Истоия развития тормозных систем

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕТСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ЭКОНОМИКИ  И УПРАВЛЕНИЯ

КАФЕДРА ФИЛОСОФИИ

 

 

 

Курсовая работа к кандидатскому экзамену

 «История и философия  науки»

(раздел «История отрасли  науки»)

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ

 

 

Тема: «История развития тормозных систем»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: аспирант

Тараненко В.Ю.

Кафедры: АТС

Специальность: 05.02.02

 

 

Первичная экспертиза:

д-р техн. наук, профессор

Тескер ЕИ.

 

 

Проверил:

 

 

 

 

 

Волгоград

2013

 

 

 

 

Содержание

Введение 

История, классификация и развитие тормозных механизмов…………….4

Схемы и описание конструкций тормозных механизмов………………...11

Заключение

Список используемых источников

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Тормозная система - предназначена  для снижения различных скоростей движения или полной остановки транспортного средства. Во время стоянки позволяет удерживать транспортное средство от самопроизвольного движения.

Состояние с  безопасностью движения автотранспортных средств настоятельно диктует необходимость исследования опасных режимов движения, одним из самых опасных  можно считать процесс торможения.

Подтверждением  тому могут служить данные о ДТП в России и других странах мира. Так по состоянию на 2012 год в России в результате ДТП получило ранение более 200 тыс. человек и 30 тыс. погибло. Материальный ущерб исчисляется миллиардами рублей [1].

Вместе с  тем, дальнейшее развитие народного хозяйства страны невозможно без постоянного увеличения объема перевозок, что неизбежно влечет за собой повышение интенсивности и скорости движения автотранспортных средств, тем самым, усложняя и без того тяжелое положение с безопасностью.

В данной работе рассматривается история, классификация тормозных систем и принципиальные схемы их конструкций, проведён анализ типовых конструкций тормозных механизмов устанавливаемых на современных автотранспортных средствах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История, классификация и развитие тормозных механизмов

Системы тормозов включают в себя два элемента:

1) Тормозной привод;

2) Исполнительные механизмы.

Классификация тормозных механизмов:

а) Конструктивное исполнение рабочих элементов – колодочное исполнение, где рабочий элемент в виде колодки взаимодействует с поверхностью (наружной или внутренней) барабана. Ленточное – рабочие элементы лента (гибкая) взаимодействует на барабаны. Дисковое – рабочий элемент диск, на него взаимодействует колодка в форме сегмента.

б)  Характер приводного усилия – закрытые (под действием постоянной силы пружины, веса груза и т.п.), открытые (когда привод включается то замыкается, а размыкается под действием силы размыкания) и комбинированные (совокупность открытых и закрытых приводов).

в) Принцип действия -  автоматические  и управляемые.

г) По своему назначению – стопорные (останавливают движение), спускные тормоза и регуляторы скорости.

Во время эксплуатации различают как служебные и экстренные (аварийные). Служебные служат для преднамеренной остановки и регулировки скорости движения в движении. Экстренное торможение служит для предотвращения аварийных ситуаций до максимального замедления транспорта.

Рассмотрим часть эволюционной цепи в развитии тормозных механизмов. Первые тормоза возникли на повозках. Тормозилось само колесо за счет взаимодействия систем рычагов. Колодка из дерева с  определенной силой прижималась  к наружной поверхности обода (колеса), что приводило к уменьшению окружной скорости и следовательно уменьшению скорости самой повозки. Отрицательным фактором на данный механизм сказывалась сырая погода, 50% потеря эффективности. При возникновении разнообразного транспорта механизм торможения претерпевал серьезным изменениям.

На первых автомобилях (например, К.Бенц) применялись колодочные тормоза, в качестве материала торможения была кожа. Эффективность не высокая, кожа быстро истиралась, и во время эксплуатации приходилось много раз менять материал торможения. В настоящее время на велосипедах используется данный вариант торможения, но более усовершенствованный. Колодки выполнены из металла, а накладки из фрикционного материала более стойкого к тепловым нагрузкам. Располагают по бокам обода.

В 20-е века транспортные средства достигали высоких скоростей (более 100 км/ч), из - за чего стала необходимость  в разработки наиболее эффективной  тормозной системы. Самыми первыми механизмами торможения стали - барабанные тормозные системы (они используются на современных транспортных средствах до сих пор). Принцип работы – колодки полукруглой формы прижимались к внутренней поверхности барабана (барабан чугунный). Колодки изначала были сделаны из чугуна, но потом стали делать из более износостойкого материала – асбеста.

