Рабочий процесс исполнительных аппаратов

В исполнительных (рабочих) аппаратах ПТП происходит преобра­зование давления сжатого воздуха в усилие на штоке, непосредст­венно приводящее в действие тормозные механизмы. Рабочие аппара­ты выполняются в виде цилиндров с поршней или камеры, в которой давление воздуха воспринимается гибкой диафрагмой(мембраной). Тормозные цилиндры устанавливают на автомобилях КрАЗ, БелАЗ, МоАЗ, На большинстве отечественных автомобилей применяются тормозные камеры.

К преимуществам тормозных цилиндров относятся большое пере­мещение штока и постоянство усилия на нём, независимо от хода, а также высокая надёжность. Однако тормозные цилиндры имеют трущие­ся детали, снижающие их чувствительность к изменению давления воздуха. Они дороже в производстве и требуют ухода в эксплуата­ции.

Тормозные камеры более просты по устройству, дешевле в произ­водстве, более чувствительны к изменению давления воздуха. Сущест­венными их недостатками являются ограниченный ход штока и изменение создаваемой на нем силы в зависимости от хода штока.

Схема тормозной камеры показана на рис.3. Воспринимаемое диафрагмой I давление воздуха передается частично на опорный диск 5, а частично на корпус 2. Сила, передаваемая на шток 4 может быть определена как (силой сжатия пру­жин пренебрегаем). Эффективная площадь диафрагмы может быть определена как отношение силы на штоке к давлению воздуха. Уменьшение ширины гибкого пояса диафрагмы за счёт увеличения диаметра, опорного диска увеличивает эффективную площадь тормозной камеры. Однако при этом уменьшается ход штока и снизит­ся долговечность диафрагмы. Оптимальным считают d/D = 0,7 - 0,75.

Изменение давления воздуха (Р_к),силы на штоке (Т_ш) и пере­мещение штока (h_ш) при наполнении воздухом тормозной камеры, приводящей в работу тормозной механизм, и ее опорожнении, полу­ченные на ЗИЛе экспериментальным путем, показаны на графике (рис.4). Изображенный рабочий процесс складывается из несколь­ких этапов, отражающих переходные процессы при торможении, растормаживании, и установившийся статический процесс.

Рис. 3

На 1 этапе, продолжительность которого составляет 10% об­щего времени наполнения, а давление воздуха нарастает до 0,06-0,1 МПа, движению штока тормозной камеры препятствуют силы возвратных пружин и трение в тормозном механизме. Когда силы давления воздуха на диафрагму преодолеют эти силы, начнется дви­жение штока - II этап. Наполнение камеры на этом этапе происхо­дит при переменном её объеме. Этап заканчивается в момент со­прикосновения колодок с барабаном тормоза. Продолжительность этапа II составляет 50-90% времени переходного процесса. Чем выше давление воздуха, тем меньшая часть времени приходится на этот этап. В течение III этапа перемещение штока обусловли­вается только деформацией тормозного механизма и не превосходит 10% полного хода штока. Давление воздуха при этом достигает конечного значения, а объём камеры увеличивается незначительно. При конечных давлениях воздуха 0,2 МПа этот этап отсутствует. IV этап графика характеризует установившийся процесс торможения, при котором все рассматриваемые параметры, включая объём тормозной камеры, достигли предельного неизменного зна­чения.

На Vэтапе растормаживание начинается выпуском воздуха из камеры. Давление воздуха и сила на штоке одновременно на­чинают уменьшаться. Перемещение штока очень мало и осуществляет­ся в пределах деформации деталей тормозного механизма и его при­водного устройства. Истечение воздуха при этом происходит, прак­тически, из постоянного объёма. Продолжительность этапа состав­ляет 25-50% всего времени растормаживания. За время VI этапа диафрагма и шток возвращаются в исходное положение, а тормоз­ной механизм растормаживается. На этап приходится 50-75% пере­ходного процесса.. VII этап характеризует падение избыточного давления воздуха до нуля в постоянном объёме рабочей полости камеры.

Рис. 4

Разница значении силы на штоке для одних и тех же пере­мещений при торможении и растормаживании характеризует гистерезис из-за влияния сил трении, главным Образом, в разжимном устройстве и достигает 800 Н.

Экспериментальное исследование позволяет получить статичес­кие силовые характеристики тормозных камер (IV этап графика), необходимые при проектировании и эксплуатации автомобилей. Си­ловая характеристика тормозной камеры показывает зависимость силы на штоке камеры от его хода при постоянном давлении воз­духа. На рис.5 представлена силовая характеристика передней тормозной камеры ЗИЛ, до которой видно, что различная регулиров­ка зазоров тормозных механизмов левого и правого колес перед­него моста автомобиля в пределах норм (20-40 мм по ходу штока) приводит к разнице сил на штоках более, чем 30%. В тормозных камерах автомобилей КамАЗ и МАЗ изменение сил на штоках в зави­симости от их ходов значительно меньше, чем в камерах ЗИЛ, и в пределах упомянутых ходов не превышает 7-10%.

Отмеченные изменения сил на штоках тормозных камер явля­ются результатом изменения активной площади диафрагмы. Форму­лы, рекомендуемые Н.А.Бухариным и другими исследователями, для подсчета активной площади диафрагм в зависимости от хода што­ков дают результаты, отличающиеся иногда вдвое от действитель­ных. Исследования, проведенные на ЗИЛе, позволили эксперимен­тально установить реальные значения активных площадей диафрагм в зависимости от перемещения штоков для всех отечественных тормоз­ных камер, представлены в табл.1.

Рис. 5

Для динамически расчетов тормозных приводов необходимы объемы тормозных камер, также определяемые опытным од тем. Объемной характеристикой тормозных камер называют изменение её объёма в зависимости от хода штока (рис.6). При давлении воздуха 0,2МПа и фиксированном положении штока объем тормозной камеры принимает установившееся значение и дальнейшее повышение давления воздуха вызывает увеличение объема всего лишь на 3-5% (рис.7). Объем отечественных тормоз­ных камер приведен также в табл.1.

В таблице 2 приведены характеристики тормозных цилиндров отечественного производства.

Таблица 2.

Рис. 6 Рис. 7

В ПТП многих автомобилей устанавливают тормозные камеры с пружинными энергоаккумуляторами, позволяющими иметь три незави­симо действующие тормозные системы: рабочую, запасную и стояноч­ную.

Рис. 8

Корпус I тормозной камеры (рис.6) фланцем соединен с крыш­кой. Между корпусом и крышкой зажаты края диафрагмы 4. Шток 2 соединен с рычагом разжимного кулака тормозного механизма. К крышке болтами крепят цилиндр 5, внутри которого находится пор­шень 7. Между цилиндром и поршнем сжата силовая пружина 6. В поршень впрессован толкатель 8, перемещающийся в направляющей крышки.

Сжатей воздух из рабочей тормозной системы поступает в тормозную камеру к выводу, 3 и через опорный диск и шток приво­дит в действие тормозной механизм. От контура стояночной, тор­мозной системы .сжатый воздух подается к выводу 9 и, воздействуя на поршень, перемещает его в крайнее левое положение, дополни­тельно сжимая пружину 6. Когда давление воздуха на поршень уменьшается, пружина перемещает поршень с толкателем вправо и пята 10, воздействуя на шток тормозной камеры, затягивает тор­мозной механизм.