Disk braking mechanism of a tractor produced by Minsk tractor works

Full Text

Введение Для своевременного торможения тракторов и тракторных поездов и предупреждения возможных аварий необходимо, чтобы тормоза надежно и плавно действовали, обеспечивая полную остановку и неподвижность трактора при стоянке или нагруженного тракторного поезда при подъеме (спуске) по сухому грунту [1]. Эксплуатация тракторов в высокогорных условиях во многом отличается от их использования на равнинной местности по ряду причин. Высокогорные дороги представляют собой преимущественно подъемы и спуски, протяженность которых может достигать 20-30 км, углы продольных уклонов достигают 10%. На характерных перевальных и предперевальных участках имеются многочисленные повороты малых радиусов, величина которых нередко составляет всего 8-12 м, а углы поворота на серпантинах достигают 300°. При торможении на крутых затяжных спусках с большим числом поворотов малых радиусов происходит интенсивный нагрев тормозных механизмов, что не только снижает эффективность тормозной системы, но и зачастую приводит к полным отказам. Как показывает опыт эксплуатации автотранспортных средств на горных дорогах, использование двигателя и агрегатов трансмиссии при торможении автомобиля не может существенно разгрузить тормозную систему. Оптимизация тормозной системы тракторов с учетом условий эксплуатации требует специального рассмотрения и проведения разносторонних исследований. Речь идет не только о конструкционных особенностях, но и об анализе термонагруженности тормозных механизмов трактора, в частности о динамике изменения теплофизических и энергетических параметров при торможении с учетом энергонагруженности тормозных систем в горных условиях эксплуатации [2]. Анализ литературных источников показывает, что для улучшения эффективности тормозных систем тракторов в горных условиях эксплуатации необходимо дальнейшее совершенствование конструкции тормозных механизмов с учетом особенностей протекания рабочих процессов и функционирования используемых устройств, регулирующих тормозные силы. Цель исследования Цель исследования - повышение эффективности работы дискового тормозного механизма трактора МТЗ при торможении в процессе движения в прямом направлении путем увеличения усилия воздействия нажимного диска на тормозной диск за счет использования тяговых моментов, возникающих между ними. Материалы и методы Тормозной момент, создаваемый дисковым тормозным механизмом, определяется по формуле [3]: М = µ N (R + r) i/2 = µ N Rср i , (1) где N - сила, прижимающая прижимной диск к фрикционному; µ - коэффициент трения; R, r - наружный и внутренний радиусы фрикционной накладки; Rср - средний радиус трения; i - число пар поверхностей трения. Процесс торможения трактора осуществляется в основном при его движении вперед. Однако тормозные механизмы трактора МТЗ равноэффективны как при движении вперед, так и при движении назад [2]. Дисковый тормозной механизм трактора МТЗ (рис. 1) состоит из тормозных дисков с фрикционными накладками, вращающимися вместе с валом, и нажимных тормозящих дисков. При нажатии на педаль тормоза нажимные диски поворачиваются навстречу друг другу, шарики между ними выкатываются из выемок по скосам и раздвигают диски. Вращающиеся тормозные диски прижимаются нажимными дисками к неподвижному корпусу, при этом вращение вала затормаживается. Силы и моменты, приложенные в процессе торможения к нажимному диску со стороны привода тормозного механизма и распорных шариков, показаны на рис. 1, где Мпов - крутящий момент, который прилагается со стороны серьги привода к нажимному диску; Рк, Рц, РN - касательная, центростремительная и нормальная составляющие сил, приложенных со стороны распорных шариков к нажимному диску. Кроме того, в процессе торможения трактора между нажимными и фрикционными дисками возникают моменты. Со стороны нажимных дисков к фрикционным - тормозные моменты Мтор, а со стороны фрикционных дисков к нажимным - тяговые моменты Мтяг (Мтор = Мтяг). При увеличении суммы тормозных моментов от нуля до величины суммы моментов, которые приложены со стороны трансмиссии к фрикционным дискам, трактор останавливается. С учетом тяговых моментов уравнения равновесия моментов, приложенных к нажимным дискам в процессе торможения, будут выглядеть следующим образом [4]. 