Рабочая тормозная система автомобиля

Рис. 9. Схема гидропривода тормозов. 1 – главный цилиндр гидропривода тормозов 2 – трубопровод контура "правый передний – левый задний тормоз" 3 – гибкий шланг переднего тормоза 4 – бачок главного цилиндра 5 – вакуумный усилитель 6 – трубопровод контура "левый передний – правый задний тормоз" 7 – тормозной механизм заднего колеса

8 – упругий рычаг привода регулятора давления 9 – гибкий шланг заднего тормоза 10 – регулятор давления 11 – рычаг привода регулятора давления 12 – педаль тормоза 13 – тормозной механизм переднего колеса

Рабочая тормозная система – гидравлическая, двухконтурная (с диагональным разделением контуров), с регулятором давления 10, вакуумным усилителем 5 и индикатором недостаточного уровня тормозной жидкости в бачке. При отказе одного из контуров тормозной системы второй контур обеспечивает торможение автомобиля, хотя и с меньшей эффективностью.

5.1. Тормозной механизм.

Тормозные механизмы передних колес 13 – дисковые (на автомобилях ВАЗ-21103, -21113 и -2112 – вентилируемые), с однопоршневой плавающей скобой и сигнализатором износа тормозных накладок. Тормозные механизмы задних колес 7 – барабанные, с двухпоршневыми колесными цилиндрами и автоматической регулировкой зазора между колодками и барабаном. Устройство автоматической регулировки зазора расположено в колесном цилиндре.

Главный тормозной цилиндр 1 крепится к корпусу вакуумного усилителя 5 на двух шпильках. В отверстия в верхней части цилиндра на резиновых уплотнениях вставлен полупрозрачный полиэтиленовый бачок 4 с датчиком аварийного уровня жидкости. На бачке нанесены метки максимального и минимального уровней жидкости. В нижней части цилиндра ввернуты два винта, ограничивающие перемещение поршней. Винты уплотнены медными прокладками. В передней части цилиндра (по ходу автомобиля) ввернута заглушка, служащая упором возвратной пружины, также уплотненная медной прокладкой. Поршни в главном цилиндре расположены последовательно, ближайший к вакуумному усилителю приводит в действие правый передний и левый задний тормозные механизмы, а тот, что ближе к заглушке – левый передний и правый задний. Уплотнительные резиновые кольца высокого давления (манжеты) главного тормозного цилиндра и задних колесных цилиндров взаимозаменяемы (номинальный диаметр – 20,64 мм). Уплотнительное кольцо низкого давления – с проточкой, установлено на поршне, контактирующем со штоком вакуумного усилителя.

Вакуумный усилитель 5 расположен между педальным узлом и главным тормозным цилиндром 1 и крепится к кронштейну педального узла на двух шпильках. Усилитель – неразборной конструкции, при выходе из строя его следует заменить. Простейшая проверка исправности усилителя: на автомобиле с заглушенным двигателем несколько раз нажимаем на педаль тормоза и, удерживая педаль нажатой, запускаем двигатель. При исправном усилителе с началом работы двигателя педаль должна уйти вперед. Отказ в работе или недостаточная эффективность вакуумного усилителя могут быть также вызваны негерметичностью шланга, отбирающего вакуум от впускного коллектора.

