СПОСОБ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОЗДУХА ПРИ ПОДАЧЕ ЕГО ПОД ДАВЛЕНИЕМ НА ФРИКЦИОННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ТОРМОЗНОГО МЕХАНИЗМА В ПРОЦЕССЕ ТОРМОЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF AIR CIRCULATION WHEN IT IS SUPPLIED UNDER PRESSURE TO FRICTION SURFACES OF BRAKING MECHANISM DURING BRAKING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение касается автомобильного транспорта, области транспортных и технологических машин и относится к системам и устройствам для повышения эксплуатационной эффективности тормозных механизмов и пневмотормозного привода в целом.
1. Аналог способа подачи воздуха на фрикционные поверхности тормозного механизма представлен в источнике [Александров М.П. Тормозные устройства: справочник / М.П. Александров, А.Г. Лысяков, М.В. Новожилов / Под общ. ред. М.П. Александрова. - М.: Машиностроение, 1985. - 312 с.]. При этом сжатый воздух поступает на фрикционные поверхности тормозного механизма в любой момент его работы. Такой способ не позволяет охлаждать фрикционные поверхности тормозного механизма и выносить продукты износа из зоны трения перед соприкосновением тормозных колодок с тормозным барабаном во время их работы. То есть процесс торможения осуществляется «грязными» фрикционными поверхностями тормозного механизма, отсутствуют эффекты, обеспечивающие эффективное уменьшение энергозатрат на процесс торможения (возможно только за счет увеличения коэффициента трения скольжения в фрикционной паре) и уменьшение отрицательных эргономических явлений, например высокочастотные звуковые явления.
Известен способ подачи сжатого воздуха и отработавших газов на фрикционные поверхности тормозного механизма для их охлаждения [Вольченко А.И. Барабанно-колодочные тормозные устройства / А.И. Вольченко, Ю.С. Замора. - Львов: Вища школа, 1980. - 108 с.]. При этом сжатый воздух и отработавшие газы поступают на фрикционные поверхности тормозного механизма в любой момент его работы. Такой способ не позволяет охлаждать фрикционные поверхности тормозного механизма и выносить продукты износа из зоны трения перед соприкосновением тормозных колодок с тормозным барабаном во время их работы. То есть процесс торможения осуществляется «грязными» фрикционными поверхностями тормозного механизма, сюда можно отнести недостатки по рекомендациям из ранее представленного первоисточника. Это имеет место из-за того, что в отмеченных работах не учтены процессы, происходящие в ходе соприкосновения тормозных поверхностей непосредственно в текущем во времени зазоре между фрикционными поверхностями. Не учтено то, что в конечном итоге процесс рассматриваемой подачи воздуха заканчивается в окружающей среде - атмосфере. То есть в данном решении авторы не приняли во внимание наличие кроме подачи как таковой еще и явлений, сопровождающих циркуляцию воздуха по замкнутому кругу «атмосфера - система подачи воздуха - интегрированная по периметру контакта фрикционной пары выходная зона Z (фиг. 1) - атмосфера». В результате остались нераскрытыми возможности обеспечения требуемых для повышения эффективности тормозного процесса решений относительно конфигурации элементов зоны Z фрикционных поверхностей. Данный способ принят за прототип.
Устранение указанных недостатков достигается тем, что предложен способ циркуляции воздуха при подаче его под давлением на фрикционные поверхности тормозного механизма в процессе торможения и в сжатом состоянии, отличающийся тем, что совокупность зон контакта Z на протяжении периметра взаимодействия фрикционных поверхностей проявляет себя как эквивалент сопла Лаваля, причем с переменными во времени процесса торможения поперечными относительно оси сопла сечениями на ширину фрикционной накладки.
В заявленном способе требуемая циркуляция воздуха обеспечивается следующими условиями: наличием на внешних, относительно исходного и текущего зазора торцевых поверхностях элементов фрикционной пары одинаковых фасок, имеющих между собой постоянный угол β (фиг. 1) равный 12°-14° [Дейг М.Е. Техническая газодинамика / М.Е. Дейг, изд. 2-е, переработанное, М. - Л.: Госэнергоиздат. 1961, - 669 с.], а также выполнением на рабочей фрикционной поверхности накладки и контактирующей с ней в трибопроцессе поверхности элемента тормоза, узоров в виде канавок с сечениями, обеспечивающими выход в атмосферу воздуха из текущего зазора и объема между фасками. Причем текущие диаметры сечений эквивалентного сопла Лаваля в круге циркуляции, наружный и внутренний диаметр фасок и их катеты, а также геометрические параметры выходных в атмосферу канавок узора на фрикционных поверхностях определяются исходя из следующего комплекса условий: заданного угла β; исходного перед процессом торможения зазора во фрикционной паре; заданного условия тождественности площади входного сечения приведенного сопла Лаваля и суммарной площади симметрично расположенных на фрикционной накладке сквозных отверстий входа сжатого воздуха в зазор пары трения; кроме того, условия принятого равенства площади выходного сечения приведенного сопла Лаваля сумме площадей проекций круговых фасок с углом β и площади сечений всех выходных отверстий канавок в текущий объем между обозначенными фасками.
2. Известны технические решения для охлаждения тормозов автомобиля, удаления продуктов износа, грязи и влаги из зазора между фрикционными поверхностями тормоза, а также для уменьшения отрицательных эргономических звуковых явлений в ходе торможения. Данные технические решения включают в себя тормозную пневмосистему с тормозными механизмами, ресиверы и клапаны различного назначения.
