X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

На данный момент большинство отечественных автомобилей используют для торможения на передней оси дисковые тормоза, а на задней – барабанные, которые уже много лет на переднюю ось не устанавливаются. На задней оси многие владельцы автомобилей вносят изменения в конструкцию и устанавливают дисковые тормозные механизмы. Эффективность данной системы, по сравнению с дисковой, значительна, поэтому весьма актуальной является задача переоборудования автомобилей с задней барабанной системой на дисковую для повышения качества тормозных свойств автомобиля [3].

Замена барабанных тормозов на дисковые аналоги – сегодня довольно не редкое явление. Большинство современных автомобилистов, знающих преимущества дисковой системы торможения, давно уже пользуются именно дисками. Будет не правильно утверждать, что барабанные тормоза совсем не пригодны или же устарели. Очень часто в новых автомобилях используют именно барабанный вид. Просто дисковые тормоза считаются современными и более практичными.

В качестве объекта исследования был выбран автомобиль ВАЗ-2115 (LADA Samara) – переднеприводный автомобиль с кузовом типа седан, разработанный Волжским автомобильным заводом. Автомобиль входит в линейку семейства LADA Samara. Данное транспортное средство относится к категории М₁.

На автомобиле ваз 2115 применена рабочая тормозная система с диагональным разделением контуров, что значительно повышает безопасность вождения автомобиля. Тормозной механизм переднего колеса на автомобилях – дисковый, с автоматической регулировкой зазора между тормозными колодками и тормозным диском, с плавающей скобой. Тормозной механизм заднего колеса – барабанный, с автоматической регулировкой зазора между тормозными колодками и тормозным барабаном.

На эффективность торможения влияет масса транспортного средства. Полная масса автомобиля ВАЗ – 2115 в соответствии с технической характеристикой равна m = 1410 кг. В начала необходимо вычислить координаты центра тяжести автомобиля [2].

Принимаем распределение нагрузки по осям равным 60/40:

m₁ = 0,6 ∙ 1410 = 846 кг – на переднюю ось;

m₂ = 1410 ∙0,4 = 564 кг – на заднюю ось.

Расчет координат центра тяжести автомобиля производится по формулам:

а = m2 ∙ L/m = 846 ∙ 2460 / 1410 = 1476 мм b = m1 ∙ L/m = 564 ∙ 2460 / 1410 = 984 мм

(1)

где a, b – соответственно, расстояния от передней оси и задней оси до центра тяжести автомобиля, мм; L – база автомобиля, мм; m₁, m₂ – соответственно масса автомобиля, приходящаяся на переднюю и заднюю оси, кг; m – полная (максимально разрешенная) масса автомобиля, кг.

Высота центра тяжести над поверхностью дороги принимается для легковых автомобилей:

h = 0,25∙L = 0,25 ∙ 2460 = 615 мм.

На рисунке 1 показано расположение центра масс анализируемого автомобиля.

Рис. 1 Расчетная схема определения центра масс ВАЗ-2115

Удельную нагрузку на тормозные накладки можно определить по формуле 2:

,

(2)

где P_нак – удельная нагрузка на тормозные барабаны, Н/см²; G_a – полная масса автомобиля, Н; ΣF_накл – суммарная площадь тормозных накладок рабочей системы, см².

Нагрев тормозного диска или тормозного барабана за одно торможение определяется как отношение кинетической энергии автомобиля, приходящейся на соответствующее колесо, при торможении с максимальной скорости к количеству теплоты, необходимому для нагревания диска или барабана.

Определение температуры тормозного диска передней оси

Нагрев тормозного диска (передние колеса) за одно торможение:

,

(3)

где m`_a – масса автомобиля, приходящаяся на одно колесо, кг; V – скорость автомобиля, м/с; m_д – масса диска, кг; С – удельная теплоемкость чугуна или стали, С=481 Дж/кг∙град.

Масса автомобиля, приходящаяся на одно колесо:

,

(4)

где m₁ – полная масса автомобиля, приходящаяся на переднюю ось, кг; K₁ =1,1 – коэффициент перераспределения веса при торможении

Масса диска была определена по справочной литературе для выбранного автомобиля и составила 8 кг.

Нагрев тормозного диска в градусах °С определяется при торможении со скорости 30 км/ч, 60 км/ч, 90 км/ч, 120 км/ч. При расчете скорость берется в м/с. В случае затяжного интенсивного торможения часть теплоты будет рассеиваться в окружающую среду, в результате нагрев диска будет меньше.

