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


2/54

1. Construcia

2


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


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


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


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


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


8/54

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


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


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


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


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


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


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


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


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


15/54

r t pt

at

Distana de oprire

1 2 3S S S S

1bt v

Timpul de oprire


cb

1V

2V

max2 2r a a

15


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


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


17/54

3. Elemente de calculul frnei cu saboi

r

v

t r r r F M

17


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:


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


25/54


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


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


26/54


Particularizare pentru 0 const. p p ( )

[ ( )] cos [( ) ] sing t t g g

S a c N

c r e r e c


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


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.


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


28/54

a. Verificarea presiunii sabotului0 2

f

g t

M p

b r

0 200kPa p


.

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


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


V m ax -

Autocamioane30 10-20

V m ax 30-70

29


30/54

Calculul puterii de frnarea

f f

GP a v

g

f aP G

c. Calculul puterii specifice pe garnitura de friciune


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


31/54

d. Verificarea ncrcrii specifice a garniturii de friciunea

s

Gq

g A

Valori recomandate


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


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.


ncrcrii punii fa este frnarea pe pant.

32


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


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


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


dt

Pentru

0,8

30

d1, 27

dv

gt

34


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


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


36/54


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


Nm/kgK 1256 1465 419

Nm/mhK 4174 4362 174.465

m2/h 0,00163 0,0011 0,0576ak c

37


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


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


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


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


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


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


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


A

Aria de contact a saboilor, m 2

Timpul de frnare, h f t

Valori tipice pentru autocamioane: 300400 C

41


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


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


43/54


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


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


44/54


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


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


45/54

Calculul termic detaliat al frnei cu saboiCalculul temperaturii maxime n situaia frnrii de durat mare


Exemplu de nregistrare la deplasarea pe pant

45


46/54

Calculul termic detaliat al frnei cu saboiCalculul prin metoda elementelor finite

1. Modelul geometric 3D


46


47/54

Calculul termic detaliat al frnei cu saboiCalculul prin metoda elementelor finite

2. mprirea cu elemente tetraedrale cu 10 noduri(TETRA 10)


47


48/54

Calculul termic detaliat al frnei cu saboi3. Calculul presiunilor de contact


48


49/54

Calculul termic detaliat al frnei cu saboi4. Calculul reaciunilor 5. Variaia presiunii de contact


49


50/54

Calculul termic detaliat al frnei cu saboi6. Calculul cmpurilor de temperatur la sfritul frnrii singulare


50


51/54

Calculul termic detaliat al frnei cu saboi6. Calculul cmpurilor de temperatur pentru frnarea pe pant


Dup 25 s Dup 75 s

51


52/54

Calculul termic detaliat al frnei cu saboi6. Calculul cmpurilor de temperatur pentru frnarea pe pant


Dup 100 sDup 150 s

52


53/54


54/54

Calculul termic detaliat al frnei cu saboi6. Determinarea creterilor de temperatur pentru frnarea pe pant


54

tema 2 frana cu saboti

Documents