Verificarea franelor la uzura

Verificarea franelor la uzura

Incarcarea specifica si puterea specifica, presiunea specifica si lucrul mecanic specific, sunt cativa din parametrii ce duc la determinarea uzurii garniturilor de frictiune si la cunoasterea durabilitatii necesara acestora

1 Presiunea specific ape suprafata garniturilor de frecare

Uzura garniturilor de frictiune se poate aprecia cu ajutorul cunoasterii parametrului de presiune specifica la suprafata garniturilor.

Se alege ca presiune specifica medie , presiunea dintre tambur si garniture de frictiune.

Pentru sabotul primar astfel se defineste presiunea , iar pentru sabotul principal in care:

si .

In proiectare se recomanda ca valoarea lui

Presiunea pe discul rotilor din fata, este uniform distribuita si se considera o valoare medie a acesteia egala cu:

2 Lucrul specific de frecare

Lucrul specific de frecare este definit de urmatoarea relatie:

unde = suprafata totala a garniturilor de frictiune de la toate rotile;

= lucrul mecanic al fortelor de franare.

Lucrul mecanic al fortelor de franare se determina din conditia ca in timpul franarii variatia energiei cinetice sa fie egala cu lucrul mecanic de franare:

Limitele intre care variaza sunt urmatoarele:

pentru autoturisme: viteza de la care incepe franarea pana in momentul opririi

La V=30 km/h limita este

Pentru V=140 km/h limita este

Aria totala a suprafetelor de frecare este:

Pentru V= 30km/h:

ceea ce inseamna o usoara uzura a placutelor de frana

Pentru V=140km/h:

3 Puterea specifica pe garniture de frictiune

Verificarea se face separat pentru fiecare punte, avand in vedere distributia fortei de franare pe punti exprimata prin coeficientii si cu relatiile:

si

Limitele uzuale pentru franele disc sunt:

Limitele uzuale pentru franale cu saboti sunt:

4 Incarcarea specifica a garniturii de frictiune

Relatia:

defineste incarcarea specifica.

4.4 Calculul termic al franelor

Pentru studiul termic al franarii se vor analiza urmatoarele cazuri de franare: franare intensiva, franare indelungata, franari repetate effectuate la intervale de timp regulate si egale ca intensitate.

4.4.1 Franare intensive

Se considera ca intreaga cantitate de caldura degajata este preluata de frana neglijandu-se schimbul de caldura cu exteriorul. Conductibilitatea termica a garniturilor de frictiune fiind redusa, aproape intreaga cantitate de caldura este preluata de disc. Cresterea de temperatura, a discului la o franare intensiva de la o viteza la oprire este data de relatia:

unde: = coeficient ce reprezinta fractiunea de caldura produsa si preluata de tambur, in cazul franelor disc =0.99 iar pentru tambur =0,9..0,95

= greutatea tamburului (discului)

= caldura specifica a tamburului (discului) [kcal/kg C]

= coeficientii de repartitie a fortei de franare pe punti

= numarul rotilor franate echipate cu frane tambur (disc)

Este recomandabil ca la o franare intensive de la 30 km/h pana la oprire, sa nu depaseasca C. Se considera forma simplificata a discului:

Daca discul se confectioneaza din fonta cenusie, densitatea materialului va fi

Masa discului (vezi anexa):

Greutatea discului:

Masa tamburului (vezi anexa) se calculeaza:

4.4.2 Franarea indelungata

Cu ajutorul relatiei se poate aproxima temperature maxima a tamburului (discului) in cazul franarii indelungate:

unde:

= coeficientul de repartitie al caldurii intre garniturile de frictiune si tambur (disc)

(= 1 daca se considera garniturile ca fiind izolatoare);

= densitatea fluxului de caldura in si care se determina cu relatia:

ρ = densitatea meterialului tamburului (disc) [kg/m³]

c = caldura specifica a tamburului (discului) [kcal/kg ⁰C]

a_f = deceleratia la franare [m/s²]

v = viteza de deplasare a autovehiculului [km/h]

α_t = difazitatea termica [m/s²] pentru determinarea sa se alege din tabelul 4.5 valoarea conductivitatii termice ca fiind l=52.2 W/m*⁰C.

Pentru franele disc vom avea:

Pentru franele cu tambur vom avea:

Se alege si .

Temperatura maxima a discului va fi:

Temperatura maxima a tamburului va fi:

Temperaturile maxima nu trebuie sa depaseasca 300.

4.4.3 Franari repetate

Relatia: determina cresterea de temperatura.

= energia absorbita la o singura franare. Cresterea de temperatura obtinuta la frane, daca autovehiculul este franat de la 30km/h pana la oprire s-a calculat la punctual 4.4.1.

