CC BY
15
5. ШФОРМАЦШЙИШ ТЕХНОЛОГИ
ГАЛУЗ1
УДК 629.113-59.001.4 Проф. Г.С. Гудз, д-р техн. наук; тж. 1.Я. Захара; доц. М.М. Осташук, канд. техн. наук - НУ "Львiвська полiтехнiка"
визначення тривалост1 переходу на кваз1усталений тепловий режим автомоб1льних дискових гальм при цикл1чних гальмуваннях
Наведено принципи комп'ютерного моделювання теплових процесiв у автомо-бшьних дискових гальмах за циклiчних гальмувань. Визначено тривалiсть досягнен-ня в парах тертя гальм квазiусталеного теплового режиму в разi застосування конструктивних варiантiв дискiв за рiзних густин генеровано! теплоти на випробову-ваннях I. Встановлено, що температурний режим невентильованих дискових гальм з металокерамiчними накладками в кшщ випробувань I на 35-40 % нижчий вщ анало-гiчних з азбестополiмерними.
Ключов1 слова: тепловi моделi, дисковий гальмовий мехашзм, автотранспор-тний засiб, випробування I.
Постановка проблеми. Зростання штенсивност руху та полшшення швидюсних властивостей автотранспортних засоб1в (АТЗ) посилюють проблему тдвищення !х активно! конструктивно! безпеки, яка значною м1рою за-лежить вщ теплового стану гальмових мехашзм1в. Тому пошук шлях1в мшь м1зацп цього стану завжди перебувае у пол1 уваги конструктор1в АТЗ, що й визначае актуальшсть питання.
Аналiз останнiх дослiджень та публшацш. Дослщженню темпера-турних режим1в дискових гальм АТЗ присвячеш роботи Н.В. Влад1м1рова, А.Б. Гредескула, М.А. Подригала, 1.С. Оржевського та шших вчених. У цих дослщженнях вщзначено позитивний вплив вентиляцшних канал1в на температурний режим дискових гальм, але без кшьюсного пор1вняння з невен-тильованими дисками. У робот [1] показано практичну щентичшсть темпе-ратурних режим1в гальм з вентильованими та невентильованими дисками тд час випробувань II [2], тобто констатовано неефектившсть вентиляцшних ка-нал1в на вказаному тиш випробувань. Тому виникла потреба виконати так
дослщження гальм на вип-робуваннях I на режимах цикшчних гальмувань.
Метою роботи е визначення тривалост переходу на кваз1усталений тепловий режим автомо-бшьних дискових гальм тд час випробувань I за допо-могою математичного мо-делювання процесу.
Рис. 1. Сектор просторово'1 сьтки тривим1рно1 модель гальма з вентильованими дисками
Виклад матерiалу. Моделювання попереднього етапу випробувань I передбачае необхiднiсть роз'еднання пар тертя дискового гальма (рис. 1) тс-ля кожного з 20 циктв гальмувань АТЗ категори М3.
Для розрахункового визначення температурних полiв у дискових галь-мах потрiбно розв'язати рiвняння у часткових похiдних, як описують проце-си теплопереносу в складних об'ектах з розподiленими параметрами за вщпо-вiдних крайових умов:
Л(х, у, z) д2Т + Л(х, у, z) д2Т + Л(х, у, z) д2Т + Q(x, у, z) = ср(х, у, z) дт, (1) дх2 ду2 дz2 дт
де: Т- температура; х, у, z - поточш координати; А(х, у, z) - коефiцiент теп-лопровiдностi; ср(х, у, z) - об'емна теплоемшсть; Q(х, у, z) - густина теплового потоку; т - час.
