CC BY
7UOT 656:001.89
K9SK1n TORMOZLAMA ZAMANI AVTOMOBiLLaRiN TORMOZ SiSTEMiND9 YARANAN iSTiLiYiN MÜXTÖLiF METODLARDAN iSTiFAD9 ЕТМЭКЬЭ T9DQiQi
tex.f.d., dos. Q9HR9MANOV SÖBUHi 9BDÜL OGLU
Texnika sahasi Azarbaycan Respublikasi Ming39evir Dövlat Universiteti
Xülasa: Tddqiqat i§inda asasan naqliyyat vasitalari kdskin tormozlama etdikda baraban vd üzlükldrdd yaranan istiliyin müxtalif metodlardan istifada etmakla ara§dirilmasi aparilmi§, alda edilan naticalar va bu naticalarin standartlara uygunlugu yoxlanmi^dir. Avtomobillarin kaskin tormozlanmasi naticasinda tormoz sistemlarinda qizma ba§ verir. Temperatur yüksak hadda gatdiqda tormoz sisteminda korroziya va a§inma ba§ vera bilar. Bu vaziyyat tormoz xüsusiyyatina manfi tasir göstarir. ilk önca masalani ara§dirmaq ügün sada bir model formala§dirilmi§dir. Sonraki marhalada model üzarinda fiziki olaraq proseslarin yaratdigi tasirlar müayyanla§dirilmi§dir. Tadqiq olunan modelin daxili strukturunu görmak ügün sonlu farq üsulu ila bir va iki ölgülü modella§dirma aparilmi§dir. Hamginin, avtomobilin gakisinin tormoz sistemina tasir edib-etmadiyi müayyanla§dirilmi§, barabanlar va üzlüklarda mü§ahida olunan qeyri-sabit temperatur sahasi eksperimental mü§ahida üsulu ila müqayisa edilmi§dir.
Agar sözlar: tormoz sistemlari, baraban, istilik ayrilmasi, üzlük, a§inma, saha, avtomatla§dirma
Резюме: В исследовательской работе различными методами исследовано тепло, выделяющееся в барабанах и крышках при резком торможении транспортных средств, проверены полученные результаты и соответствие этих результатов нормативам. В результате резкого торможения в автомобилях происходит нагрев тормозных систем. Коррозия могут возникать в тормозной системе, когда температура достигает высоких пределов. Такая ситуация отрицательно сказывается на эффективности торможения. Сначала была сформулирована простая модель для исследования проблемы. На следующем этапе определялось влияние физических процессов на модель. Для того, чтобы увидеть внутреннюю структуру исследуемой модели, было выполнено одно и двумерное моделирование методом конечных разностей. Также было определено, влияет ли вес автомобиля на тормозную систему. Нестационарное температурное поле, наблюдаемое в барабанах и крышках, сравнивалось с экспериментальным методом наблюдения.
Ключевые слова: тормозные системы, барабан, тепловое разделение, покрытие, износ, поле, автоматика
Summary: In the research work, the heat generated in drums and covers when vehicles brake sharply was investigated using various methods, the obtained results and the compliance of these results with the standards were checked. As a result of sharp braking in cars, heating occurs in brake systems. Corrosion can occur in the braking system when temperatures reach high limits. This situation has a negative effect on the braking performance. First, a simple model was formulated to investigate the issue. In the next stage, the effects caused by physical processes on the model were defined. In order to see the internal structure of the studied model, one- and two-dimensional modeling by finite difference method was performed. Also, it was determined whether the weight of the car affects the braking system. The non-steady temperature field observed in the drums and covers was compared with the experimental observation method.
Keywords: brake systems, drum, heat separation, coating, wear, field, automation
Giri§
Yol naqliyyat hadisalarinin azaldilmasi, mala va cana dayan ziyanin minimuma endirilmasi ü9ün görülan i§larin an mühümü naqliyyat vasitalarinin avtomatla§dmlmi§ tormoz sistemlarinda hayata ke9irilan yeniliklardir. Tormozlama avtomobilin harakat istiqamatina qar§i qüvva yaradan tormoz sisteminin bir hissasidir. Bir cismin harakatini dayandirmaq va ya süratini azaltmaq ü9ün onun potensial va kinetik enerjisini müxtalif üsullarla sarf etmasina tormozlama deyilir. Tormoz sistemlari istifada maqsadina va istifada olunan enerjiya göra tasnif edilir [3]. Tormoz sisteminin an 90X istifada olunani barabanli va diskli tormoz sistemlaridir (§ak. 1).
§ak. 1. Barabanli va diskli tormoz sistemi.
