Гидравлический тормоз

Гидравлический тормозГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ТОРМОЗ, тормоз, приводимый в действие при посредстве жидкости. Гидравлический тормоз может быстро и безопасно поглощать кинетическую энергию значительных движущихся масс, не допуская обратного действия. Наиболее простой формой гидравлического тормоза является наполненный жидкостью (маслом, водой, глицерином) цилиндр с поршнем и штангой. Оба конца цилиндра соединяются между собой обыкновенно посредством одного или нескольких малых каналов, расположенных в теле поршня, или при помощи дроссельной трубки с пружинным регулирующим клапаном. Такой простой гидравлический тормоз широко применяется в качестве буфера для поглощения колебаний регуляторов машин и в тому подобных случаях. Когда тормозное устройство отождествляет собой стопорный буфер, то тело, кинетическая энергия которого д. б. поглощена, вталкивает поршневую штангу в цилиндр, вызывая быстрое движение жидкости через соединительные каналы. При этом энергия движущегося тела переходит частью в кинетическую энергию жидкости, частью же расходуется на преодоление сопротивлений трения в соединительных каналах и механических сопротивлений в гидравлическом тормозе. Предельное давление в тормозном цилиндре будет тем ниже, чем более постоянным будет давление в течение хода торможения, а, следовательно, и сопротивление гидравлического тормоза. К этому постоянству сопротивления гидравлического тормоза и следует стремиться при проектировании его.

Избыточное давление позади поршня в метрах столба жидкости равно:

gidravl tormoz f1

где р - избыточное давление позади поршня, γ - вес единицы объема жидкости, v - скорость рабочей жидкости при проходе ее через соединительные отверстия, g- ускорение силы тяжести, λ – коэффициент трения, I - длина соединительных каналов, d - диаметр соединительных каналов, u- скорость движения массы, подвергаемой торможению, и скорость поршня при работе гидравлического тормоза, F - рабочая площадь поршня (площадь поршня за вычетом сечений поршневого штока и соединительных каналов), f- рабочее сечение соединительных каналов. Сопротивление гидравлического тормоза получится равным:

gidravl tormoz f2

где Т - сопротивление от механического трения, влияния противовесов и т. п. причин.

При гидравлическом тормозе с постоянным сопротивлением скорость движущегося тела через время, за которое поршень переместится на расстояние х после начала торможения, будет равна

gidravl tormoz f3

где u1 - скорость движущегося тела в начале торможения, L - длина хода поршня, М - вес массы, подвергаемой торможению. Подставляя полученное выражение для u2 в формулу для W, получим

gidravl tormoz f3-1

откуда

gidravl tormoz f4

По этой формуле м. б. определена площадь сечения соединительных каналов для любого значения х при заданной форме этого сечения.

При гидравлическом тормозе с каналами постоянного сечения получим

gidravl tormoz f5

Т. к. это выражение равно произведению массы тормозимого тела на ускорение его движения, то получим

gidravl tormoz f6

откуда

gidravl tormoz f7

Принимая gidravl tormoz f8 и gidravl tormoz f9 получим

gidravl tormoz f10

Интегрируя последнее уравнение, найдем, что

gidravl tormoz f11

где D- величина постоянная. При u= u1, когда х = 0, будем иметь

gidravl tormoz f12

Следовательно, значение скорости после перемещения поршня на длину х определится уравнением

gidravl tormoz f13

Для выяснения положения поршня в пределах рассматриваемых скоростей придадим последнему равенству следующий вид:

gidravl tormoz f14

откуда найдем

gidravl tormoz f15

Подставляя значения величин a и b, получим

gidravl tormoz f16

где

gidravl tormoz f17

Дабы сопротивление гидравлического тормоза в течение его хода было постоянно, устраивают соединительные каналы так, чтобы они уменьшали свои сечения к концу хода поршня, сохраняя постоянную скорость пропускаемого потока, или снабжают поршень пружинным регулирующим клапаном. При постоянном сечении соединительных каналов требуемое изменение рабочих сечений этих каналов достигается выполнением их в теле поршня в виде круглых отверстий.

Через такое круглое отверстие проходит неподвижный конический шпиндель, укрепленный внутри цилиндра параллельно оси последнего. При таком устройстве рабочее сечение канала будет изменяться в зависимости от диаметра шпинделя. В стопорном буфере системы Ланглея (Langley) предусматриваются в теле поршня два продольных прямоугольных выреза, через которые проходят два неподвижных стержня, закрепленных внутри цилиндра, причем ширина стержней соответствует ширине вырезов, а высота равномерно изменяется по длине. На фиг. 1 изображен такой гидравлический стопорный буфер.

