Постановка задач исследования подачи сжатого воздуха на фрикционные поверхности тормозного механизма с учетом эффекта сопла Лаваля

УДК

DOI:

Аннотация

Для охлаждения тормозных механизмов барабанного типа лесотранспортных машин и выноса продуктов износа из зоны трения рекомендовано подавать сжатый воздух на фрикционные поверхности механизма. Установлено, что для повышения коэффициентов эффективности и стабильности тормозного механизма необходимо подавать сжатый воздух в зону трения перед процессом торможения, т. е. перед тем, как тормозные колодки соприкоснуться с тормозным барабаном. В этом случае, в процессе торможения будут участвовать более очищенные фрикционные поверхности. При проведении эксперимента на компьютеризированном однорамном тормозном стенде (экран «люкс» 28", 15Т / 2^* 11кW /44803, модель 7515–М 11FP NORD+102561 фирмы «Muller-BEN», сер. № 330) установлено, что подача сжатого воздуха перед процессом торможения повышает тормозную силу на экспериментальном колесе автомобиля ЗИЛ ММЗ-554 на 14 %. Требовалось теоретически обосновать полученный результат и предложить математическую модель процесса истечения сжатого воздуха по фрикционным поверхностям. Авторы обратили внимание на то, что газ на фрикционных поверхностях тормозного механизма ведет себя как газ, истекающий из сопла Лаваля. Поэтому в статье процесс истечения воздуха по поверхностям тормозного механизма рассматривается как процесс истечение газа через сопло. Сопло состоит из пары усеченных конусов, сопряженных узкими концами. Известно, что при дозвуковой скорости движения газа сопло сужается, при сверхзвуковой – расширяется; при движении газа со скоростью, равной скорости звука, площадь поперечного сечения сопла достигает экстремума, т. е. оно имеет самое узкое сечение, называемое критическим. Согласно полученным данным, были сделаны следующие выводы: сжатый воздух, который поступает из подводящих штуцеров на фрикционные поверхности тормозного механизма в процессе их срабатывания, гипотетически ведет себя как газ, который протекает через сопло Лаваля; охлаждение фрикционных поверхностей тормозного механизма в процессе торможения, вынос продуктов износа из зоны трения, влаги и грязи, а также баланс сил, нормальных к фрикционным поверхностям, можно рассматривать физические явления, которые характерны для газа, проходящего через сопло Лаваля и омывающего (в нашем случае) фрикционные поверхности; для анализа протекания данного физического процесса требуется выполнить его качественное математическое описание и провести ряд точных экспериментов.

Сведения об авторах

© Д.Г. Мясищев, д-р техн. наук, проф.

А.С. Вашуткин, канд. техн. наук, ст. преп.

А.М. Швецов, асп.

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, 163002; е-mail: d.myasishchev@narfu.ru

Ключевые слова

Литература

1. Вашуткин А.С., Мясищев Д.Г. Анализ функционирования барабанных тормозных механизмов автолесовозов и пути улучшения их показателей // Лесн. журн. 2010. № 3. С. 61–68. (Изв. высш. учеб. заведений).

2. Вашуткин А.С. Улучшение эксплуатационных свойств тормозной системы лесотранспортных машин: дис. … канд. техн. наук. Архангельск, 2012. 139 с.

Ссылка на английскую версию:

Problem Statement of Air-Feed Research on Frictional Surfaces of the Brake Assembly Taking into Account Effect of the Laval Nozzle

D.G. Myasishchev, Doctor of Engineering, Professor

A.S. Vashutkin, Candidate of Engineering, Senior Lecturer

A.M. Shvetsov, Postgraduate Student

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russia; е-mail: d.myasishchev@narfu.ru

For cooling of drum type brake assemblies of the timber-hauling machines, carryover of wear debris from a friction zone it was recommended to fan the compressed air on device’s frictional surfaces. It has been established that for increase of efficiency factor and stability coefficient of the brake assembly, the compressed air is required to be fan to a friction zone before braking process i.e. before brake shoes to adjoin to a brake drum. In this case, braking process will be with more "pure" frictional surfaces. It is experimentally established that air feed before braking process led to increase of braking force on an experimental wheel for 14 %. It was required to prove theoretically this result and to make mathematical model of process of the expiration of the compressed air on frictional surfaces. Authors paid attention that the gas expiration on frictional surfaces of the brake assembly behaves as the gas expiring from the Laval nozzle. Therefore in article process of air effluxion on surfaces of the brake assembly as process the gas expiration through the Laval nozzle is considered. The nozzle consists of frustum of cone couple interfaced by the narrow ends. Thus it is known that: at a subsonic speed of gas movement – the nozzle is narrowed; at a supersonic speed of gas movement – the nozzle extends; at gas movement of equal acoustic speed – the area of a nozzle cross section reaches an extremum that is it has the narrowest section called the critical. According to this, the following conclusions were drawn: the compressed air which arrives on frictional surfaces of the brake assembly in the course of their operation from bringing unions, hypothetically behaves as gas which proceeds through the Laval nozzle; frictional surfaces cooling of the brake assembly in the course of braking, carryover of wear debris from a zone of friction, moisture and dirt, and also the balance of forces normal to frictional surfaces, probably, to consider according to the physical phenomen which are characteristic for the gas passing through the Laval nozzle and washing, in our case, frictional surfaces; for the analysis of course of this physical process it is required to execute its qualitative mathematical description and to carry out a number of the exact, difficult experiments proving its existence.

Keywords: the Laval nozzle, local gas density, local gas pressure, local gas speed, local acoustic speed of gas, brake assembly, gap.

REFERENCES

1. Vashutkin A.S., Myasishchev D.G. Analiz funktsionirovaniya barabannykh tormoznykh mekhanizmov avtolesovozov i puti uluchsheniya ikh pokazateley [Analysis of Drum Brakes Functioning of Log Trucks and Ways of Improving their Performance].
Lesnoy zhurnal, 2010, no. 3, pp. 61–68.

2. Vashutkin A.S. Uluchshenie ekspluatatsionnykh svoystv tormoznoy sistemy lesotransportnykh mashin: dis. … kand. tekhn. nauk [Running Ability Improvement of Brake System of Timber-Hauling Machines: Cand. Tech. Sci. Diss.]. Arkhangelsk, 2012. 139 p.