> Техника, страница 96 > Гидравлический тормоз

Гидравлический тормоз

Гидравлический тормоз, тормоз, приводимый в действие при посредстве жидкости.

Г. т. может быстро и безопасно поглощать ки-нетич. энергию значительных движущихся масс, не допуская обратного действия. Наиболее простой формой Г. т. 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 Г. т. широко применяется в качестве буфера для поглощения колебаний регуляторов машин и в тому подобных случаях. Когда тормозное устройство отождествляет собой стопорный буфер, то тело, кинетич. энергия которого должен быть поглощена, вталкивает поршневую штангу в цилиндр, вызывая быстрое движение жидкости через соединительные каналы. При этом энергия движущегося тела переходит частью в кинетич. энергию жидкости, частью же расходуется на преодоление сопротивлений трения в соединительных каналах и механич. сопротивлений в Г. т. Предельное давление в тормозном цилиндре будет тем ниже, чем более постоянным будет давление в течение хода торможения, а следовательно и сопротивление Г. т. К этому постоянству сопротивления Г. т. и следует стремиться при проектировании его. Избыточное давление позади поршня в м столба жидкости равно:

Р -V* i, М _и2 F2 I 1

~γ ~ TgV ~d ) Тд μ + ^λ ~d ) >

где р — избыточное давление позади поршня, γ—вес ед. объёма жидкости, ν — скорость рабочей жидкости при проходе ее через соединительные отверстия, д — ускорение силы тяжести, λ — коэф. трения, I — длина соединительных каналов, d— диаметр соединительных каналов, и — скорость движения массы, подвергаемой торможению, и скорость поршня при работе Г. т., F — рабочая площадь поршня (площадь поршня за вычетом сечений поршневого штока и соедийительных каналов), — рабочее сечение соединительных каналов. Сопротивление Г. т. получится равным:

_π=Ρ·Ρ + τ=(ι + λ-^)ψ₂ + τ,

где Т — сопротивление от механического трения, влияния противовесов и тому подобное. причин.

При Г. т. с постоянным сопротивлением скорость движущегося тела через время, за к-рое поршень переместится на расстояние х после начала торможения, будет равна

1 - χ) =

- ^2gWL (л „ * 1 Μ ν L *

где и_х — скорость движущегося тела в начале торможения, L — длина хода поршня, М — вес массы, подвергаемой торможению. Подставляя полученное выражение для и² в формулу для W, получим

_v.F + T=^{_PF+T)(i-l){l + X±Y^+T, откуда

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

При Г. т. с каналами постоянного сечения получим

pF+T=rf_g[i + λ-Ι) ^ + Г=*м“+Г.

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

₇ о, m М du М du М d(u2)

к и? + Г =---гг =--и ~г=— о--ЖГ >

д dt д dx 2д dx

откуда

i£L> + ?£_It* + 2g^, ₌ o.

dx Μ Μ

2οΤ

Принимая b= jj- и α=--получим

Ц^ + Ьи“=а.

Интегрируя последнее ур-ие, найдем, что и“=J- + De-b*.

где D — величина постоянная. При и=и_л, когда х=0, будем иметь

«ί=£ + ^Λ·

Следовательно значение скорости после перемещения поршня на длину х определится ур-ием и

—Ьх е

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

откуда найдем

Подставляя значения величин а и b, получим

Дабы сопротивление Г. т. 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 конич. шпиндель, укрепленный внутри цилиндра параллельно оси последнего. При таком устройстве рабочее сечение канала будет изменяться в зависимости от диам. 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 фигуре 1 изображен такой гидравлич. стопорный буфер. Он имеет чугунный цилиндр диаметром 254 миллиметров, длиной 1 219 миллиметров. Поршень сделан в виде плоского диска диаметром 251 миллиметров с двумя водопропускными отверстиями прямоугольного сечения 76 миллиметров х 38 миллиметров. Ход поршня равен 1 067 миллиметров. Вдоль всего цилиндра через указанные отверстия проходят два стержни, имеющие

один размер сечения 76 миллиметров, а другой — 38 миллиметров (в заднем конце) и 13 миллиметров (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 вое уплотнение. В конце цилиндра расположена резиновая подушка толщиной 38 миллиметров, предназначенная для смягчения возможных ударов. Возвращение сжатого Г. т. 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 Г. т. поршневой шток пропущен через оба конца цилиндра. При отсутствии хвостовой части штока вытесняемый объём 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 объём этой камеры должен быть немного больше, чем объём 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 Г. т., изготовляемом Компанией гидравлическ. 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 килограмм)см², причем вытесняемый штоком объём воды выбрасывается из цилиндра при каждом ходе поршня. Возвращение поршня в первоначальное положение происходит·αвтоматически 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 Г. т. соединительные каналы прорезаны в теле цилиндра в виде двух продольных желобков шириной 38 миллиметров и глубиной в пределах от 19 миллиметров (в передней части) до нуля (в конце цилиндра). Помимо этих двух каналов имеются в теле поршня еще 12 отверстий 0 по 9,5 миллиметров. Диам. поршня равен 305 миллиметров; ход поршня равен 1 524 миллиметров. В конце цилиндра имеется предохранительный клапан, ограничивающий нагрузку пределом в 70,2 килограмма /см².

Помимо рассмотренных Г. т. для погашения поступательного движения применяются также Г. т. для погашения вращательного движения. В Г. т. последнего типа в кожухе, наполненном водой, вращаются лопатки или диски,приводящие воду во вращательное движение. Возникающие при этом сопротивления создают момент, тормозящий вал Г. т., присоединяемый к испытуемому двигателю. К наиболее распространенным в настоящее время Г. т. последнего типа относятся дисковый тормоз и тормоза ЮнкерсаиФру-д а. Дисковый Г. т.· состоит из одного или нескольких насаженных на валу дисков, вращающихся между неподвижными дисками, прикрепленными к кожуху (фигура 2). Диски вращаются в водяной камере Г. т. Мощность, поглощаемая дисками Г. т., может быть определена по ф-ле

N — 0,928 · 10~⁷ · ψ · γ · d^b · тг³ · т,

где γ— вес ед. объёма жидкости, d — диаметр диска, п — число оборотов диска, т — число дисков тормоза, ψ— коэф., определяемый по формуле !

ψ=0,0728 ⁶,

R— число Рейнольдса, которое в данном случае м. б. взято равным R — 0,0262 · причем

величина v — коэф. вязкости. Тормоз Юнкерса (фигура 3) имеет закрытый кожухом вращающийся с валом барабан, на наружной поверхности которого укреплены штифты квадратного сечения. 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 Фрудав отличие от тормоза Юнкерса имеет взамен штифтов ложки, которые могут поворачиваться и т. о. регулировать поглощаемую тормозом мощность. Кожух в этом Г. т. неподвижен.

Лит.: Александров В., Техническая гидромеханика, М., 1932; Gibson A., Hydraulic a. Its Applications, Ν. Y., 1930; «Ргос. of the Inst. Civ. Eng.», 1905—06; «Proc. of the Inst, of Mechanical Engineers», L., 1886. С. Брилинг.