Jarrun suunnittelu raskaalle kuorma-autoakselistolle
Iivonen, Oskari (2017)
Iivonen, Oskari
2017
Konetekniikka
Teknisten tieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2017-08-16
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201706221612
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201706221612
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä perehdytään raskaan kuorma-auton akseliston jarrun valintaan ja suunnitteluun. Ensimmäinen tavoite oli selvittää, mikä on soveltuvin jarrutyyppi tietylle raskaan kuorma-auton akselistolle. Toinen tavoite oli selvittää, onko teknisessä mielessä kannattavampaa hankkia jarru valmiina vai suunnitella S-cam -rumpujarru.
Ajoneuvojen kitkajarrujen tehtävä on pysäyttää ajoneuvo hallitusti ja mahdollisimman nopeasti. Jarrujen vaatimuksia määrittävät tilankäyttö, lainsäädäntö, käyttöympäristö ja asiakkaiden toiveet. Jarruihin kohdistuu merkittävää termistä ja mekaanista rasitusta. Jarrutustapahtuman ja kitkallisen kontaktin monimutkaisuuden vuoksi jarrun toiminnan analysoiminen tarkasti on haastavaa. Niinpä suunnittelussa ja analyysissa joudutaan turvautumaan yksinkertaistuksiin ja jarrujen kelvollinen toiminta voidaan todentaa lopulta vasta käytännön testeillä.
Jarrutyyppien soveltuvuuden arviointikriteerit perustuvat asiakasvaatimuksiin sekä kirjallisuudessa esitettyihin jarrutyyppien ominaisuuksiin. Soveltuvuusarvioinneissa huomioitiin suorituskyky, tilankäyttö ja ulkoisten epäpuhtauksien sietokyky. Jarrun korkean suorituskykyvaatimuksen ja tiukkojen reunaehtojen vuoksi arvioitavia valmiita jarruvaihto-ehtoja löytyi vain kolme. Arvioinnin perusteella S-cam -rumpujarru on paras kompromissi akseliston jarrutyypiksi. Valmiina saatavilla olevan S-cam -jarrun hiukan liian alhaisen suorituskyvyn vuoksi oli syytä selvittää, onko saman tyyppinen jarru suunniteltavissa suorituskykyisempänä.
Jarrujen suorituskykyä arvioitiin tarkastelemalla jarrumomenttia perinteisillä laskentamenetelmillä ja simuloimalla elementtimenetelmällä. Näillä menetelmillä saatavien tulosten välillä ei havaittu merkittävää eroa. Lisäksi tarkasteltiin alustavasti jarrujen lämpöominaisuuksia sekä kitkamateriaalin rasituksia. Erityisesti jarrujen suorituskyvyn laskentaan liittyy huomattavasti epävarmuutta. Niinpä laskentamenetelmien todentamiseksi olemassa olevien jarrujen laskentatuloksia verrattiin testituloksiin.
Jarrugeometriaa muuttamalla pystytään valmistamaan S-cam -rumpujarru, joka tuottaa noin 3-6 % suuremman jarrumomentin kuin valmiina saatavilla oleva vaihtoehto. Jarrumomentin kasvattaminen johtaa kuitenkin jarrun kitkaherkkyyden ja jarrumomentin vaihtelun kasvuun. Näin ollen suunniteltu jarru ei ole parempi kuin valmiina saatavilla oleva. Lisäksi jarrun valmistaminen käytännössä vaatisi huomattavasti lisää suunnittelutyötä. Suositeltavin vaihtoehto on tarkastella, riittääkö valmiina saatavilla olevan S-cam -rumpujarrun suorituskyky, mikäli sen käyttömomenttia voidaan kasvattaa ja kitkamateriaali vaihtaa. Suorituskyky tulee todentaa sovelluskohteen ominaisuuksia vastaavilla testeillä.
Ajoneuvojen kitkajarrujen tehtävä on pysäyttää ajoneuvo hallitusti ja mahdollisimman nopeasti. Jarrujen vaatimuksia määrittävät tilankäyttö, lainsäädäntö, käyttöympäristö ja asiakkaiden toiveet. Jarruihin kohdistuu merkittävää termistä ja mekaanista rasitusta. Jarrutustapahtuman ja kitkallisen kontaktin monimutkaisuuden vuoksi jarrun toiminnan analysoiminen tarkasti on haastavaa. Niinpä suunnittelussa ja analyysissa joudutaan turvautumaan yksinkertaistuksiin ja jarrujen kelvollinen toiminta voidaan todentaa lopulta vasta käytännön testeillä.
Jarrutyyppien soveltuvuuden arviointikriteerit perustuvat asiakasvaatimuksiin sekä kirjallisuudessa esitettyihin jarrutyyppien ominaisuuksiin. Soveltuvuusarvioinneissa huomioitiin suorituskyky, tilankäyttö ja ulkoisten epäpuhtauksien sietokyky. Jarrun korkean suorituskykyvaatimuksen ja tiukkojen reunaehtojen vuoksi arvioitavia valmiita jarruvaihto-ehtoja löytyi vain kolme. Arvioinnin perusteella S-cam -rumpujarru on paras kompromissi akseliston jarrutyypiksi. Valmiina saatavilla olevan S-cam -jarrun hiukan liian alhaisen suorituskyvyn vuoksi oli syytä selvittää, onko saman tyyppinen jarru suunniteltavissa suorituskykyisempänä.
Jarrujen suorituskykyä arvioitiin tarkastelemalla jarrumomenttia perinteisillä laskentamenetelmillä ja simuloimalla elementtimenetelmällä. Näillä menetelmillä saatavien tulosten välillä ei havaittu merkittävää eroa. Lisäksi tarkasteltiin alustavasti jarrujen lämpöominaisuuksia sekä kitkamateriaalin rasituksia. Erityisesti jarrujen suorituskyvyn laskentaan liittyy huomattavasti epävarmuutta. Niinpä laskentamenetelmien todentamiseksi olemassa olevien jarrujen laskentatuloksia verrattiin testituloksiin.
Jarrugeometriaa muuttamalla pystytään valmistamaan S-cam -rumpujarru, joka tuottaa noin 3-6 % suuremman jarrumomentin kuin valmiina saatavilla oleva vaihtoehto. Jarrumomentin kasvattaminen johtaa kuitenkin jarrun kitkaherkkyyden ja jarrumomentin vaihtelun kasvuun. Näin ollen suunniteltu jarru ei ole parempi kuin valmiina saatavilla oleva. Lisäksi jarrun valmistaminen käytännössä vaatisi huomattavasti lisää suunnittelutyötä. Suositeltavin vaihtoehto on tarkastella, riittääkö valmiina saatavilla olevan S-cam -rumpujarrun suorituskyky, mikäli sen käyttömomenttia voidaan kasvattaa ja kitkamateriaali vaihtaa. Suorituskyky tulee todentaa sovelluskohteen ominaisuuksia vastaavilla testeillä.