Tormoz pedali sixildiqda tormoz sistemindaki maye yerini dayi§arak, guclandiricilar vasitasi ila tormoz disklarina qovulur va naqliyyat vasitalarinin disklarinda tormoz uzluklari vasitasi ila surtunma quvvasi yaradaraq naqliyyat vasitasinin yava§imasina va sonda tam §akilda dayanmasina sabab olur. Tormoz pedalina tasir edan quvva disk uzarinda harakat edarak tormoz uzluklarini barabana sixir va takarin firlanma suratini azaldir. Naticada, tormoz sistemi naqliyyat vasitasinin harakati naticasinda yaranan kinetik enerjini manimsayir va istilik enerjisina 9evirir. Bu prosesin ba§ vermasina baxmayaraq baraban daimi olaraq tormoz sistemi tarafindan yuksak garginliklarin tasiri altindadir [1]. Bu isa onu demaya asas verir ki, tormoz prosesi zamani surtunma naticasinda yaranan yuksak istilik barabandan va uzluklardan suratla kanarla§dirilmalidi.
Tacrubanin aparilmasi
Avtomatla§dirilmi§ tormoz sistemlarinin i§i zamani suru§ma quvvasinin meydana galmasi ila birlikda istilik enerjisinin yaranmasi va onun paylanmasi prosesida formala§mi§dir. Tormoz zamani sutunmadan formala§an istilik enerjisi, surtunmaya maruz qalan ara qatlarinin istilik oturulmasini ozunda birla§diran dinamik hesablamalarla alaqalandirilir [4].
Barabanda yaranan surtunma quvvasi (1) tanliyindan istifada etmakla tayin edilir;
/ = — (1)
' 8rma v y
Burada m avtomobilin kutlasi (kq), R takarin radiusu (m), a avtomobilin yava§lama suratlanmasi (m/s2), rm barabanin markazindan yanlara qadar olan masafadir (m), A barabanin sahasidir (m2) [2].
Tormoz uzluklarinin sathina tatbiq olunan tazyiqin yaratdigi istiliyin lokal qiymati, termostatik tasirlar va eksperimental olaraq muayyan edilmi§ uzluk a§inmasinin tasirlari, uzluk-baraban arsindaki
tazyiq tasirindan yaranan a§inmalar va bunun naticasinda ortaya 9ixan tormoz xüsusiyyatinin qiymatlandirilmasinda nazara alinmaqdadir.
Tormoz sisteminda sürtünmanin tasiri ila barabanin markazindan r masafada t zaman aninda vahid sahaya hasil edilan istilik miqdari a§agidaki tanlikla tayin olunur[6].
q(r, t) = -fdd(r, t)=^r(W0 + at) (2)
Burada dd diskin tam sürati (m/s), W0 bucaq süratidir (m/s).
Baraban va üzlük arasindaki sürtünma naticasinda yaranan istilik miqdari (3) tanliyindan tayin edilir. Yaranan bu istilik baraban va üzlük hava ila tamasda oldugu sath sahalarindan istilik ötürma va radiasiya (istiliyin yayilmasi) yolu ila atraf mühita ötürülür. ötraf mühita ötürülan istilik miqdari a§agidaki kimi hesablanir [5].
qyay = -h(T - Tm) - £&(T4 - T£) (3)
Burada h - istilik ötürma amsali, T - sathin temperaturu (°C), Tm - atraf mühitin temperaturu (°C), e - radiasiya emissiya amsalidir, a - Stefan Boltzman sabitidir. Hazirlanmi§ modela baraban va üzlüyün istilik ke?iriciliyi va ke9id vaxti istilik ötürma tanliyi daxildir.
pcp=yt = q + V(kVT) (3)
Burada k - istilik ötürma amsali, cp - xüsusi istilik va q - vahid hacmda istehsal olunan istilik miqdari, tanliyin sol tarafinda verilmi§ temperatur qradiyenti zamana göra dayi§mani, tanliyin sag tarafinda verilan temperatur qradiyenti mövqeya göra dayi§mani göstarir.
Eksperimental tadqiqat üsullari ila daha yax§i naticalar alda olunsa da, eksperimental qurgunun qurulmasinda yaranan 9atinliklar, yüksak qiymat, öl9ma 9atinliklari va uzun tacrüba müddati buna mane olmaqdadir. Bu zaman sarhad §artlari düzgün müayyan edilmali va eksperimental malumatlarla yoxlanmalidir. Belalikla, müxtalif §artlarda tacrüba aparmadan düzgün natica alda etmak mümkündür.
