Коляса Остап Леонідович. Обгрунтування теплової моделі дискових гальмових механізмів автомобільних коліс

Короткий опис

Коляса Остап Леонідович. Обгрунтування теплової моделі дискових гальмових механізмів автомобільних коліс: Дис... канд. техн. наук: 05.22.02 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2002. - 141арк. - Бібліогр.: арк. 122-132.

Національний університет
„Львівська політехніка”
На правах рукопису
Коляса Остап Леонідович
УДК 629.113 - 59.001.4
ОБГРУНТУВАННЯ ТЕПЛОВОЇ МОДЕЛІ
ДИСКОВИХ ГАЛЬМОВИХ МЕХАНІЗМІВ
АВТОМОБІЛЬНИХ КОЛІС
Спеціальність 05.22.02 - автомобілі та трактори
Дисертація на здобуття наукового
ступеня кандидата технічних
наук
Науковий керівник Гудз Густав Степанович, доктор технічних наук, професор
Львів - 2002
ЗМІСТ

ВСТУП 4
РОЗДІЛ 1. РЕЖИМИ РОБОТИ, ЕНЕРГОНАВАНТАЖЕНІСТЬ ТА ЕНЕРГОЄМНІСТЬ ГАЛЬМІВНИХ СИСТЕМ І МЕХАНІЗМІВ АВТОТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ 10
1.1. Вимірники енергонавантаженості гальмівної системи 10
1.2. Режими роботи і енергонавантаженість гальмівних систем автобусів.. ..18
1.3. Порівняльний аналіз енергоперетворюючих властивостей барабанних та
дискових гальм 22
1.4. Енергоємність гальмівної системи і її вимірники 27
Висновки 42
РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ І ЗАСОБИ ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ НАГРІВАННЯ ТА ОХОЛОДЖЕННЯ ГАЛЬМОВИХ МЕХАНІЗМІВ 43
2.1. Математичний опис процесів нагрівання та охолодження гальмових
механізмів та огляд існуючих методів їхнього теплового розрахунку 43
2.2. Теплові моделі гальмових механізмів 57
Висновки 61
РОЗДІЛ 3. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСІВ У ДИСКОВИХ ГАЛЬМОВИХ МЕХАНІЗМАХ 62
3.1. Математична модель явища теплопровідності 63
3.2. Метод дослідження математичних моделей 65
3.3. Дискретизація математичної моделі 67
3.4. Розв’язок систем кінцево-різницевих рівнянь на ПЕОМ 72
3.5. Розрахунковий модуль для дослідження температурних полів у гальмових
механізмах автотранспортних засобів 74
Висновки 83
РОЗДІЛ 4. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ РІЗНИХ ЧИННИКІВ НА
ТЕМПЕРАТУРНИЙ РЕЖИМ ДИСКОВИХ ГАЛЬМОВИХ МЕХАНІЗМІВ...84
4.1. Моделювання температурного режиму гальмових механізмів при
випробуваннях 1 84
4.2. Тепловий баланс гальмового механізму на попередньому етапі
випробувань 1 90
4.3. Вплив різних чинників на температурний режим гальмових механізмів..96
4.4. Тепловий розрахунок дискових гальмових механізмів при випробуван¬нях 1 109
4.5. Економічна ефективність застосування математичного моделювання.. ..115
Висновки 117
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ 120
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 122
ДОДАТКИ 133

Список літератури

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
1. Результати аналізу режимів роботи та енергонавантаженості гальмових механізмів автобусів підкреслюють актуальність розв’язання задачі покращення їх енергоперетворюючих властивостей і слугують початковою інформацією для розроблення відповідної математичної моделі.
2. Розроблено програмний комплекс, що складається з інтегральної оболонки та розрахункового модулю, для дослідження температурних режимів дискових гальм автомобільних коліс. Його особливістю є те, що він враховує періодичний вихід диска з-під накладки при обертанні колеса та зміну густини теплового потоку від тривалості часу гальмування.
3. Досліджено тепловий баланс двох варіантів дискових гальм, в одному з яких накладка зміщена за радіусом до центра на 50 мм. Показано, що наприкінці попереднього етапу випробувань І кількість теплоти, відведена конвективним способом від обох варіантів гальм, вирівнюється і становить 24 - 25%.
4. Розв’язанням зворотної задачі теплопровідності методом комп’ютерного моделювання отримано значення коефіцієнтів тепловіддачі, які для методу послідовних гальмувань (випробування І) становлять для дискових гальм 48 - 52 Вт/м2-град.
5. Показано, що покращення умов тепловіддачі з ростом а = 25 Вт/м2град. до а = 75 Вт/м2град. призводить до зниження температур поверхонь тертя в кінці попереднього етапу випробувань І на 30% за нагріванням та на - 34% за охолодженням.
6. Досліджено рівень стабілізації температур за циклами гальмування. Показано, що на двадцятому циклі різниця температур в кінці нагрівання і охолодження для а = 25 Вт/м2-град. становить лише 38 С, а при а = 75 Вт/м2-град. 47 С.
7. На основі результатів моделювання роботи дискових гальм за циклами попереднього етапу випробувань І показано, що більший приріст температури за циклами спостерігається при малій товщині диска. Зокрема, різниця приросту температури між проведенням попереднього і основного етапу випробувань І зменшується з 22% до 12% із збільшенням товщини диска з h = 15 мм до h = 45 мм.
8. Збільшення товщини диска з h = 15 мм до h = 45 мм зменшує температурний градієнт в ньому з 32 42 град/мм до 6 8 град/мм при проведенні відповідно попереднього і основного етапу випробувань І. При цьому спостерігається стабілізація градієнта для товщин диска h = 30 40 мм, що вказує на оптимальність таких товщин з точки зору температурного режиму.
9. Доведена некоректність формули Лімперта для визначення температури поверхні тертя дискового гальма при одноразовому гальмуванні, оскільки вона не враховує товщини диска. Це ж відноситься і до температурних градієнтів, оскільки їх суттєва різниця спостерігається лише на першій секунді екстреного гальмування (т = 0,52 с), а в кінці його температурні градієнти вирівнюються при різних товщинах дисків.
10. Математичним плануванням експерименту отримана регресійна модель для визначення температур поверхонь тертя дискових гальмових механізмів в

121
кінці попереднього етапу випробувань І. Показано, що найбільшу нелінійність в досліджувану модель вносить такий чинник, як товщина диска гальма.
11. 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 і отримати економічний ефект 32 760 грн.