1. При совпадении направлений вращения нажимного и фрикционного дисков: Мпов + Мтяг - 3Рк Rш = 0 , (2) где Rш - радиус окружности, вдоль которой располагаются центры распорных шариков. С учетом того, что Мтяг = 3РN Rср µ = N Rср µ; Рк = РN tgα, формула (2) предстанет в виде: Мпов + N Rср µ - 3РN tgα Rш = 0 , где α - угол, заключенный между Р и Рк, который зависит от формы гнезд под шарики в дисках. Мпов + N Rср µ - N tgα Rш = 0 ; Мпов + N (Rср µ - tgα Rш) = 0 ; N = -Мпов / (Rср µ - tgα Rш) ; N = Мпов / (Rш tgα - Rср µ) . 2. При несовпадении направлений вращения нажимного и фрикционного дисков: -Мпов + N Rср µ + 3РN tgα Rш = 0 ; N = Мпов / ( Rш tgα + Rср µ). В процессе торможения трактора при совпадении направлений вращения фрикционного и нажимного дисков между ними возникает тяговый момент. Этот момент, зависящий от площади фрикционной накладки и коэффициента трения (Rср µ = µ (R + r) / 2), способствует увеличению силы N, прижимающей прижимной диск к фрикционному, а следовательно, и величины тормозного момента М (см. формулу (1)). С другой стороны, между нажимным и тормозным дисками, вращающимися в разные стороны, возникает тяговый момент, который стремится препятствовать повороту нажимного диска. Это приводит к снижению усилия воздействия нажимного диска на фрикционный. Однако в связи с тем, что данная схема тормозного механизма саморегулируемая (нажимные диски подвижны вдоль оси вала и взаимодействуют между собой посредством шариков), суммарные осевые силы, действующие со стороны нажимных дисков на тормозные, усредняются. Для повышения эффективности работы тормозного механизма трактора МТЗ при движении в прямом направлении необходимо, чтобы направления вращения нажимных и фрикционных дисков в процессе торможения совпадали [5]. Результаты и их обсуждение На рис. 2 представлена схема конструкции тормозного механизма, который содержит педаль, тягу, вал, нажимные диски, шарики, корпус и тормозные диски с фрикционными накладками. Шарики находятся в полостях, образованных выемками на поверхностях корпуса и нажимных дисков. Эта схема тормозного механизма позволяет одновременно поворачивать нажимные диски в направлении вращения тормозных дисков при движении трактора на основных эксплуатационных передачах (при движении трактора задним ходом направления вращения нажимных и тормозных дисков не совпадают). При движении трактора в прямом направлении в процессе торможения тормозные крутящие моменты, образованные в ходе взаимодействия поверхностей нажимных и тормозных дисков, совпадают с крутящими моментами, прилагаемыми к нажимным дискам. В этом случае суммарные осевые силы, воздействующие со стороны нажимных дисков на тормозные, возрастают, что приводит к более эффективному торможению трактора [5]. Со стороны нажимных дисков на фрикционные будут действовать прижимающие силы: N = Мпов / (Rш tgα - Rср µ). Тормозной момент, создаваемый дисковым тормозным механизмом: М = µ N Rср i / 2 = 2µ Rср Мпов / (Rш tgα - Rср µ). По материалам данной работы получен патент на изобретение № 2435997 «Дисковый тормозной механизм трактора МТЗ». Выводы 1. В принцип работы дисковых тормозных механизмов заложены возможности конструкционного улучшения. 2. Предлагаемый дисковый тормозной механизм существенно улучшает тормозные возможности трактора МТЗ на передачах прямого хода. 3. Предлагаемая конструкция тормозного механизма может быть использована в тормозных системах тракторов, автомобилей и мотоциклов.

About the authors

A. Kh Abaev

Gorskiy State Agrarian University

PhD in Engineering Vladikavkaz, Russia

E. K Kachmazova

Gorskiy State Agrarian University

PhD in Engineering Vladikavkaz, Russia

E. I Kachmazova

Gorskiy State Agrarian University

Email: elena.kachmazova@mail.ru
Engineer Vladikavkaz, Russia

References

Supplementary files