Усовершенствование тормозной камеры

 

2.2.3  Тормозная  камера с пружинным энергоаккумулятором типа 12/20 автобуса ЛиАЗ – 5256

На автобусах устанавливаются  тормозные камеры типа 12/20 с пружинным  энергоаккумулятором производства Гродненского автоагрегатного завода модели 12.3519110. Схема пружинного аккумулятора показана на рисунке 1.7.

Рисунок 2.7  Схема пружинного энергоаккумулятора типа 12/20 автобуса ЛиАЗ – 5256: 1 – силовая пружина; 2 – шарик; 3 – вилка механического  растормаживания; 4 – толкатель; 5 –  втулка фиксатора; 6 – пружина фиксатора; 7 – поршень; 8 – диафрагма; 9 – шток.

При включении стояночного или  запасного тормоза, т.е. при выпуске  воздуха с помощью ручного  тормоза из полости под поршнем 7, пружина разжимается и через  поршень 7 и шарики 2 перемещает толкатель 4 энергоаккумулятора. В свою очередь толкатель 4 и диафрагму 8 давит на шток 9. Происходит затормаживание автобуса.

В аварийном случае, если в пневматической системе (пневмоконтуре  привода стояночных тормозов) упало  давление, например, при разгерметизации  системы, пружина 1 разожмется, и произойдет автоматическое затормаживание автобуса. Для того, чтобы растормозить такой неисправный автобус (например, для буксировки),  предусмотрено устройство механического растормаживания, состоящее из толкателя поршня 7, соединенного с толкателем 4 энергоаккумулятора с помощью трех шариков 2. Шарики удерживаются в отверстиях корпуса поршня и в канавке толкателя фиксирующей втулкой 5, поджатой пружиной 6. Отверстие втулки выполнено ступенчатым таким образом, что при смещении втулки вдоль корпуса поршня шарики освобождаются и могут выйти из канавки толкателя, разъединив толкатель с поршнем. Пружина 6 удерживает фиксирующую втулку 5 от самопроизвольного смещения.

Данная конструкция  пружинного энергоаккумулятора, в случае отсутствия сжатого воздуха, позволяет в короткое время произвести растормаживание автобуса. Недостатком конструкции является то, что для механического растормаживания ПЭА используется дополнительное приспособление в виде съемной вилки 3. Это создает дополнительные неудобства при механическом растормаживании.

 

 

 

2.3  Выводы

В тормозных системах автомобилей и автобусов с  пневматическим приводом в качестве исполнительных устройств применяются  тормозные камеры с ПЭА. Вариантов  конструкций комбинированных исполнительных органов с ПЭА выпускалось довольно много, так как доводка уязвимых мест конструкции шла различными путями.

В процессе эксплуатации были выявлены такие недостатки, как  растормаживание ПЭА при отсутствии сжатого воздуха в приводе, предотвращение одновременного срабатывания обеих частей комбинированного исполнительного органа, необходимость постоянной подачи в энергоаккумулятор сжатого воздуха во время движения транспортного средства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ПРЕДЛАГАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ ТОРМОЗНОЙ КАМЕРЫ С ПРУЖИННЫМ ЭНЕРГОАККМУЛЯТОРОМ ПНЕВМОПРИВОДА АВТОМОБИЛЕЙ СЕМЕЙСТВА КамАЗ

3.1 Схема и принцип действия предлагаемой конструкции

В тормозной системе автомобилей семейства КамАЗ в качестве исполнительного устройства применена тормозная камера с пружинным энергоаккумулятором поршневого типа. Пружинный энергоаккумулятор управляется от стояночного, запасного и аварийного контуров. От четкости и безотказности его работы зависит надежность и безопасность эксплуатации транспортного средства.

В целях дальнейшего повышения надежности работы тормозного пневмопривода в моем дипломном проекте предложена конструкция усовершенствованной тормозной камеры с пружинным энергоаккумулятором (лист 3). Основными деталями усовершенствованной тормозной камеры с пружинным энергоаккумулятором являются: корпус 15, силовая пружина 3, поршень 4 с толкателем 10, втулка фиксатора 13 с упорными шариками 14 и распорным золотником 2, пружина механизма фиксатора 12, управляющий электромагнит 1, винт механического растормаживания 15 с упорным подшипником 11, тормозная диафрагма 7 с возвратной пружиной и штоком 8.

