Яворський Ярослав Петрович. Вдосконалення методу теплового розрахунку автомобільних дискових гальм при тривалих гальмуваннях на основі комп'ютерного моделювання

Краткое описание

Яворський Ярослав Петрович. Вдосконалення методу теплового розрахунку автомобільних дискових гальм при тривалих гальмуваннях на основі комп'ютерного моделювання: дис... канд. техн. наук: 05.22.02 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2004. - 142 с.

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

На правах рукопису

ЯВОРСЬКИЙ ЯРОСЛАВ ПЕТРОВИЧ

УДК 629.113-59.001.4

ВДОСКОНАЛЕННЯ МЕТОДУ ТЕПЛОВОГО РОЗРАХУНКУ АВТОМОБІЛЬНИХ ДИСКОВИХ ГАЛЬМ ПРИ ТРИВАЛИХ ГАЛЬМУВАННЯХ НА ОСНОВІ КОМП’ЮТЕРНОГО МОДЕЛЮВАННЯ

05.22.02 – автомобілі та трактори

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Науковий керівник
Гудз Густав Стефанович доктор технічних наук, професор
Львів-2004

З М I С Т

ВСТУП............................................................................................ 4
..
РОЗДІЛ 1. ТЕМПЕРАТУРНІ РЕЖИМИ ТА СТАБІЛЬНІСТЬ ВИХІДНИХ
ПОКАЗНИКІВ ГАЛЬМІВНОЇ СИСТЕМИ АТЗ..... 8
1.1. Типові режими випробувань гальмових механізмів та

вимірники їх 8
енергоємності............................................................
1.2. Енергетичний аспект
процесу
12
гальмування..................................
1.3. Енергонавантаженість гальмівних систем автобусів
в різних
умовах 20
експлуатації..........................................................................
1.4. Аналіз конструкцій дискових гальм та їх

енергоперетворюючих 24

1.5. можливостей.............................................
Вплив температурного режиму на нестабільність коефіцієнта
тертя................................................................................................ 29
.. Висновки.........................................................................................
37

РОЗДІЛ 2. ..
ТЕПЛОВІ МОДЕЛІ ГАЛЬМОВИХ МЕХАНІЗМІВ
АВТОМОБІЛЬНИХ 38

2.1. КОЛІС............................................................
Математичний опис процесів нагрівання та охолодження
гальмових механізмів і огляд існуючих методів їхнього
теплового 38

2.2. розрахунку......................................................................
Теплові моделі гальмових
50

2.3. механізмів............................................
Числові методи розв’язування задач теплопровідності...............
52

2.4. Реалізація числових методів за допомогою засобів обчислювальної техніки стосовно дискових гальм 55
Висновки. 64
..
РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА УСТАНОВКА ДЛЯ ДОСЛІДЖЕН-
НЯ ДИСКОВИХ ГАЛЬМОВИХ МЕХАНІЗМІВ 66

3.1. Методика дослідження та вимоги до експериментальної

установки........................................................................................ 66

3.2. ..
Комбінований
71

3.3. стенд.........................................................................
Випробувальна та реєструюча
74

3.3.1. апаратура .....................................
Вимірювання швидкості обертання гальмівного диска...............
76
3.3.2. Вимірювання гальмівного 78

3.3.3. моменту...............................................
Вимірювання
80

3.3.4. температур................................................................
Вимірювання умовного гальмівного
84

3.3.5. шляху..................................
Вимірювання тиску в гальмових
85
механізмах................................ Висновки.........................................................................................
87

РОЗДІЛ 4. ..
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ РІЗНИХ
ЧИННИКІВ НА ТЕМПЕРАТУРНИЙ РЕЖИМ ТА ТЕПЛОВИЙ
БАЛАНС ДИСКОВИХ ГАЛЬМ ПРИ ВИПРОБУВАННЯХ

4.1. II.....................................................................
Моделювання температурного режиму гальмових механізмів 88
при випробуваннях 88

4.2. II.......................................................................
Вплив різних чинників на температурний режим гальмових
механізмів....................................................................................... 93

4.3. ..
Визначення теплового балансу дискових гальм на
попередньому етапі випробувань 103
II...............................................

4.4. Тепловий розрахунок дискових
гальм........................................... Висновки.........................................................................................
.. ЗАГАЛЬНІ
ВИСНОВКИ..................................................................
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ
ДЖЕРЕЛ........................................ ДОДАТКИ......................................................................................
...

117

123

125

127

138

Яворський Я.П. Вдосконалення методу теплового розрахунку автомобільних дискових гальм при тривалих гальмуваннях на основі комп’ютерного моделювання. -Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.02 - автомобілі та трактори. - Національний університет Львівська політехніка”. - Львів, 2003.
Дисертація присвячена обгрунтуванню та вдосконаленню методу теплового розрахунку дискових гальмових механізмів автомобільних коліс при тривалих режимах роботи. Розроблена теплова модель дискового гальма, яка відзначається великою інформаційною продуктивністю. Адекватність створеної моделі перевірена за результатами аналітичного розв’язку теплової задачі у випадку екстреного гальмування та стендових випробувань II для тривалого гальмування. Методом математичного моделювання досліджено вплив різних чинників на температурний режим і тепловий баланс дискових гальм. На основі цього методу та методу планування експерименту отримана регресійна формула для теплового розрахунку дискових гальм автотранспортних засобів при випробуваннях II. Результати досліджень дозволяють скоротити обсяг високовартісних експериментальних досліджень та поповнити банк даних для проектування дискових гальм автомобільних коліс.