В начале первых десятилетий  использовалась конструкция тормоза  в виде фрикционной ленты охватывающей тормозной барабан по всей поверхности. Барабанные механизмы взяли верх по сравнению с ленточными за счет своей эффективности и долговечности.

Долгое время существовали барабанные тормозные механизмы  и им не было ни каких конкурентов  вплоть до 50 – 60-х годов. Во время  их существования только претерпели системы приводов начиная от тяг, шкивов, заканчивая тросами. Со второй половины 30-40 годов становится в силу гидравлическая система привода, в которых через систему трубок разных длин заполненных жидкостью (растительное масло) действовали давлением на приводящие тормозные механизмы. Для снижения усилия на педали служили сервоприводы.

Считалось, что тормоза на передней оси приводили к неустойчивой управляемости. При условии правильной регулировки тормоза на передней оси оказались очень эффективными в управлении при торможении. К концу 10 и в начале 20-х годов тормозами стали снабжать все оси транспорта.

В 40 – 50 гг стали значительно  повышаться скорости транспортных средств  из-за значительного увеличения мощностей  двигателей.

 Помимо усовершенствования  приводных механизмов (гидровакуумных  усилителей) стали совершенствоваться и сами тормозные элементы. Первое улучшение в конструкции тормоза барабанного стало появление гидроцилиндра с двумя колодками (ведущими). Ранее гидроцилиндр был один, раздвигал сразу обе колодки, что было очень неэффективно.

Вес транспорта с мощностями все рос и рос, тормозные механизмы существенно перегревались и теряли свою эффективность. Необходимо было придумать, как более эффективней отводить тепло. К этому решению пришел материал из алюминия (который имел более высокую теплопроводность, а следовательно и теплоотдачу), в дальнейшем еще для более эффективной теплоотдачи этот материал приобрел оребрения (стала больше суммарная площадь поверхности теплоотвода).

Во время эксплуатации тормозные колодки изнашиваются и плохо прижимаются к поверхности  барабана, что приводит к уменьшению эффективности торможения. Что бы этот недостаток устранить был введен дополнительный механизм в виде экцентрика. Позволяющий во время эксплуатации немного смещать оси тормозных колодок, полностью восстанавливая их контакт с барабаном при торможении. Эти механизмы нуждались в постоянной регулировке, при этом было невозможно добиться равномерного торможения всех колес. Исключение этой проблемы стало введение в конструкцию гидроцилиндра, обеспечивающих компенсацию износа колодки (самоподвод). Ушла регулировка тормозов, повысилась безопасность.

В 50 – 60-е года тормозные  возможности транспортных средств  не успевали за ростом мощностей двигателей (в США это явно сказывалось), была гонка за более мощную и быструю  технику.

Поэтому в этих годах  конструкторы стали придумывать принципиально новые тормозные механизмы – дисковые тормозные механизмы. Колодки (фрикционные сегменты) стали прижиматься не к внутренней поверхности барабана, а к наружной поверхности диска (материал чугун). По конструкции был намного проще, легче, дешевле в материале, компактнее, безопаснее, чем  барабанные механизмы. 

Несмотря на малую  площадь соприкосновения колодок  был очень эффективен за счет равномерного прижатия колодки к поверхности  диска. Проще в обслуживании (проще  в замене колодок), усилие на колодках неограниченно (в барабанных все зависит от жесткости самого барабана).

Теплоотвод в дисковых тормозах лучше, так как воздух спокойно циркулирует между диском и поверхностью колодки. Для более лучшего охлаждения существуют вентилируемые диски, они разделены перемычками, воздух может спокойно попадать внутрь диска и еще эффективнее отводить тепло. Задние тормоза могут быть не вентелируемые, так как они не вырабатывают очень большого тепла.

Явным плюсом дисковых тормозов является самоочищение от воды, грязи, и продуктов износа. При его вращении вся грязь сбрасывается с рабочих поверхностей не ухудшая торможение в отличии от барабанного механизма.