Охолодження пар тертя гальмiвного мехашзму пiд час 1х роз'еднання описуеться рiвнянням:
Л(х, у, z) д22 + Дх, у, z) д22 + Л(х> у, z) д22 = с рх, у, z) дт. (2)
дх2 ду2 дz2 дт
Для розв'язку рiвнянь (1) i (2) використано розрахунковий модуль [2], створений на базi програмного комплексу "Фур'е - 2 ХУ7" [3], який дае змо-гу розв'язувати двовимiрнi та тривимiрнi задачi теплопереносу в дiалоговому режимi та отримувати результати у зручному та наочному для використання виглядь
Моделювання попереднього етапу випробувань I полягае у його здшсненш на трьох моделях: моделi на^вання гальма в збор^ моделi ости-гання металокерамiчних гальмiвних накладок у зборi з колодками та моделi остигання гальмового диска [4]. Для прикладу, представлений файл на^ван-ня гальмового мехашзму, який мае конф^уращю, наведену на рис. 2.
На сггщ за координатою z моделюеться сектор див. рис. 1, який з дос-татньою степеню точностi [5] зведений до двовимiрноl сiтки. При цьому змь ни середньо! товщини сектора за координатою у з кутом Ду враховуеться змь ною теплофiзичних коефщенлв для кожного горизонтального рядка сггки. Перший горизонтальний рядок буде вщповщати встановленим крокам за простором х, у, z i в нього задаються дiйснi теплофiзичнi коефiцiенти. В нас-тупних рядках 1х значення визначають вiдповiдно до змiни середньо! товщини за координатою z залежно вiд просторового кроку за координатою у.
У математичному модулi використовуеться прямокутна система координат, в якш допускаеться рiзна дискретизащя за координатами х, у, z.
07011
2 , ? О. 002 О. 01 0.01 о
2П 0.001 66
О
-№
Временной шаг
Время прогноза
Пространственный шаг по х
Пространственный шаг по у
Пространственный шаг по т.
Теплопроводное ть. 1f
Теплопроводное ть. 1а
Температура
Погрешнос ть
Номер схемы
Вариант
Режим расчета
Текущее время <секунд>
Количество итераций
Рис. 2. Конф^уращя файлу нагрiвання гальма
Крок за координатами дор1внюе Ах = 0,002 м; Ау = 0,01 м; Аг = 0,02 м. Задаемо однорщний початковий розподш температур 7=20 °С. З пер-шого стовпчика масив1в теплоф1зичних коефщенпв на кожний рядок вузл1в пропорцшно дшсним площам задаються 1х значення.
Конф1гуращя модел1 створена для переднього гальмового мехашзму автобуса А-172 (Оа = 17500 кг). Ширина накладки (пояса тертя) дор1внюе 0,08 м. На цш дшянщ пояса тертя в модел1 змшюють пропорцшно дшсним площам значення коефщента теплопровщност1, а на границях модел1 таким самим чином задають значення граничних умов третього роду.
Особливютю моделювання вентиляцшних канал1в е зменшення значення об'емно! теплоемност й теплопровщност у 3,2 раза в об'ем1 перегородок диска за товщиною вентиляцшного каналу. На стшки канал1в задаються граничш умови третього роду, отримаш щентифшащею за результатами на-турних експерименпв. Оскшьки попереднш етап випробовувань I гальм складаеться з 20 цикшв "нагр1вання-охолодження", то на меж1 поверхонь тертя задавались розрахунков1 номшальш значення середньо! густини теплового потоку Qс = 1-106 Вт/м2, а також максимальш - Qс = 2-106 Вт/м2.
Тривалють гальмування становить 2,7 с за загально! тривалост одного циклу 60 с. Коефщент тепловщдач1 а вщкритих поверхонь гальма становить 50 Вт/м град., а з поверхш тертя тд час гальмування - коригувався з враху-ванням коефщ1ента перекриття в=0,35. У табл. наведено максимальш темпе-ратури поверхонь тертя гальм у кшщ попереднього етапу випробувань I.
Табл. Максимальш температури гальм у кьнць випробувань I
Конструктивний вар1ант гальм Температура, °С за:
= 1-106 Вт/м2 Qс = 2-106 Вт/м2
Вентильований 163/77 306/134
Невентильований 181/95 342/170
Прим1тка: в чисельнику наведено досягнув максимальш температури пар тертя за на^ванням, а в знаменнику - за охолодженням диска.