Регулятор давления задних тормозов 10 крепится двумя болтами к кронштейну в левой задней части кузова. Один из этих болтов (передний) также крепит вильчатый кронштейн рычага привода регулятора давления 11. За счет овальности отверстий для его крепления кронштейн вместе с рычагом можно перемещать относительно регулятора давления, изменяя усилие, с которым рычаг действует на поршень регулятора. С увеличением нагрузки на заднюю ось автомобиля упругий рычаг также нагружается, передавая усилие на поршень регулятора давления. При нажатии на педаль тормоза давление жидкости стремится выдвинуть поршень наружу, чему препятствует усилие со стороны упругого рычага. Когда система приходит в равновесие, клапан, расположенный в регуляторе, изолирует задние тормозные цилиндры от главного тормозного цилиндра, не допуская дальнейшего роста тормозного усилия на задней оси и препятствуя опережающей блокировке задних колес по отношению к передним. При увеличении нагрузки на заднюю ось, когда сцепление задних колес с дорогой улучшается, регулятор обеспечивает большее давление в колесных цилиндрах и наоборот – с уменьшением нагрузки давление падает. В корпусе регулятора имеется отверстие, закрытое заглушкой. Подтекание тормозной жидкости из этого отверстия говорит о негерметичности уплотнительных колец регулятора.

Плавающая скоба переднего тормоза включает в себя суппорт и колесный цилиндр, которые стянуты между собой двумя болтами. Двумя другими болтами скоба крепится к пальцам, установленным в отверстиях направляющей колодок. В эти отверстия закладывается смазка. Между пальцами и направляющей колодок установлены резиновые защитные чехлы. К пазам направляющей поджаты пружинами тормозные колодки. Внутренняя колодка имеет сигнализатор износа накладок. В цилиндре установлен поршень с уплотнительным резиновым кольцом прямоугольного сечения. За счет упругости этого кольца поддерживается постоянный оптимальный зазор между тормозными колодками и диском.

Тормозные диски – чугунные. Минимально допустимая толщина диска при износе – 17,8 мм для вентилируемых дисков и 10,8 мм – для невентилируемых, максимальное биение по внешнему радиусу – 0,15 мм.

Задние колесные тормозные цилиндры снабжены устройством для автоматического поддержания зазора между колодками и барабаном. Основной элемент устройства – стальное пружинное разрезное кольцо, установленное на поршне с осевым зазором 1,25-1,65 мм. Упорные кольца (по два на цилиндр) вставлены с натягом, обеспечивающим усилие сдвига по зеркалу цилиндра не менее 35 кгс, что превышает усилие стяжных пружин тормозных колодок. При износе тормозных накладок упорные кольца под действием поршней сдвигаются на величину износа. В случае повреждения зеркала поршней под действием механических примесей, попавших в тормозную жидкость или образовавшихся под действием коррозии (наличие воды в тормозной жидкости), кольца могут "закиснуть" в цилиндре и один или даже оба поршня потеряют подвижность. Цилиндры в этом случае необходимо заменить.

Привод тормозной системы.

Привод тормозной системы – механический, тросовый, на задние колеса. Он состоит из рычага, регулировочной тяги, уравнителя двух тросов, рычага привода колодок и распорной планки.

III. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

1.Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя.

С некоторой долей погрешности внешняя скоростная характеристика может быть определена и построена для четырехтактового двигателя с искровым зажиганием на основе следующих данных:

n, %	20	40	60	80	100	120
n, мин^-1	1080	2160	3240	4320	5400	6480
N_e, %	20	50	73	92	100	92
N_e, Вт	11440	28600	41756	52624	57200	52624

n – частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности, мин^-1;

n = 5400 мин^-1

N_e – эффективная мощность двигателя, кВт; N_e = 57,2 кВт

N_eπ n

Крутящий момент двигателя определяется: М_кр = ───, где ω = ─── с^-1

ω 30

n, %	20	40	60	80	100	120
М_кр, Н·м	101,2	126,5	123,13	116,38	101,2	77,59

3,14 · 1080 11440

1) ω = ─────── = 113,04 с^-1; М_кр = ──── = 101,2 Н·м;

30 113,04

2) ω = 226,08 с^-1; М_кр = 126,5 Н·м;

3) ω = 226,08 с^-1; М_кр = 123,13 Н·м;

4) ω = 339,12 с^-1; М_кр = 116,38 Н·м;

5) ω = 452,16 с^-1; М_кр = 101,2 Н·м;

