldură reprezintă puterea transmisă pe unitatea desuprafață
29
Densitatea materialului, kg/m3
Căldura specifică, Nm/kgK
Conductivitatea termică, Nm/mhK
c
k Coeficientul de repartiție a fluxului de căldură
0,90...0,95r
Valori recomandate1 1
1 1
r r
gr g g g g
r r r r
q
qq q c
q c
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
30/53
6. Verificarea frânelor la încălzire
Repartiția fluxului termic
2
j rj j med
r rj
j j
P Pq A A
Fluxul de putere care revine rotorului
Calculul timpului necesar încălzirii rotorului
2 Grosimea tamburului
30
5
r r c
t
Calculul temperaturii pentru frânarea de scurtă durată
max 058
sr
r r r
t T T qc
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
31/53
6. Verificarea frânelor la încălzire
Calculul temperaturii pentru frânarea îndelungată
Temperatura la care ajunge rotorul după o perioadă de timp, notată cut , depinde, în principal de următorii factori:
•puterea de frânare necesar a fi dezvoltată de frână pentru menținereaconstantă a vitezei de deplasare pe pantă;
•masa rotorului: odată cu creșterea masei rotorului (tamburului sau
31
,temperatura acestuia;•aria de convecție: creșterea ariei conduce la creștereacorespunzătoare a fluxului termic convectiv, și, deci, la diminuareatemperaturii;•condițiile de realizare a convecției: soluțiile constructive carefavorizează circulația aerului în jurul rotorului contribuie la răcirea maieficientă a acestuia.
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
32/53
6. Verificarea frânelor la încălzire
Calculul temperaturii pentru frânarea îndelungată
0( )r r
r r r
h At
c V r r a a
r r r r
P PT t T T e T
h A h A
T 0 – temperatura inițială a rotorului, în K;T a – temperatura mediului ambiant, în K;
Ar – aria rotorului prin care se realizează schimbul de căldură cu mediul (ariaconvectivă în m2
32
V r – volumul rotorului (partea din rotor supusă încălzirii intense provocată de frânare),
în m3;hr – coeficientul de convecție termică a aerului, în W/Km2; h
r = 50…200 W/Km2
P r – puterea care revine unui rotor:
2 2
j rj j med
r rjP PP
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
33/53
6. Cercetarea regimului termic
Exemplu de înregistrare la deplasarea pe pantă
33
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
34/53
Calculul termic detaliat al frânei cu saboți
Calculul prin metoda elementelor finite
1. Modelul geometric 3D
6. Cercetarea regimului termic
34
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
35/53
Calculul termic detaliat al frânei cu saboți
Calculul prin metoda elementelor finite
2. Împărţirea cu elemente tetraedrale cu 10 noduri(TETRA 10)
6. Cercetarea regimului termic
35
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
36/53
Calculul termic detaliat al frânei cu saboți3. Calculul presiunilor de contact
6. Cercetarea regimului termic
36
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
37/53
Calculul termic detaliat al frânei cu saboți
4. Calculul reacțiunilor 5. Variaţia presiunii de contact
6. Cercetarea regimului termic
37
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
38/53
Calculul termic detaliat al frânei cu saboți6. Calculul câmpurilor de temperatură la sfârșitul frânării singulare
6. Cercetarea regimului termic
38
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
39/53
Calculul termic detaliat al frânei cu saboți
6. Calculul câmpurilor de temperatură pentru frânarea pe pantă
6. Cercetarea regimului termic
După 25 s După 75 s
39
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
40/53
Calculul termic detaliat al frânei cu saboți
6. Calculul câmpurilor de temperatură pentru frânarea pe pantă
6. Cercetarea regimului termic
După 100 sDupă 150 s
40
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
41/53
Calculul termic detaliat al frânei cu saboți
6. Calculul câmpurilor de temperatură pentru frânarea pe pantă
6. Cercetarea regimului termic
După 300 s După 600 s
41
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
42/53
Calculul termic detaliat al frânei cu saboți
6. Determinarea creșterilor de temperatură pentru frânarea pe pantă
6. Cercetarea regimului termic
42
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
43/53
7. Construcția
43
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
44/53
7. Construcția
Saboții
44
Cerințe impuse garniturilor de fricțiune
•să asigure o valoare ridicată a coeficientului de frecare cu tamburul șisă mențină această valoare atât la temperaturi scăzute, cât și la
temperaturi ridicate;•să nu prezinte diminuări substanțiale ale coeficientului de frecare încazul udării; să asigure restabilirea rapidă a coeficientului de frecareprin eliminarea apei;•să nu producă ruperi, smulgeri de material sau alte defecte care săcompromită funcționarea corespunzătoare.
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
45/53
7. Construcția
Saboții
Compoziție
Aditivi de fricțiune
Fibre de umpluturăLiantFibre de ranforsare
Lista codurilor asociate coeficientului de frecare
Codul clasei Coeficientul de
frecare
45
su ,
D între 0,15 și 0,25
E între 0,25 și 0,35
F între 0,35 și 0,45
G între 0,45 și 0,55
H peste 0,55
Z neclasificat
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
46/53
7. Construcția
Tamburul
46
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
47/53
7. Construcția
Acționarea saboților
Acționarea hidraulică
47
Acționarea mecanică
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
48/53
7. Construcția
Acționarea saboților
Acționarea mecanică
48
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
49/53
7. Construcția
Reglarea jocului dintre saboți și tambur
Sisteme cu acționare manuală de reglare a jocului dintre saboți și tambur
49
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
50/53
7. Construcția
Reglarea jocului dintre saboți și tambur
Sisteme cu acționare manuală de reglare a jocului dintre saboți și tambur
50
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
51/53
7. Construcția
Reglarea jocului dintre saboți și tambur
Sisteme cu acționare automată pentru reglarea jocului dintre saboți și tambur
51
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
52/53
7. Construcția
Reglarea jocului dintre saboți și tambur
Sisteme cu acționare automată pentrureglarea jocului dintre saboți și tambur
52
-
8/19/2019 Tema 3 Frana Cu Saboti
53/53
7. Construcția
Acționarea frânei de parcare
53