Анал1з даних табл. засвщчуе, що температурний режим дослщжува-них гальм з металокерам1чними накладками нижчий на 35-40 % вщ аналопч-них гальм з азбестопол1мерними накладками [6]. Це пояснюеться р1зним роз-подшом теплових потоюв у пор1внюваних накладках.
Кр1м цього, варто звернути увагу, що приблизно до 5-6 циклу випробовувань температура вентильованих гальм дещо вища вщ невентильованих. Це пояснюеться меншою масою вентильованих гальм, а шсля зазначених цикшв температура вентильованих гальм починае вщставати вщ невентильованих { досягае 11-12 % в кшщ випробовувань (див. таблицю). Це пояснюеться вступом у теплообмш вентиляцшних канал1в.
Варто зазначити, що для вентильованих гальм вже шсля 10-го циклу випробовувань настае кваз1усталена температура, а для невентильованих це проходить практично наприкшщ випробовувань. Це наочно показано на рис. 3 та 4, де тшьки для невентильованих гальм за великих густин теплового потоку ^с= 2-106 Вт/м2) стабшзащя температури настае значно шзшше.
10 12 Номдри цик/ид п
Рис. 3. Прир^т температур поверхонь тертя гальм (за нагрiванням) на циклах випробовувань Iзарiзних середн1х густин теплового потоку Qс (Вт/м2)
25
к?
20
15
5
О
< \
х -о-/У -б еВентил днтильо ъобан! дь 1ан! диа •ски 'и
\ 1 10Ь
а,- %ю6
2
8
10
12
%
16
18
20
Номери циктд п
Рис. 4. Приркт температур поверхонь тертя гальм (за охолодженням) на циклах випробовувань Iзарiзних середн1х густин теплового потоку Qс (Вт/м2)
На основi даних, наведених на рис. 3 та 4, побудоваш пiдсумковi гра-фжи (рис. 5), з яких видно змшу рiзницi мiж приростами температур за нагрь ванням та охолодженням дискових гальм автобуса А-172 шд час попередньо-го етапу випробувань I. Якщо на перших циклах ця рiзниця ще спостерь гаеться, то тсля 12-15 циктв вона швелюеться i настае квазiусталений теп-ловий режим гальм за вЫх густин теплового потоку як для вентильованих, так i невентильованих гальм.
10 12 Но мери циклй п
Рис. 5. Змта pi3HUщ mîw; приростами температур за нагрiванням та охолодженням дискових гальм автобуса А-172 nid час випробувань Iзарiзних
густин теплового потоку Qcу Вт/м2
Висновки. Температурний режим невентильованих дискових гальм з металокерамiчними накладками в кшщ випробувань I на 35-40 % нижчий вщ аналопчних з азбестополiмерними.
Наприкшщ попереднього етапу випробовувань I температура вен-тильованих гальм на 11-12 % нижча вщ невентильованих.
До 5-го циклу випробовувань I роль вентильованих каналiв шве-люеться меншою масою вентильованих дисюв за малих температурних напо-рiв, що призводить до вищо! температури вентильованих гальм порiвняно з невентильованими.
Шсля 12-15-го циклiв випробовувань I настае квазiусталена температура у вентильованих дискових гальмах за вЫх густин теплових потокiв.
Л1тература
1. Гудз Г.С.Дослщження впливу вентиляцшних канашв на температурний режим дискових гальм / Г.С. Гудз, О.Р. Клипко // Зб1рник наукових праць асощацл "Автобус": проекту-вання, виробництво та експлуатащя автотранспортних засоб1в i по'1'зд1в. - Льв1в, 2004. - Вип. 8. - С. 53-57.
2. Гудз Г.С. Расчетный модуль для исследования температурных полей в дисковых тормозах автотранспортных средств / Г.С. Гудз, О.Л. Коляса, А.Г. Тарапон // Збiрник наукових праць !н-ту проблем моделювання в енергетищ НАНУ: Моделювання та шформацшш технологи. - К., 2001. - Вип. 8. - С. 45-50.