6) ω = 678,24 с^-1; М_кр = 77,59 Н·м;

Кривая удельного расхода топлива для двигателя строится на основании следующих данных:

n, %	20	40	60	80	100	120
n, мин^-1	1080	2160	3240	4320	5400	6480
g_e, %	110	100	95	95	100	115
g_e, гр/кВт·ч	280,5	255	242,25	242,25	255	293,25

g_e – удельный эффективный расход топлива, гр/кВт·ч, g_e = 255 гр/кВт·ч

Часовой расход топлива для каждого значения частоты коленчатого вала двигателя находится по формуле:

G_т = g_e · N_e · 10^-3 [кг/ч]

n, мин^-1	1080	2160	3240	4320	5400	6480
G_т, кг/ч	3,21	7,3	10,12	12,75	14,59	15,43

G_т¹= 280,5 · 11,44 · 10^-3 = 3,21 кг/ч;

G_т²= 255 · 28,6 · 10^-3 = 7,3 кг/ч;

G_т³= 242,25 · 41,756 · 10^-3 = 10,12 кг/ч;

G_т⁴= 242,25 · 52,624 · 10^-3 = 12,75 кг/ч;

G_т⁵= 255 · 57,2 · 10^-3 = 14,59 кг/ч;

G_т⁶= 293,25 · 52,624 · 10^-3 = 15,43 кг/ч;

2. Расчет и построение динамической характеристики автомобиля.

Динамической характеристикой автомобиля называется графическая выражению зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах.

Динамический фактор представляет собой отношение избыточных касательных сил к силе тяжести автомобиля.

Р_к - Р_в

D = ──── [Н],

G_a

где Р_к– касательная сила тяжести автомобиля [Н];

Р_в – сила сопротивления воздуха [Н];

G_a – сила тяжести автомобиля с грузом [Н].

Для выбранных частот вращения коленчатого вала двигателя подсчитываются величины скоростей автомобиля на каждой передаче по формуле:

n_i · r_к

V_a = 0,377 ───,

i_к · i_o

где r_к – радиус колеса [м];

i_к – передаточное отношение коробки передач;

i_o – передаточное отношение главной передачи;

n_i – частота вращения коленчатого вала [мин^-1].

Радиус шины в свободном состоянии подсчитывается:

r_к = 0,5d + λB_ш,

где d – диаметр обода колеса [м];

B_ш – высота профиля [м];

λ – коэффициент сжатия шины; λ = 0,8…0,9

Величина касательной силы тяжести по передаче определяется по формуле:

М_кр · i_к · i_o · η_тр

Р_к = ────────,

r_к

где η_тр – КПД трансмиссии (для переднеприводного автомобиля

η_тр = 0,9)

Значение силы сопротивления воздуха определяется по формуле:

k · F · V_a²

Р_в = ──────,

3,6²

где k – коэффициент обтекаемости [кг/м³] (для ВАЗ-2110 k = 0,32 кг/м³);

F – лобовая площадь автомобиля [м²];

V_a – скорость автомобиля;

F = 0,78 · В · Н

В – ширина автомобиля [м]; Н – высота автомобиля [м].

Силу тяжести автомобиля с грузом определяем по формуле:

G_a = (грузоподъемность + число пассажиров (75 кг) + багаж) · g (9,8)

Полученные данные заносим в таблицу.

Определим радиус колеса.

Размер шины 175/70 R₁₃

d = 13 · 25,4 = 330,2 мм

B_ш = 175 · 0,7 = 122,5 мм

λ = 0,8

r_к = 0,5 · 330,2 + 0,8 · 122,5 = 263,1 мм = 0,2631 м

По первой передаче:

Определим скорость, подставляя значения n_i, r_к = 0,2631 м,

i_к = 3, 636, i_o = 3,706 в формулу.