Усовершенствованная тормозная  камера с пружинным энергоаккумулятором  конструктивно отличается от существующей конструкции пружинного энергоаккумулятора. Цилиндр энергоаккумулятора имеет  центральное отверстие в торцевой стенке для центрирования по нему корпуса электромагнита и втулки фиксатора 13. Также через это отверстие осуществляется вывод механизма фиксатора из зафиксированного положения путем перемещения распорного золотника 2, сердечником управляющего электромагнита 1, в крайнее правое положение. В направляющей части поршня энергоаккумулятора выполнено шесть отверстий, в которые установлены упорные шарики 14. Поршень 4 с установленными в него упорными шариками, распорный золотник 2 и направляющая втулка 13 вместе образуют механизм фиксатора, позволяющий удерживать силовую пружину в деформированном (расторможенном) состоянии без подвода сжатого воздуха.

Преимуществами усовершенствованной  тормозной камеры с пружинным  энергоаккумулятором является возможность работы энергоаккумулятора в расторможенном режиме без подвода к нему из тормозной магистрали сжатого воздуха. В результате такой особенности, во время работы автомобиля, исключается вероятность возникновения аварийной ситуации из-за разгерметизации стояночного тормозного контура. Работа предлагаемого энергоаккумулятора в расторможенном положении без подвода сжатого воздуха позволяет существенно сократить потребности тормозного пневмопривода в сжатом воздухе. Снижение расхода воздуха происходит за счет уменьшения технологически необходимого для энергоаккумулятора количества воздуха и утечек в стояночном контуре. В результате этого уменьшается время работы компрессора в режиме нагрузки, и как следствие, снижается износ его деталей. Одновременно происходит снижение расхода топлива, потребляемого двигателем,  на осуществление привода компрессора.

3.2 Управление усовершенствованной конструкцией энергоаккумулятора

Схема работы усовершенствованного пружинного энергоаккумулятора (лист 4) следующая:

– при штатном торможении поток сжатого воздуха от двухсекционного тормозного крана направляется в полость В воздействуя на диафрагму 7, при этом происходит перемещение штока и затормаживание автомобиля;

– стояночное торможение обеспечивается за счет энергии сжатой  силовой пружины, при этом пружина воздействует на шток энергоаккумулятора через поршень 4 и связанный с ним толкатель 10, обеспечивая тем самым необходимое тормозное усилие;

– для выключения стояночного тормоза  и начала движения необходимо перевести  рукоятку крана стояночного тормоза в среднее положение, не допуская при этом полного перевода рукоятки крана в горизонтальное положение рисунок 3.1,

Рисунок 3.1  Схема основных положений рукоятки крана стояночного  тормоза

 

в противном случае произойдет подача управляющего сигнала в электронный блок управления энергоаккумулятором, который осуществит подготовку пружинного энергоаккумулятора к его переводу в положение стояночного или запасного тормоза. В таком случае выключение стояночного тормоза придется произвести повторно. При переводе рукоятки крана стояночного тормоза в среднее положение, в полость А (лист3) пружинного энергоаккумулятора из ресиверов, через ускорительный клапан, нагнетается поток сжатого воздуха, который перемещает поршень 4 и вместе с ним сжимает силовую пружину 3 отключая стояночный тормоз. Перемещаясь в крайнее левое положение, поршень 4 передвигает упорные шарики 3 фиксирующего механизма в туже сторону. При достижении упорными шариками диаметральной проточки в направляющей втулке фиксатора 13 происходит фиксация поршня 4 относительно втулки 13. Затем рукоятку крана стояночного тормоза необходимо перевести в вертикальное положение для выпуска сжатого воздуха из полости А. Об отключении стояночного тормоза сигнализирует контрольная лампа на панели приборов;

– для включения стояночного  тормоза водителю необходимо поворотом  рукоятки крана стояночного тормоза  перевести ее из вертикального положения  в горизонтальное, при этом произойдет нагнетание сжатого воздуха в  полость А пружинного энергоаккумулятора. Процесс дополнительного нагнетания сжатого воздуха в пружинный энергоаккумулятор необходим для дополнительного сжатия силовой пружины и снижения сопротивления трения на перемещение распорного золотника 2. Одновременно с нагнетанием воздуха происходит подача сигнала в электронный блок управления от датчика, установленного в корпусе крана стояночного тормоза. Блок управления, получив сигнал из крана стояночного тормоза,  подает ток на обмотку электромагнита 1. Сердечник электромагнита, втягиваясь перемещает распорный золотник 2 вправо, высвобождая тем самым запертые упорные шарики 14, при этом на панели приборов включается сигнал о возможности включить стояночный тормоз. Поворотом рукоятки крана стояночного тормоза в вертикальное положение водитель выпускает сжатый воздух из энергоаккумулятора, завершая включение стояночного тормоза;

