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


2/53

1. Construcţia

2


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


4/53


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


5/53


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


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


7/53

SIMPLEX – acţionarea saboţilor cu forţe egale



Eficacitate mai ridicată şi identică pentru ambele sensuri de rotaţie aletamburului.Stabilitate bunăNu este echilibrată.

Uzură diferită a garniturilor de frecare. 7


8/53

DUPLEX



Eficacitate ridicată la mersul înainte şi redusă pentru mersul înapoi.Stabilitate medie; regim identic de încărcare a saboţilor.Este echilibrată.

8


9/53

DUO-DUPLEXCu saboţi flotanţi


Eficacitate ridicată şi identică pentru ambele sensuri.Stabilitate medie; regim identic de încărcare a saboţilor.Este echilibrată.

9


10/53

SERVO: uni-servo şi duo-servo



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


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


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


13/53


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


14/53



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


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


16/53



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


17/53



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


18/53



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


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


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


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.


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


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


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


V max -

Autocamioane30 10-20

V max 30-70

22


23/53

Calculul puterii de frânare

a f f

GP a v

g

f aP G

c. Calculul puterii specifice pe garnitura de fricțiune


sp f f

A g A

Valori recomandate

23, 4...5, 4 MW/m

spP

23


24/53

d. Verificarea încărcării specifice a garniturii de fricțiune

asp

Gq

g A

Valori recomandate


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


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).


26/53



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


27/53



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


28/53



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


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


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


30/53


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


31/53


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.


32/53


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


33/53

6. Cercetarea regimului termic

Exemplu de înregistrare la deplasarea pe pantă

33


34/53

Calculul termic detaliat al frânei cu saboți

Calculul prin metoda elementelor finite

1. Modelul geometric 3D


34


35/53


Calculul prin metoda elementelor finite

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


35


36/53

Calculul termic detaliat al frânei cu saboți3. Calculul presiunilor de contact


36


37/53


4. Calculul reacțiunilor 5. Variaţia presiunii de contact


37


38/53

Calculul termic detaliat al frânei cu saboți6. Calculul câmpurilor de temperatură la sfârșitul frânării singulare


38


39/53


6. Calculul câmpurilor de temperatură pentru frânarea pe pantă


După 25 s După 75 s

39


40/53




După 100 sDupă 150 s

40


41/53




După 300 s După 600 s

41


42/53


6. Determinarea creșterilor de temperatură pentru frânarea pe pantă


42


43/53

7. Construcția

43


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.


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


46/53

7. Construcția

Tamburul

46


47/53

7. Construcția

Acționarea saboților

Acționarea hidraulică

47

Acționarea mecanică


48/53

7. Construcția

Acționarea saboților

Acționarea mecanică

48


49/53

7. Construcția

Reglarea jocului dintre saboți și tambur

Sisteme cu acționare manuală de reglare a jocului dintre saboți și tambur

49


50/53

7. Construcția


Sisteme cu acționare manuală de reglare a jocului dintre saboți și tambur

50


51/53

7. Construcția


Sisteme cu acționare automată pentru reglarea jocului dintre saboți și tambur

51


52/53

7. Construcția


Sisteme cu acționare automată pentrureglarea jocului dintre saboți și tambur

52


53/53

7. Construcția

Acționarea frânei de parcare

53

Date post:	07-Jul-2018
Category:	Documents
Upload:	codrin-cuciurean
View:	228 times
Download:	0 times

Tema 3 Frana Cu Saboti

Documents