1080 · 0,2631 2160 · 0,2631

V_a¹ = 0,377 ──────── = 7,95; V_a² = 0,377 ──────── = 15,9;

3, 636 · 3,706 3, 636 · 3,706

3240 · 0,2631 4320 · 0,2631

V_a³ = 0,377 ──────── = 23,85; V_a⁴ = 0,377 ──────── = 31,8;

3, 636 · 3,706 3, 636 · 3,706

5400 · 0,2631 6480 · 0,2631

V_a⁵ = 0,377 ──────── = 39,75; V_a⁶ = 0,377 ──────── = 47,7;

3, 636 · 3,706 3, 636 · 3,706

Определим величину касательной силы тяжести по данной передаче, используя предыдущие данные крутящего момента М_кр.

101,2 · 3,636 · 3,706 126,5 · 3,636 · 3,706

Р_к¹ = ─────────── = 4664,78; Р_к² = ─────────── = 5830,98;

0,2631 0,2631

123,13 · 3,636 · 3,706 116,38 · 3,636 · 3,706

Р_к³ = ───────────── = 5675,64; Р_к⁴ = ───────────── = 5364,5;

0,2631 0,2631

101,2 · 3,636 · 3,706 77,59 · 3,636 · 3,706

Р_к⁵ = ──────────── = 4664,78; Р_к⁶ = ──────────── = 3576,49;

0,2631 0,2631

Найдем значения силы сопротивления воздуха, подставляя значения скоростей в квадрате, коэффициент обтекаемости и лобовую площадь автомобиля.

F = 0,78 · 1420 · 1680 = 1860768 мм² = 1,86 м²

0,32 · 1,86 · 7,95² 0,32 · 1,86 · 15,9²

Р_в¹ = ─────────── = 2,9 Н; Р_в² = ─────────── = 8,87 Н;

3,6² 3,6²

0,32 · 1,86 · 23,85² 0,32 · 1,86 · 31,8²

Р_в³ = ─────────── = 26,12 Н; Р_в⁴ = ─────────── = 46,44 Н;

3,6² 3,6²

0,32 · 1,86 · 39,75² 0,32 · 1,86 · 47,7²

Р_в⁵ = ─────────── = 72,57 Н; Р_в⁶ = ─────────── = 104,5 Н;

3,6² 3,6²

Определим динамический фактор. Для этого найдем силу тяжести автомобиля:

G_a = (1020 + 3 · 75 + 20) · 9,8 = 12397 Н;

4664,78 – 2,9 5830,98 – 8,87

D¹ = ───────── = 0,38; D² = ───────── = 0,47;

12397 12397

5675 – 26,12 5364,5 – 46,44

D³ = ───────── = 0,46; D⁴ = ───────── = 0,43;

12397 12397

4664,78 – 72,57 3576,49 – 104,5

D⁵ = ───────── = 0,37; D⁶ = ───────── = 0,28;

12397 12397

Аналогично проводятся расчеты для II – V передач, используя выше указанные формулы.

По второй передаче:

r_к = 0,2631 м, i_к = 1,950, i_o = 3,706.

V_a¹ = 14,82 км/ч; V_a² = 29,65 км/ч; V_a³ = 44,47 км/ч; V_a⁴ = 59,3 км/ч;

V_a⁵= 74,12 км/ч; V_a⁶ = 88,94 км/ч;

Р_к¹ = 2501,74 Н; Р_к² = 3127,18 Н; Р_к³ = 3043,87 Н; Р_к⁴ = 2877 Н;

Р_к⁵ = 2501,74 Н; Р_к⁶ = 1918,08 Н;

Р_в¹ = 10,1 Н; Р_в² = 40,38 Н; Р_в³ = 90,82 Н; Р_в⁴ = 161,5 Н; Р_в⁵ = 252,31 Н;

Р_в⁶ = 363,3 Н;

D¹ = 0,201; D² = 0,25; D³ = 0,24; D⁴ = 0,22; D⁵ = 0,18; D⁶ = 0,13.