Самым главным преимуществом  дисковых механизмов пред барабанными  является стабильность характеристик большие возможности в регулировке при работе, что приводит к более лучшему торможению, а следовательно к высокой безопасности движения.

В барабанном тормозном  механизме повышается эффективность  за счет его вращения во время движения транспортного средства, барабан «увлекая» за собой колодки дополнительно прижимает их к себе, что в итоге уменьшает усилие на педали тормоза. Что касается дисковых механизмов такой эффект отсутствует, потому что диск вращается в перпендикулярном направлении к сегментным колодкам (или к тормозному усилию). Для более легкого нажатия на педаль на транспорте с дисковыми тормозами присутствует сервопривод.

С дисковой конструкцией тормозной системы сложнее организуется привод стояночного тормоза, что  приводит к долгому пользованию  барабанных тормозных механизмов на задних осях транспортных средств. Также в качестве стояночного тормоза может использоваться отдельно барабанный тормозной механизм.

 Дисковые тормоза по сравнению с барабанными выделяют значительно больше тепла, что была причиной позднего массового внедрения дисковых тормозов. При использовании более ранних конструкций дисковых тормозов рабочая жидкость (растительные масла), при длительном торможении приводило к закипанию в гидроприводе, образованию пробок из пара, что приводило к провалу педали и ухудшению   эффективности торможения, безопасность уменьшалась. Появление высококипящей гликолевой жидкости привело к массовому применению дисковых механизмов. Применение старых масел (тормозных жидкостей) было полностью исключено.

В качестве минусу в дисковых тормозах, можно сказать, что они  из за своей открытости подвержены внешним факторам (погодным условиям, грязи и т.д.). Все продукты износа и грязь попадающая на рабочую  поверхность диска могут быстро привести к негодности. Если диск очень тонок то он слабо рассеивает тепло и в экстремальных ситуациях при больших нагрузках может треснуть. Необходимо тщательно следить за износом диска и в случае предельного состояния заметить на новый.

 В случае использования задних дисковых тормозных механизмов использование стояночного тормоза при отрицательной температуре воздуха необходимо исключить, так как часты случаи примерзания колодок к диску. Барабанный механизм лучше герметизирован и как правило меньше подвержен этому.

Изначально дисковые тормоза устанавливали, как правило, и на переднюю, и на заднюю ось. В  частности, именно так поступала  фирма Fiat. По мере того, как дисковые тормозные механизмы входили  в широкий обиход и становились, доступны хотя бы как дополнительное оборудование на сравнительно недорогих автомобилях, стали появляться и тормозные системы с передними (как более важными и эффективными) дисковыми и задними барабанными тормозами, несмотря на очевидную несбалансированность.

Существовали  различные конструкции дисковых тормозных механизмов — двух- и четырёхпоршневые, с неподвижной и плавающей скобой, вентилируемые, и так далее.

Впоследствии  и до настоящего времени конструкция  дисковых тормозов принципиально не менялась.

Тормозные диски  с перфорацией (просверленными в дисках отверстиями) — отчасти просто украшение, однако не совсем бесцельное: отверстия позволяют воде и газам, находящимся между поверхностью колодок и поверхностью диска, «забиваться» в них, и тормоза, таким образом, срабатывают быстрее, не ожидая лишнего поворота диска, очищающего его. Это может быть важным в ситуациях, встречающихся в автоспорте, однако при повседневной городской езде, как правило, некритично. К тому же отверстия уменьшают площадь трущейся поверхности диска, а еще в них могут забиться мелкие камешки, что потребует лишней работы по их удалению.

Дисковые тормоза  на всех колёсах стали стандартным  оборудованием большинства легковых автомобилей на Западе уже к концу 80-х годов.

На тяжёлых  автомобилях — в первую очередь грузовиках и автобусах, а также на очень больших легковых производства США — долгое время использовались барабанные тормозные механизмы, особенно в задних тормозах, так как у них проще увеличить мощность тормозного механизма за счёт наращивания площади колодок — для этого наряду с диаметром просто увеличивают ширину барабана. С тормозными дисками же, увеличить мощность тормозного механизма возможно лишь за счёт роста их диаметра, который ограничен размерами ободов колёс. Поэтому получается, что барабанный тормозной механизм можно сделать намного мощнее в абсолютном выражении за счёт большой площади колодок, несмотря на его меньшую относительную эффективность по сравнению с дисковым.