Tadqiqat i§inda adadi üsullarin istifadasi müxtalif parametrlarin ara§dirilmasinda 9ox süratli, ucuz va praktik hallar gatirir. Bununla bela, naticalarin eksperimental dastayi naticasinda adadi üsullarin düzgün istifadasi mümkündür. Müayyan edilmi§ riyazi modellar müxtalif parametrlari ara§dirmaq maqsadi da§iyir [7].
Klassik tormoz analizinda tormoz firlanma momenti va temperaturu ayrica olaraq alda edilmi§, üzlük-baraban sisteminda temperaturun müvaqqati paylanmasi Aqreqat Parametrlar Modelina asaslanan analitik hall va Sonlu Farq yana§masindan istifada etmakla hazirlanmi§, hesablama metodu ila tapilmi§dir.
Model zamandan asili olaraq müxtalif sarhad §araitinda tadqiq edilmi§dir. Yaradilan model agir yük avtomobillarinda tormoz va da§ima parametrlarindan istifada etmakla alda edilir. Avtomobilin süratinin, xarici §araitin, tormoz qüvvalarinin va dinamik qüvvalarin tormoz sistemindaki temperatura tasiri tadqiq edilmi§ va eksperimental malumatlar ila müqayisa edilmi§dir [8].
Tacrüba yolu ila alda edilmi§ qiymatlara yaxin naticalar veracak model üzarinda i§lamak asas maqsad kimi ortaya qoyulmu§dur. Ba§lamaq ü9ün, bir öl9üda istilik va soyutmani mü§ahida etmak ü9ün elementar bir model formala§dirilmi§dir.
Bu modelda Markazla§dirilmi§ Parametr Modelindan istifada olunur. Burada barabanin temperaturunun har yerda eyni oldugu, yani temperaturun mövqe funksiyasi olmadigi, yalniz zamandan asili oldugu qabul edilir [9].
Q = (5)
Burada Q -tormozlama zamani ortaya çixan istilik, Ek - kinetik enerji, j - takar nazara alinmaqla kinetik enerjinin na qadar istiliya çevrildiyini göstaran bir amsaldir.
Avtomobil д sürat va a tacili ila harakat edarsa, açagidaki tadqiqat üsullari etibarli olacaqdir.
dd a = — d
Ek=\mô2 (б)
Q = —rpmOa
Aparilmi§ tadqiqat 30 km/saat ila 60 km/saat arasinda iyirmi ardicil aparilmi§ sinaqlarin naticasinda formala§dirilmi§dir. Burada sinaq ba§a çatdiqdan sonra barabanin temperaturu 395,5 0C, üzlüklarin temperaturu isa 157 0C oldugu müayyan edilmi§dir. Bu qiymatlar naqliyyat vasitalari dayandiqdan sonra tormoz sistemi soyumaga baçlayanda alda edilan naticalardir. Üzlüklarin va barabanin handasi qruluçunu nazara alaraq, onlarin har biri üçün vahid temperatur qiymati farziyyasi ila bir model yaradilmiçdir. Baçlangic nöqtasi avtomobilin harakata baçladigi andan asilidir. Süratin 30 km/saat va 60 km/saat arasinda sabit oldugunu nazara alaraq tormoz va süratlanma tezliyi tayin edilir [10].
Keçirici istilik ötürülmasi ümumiyyatla temperatur va temperatur gradientindan asilidir. Temperatur sahasinin makan va zamana göra dayiçan riyazi ifadasi açagidaki kimidir.
T = T(x,y,z,t) (7)
Baraban haddindan artiq qizarsa, üzlüklardaki sürtünma amsali azalir, üzlükda açinma meydana galir va bu da avtomobilin tormoz xüsusiyyatina manfi tasir göstarir. Tormoz sistemi 327°C-dan yuxari temperaturlarda siradan çixmaga baçlayir. Buna göra istehsal marhalasina baçlamazdan avval tormoz sisteminin hansi temperatur hadlarinda düzgün içlaya bilacayi müayyanla§dirilmalidir [10]. Eyni zamanda, haddan artiq qizmadan sonra ananvi soyutma ila normal temperatura çatmagin na qadar vaxt apardigi araçdirilmalidir.
Tadqiqatin i^inin elmi yeniliyi
Aparilan tadqiqat i§inda avtomobilin süratinin, baraban materialinin, avtomobilin çakisinin va sürtünma amsalinin baraban üzlük sistemina tasiri ayrica ara§dirilmi§dir. Tahlillar avtomobilin seçilmiç süratla harakat etdiyini, qafil tormozlanmanin 2 saniyadan sonra edildiyini va tormoz vaxtinin 4 saniya davam etdiyini nazara alaraq aparilmi§dir. Aparilan tahlillarda, an yüksak temperatur dayarinin meydana galdiyi baraban va üzlüklarin interfeysindaki istinad nöqtasi asas götürülür. Alinan naticalari açagidaki kimi ümumila§dirmak olar;
1. Avtomobilin süratinin artmasi tormoz sisteminin haddindan artiq qizmasina sabab olur.
2. Tahlillarda seçilmiç sürtünma amsali azaldiqca, baraban va üzlük arasinda a§agi temperatur qiymati meydana galir. Baraban va arasinda sürtünma amsali artdiqca haddindan artiq istilik yaranir.