По третьей передаче:

r_к = 0,2631 м, i_к = 1,357, i_o = 3,706.

V_a¹ = 21,3 км/ч; V_a² = 29,65 км/ч; V_a³ = 63,9 км/ч; V_a⁴ = 85,2 км/ч;

V_a⁵ = 106,5 км/ч; V_a⁶ = 127,8 км/ч;

Р_к¹ = 1740,96 Н; Р_к² = 2176,19 Н; Р_к³ = 2118,22 Н; Р_к⁴ = 2002,1 Н;

Р_к⁵ = 1740,96 Н; Р_к⁶ = 1334,79 Н;

Р_в¹ = 20,84 Н; Р_в² = 40,38 Н; Р_в³ = 187,53 Н; Р_в⁴ = 333,38 Н; Р_в⁵ = 520,9 Н;

Р_в⁶ = 750,1 Н;

D¹ = 0,14; D² = 0,17; D³ = 0,16; D⁴ = 0,14; D⁵ = 0,10; D⁶ = 0,05.

По четвертой передаче:

r_к = 0,2631 м, i_к = 0,941, i_o = 3,706.

V_a¹ = 30,72 км/ч; V_a² = 61,44 км/ч; V_a³ = 92,15 км/ч;

V_a⁴ = 122,87 км/ч; V_a⁵ = 153,59 км/ч; V_a⁶ = 184,31 км/ч;

Р_к¹ = 1207,25 Н; Р_к² = 1509,06 Н; Р_к³ = 1468,86 Н; Р_к⁴ = 1388,34 Н;

Р_к⁵ = 1207,25 Н; Р_к⁶ = 925,6 Н;

Р_в¹ = 43,34 Н; Р_в² = 173,37 Н; Р_в³ = 390 Н; Р_в⁴ = 693,35 Н; Р_в⁵ = 1082,5 Н;

Р_в⁶ = 1560,1 Н;

D¹ = 0,09; D² = 0,11; D³ = 0,09; D⁴ = 0,06; D⁵ = 0,01; D⁶ = -0,05.

По пятой передаче:

r_к = 0,2631 м, i_к = 0,784, i_o = 3,706.

V_a¹ = 36,87 км/ч; V_a² = 73,74 км/ч; V_a³ = 110,61 км/ч;

V_a⁴= 147,48 км/ч; V_a⁵ = 184,35 км/ч; V_a⁶ = 221,22 км/ч.

Р_к¹ = 1005,83 Н; Р_к² = 1257,29 Н; Р_к³ = 1223,79 Н; Р_к⁴ = 1156,7 Н;

Р_к⁵ = 1005,83 Н; Р_к⁶ = 771,17 Н;

Р_в¹ = 62,43 Н; Р_в² = 249,73 Н; Р_в³ = 561,8 Н; Р_в⁴ = 998,9 Н; Р_в⁵ = 1560,8 Н;

Р_в⁶ = 2247,54 Н;

D¹ = 0,076; D² = 0,081; D³ = 0,053; D⁴ = 0,013; D⁵ = -0,05; D⁶ = -0,12.

Полученные значения заносим в таблицу.

3. Расчет и построение экономической характеристики автомобиля.

Топливную экономичность автомобиля принято оценивать расходом топлива в литрах на 100 км пройденного пути.

Если известен часовой расход топлива G_т [кг/ч] и скорость движения автомобиля V_a [км/ч], то расход Q_s топлива в литрах на 100 км пробега выразится в виде следующей зависимости:

g_e · N_e

Q_s = ─────── [л/100 км];

10 · V_a · j_т

где g_e – удельный расход топлива [гр/кВт·ч ];

N_e – мощность двигателя, потребная для движения автомобиля в заданных условиях [кВт];

j_т – плотность топлива [кг/л] (для бензина j_т = 0,725 кг/л).

