розділ 2). Обертання колеса під час гальмування імітується переміщенням гальмової накладки по диску. Врахування процесу охолодження поверхні тертя диска після виходу його з під накладки автоматично реалізується програмою математичного модуля.
Дослідження температурних режимів дискових гальм проводились на режимах випробувань II як найбільш енергонавантажених. Розрахунок проведений для таких значень параметрів: повна маса автобуса , кількість накладок ; площа накладки ; ефективний радіус тертя ; кутова швидкість диска ; густина теплового потоку , коефіцієнт тепловіддачі . Розглядались три варіанти товщини дисків: 1) ; 2) ; 3) . Оскільки конструкція гальма симетрична, то прийнята була осесиметрична теплова схема розв'язку задачі [72].
Крок за часом при проведенні попереднього етапу випробувань II був прийнятий 1 с, а при проведенні основного етапу (екстрене гальмування) - 0,01 с.
Зміна густини теплового потоку за час проведення основного етапу випробувань II гальмового механізму показана на рис. 4.1. При цьому проведена кусково-лінійна апроксимація теплового потоку на різних відтинках часу екстреного гальмування.
У математичному модулі використана прямокутна система координат. Крок по координаті ху був прийнятий 0,01 м. Номінальна товщина диска дорівнює 0,03 м, і при рівномірному нагріванні диска по обидва боки двома накладками крок по координаті z прийнятий . Кількість вузлових точок . Конфігурація сіткової моделі дискового механізму і розміщення джерела нагрівання в початковий момент показані на рис. 4.2.
У зв'язку з тим, що при моделюванні використовується рівномірна сітка, то для задання необхідної густини теплового потоку потрібна корекція кожної елементарної площі і кожного елементарного об'єму (вузла) моделі в радіальному напрямі. Методика коригування описана в розділі визначення теплових балансів.
Коефіцієнт теплопровідності матеріалу диска , а коефіцієнт температуропровідності . Густина теплового потоку була постійною при проведенні попереднього етапу.
Рис. 4.1. Зміна густини теплового потоку в парі тертя дискового гальма
автобуса ЛиАЗ-5256 за час проведення основного етапу випробувань ІІ
Рис. 4.2. Сіткова модель дискового гальмового механізму
На рис. 4.3 наведені результати моделювання [27] температурних режимів бокових поверхонь дисків гальм при їх різних товщинах на різних відтинках часу попереднього етапу випробувань II, який триває 12 хв. З розгляду даного рисунку видно, що за 1 хв. випробувань зона диску, вільна від тертя, практично не нагрівається при всіх товщинах диска. Тільки на 4 хв. 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. Наприклад, при товщині диска 45 мм ця різниця становить 260?С, при , а при .
h = 45 мм h = 30 мм h = 15 мм
Рис. 4.3. Розподіл температур по радіусу диска при його різних товщинах на попередньому етапі випробувань II: 1 - , 2 - , 3 - ,
4 - , 5 -
Збільшення температури диска поза зоною тертя спостерігається при всіх його товщинах між проведенням етапів випробувань II під час охолодження за рахунок перерозподілу температур в тілі диска, що видно з рис. 4.4. З цього ж рисунку видно, що за час проведення екстреного гальмування (основний етап випробувань II) температура зростає тільки в зоні тертя із-за швидкоплинності процесу.
h = 45 мм h = 30 мм h = 15 мм
Рис. 4.4. Розподіл температур по радіусу диска при його різних товщинах при випробуваннях II: 1 - в кінці розгону; 2 - в кінці основного етапу
Розподіл температур по поверхні диска в об'ємній інтерпретації в кінці екстреного гальмування представлений на рис. 4.5.
Рис. 4.5. Температурне поле робочої поверхні гальмового диска
в кінці основного етапу випробувань II
Розроблена методика моделювання й отримані результати дозволять надалі шляхом розв'язку прямих і зворотних двовимірних і тривимірних задач одержати банк даних про вплив різних конструктивних та режимних чинників на температурний режим дискових гальмових механізмів автотранспортних засобів.
4.2. Вплив різних чинників на температурний режим
гальмових механізмів
Тепловий стан деталей пар тертя гальмових механізмів характеризується середньою температурою поверхні тертя, середньою об'ємною температурою та температурним градієнтом. На рис. 4.6 наведені чинники, що визначають значення вказаних параметрів.
При проектуванні гальмових механізмів конструктор повинен вибрати основні параметри з умов забезпечення допустимого температурного режиму роботи як при проведенні випробувань, регламентованих Правилами 13, так і при заданих реальних режимах роботи.
Для дослідження впливу конструктивних параметрів пар тертя і гальмового механізму в цілому на поверхневі і об'ємні температури необхідно мати достатньо точне уявлення про роль тепловіддачі в навколишнє середовище. В загальному випадку коефіцієнт тепловіддачі ? залежить від форми та розмірів охолоджуваної поверхні, швидкості, температури та теплофізичних властивостей омиваючого середовища, температури тіла та інших чинників. Наявні методи аналітичного визначення коефіцієнта тепловіддачі ? [2, 39, 54, 77, 80, 97] не завжди відтворюють реальні умови, в яких працює вузол тертя. Тому в більшості випадків ? визначається дослідним шляхом.
Рис. 4.6. Чинники, які впливають на тепловий стан пар тертя
На рис. 4.7 наведені графіки залежності коефіцієнта тепловіддачі ? для гальмових механізмів від швидкості руху автомобіля, отримані різними авторами. З розгляду цих графіків видно, що коефіцієнт тепловіддачі суттєво відрізняється як за абсолютною величиною при даному значенні швидкості, так і за законом зміни його при зміні швидкості. Зокрема, при , значення ?, отримані одними дослідниками, вкладаються в межі , а іншими .
З огля