– в случае отказа штатной  тормозной системы водитель может  воспользоваться запасным тормозным  контуром. Для этого необходимо поворотом  рукоятки крана стояночного тормоза перевести ее из вертикального положения в горизонтальное, при этом произойдет нагнетание сжатого воздуха в полость А пружинного энергоаккумулятора. Процесс дополнительного нагнетания сжатого воздуха в пружинный энергоаккумулятор в данном случае необходим для дополнительного сжатия силовой пружины и снижения сопротивления трения на перемещение распорного золотника 2, а также для возможности плавного управления работой пружинного энергоаккумулятора. Одновременно с нагнетанием воздуха происходит подача сигнала в электронный блок управления от датчика, установленного в корпусе крана стояночного тормоза. Блок управления, получив сигнал из крана стояночного тормоза,  подает ток на обмотку электромагнита 1. Сердечник электромагнита, втягиваясь перемещает распорный золотник 2 вправо, высвобождая тем самым запертые упорные шарики 14, при этом на панели приборов подается сигнал о возможности включить запасной тормоз. Поворотом рукоятки крана стояночного тормоза в вертикальное положение водитель постепенно выпускает сжатый воздух из энергоаккумулятора, регулируя таким образом тормозное усилие;

– в аварийной ситуации, для  трогания автомобиля с места без  наличия в ресиверах необходимого давления воздуха, водителю необходимо нажать кнопку аварийного растормаживания 14 (лист 4). Сжатый воздух при этом поступает в энергоаккумулятор непосредственно от тройного защитного клапана, сжимая силовую пружину. При полном сжатии пружины происходит срабатывание фиксирующего механизма и наступает полное растормаживание энергоаккумулятора.

Конструкция тормозной  камеры энергоаккумулятора остается без  изменения. Без изменений остаются также способ подключения пружинного энергоаккумулятора к тормозным  магистралям и его крепление  к автомобилю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОЙ ТОРМОЗНОЙ КАМЕРЫ С ПРУЖИННЫМ ЭНЕРГОАКУУМУЛЯТОРОМ

 

4.1  Расчет прочности фиксирующего механизма

Фиксирующий механизм служит для удержания силовой пружины  в сжатом положении. Таким образом  детали механизма фиксирования должны выдерживать значительные нагрузки в течении длительного времени. Детали фиксатора включают в себя цилиндрические и сферические поверхности, что приводит к образованию высоконагруженных звеньев. Расчетная схема фиксирующего механизма приведена на рисунке 5.1.

 

Рисунок 4.1  Расчетная схема фиксирующего механизма

1 – направляющая поршня (неподвижная деталь фиксатора);

2 – поршень; 3 – распорный  золотник; 4 – распорный шарик.

Прочность и долговечность  контактирующих поверхностей оценивают  по контактным напряжениям. Расчетные  контактные напряжения при касании  в точке определяются по формуле:

,                                           (4.1)

где  F_n – сила прижатия, нормальная к поверхности контакта,

в сжатом состоянии F_n = 800 кг = 7840 Н (с. 169 [1]);

Е_пр – модуль упругости, для стали Е_пр = 2*10⁵ МПа;

ρ_пр – радиус кривизны поверхности контакта, м;

Радиус кривизны поверхности:

,                                                   (4.2)

где  r₁, r₂ – радиусы поверхностей.

Определим силы действующие в механизме  фиксатора. Для этого рассмотрим рисунок 5.1. Рассмотрим уравнения равновесия системы в проекциях на оси  ОХ и ОУ:

∑OX:    R_x – N = 0,                                                                    (4.3)

R*cosα  – N = 0,  N = R*cosα,                                 (4.3.1)

∑OY:    R_y – F = 0,                                                                     (4.4)

R*sinα – F = 0,   ,                                        (4.4.1)

подставляя численные  значения в выражения (5.3.1) и (5.4.1) получим

 Н,

Н.

Условие прочности для  кинематической пары 1 – 4:

 

,                                       (4.5)

где n – число опорных шариков.

 мм,

 МПа,

для закаленной стали  МПа, следовательно условие прочности выполняется. Кинематическая пара 1 – 4 наиболее нагружена по отношению к другим элементам, значит прочность остальных элементов обеспечивается.

 

4.2 Расчет винтовой пары приспособления для механического растормаживания

Основным видом разрушения крепежных резьб является срез витков. В соответствии с этим основным критерием  работоспособности и расчета для крепежных резьб являются прочность, связанная с напряжениями среза τ. Винт в соединении находится нагруженным растягивающей силой. Следовательно винт необходимо рассчитать по нормальным напряжениям растяжения. Тогда условие прочности при центральном растяжении примет вид (с. 28 [7]):