Гидравлический стопорный буфер

Он имеет чугунный цилиндр диаметром 254 мм, длиной 1219 мм. Поршень сделан в виде плоского диска диаметром 251 мм с двумя водопропускными отверстиями прямоугольного сечения 76 мм х 38 мм. Ход поршня равен 1067 мм. Вдоль всего цилиндра через указанные отверстия проходят два стержня, имеющие один размер сечения 76 мм, а другой - 38 мм (в заднем конце) и 13 мм (в переднем конце). Рабочее сечение каналов поршня варьирует так. образом в пределах от 38,7 см2 (в переднем конце цилиндра) до нуля (в заднем конце цилиндра). Зазор между краями поршня и стенками цилиндра эквивалентен дополнительной постоянной площади каналов, равной 1,61 см2. Крышки цилиндра состоят каждая из двух колпаков с винтовой нарезкой; внутренний (чугунный) колпак поддерживает кожаную манжету; внешний (латунный) вспомогательный колпак имеет легкое пеньковое уплотнение. В конце цилиндра расположена резиновая подушка толщиной 38 мм, предназначенная для смягчения возможных ударов. Возвращение сжатого гидравлического тормоза в первоначальное положение достигается при помощи цепей и трех противовесов: цепи прикреплены к выпущенному сзади концу поршневой штанги, переброшены через блоки и заканчиваются у противовесов, подвешенных к цепям спереди тормоза. Главный противовес состоит из двух частей: основной и добавочной, или т. н. «наездника», прикрепленного к лежащему на основной цепи блоку, движущемуся в вертикальной обойме; назначение «наездника» - погашение первоначального динамического натяжения цепи во избежание разрыва ее. По тем же соображениям боковые противовесы снабжаются пружинными подвесками. Наполнение цилиндра водой происходит автоматически из водопровода при помощи небольшой трубки с вентилем. Для удаления могущего накопиться в цилиндре воздуха имеется в верхней части цилиндра небольшой кран, используемый также для облегчения наполнения цилиндра. В рассматриваемом гидравлическом тормозе поршневой шток пропущен через оба конца цилиндра. При отсутствии хвостовой части штока вытесняемый объем жидкости возрастал бы при прямом движении поршня, и при наполненном цилиндре движение поршня было бы невозможным. Указанное затруднение м. б. устранено также устройством воздушной камеры внутри цилиндра, причем объем этой камеры д. б. немного больше, чем объем части поршневого штока, входящего в цилиндр в течение хода поршня. Однако вследствие сжатия воздуха давление жидкости возрастает медленнее, а максимальное давление в результате увеличивается на 15%. В новейшем типе гидравлического тормоза, изготовляемом Компанией гидравлических машин в Честере (Hydraulic Engineering Company Chester), хвостовая часть поршневого штока отсутствует, взамен чего устроен в передней части цилиндра выпускной клапан, открывающийся при повышении давления свыше 3,5 кг/см2, причем вытесняемый штоком объем воды выбрасывается из цилиндра при каждом ходе поршня. Возвращение поршня в первоначальное положение происходит автоматически под влиянием давления воды, поступающей в цилиндр из водопроводной магистрали через небольшой клапан обратного давления. Благодаря отсутствию противовесов или пружин получается очень простое и удобное устройство, но оно требует наличия водопровода и тщательной смазки трущихся поверхностей во избежание коррозии. В этом типе гидравлического тормоза соединительные каналы прорезаны в теле цилиндра в виде двух продольных желобков шириной 38 мм и глубиной в пределах от 19 мм (в передней части) до нуля (в конце цилиндра). Помимо этих двух каналов имеются в теле поршня еще 12 отверстий диаметром по 9,5 мм. Диаметр поршня равен 305 мм; ход поршня равен 1524 мм. В конце цилиндра имеется предохранительный клапан, ограничивающий нагрузку пределом в 70,2 кг/см2.

Помимо рассмотренных гидравлических тормозов для погашения поступательного движения применяются также гидравлические тормоза для погашения вращательного движения. В гидравлическом тормозе последнего типа в кожухе, наполненном водой, вращаются лопатки или диски, приводящие воду во вращательное движение. Возникающие при этом сопротивления создают момент, тормозящий вал, присоединяемый к испытуемому двигателю. К наиболее распространенным в настоящее время гидравлическим тормозам последнего типа относятся дисковый тормоз и тормоза Юнкерса и Фруда.

Дисковый гидравлический тормоз состоит из одного или нескольких насаженных на валу дисков, вращающихся между неподвижными дисками, прикрепленными к кожуху

Дисковый гидравлический тормоз состоит из одного или нескольких насаженных на валу дисков, вращающихся между неподвижными дисками, прикрепленными к кожуху (фиг. 2). Диски вращаются в водяной камере гидравлического тормоза. Мощность, поглощаемая дисками гидравлического тормоза, может быть определена по формуле

gidravl tormoz f18

где γ - вес единицы объема жидкости, d - диаметр диска, n- число оборотов диска, m- число дисков тормоза, ψ - коэффициент, определяемый по формуле

gidravl tormoz f19

R - число Рейнольдса, которое в данном случае м. б. взято равным gidravl tormoz f20 причем величина v - коэффициент вязкости. Тормоз Юнкерса (фиг. 3) имеет закрытый кожухом, вращающийся с валом барабан, на наружной поверхности которого укреплены штифты квадратного сечения.

Тормоз Юнкерса

Эти штифты, расположенные рядами на одинаковом по окружности расстоянии друг от друга, проходят при вращении барабана близко от таких же штифтов, укрепленных на внутренней стороне наружного кожуха. Внутри кожуха, могущего слегка поворачиваться около оси вала, циркулирует вода. При вращении барабана последняя приводится штифтами на барабане во вращательное движение, задерживаемое штифтами на кожухе. Тормоз Фруда в отличие от тормоза Юнкерса имеет взамен штифтов ложки, которые могут поворачиваться и т. о. регулировать поглощаемую тормозом мощность. Кожух в этом гидравлическом тормозе неподвижен.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Доп. том - 1936 г.