3. Тарапон А.Г. Программный комплекс для моделирования процессов тепломассопе-реноса при аварийных ситуациях / А.Г. Тарапон, Н.А. Сорокин, В.О. Тернавский // Методы и средства компьютерного моделирования : сб. научн. тр. - К. : Изд-во ИПМЭ НАНУ, 1997. -С. 58-60.
4. Гудз Г.С. Новий шдхщ до моделювання теплових процеав у вентильованих дискових гальмах при цикшчних гальмуваннях / Г.С. Гудз, ГЯ. Захара, О.Г. Тарапон // Збiрник наукових праць !н-ту проблем моделювання в енергетищ НАНУ iм. Г.С. Пухова: Моделювання та шформацшш технологи. - К., 2009. - Вип. 51. - С. 137-142.
5. Гудз Г.С. Методика компьютерного моделирования трехмерных температурных полей в дисковых тормозах / Г.С. Гудз, Н.М. Осташук, А.Г. Тарапон // Збiрник наукових праць 1н-ту проблем моделювання в енергетищ НАНУ. - К., 2002. - Вип. 16. - С. 95-99.
6. Гудз Г.С. Тепловий розрахунок автомобшьних дискових гальм на типових режимах випробувань / Г.С. Гудз [та ш.]. - Львiв : Вид-во "Л^а-Прес", 2007. - 128 с.
Гудз Г.С., Захара И.Я., Осташук М.М. Определение длительности перехода на квазиустоявшийся тепловой режим автомобильных дисковых тормозов во время циклических торможений
Приведены принципы компьютерного моделирования тепловых процессов в автомобильных дисковых тормозах при циклических торможениях. Определена длительность достижения в парах трения тормозов квазиустоявшегося теплового режима в случае применения конструктивных вариантов дисков c разными плотностями генерирующей теплоты на испытаниях I. Установлено, что температурный режим невентилируемых дисковых тормозов с металлокерамическими накладками в конце испытаний I на 35-40 % более низкий, чем аналогичных из азбестополимерними.
Ключевые слова: тепловые модели, дисковый тормозной механизм, автотранспортное средство, испытание I.
Gudz G.S., Zahara I.Ya., OstashukM.M. Determination of transition to cuasistable heating mode duration of automotive disk brakes under conditions of cyclical breaking
The principles of the computer simulation of the heating processes in automotive disk brakes under conditions of the cyclical braking are described. The duration of reaching of cuasistable heating mode in the friction pairs of the brakes under conditions of design variances and various densities of generated heat while test I is determined. It is set that temperature condition of the unventilated disk brakes with ceramet protective straps at the end of tests I on 35-40 % more low, than analogical from azbestopolimernimi.
Keywords: thermal models, disk brake mechanism, a vehicle, tests I.
УДК 631.336.6 Доц. О.А. Грушанський, канд. техн. наук; доц. З.С. С1рко, канд. техн. наук - НУ бюресурав i природокористування Украти
оптимвац1я кутових параметр1в робочого органа
пристрою для вилучення 13 Грунту пнево! деревини
Обгрунтовано кутовi параметри робочого органа пристрою для вилучення iз грунту пеньюв, як планують використовувати як сировину для виготовлення сувень рiв, штучного паркету тощо. Отримаш результати використано тд час створення нового мехашзму для вилучення iз грунту пнево! деревини, яку планують використовувати як сировину.
Тривалий термш експлуатаци на виробничих об'ектах господарств зелено! зони кра!н СНД машин для пересаджування великом1рних дерев 1з грудою земл1 "Крот" дав змогу зробити висновки щодо можливост розширення функщональних можливостей мехашзм1в такого типу. Зокрема, спроби вико-ристати таю машини на корчуванш невеликих пеньюв не тшьки були вдали-ми, але вони ще й наводять на думку про можливють створення на баз1 конструктивно! схеми викопно! машини "Крот" мехашзму для видалення 1з грунту пнево! деревини щнних порщ з метою подальшого використання !! як сировини для виготовлення сувешр1в, штучного паркету тощо.
Тим бшьше, що юнуюч1 енергетичш можливост приводу робочого органа машин типу "Крот" дають змогу значно збшьшити габарити викопно!