Нагрев тормозного диска или барабана за одно торможение не должен превышать 80°С. В данном случае условие выполняется. Динамика изменения температуры дискового механизма при различной скорости торможения показана на рисунке 2.

Рис. 2 График зависимости температуры нагрева диска передних колёс от начальной скорости торможения

Определение температуры тормозного барабана на задней оси

Нагрев тормозного барабана (задние колеса) за одно торможение:

,

(5)

где m’_a – масса автомобиля, приходящаяся на одно колесо, кг; V – скорость автомобиля, м/с; m_б – масса барабана, кг; С – удельная теплоемкость чугуна, С=481 Дж/кг∙град.

,

(6)

где m₁ – полная масса автомобиля, приходящаяся на заднюю ось, кг; K₁ – коэффициент перераспределения веса при торможении [1].

Масса барабана была определена по справочной литературе для выбранного автомобиля и составила 4,5 кг. Нагрев тормозного барабана определяется при торможении со скорости 30 км/ч, 60 км/ч, 90 км/ч, 120 км/ч [1]. Зависимость нагрева тормозного барабана от скорости показана на рис. 3.

Рис. 3 График зависимости температуры нагрева барабана задних колёс от начальной скорости торможения

Определение температуры тормозного диска на задней оси

При замене барабанного механизма задней оси на дисковый был выбран тот же дисковый механизм, что и установленный на передней оси.

Масса автомобиля, приходящаяся на одно колесо задней оси:

Нагрев тормозного диска в градусах °С определяется при торможении со скорости 30 км/ч, 60 км/ч, 90 км/ч, 120 км/ч.

Динамика изменения температуры дискового механизма при условии его установки на заднюю ось автомобиля при различной скорости торможения показана на рисунке 4.

Рис. 4 График зависимости температуры нагрева диска задних колёс от начальной скорости торможения

В случае установки дискового тормозного механизма на заднюю ось, температура нагрева механизма снизится по сравнению с передней осью. При скорости торможения 60 км/ч данное расхождение составит 6,29 °С.

На переднеприводных автомобилях ВАЗ сзади устанавливается балка. Конструкция задней подвески на многих моделях вазовских авто унифицирована, так сама ось одинаковая на ВАЗ-2108-15, практически такая же балка ставится на машинах Лада Калина и Приора, единственная разница – на авто Lada Kalina и Lada Priora в ось вварен торсион (стабилизатор поперечной устойчивости). Именно по этой причине замена барабанных тормозов на дисковые не представляет особой сложности – запчасти можно без труда приобрести во многих автомагазинах, они практически всегда имеются в наличии. С точки зрения температурных расчетов установка на заднюю ось дискового тормозного механизма возможна, и перегрева не возникнет. Однако в таком случае требуется регулировка тормозных усилий, т.к. по умолчанию он создает на барабанных тормозах усилие большее, чем на дисковых переждних. Этот узел расположен у левого колеса, закреплен на кузове и имеет соединение с балкой по средствам небольшой тяги. Крепление тяги к регулятору (другое название колдун) необходимо ослабить, переместив ее на 2-4 миллиметра назад. В таком положении тяга фиксируется. Подобные манипуляции позволяют обмануть колдуна. Он будет распределять меньшее тормозное усилие на задние тормоза. В случае отсутствия регулятора на некоторых моделях ВАЗ выполняется стачивание части фрикционного покрытия на задних колодках.

Список литературы

1) Андреев, Б.В. Основы расчёта барабанно-колодочных тормозных механизмов АТС / Б. В. Андреев. Красноярск: КГТУ, 1995.

2) ВАЗ-2115 и их модификации: руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту автомобиля: каталог узлов, деталей и запасных частей. – М.:АСТ: Астрель, 2007. – 375 с.

3) Молодов А. М.: Учебно-методическое издание. Рабочие процессы и основы расчёта автомобилей. Тормозное управление.- Кострома: изд. КГСХА, 2005-13 с.

4) Романова Е. Для чего нужен тормозной диск [Электронный ресурс]. – [2018]. – Режим доступа: http://fb.ru/article/94708/dlya-chego-nujen-tormoznoy-disk (Дата обращения: 01.02.2018)

Код для цитирования: Скопировать