1. Результати аналізу режимів роботи та енергонавантаженості гальмових механізмів автобусів в гірських умовах підкреслюють актуальність розв’язання задачі покращення їх енергоперетворюючих властивостей і слугують початковою інформацією для розроблення відповідної математичної моделі.
2. Підібрано та систематизовано початкові дані для розроблення алгоритму розрахункової теплової моделі дискового гальма при тривалих гальмуваннях, яка базується на програмному комплексі Фур’є 2”.
3. Розв’язанням зворотної задачі теплопровідності методом комп’ютерного моделювання за вислідами стендових випробувань отримано значення коефіцієнтів тепловіддачі, які для методу тривалих гальмувань (випробування ІІ) становлять для дискових гальм34-36 Вт/м2град.
4. Застосування комп’ютерного моделювання показало, що покращення умов тепловіддічі з ростомa=20 Вт/м2граддоa=50 Вт/м2градпризводить до зниження температур поверхні диска в кінці попереднього етапу випробувань ІІ на17%,а з урахуванням охолодження (під час розгону АТЗ) перед проведенням основного етапу на20%.
5. Досліджено розподіл температур диска у радіальному напрямі при різних його товщинах. Виявлено, що тільки на 4-й хвилині випробувань помітний прогрів диска поза зоною тертя за рахунок кондуктивного теплообміну. Характерним є явище великої різниці температур між зоною тертя і центром диска в кінці попереднього етапу випробувань, яка збільшується із зменшенням його товщини.
6. Показано нелінійний вплив товщини та діаметра диска на його температуру. Збільшення товщини диска з15 ммдо45 ммпризводить до зниження його температури в кінці попереднього та основного етапів випробувань приблизно на60%.Збільшення ж діаметра диска від340до500 ммзнижує температуру на45%.
7. Розроблена методика розрахунку теплового балансу дискових гальм на рівномірній сітковій моделі. Показано, що ріст коефіцієнта тепловіддачі зa=20 Вт/м2граддоa=50 Вт/м2градпризводить до збільшення розсіювань теплоти за час випробувань ІІ з27%до49%,а зміна товщини диска від15до45 ммпризводить до зменшення цього параметра з59%до30%.
8. Математичним плануванням експерименту отримана регресійна залежність для визначення температур поверхонь тертя дискових гальмових механізмів в кінці попереднього етапу ІІ. Показано, що найбільшу нелінійність у досліджувану модель вносять такі чинники, як товщина та діаметр гальмового диска.
9. Застосування комп’ютерного моделювання та математичного планування експериментів дають змогу значно скоротити обсяги високовартісних натурних випробувань гальмових механізмів для отримання бази даних з метою їх концептуального проектування.

Список литературы

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Результати аналізу режимів роботи та енергонавантаженості гальмових механізмів автобусів в гірських умовах підкреслюють актуальність розв’язання задачі покращення їх енергоперетворюючих властивостей і слугують початковою інформацією для розроблення відповідної математичної моделі.
2. Підібрано та систематизовано початкові дані для розроблення алгоритму розрахункової теплової моделі дискового гальма при тривалих гальмуваннях, яка базується на програмному комплексі «Фур’є-2».
3. Розв’язанням зворотної задачі теплопровідності методом комп’ютерного моделювання за вислідами стендових випробувань отримано значення коефіцієнтів тепловіддачі, які для методу тривалих гальмувань (випробування II) становлять для дискових гальм 34-36 Вт/м2град.
4. Показано, що покращення умов тепловіддачі з ростом α=20 Вт/м2град
до α=50 Вт/м2град призводить до зниження температур поверхні диска в кінці попереднього етапу випробувань II на 17%, а з врахуванням охолодження (під час розгону АТЗ) перед проведенням основного етапу - на 20%.
5. Досліджено розподіл поверхневих температур по радіусу диска при різних його товщинах. Виявлено, що тільки на 4-ій хвилині випробувань помітний
прогрів диска поза зоною тертя за рахунок кондуктивного теплообміну.
Характерним є явище великої різниці температур між зоною тертя і центром диска в кінці попереднього етапу випробувань, яка збільшується зі зменшенням його товщини.

6. Показано нелінійний вплив товщини та діаметра диска на його поверхневу температуру. Збільшення товщини диска з 15 мм до 45 мм призводить до зменшення його температури в кінці попереднього та основного етапів випробувань приблизно на 60%. Збільшення ж діаметра диска від 340 до 500 мм призводить до зменшення температур на 45%.
7. Розроблена методика розрахунку теплового балансу дискових гальм на рівномірній сітковій моделі. Показано, що збільшення коефіцієнта тепловіддачі з α=20 Вт/м2град до α=50 Вт/м2град призводить до збільшення розсіювань теплоти за час випробувань II з 27% до 49%, а зміна товщини диска від 15 до 45 мм призводить до зменшення цього параметра з 59% до 30%.
8. Математичним плануванням експерименту отримана регресійна залежність для визначення температур поверхонь тертя дискових гальмових механізмів в кінці попереднього етапу II. Показано, що найбільшу нелінійність в досліджувану модель вносять такі чинники, як товщина та діаметр гальмового диска.
9. Застосування комп’ютерного моделювання та математичного планування експериментів дають змогу значно скоротити обсяги великовартісних натурних випробувань гальмових механізмів для отримання бази даних з метою їх концептуального проектування.