Эффективная мощность двигателя N_e:

Р_к V_а k · F · V_a²

N_e = ─────── = ────── · (G_a · ψ + ──────);

3600 · η_тр 3600 · η_тр 3,6²

где ψ – приведенный коэффициент дорожного сопротивления (ψ = 0,02);

G_a – сила тяжести автомобиля [Н].

Следует учесть, что удельный расход топлива g_e является величиной переменной, зависящий от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя. Чтобы учесть это влияние, удельный расход g_e определяем по формуле:

g_e = К_n · К_N · g_e(N_emax);

где g_e(N_emax) – удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя по внешней характеристики [гр/кВт·ч ], (g_e(N_emax) = 255 гр/кВт·ч);

К_n, К_N – коэффициенты, соответственно учитывающие влияние скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.

Величины К_n, К_N, можно определить из графиков:

Определим эффективную мощность двигателя, учитывая скорость на данной пятой передаче.

η_тр = 0,9; G_a = 12397 H; ψ = 0,02; k = 0,32; F = 1,86 м²;

36,87 0,32 · 1,86 · 36,87²

1) N_e = ─────── (12397 · 0,02 + ───────────) = 3,53 кВт;

3600 · 0,9 3,6²

73,74 0,32 · 1,86 · 73,74²

2) N_e = ─────── (12397 · 0,02 + ───────────) = 11,33 кВт;

3600 · 0,9 3,6²

110,61 0,32 · 1,86 · 110,61²

3) N_e = ─────── (12397 · 0,02 + ───────────) = 27,65 кВт;

3600 · 0,9 3,6²

147,48 0,32 · 1,86 · 147,48²

4) N_e = ─────── (12397 · 0,02 + ───────────) = 56,76 кВт;

3600 · 0,9 3,6²

184,35 0,32 · 1,86 · 184,35²

5) N_e = ─────── (12397 · 0,02 + ───────────) = 102,91 кВт;

3600 · 0,9 3,6²

Определим удельный расход g_e, используя выше указанную формулу.

1) g_e = 1,1 · 1,9 · 255 = 561 гр/кВт·ч;

2) g_e = 1,03 · 1,5 · 255 = 393,98 гр/кВт·ч;

3) g_e = 0,96 · 1,2 · 255 = 293,76 гр/кВт·ч;

4) g_e = 0,95 · 0,9 · 255 = 218,03 гр/кВт·ч;

5) g_e = 1,01 · 1,0 · 255 = 257,55 гр/кВт·ч;

Используя полученные данные и формулу для нахождения расхода Q_s топлива в литрах на 100 км пробега, определим величину для V передачи:

561 · 3,53

1) Q_s = ────────── = 7,41 л/100км;

10 · 36,87 · 0,725

393,98 · 11,33

2) Q_s = ────────── = 8,35 л/100км;

10 · 73,74 · 0,725

293,76 · 27,65

3) Q_s = ─────────── = 10,13 л/100км;

10 · 110,61 · 0,725

218,03 · 56,76

4) Q_s = ─────────── = 11,57 л/100км;

10 · 147,48 · 0,725

257,55 · 102,91

5) Q_s = ─────────── = 19,83 л/100км;

10 · 184,35 · 0,725

Полученные данные внесем в таблицу:

ψ	V_a, км/ч	n, мин^-1	n_i/n_max	K_n	N_e, кВт	N_ei/ N_{e max}	K_N	g_e, гр/кВт·ч	Q_s
0,02	36,87	1080	0,2	1,1	3,53	0,2	1,9	561	7,41
	73,74	2160	0,4	1,03	11,33	0,4	1,5	393,98	8,35
	110,61	3240	0,6	0,96	27,65	0,6	1,2	293,76	10,13
	147,48	4320	0,8	0,95	56,76	0,8	0,9	218,03	11,57
	184,35	5400	1,0	1,01	102,91	1,0	1,0	257,55	19,83