3. Tormozlamadan sonra 4 saniya arzinda baraban va üzlük sisteminda sabit va yava§ soyutma dövrü ba§ verir.
4. Aparilan araçdirmada azkarbonlu polad barabanlar ila tachiz olunmu§ 1500 kq-liq avtomobilin 120 km/saat süratla harakat edan zaman qafil tormozlanmasi zamani 0,6 sürtünma amsali
ila эп yüksak temperatur qiymatina (348,13 0C) çatmi§dir. Эп a§agi temperatur qiymati (111,71 0C) 80 km/saat süratla tormozlanma naticasinda, sürtünma amsali 0,6 olan 1500 kq-liq avtomobilda va çuqun materialli barabanlarda alda edilmi§dir. Lakin parametrik analizin naticalarina göra, naqliyyat vasitasinin sürati, avtomobilin çakisi va sürtünma amsali artdiqca barabanin maksimum temperatur qiymatinin da artacagi mü§ahida olunmuçdur.
5. Tormoz sisteminda alda edilan yüksak temperatur mahsulda garginliklara va qüsurlara sabab ola bilar. Buna göra da, tormoz sisteminin layihalandirilmasi zamani bu vaziyyat nazara alinmalidir. Eyni zamanda yüksak temperaturlara davamli materiallar seçilmalidir.
6. Raqamsal araçdirmalarla barabanli tormoz sisteminin istehsala baçlamazdan avval na qadar istiliya tab gatira bilacayi müayyan edilmalidir.
Natica
Tadqiqat i§inin sonunda müayyanla§dirilmi§dir ki, konstruktorlar tormoz sistemlarinin layihalandirilmasinda va prosesin takmillaçdirilmasinda müxtalif metodlardan istifada eda bilarlar. Bu metodlar sayasinda tacrüba etmadan qisa müddatda optimal §araitda mahsullar alda etmak, hamçinin sürtünma va garginlik analizlari edarak tormoz baraban va üzlük sistemini takmilla§dirmak va optimallaçdirmaq mümkündür. Eyni zamanda baraban üzlük materiallarinin konstruktiv xüsusiyyatlari araçdirilaraq yüksak temperatura, sürtünmaya, yükgötürmaya davamli, ucuz va keyfiyyatli olan materiallar alda edilarak baraban va üzlük sistemi daha samarali hala gatirila bilar.
9D9BiYYAT
1. S.K.Gözalov, B.F.Namazov, Ç.H.Hasanov, R.T.Mammadov "Avtomobil konstruksiya xüsusiyyatlari". Darslik. - Baki, "OSKAR" NPM, 2014, - 384 s.
2. B.F.Namazov, R.K.Qasimov "Avtomobillarin harakat nazariyyasi va hesabi". Baki: Zardabi na§r., 2012. - 337s.
3. Https://auto.howstuffworks.com/auto-parts/brakes/brake-types/disc-brake1.html
4. Bayrakçeken, H.,& Düzgün, M. (2005). Taçitlarda Fren Verimi Ve Frenleme Mesafesi Analizi. Politeknik Dergisi, 8(2), 153-160.
5. Erdem, M., Altiparmak, D., "Fren Disk Sicakliginin Frenleme Performansina Etkisi", Cilt 29, No 2, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 425-432, (2014).
6. Aleksendric, D., Duboka, C., "Fade Performance Prediction of Automotive Friction Materials by Means of Artificial Neural Networks", Wear, 2017, 262:778-790.
7. Adamowicz, A, Grzes, P., "Three-Dimensional FE Model For Calculation of Temperature of A Thermosensitive Disk", Applied Thermal Engineering, 2013, 50:572-581.
8. Chand, N., Hashmi, S.A.R., Lomash, S. and Naik, A., "Development of Asbestos Free Brake Pad", Vol 85, IE (I) Journal MC, (2004).
9. Floquet, A., Dubourg, M.C., "Non axis symmetric effects for three dimensional Analyses of a Brake", ASME J. Tribology, 1994, 116:401-407.
10. Mosleh, M, Blau, P.J., Dumitrescu, D., "Characteristics and Morphology of Wear Particles from Laboratory Testing of Disk Brake Materials", Wear, 2003,352:114-120.