В первоисточнике [патент US №2487415 A, F16D, 1949 г.] представлен способ подачи сжатого воздуха в зону контакта фрикционных поверхностей колодочного тормоза автомобиля из ресивера через механически управляемый кран, трубопровод и выходную насадку, которая расположена вне зоны фрикционного контакта. В итоге предполагается уменьшение звуковых эффектов высокой частоты, которые отрицательно сказываются на водителе, пассажирах и прохожих. Такой подход не позволяет эффективно охлаждать поверхности фрикционной пары и удалять с них минеральную грязь, влагу и продукты износа.
Известна конструкция устройства для охлаждения тормозов автомобилей, которая служит для снижения теплового состояния фрикционных пар тормозных механизмов [авторское свидетельство СССР №407764, МПК В60Т 5/00, 1973 г.]. Устройство содержит пневмосистему с тормозными колодками, основной и дополнительный ресивер, предохранительный клапан, при этом дополнительный ресивер оснащен вспомогательным клапаном. Недостатком этого устройства является то, что не обеспечивается требуемое охлаждение тормозов, удаление с их поверхности трения грязи и влаги перед соприкосновением тормозных колодок с тормозным барабаном в процессе торможения, что снижает срок их службы и надежность функционирования.
Известно устройство для охлаждения тормозов автомобилей [авторское свидетельство СССР №535180, МПК В60Т, 1974 г.], обеспечивающее охлаждение тормозов автомобиля и состоящее из основного и дополнительного ресиверов тормозного пневмопривода, манометров, предохранительного клапана, вспомогательного клапана и шлангов, подающих воздух под давлением через тройник к сквозным отверстиям, выполненным в основаниях тормозных колодок. Недостатком этого технического решения является то, что не обеспечивается требуемое охлаждение тормозов, удаление с их поверхности трения грязи и влаги перед соприкосновением тормозных колодок и тормозным барабаном в процессе торможения. Кроме того, не затронут вопрос снижения затрат энергии на пневматический привод всей тормозной системы.
Это изобретение принято за прототип.
Устранение вышеуказанных недостатков достигается устройством, обеспечивающим предложенный способ циркуляции воздуха при подаче его под давлением на фрикционные поверхности тормозного механизма в процессе торможения.
Это достигается тем, что устройство (фиг. 1), обеспечивающее способ циркуляции воздуха при его подаче в сжатом состоянии на фрикционные поверхности тормозного механизма, включает компрессор 1, забирающий воздух из атмосферы, сжимающий его и нагнетающий в дополнительный ресивер 2, из которого воздух поступает в редуктор 3, соединенный трубопроводом с электромагнитным клапаном 4, и через открывающийся электромагнитный клапан, соединенный проводником с конечным выключателем тормозного крана 5, воздух поступает через коллектор 6 к штуцерам 8 тормозных колодок 9, а из штуцеров воздух проникает на поверхности рабочих пар трения тормозного механизма и между ними перед тем, как тормозные колодки прижмутся к тормозному барабану 10 в процессе торможения. Давление сжатого воздуха в дополнительном ресивере 2 контролируется и варьируется манометром 7.
Электромагнитный клапан, имеющий электрическую связь с конечным выключателем тормозного крана, соединяется с дополнительным ресивером посредством трубопровода через редуктор и предназначен для срабатывания в момент включения конечного выключателя тормозного крана, тем самым обеспечивая подачу воздуха между фрикционными поверхностями тормозного механизма перед соприкосновением тормозных колодок с тормозным барабаном и при их соприкосновении. После прекращения процесса торможения и отключения конечного выключателя тормозного крана электромагнитный клапан закроется и прекратит подачу сжатого воздуха на фрикционные поверхности тормозного механизма, а воздух, вышедший из зоны трибоконтакта Z со скоростью больше звуковой по всему периметру взаимодействия фрикционных поверхностей, возвращается через объем между фасками с углом β в атмосферу. Это обеспечивает: ускорение потока воздуха в указанном переменном зазоре до сверхзвуковых скоростей с числом Маха >1; возникновение характерного соплу Лаваля явления разряжения в текущем во времени зазоре. [Дейг М.Е. Техническая газодинамика / М.Е. Дейг, изд. 2-е, переработанное. М. - Л.: Госэнергоиздат. 1961. - 669 с.] Это позволяет в тормозном механизме обеспечить следующие положительные эффекты:
- снизить интенсивность фрикционных автоколебаний;
- уменьшить звуковые проявления процесса торможения;
- снизить интенсивность износа фрикционной пары;
- поддерживать во фрикционной паре требуемую силу прижатия, с одновременным снижением рабочего давления, а значит, и энергопотребления на участке циркуляции сжатого воздуха для приведения в действие устройств перемещения фрикционной накладки, а значит, и всего пневмопривода тормоза при прочих равных условиях.
Изобретение иллюстрируется фиг. 1, на которой представлена принципиальная схема устройства. Устройство включает в себя компрессор 1, дополнительный ресивер 2, редуктор 3, электромагнитный клапан 4, тормозной кран 5, коллектор 6, манометр 7, штуцера 8, фрикционные накладки на колодке 9, тормозной барабан 10.
Таким образом, предлагаемое изобретение «Способ циркуляции воздуха при подаче его под давлением на фрикционные поверхности тормозного механизма в процессе торможения и устройство для его осуществления» увеличивает срок эксплуатации фрикционных элементов и надежность всего тормозного механизма.