Temperatura de saturatie a tamburului (discului) este:

unde:

t= temperatura mediului ambient:

b = coeficient ce caracterizeaza conditiile de racier ale franelor (b=0,001 , valorile superioare corespund unor frane cu ventilatia mai buna (frana cu disc)

= intervalul dintre franari

Se alege =30[s]

Pentru franele disc:

Pentru franele tambur:

Este recomandabil ca temperaturile limita sa nu depaseasca ceea ce se si realizeaza.

4.5 Calculul actionarii hidraulice

Determinarea diametrelor cilindrilor pompelor receptoare, se face cu relatia:

dupa ce in prealabil a fost adaptata presiunea lichidului p.

Unde:

S = forta de actionare a placutelor de frictiune [daN]

p = presiunea lichidului din sistem [daN/cm²].

Se alege .

Rezulta

Pentru franele disc ;

Pentru franele tambur .

Se alega diametrul pompei centrale. Se poate determina raportul de transmitere al pedalei daca se alege forta la pedala maxima sau invers din relatia:

sau

in care = raportul de transmitere al pedalei (uzual =3,5..6)

raportul de transmitere hidraulic

= randamentul mecanismului hidraulic de actionare

Pentru autoturisme forta maxima admisibila la pedala de frana este de 50 [daN].

sau

Deci

Se poate calcula forta la pedala maxima alegand raportul si randamentul hidraulic =0

Forta maxima admisibila la pedala de frana este de 5065 daN pentru autoturisme. Se observa ca forta obtinuta pentru apasarea pedalei de frana se incadreaza intre aceste valori. Valoarea obtinuta totusi este apropiata de valoarea superioara ceea ce inseamna ca sistemul de franare proiectat va fi dotat cu o servofrana pentru diminuarea fortei de actionare a pedalei. De obicei implementarea servofranei in sistemul de franare duce la o reducere cu pana la jumatate a efortului depus la franare.

Pentru obtinerea unei reduceri a fortei la pedala cu aproximativ 20 de daN diametrul servofranei este dat de relatia: F_p = 20 + F_p1 unde: F_p1 = fota de actionare a pedalei cand actioneaza si servofrana, iar valoarea de 20 daN este forta cu care contribuie servofrana. Se considera ca pe o parte a diafragmei din servofrana actioneaza presiunea atmosferica in timp ce in cealalta parte depresiunea generata de motor este de 0,8 atm. Astfel diferenta de presiune este de 0,2 atm. Stiind ca P = F/S [daN/cm²] in acest moment se poate calcula diametrul maxim al servofranei care este de 36 cm. De mentionat ca acest calcul este empiric si este aproximativ, el fiind folosit doar pentru a ne face o idee asupra diametrului servofranei.

Tinand cont de volumele de lichid corespunzatoare curselor de lucru ale pistoanelor receptoare, de volumul de lichid consumat pentru preluarea jocurilor si de volumul de lichid corespunzator dilatarilor conductelor elastice, putem determina cursele pistoanelor receptoare.

Pentru franele cu disc (fig. 4.5.1) cursa maxima a pistonaselor pompei receptoare se poate determina cu relatia:

unde: j= jocul dintre placuta si disc (j=0,10..0,30 [mm])

u = uzura admisibila a garniturii de frictiune in exploatare (daca se alege grosimea garniturii de 9[mm] si se considera garniture lipita de support atunci uzura admisibila va fi de 7[mm])

= deformarea garniturii de frictiune ()

= cresterea latimii discului pe o parte, datorita incalzirii in timpul franarii (=0 [mm])

= uzura admisibila a latimii discului pe o singura parte ()

Pentru franele cu tambur cursa maxima a pistonaselor pompelor receptoare se poate calcula cu relatia:

= cresterea diametrului tamburului datorita incalzirii in timpul franarii (=0 [mm])

= uzura admisibila a diametrului tamburului (=1[mm])

j = 0 [mm] cand garniture de frictiune este noua

in care este grosimea garniturii de frictiune lipite pe sabot;

~0 [mm]

a=100[mm]

c=79[mm]

Cursele de lucru ale pistoanelor receptoare se determina cu relatiile:

Cursele pistonaselor pompei centrale in tandem se calculeaza tinand seama de volumele de lichid corespunzatoare curselor de lucru ale pistonaselor pompelor receptoare, de volumul de lichid corespunzator dilatarilor conductelor elastice ( pentru fiecare metru de lungime).

Pentru franele disc vom avea:

= volumul dezlocuit de pistonul primar al pompei centrale

= volumul de lucru al pistonasului pompei receptoare fata

Se considera ca lungimea furtunului de lichid al rotilor fata este de 0 [m].

sau