CC BY
34
УДК 629.113:62-592
АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПЛОЩАДОЧНЫХ СТЕНДОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ ГРУЗОВЫХ АТС
© А.И. Федотов1, Н.А. Демин2, К.С. Фоменко3
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведен анализ конструктивных возможностей площадочных тормозных стендов с точки зрения обеспечения качества контроля эффективности функционирования тормозных систем грузовых автотранспортных средств. Показаны некоторые системные недостатки конструкции площадочных стендов по сравнению с конструктивными возможностями стендов с беговыми барабанами. Дана оценка применимости площадочных стендов для контроля тормозных систем при техническом осмотре.
Ключевые слова: площадочные стенды; тормозная система; контроль; технический осмотр; автотранспортное средство; роликовый стенд; рабочий ход площадки стенда.
PLATE BRAKE TESTER CONSTRUCTIVE FEATURE ANALYSIS TO CONTROL TRUCK BRAKING SYSTEMS A.I. Fedotov, N.A. Demin, K.S. Fomenko
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article analyzes constructive capabilities of plate brake testers in terms of ensuring qualitative control of truck braking systems efficiency. Some system faults of plate brake tester design are shown in comparison with constructive capabilities of roller brake testers. The applicability of plate brake testers for braking system control under vehicle inspection is evaluated.
Keywords: plate brake tester; braking system; control; vehicle inspection; vehicle; roller brake tester; movement of a tester platform.
Тормозная система является одним из наиболее ответственных элементов безопасности автотранспортных средств (АТС). К эффективности и качеству работы тормозных систем АТС в условиях эксплуатации предъявляются жесткие требования [1]. Контроль технического состояния тормозных систем выполняют как в дорожных, так и в стендовых условиях.
В России, да и во всем мире (контроль тормозных систем АТС) эту процедуру выполняют на роликовых стендах (стендах с беговыми барабанами). Нормативы контролируемых на роликовых стендах параметров тормозных систем введены в международные и национальные российские стандарты [1].
В России с 2012 г. при техническом осмотре Приказом Минпромторга России от 6.12.2011 г. № 1677 допущены к применению площадочные стенды, причем с использованием тех же нормативов, что и для роликовых стендов. При этом предварительных исследований согласованности показаний площадочных и роликовых стендов не проводилось, доказательства применимости для них единых нормативов отсутствуют [2]. Степень совпадения результатов дорожных проверок инерционным методом и на площадочных стендах также экспериментально не подтверждена.
Государственным стандартом РФ 51709-2001 [3] установлены методики проведения контроля технического состояния тормозного управления. Стандарт предписывает норматив времени приведения органа управления тормозной системы в рабочее состояние за 4-6 сек. [3], что позволяет колесам автомобиля совершить в процессе их затормаживания как минимум 1-2 полных оборота. Это дает возможность достаточно полного, объективного контроля изношенности тормозных колодок, барабанов или дисков (овальность, трещины, биение), и что не менее важно, высокую стабильность и повторяемость результатов измерений [4]. На роликовых стендах это требование ГОСТ Р 51709-2001 выполняется неукоснительно и не вызывает каких-либо проблем.
Для обеспечения требуемого времени приведения органа управления тормозной системы в рабочее состояние за 4-6 сек. на площадочных стендах необходимо, чтобы максимальный рабочий ход площадки стенда Н^ был как минимум больше одной - двух длин окружности тормозящего колеса. На рис. 1 представлена схема для определения максимально возможного рабочего хода площадки стенда для трехосного грузового автомобиля.
1Федотов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой автомобильного транспорта, тел.: 83952405689, e-mail: [email protected]
Fedotov Aleksandr, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Automobile Transport, tel.: 83952405689, e-mail: [email protected]
2Демин Никита Александрович, студент, тел.: 89526275602, e-mail: [email protected] Demin Nikita, Student, tel.: 89526275602, e-mail: [email protected]
3Фоменко Константин Сергеевич, студент, тел.: 89021650971, e-mail: [email protected] Fomenko Konstantin, Student, tel.: 89021650971, e-mail: [email protected]
Рис. 1. Схема определения максимально возможного продольного перемещения Н„
для трехосного АТС
площадки стенда
Очевидно, что конструктивно рабочий ход Нтах не может быть больше базы автомобиля I и расстояния между центрами колес соседних осей диагностируемого автомобиля. К тому же максимально возможный рабочий ход площадки стенда Нтах с двух сторон ограничен пятнами контакта колес с опорной поверхностью. Следовательно, максимально возможное продольное перемещение площадки стенда Нтах будет определяться как:
Нтах = L - 2 • а, (1)
где а - половина длины пятна контакта шины с дорогой.
Учитывая ограничения на максимально возмож-
ный рабочий ход площадки тормозного стенда и требования [3] относительно времени приведения органа управления тормозной системы 4-6 сек., определим максимально возможный рабочий ход площадки стенда для грузовых многоосных автомобилей.
Для этого на первом этапе был проведен анализ вариации расстояний между центрами колес задних тележек многоосных грузовых АТС. В результате анализа получена гистограмма распределения, представленная на рис. 2, где по оси ординат п - количество полученных значений в заданном диапазоне, по оси абсцисс I - расстояние между центрами соседних колес АТС.
Рис. 2. Гистограмма распределения расстояния £ между центрами колес задней тележки трехосных грузовых
автомобилей
Из совместного анализа уравнения (1) и гистограммы (рис. 2) становится очевидным, что если для решения уравнения (1) использовать максимальное расстояние ^ = 1450 мм), то грузовые автомобили с меньшим расстоянием между центрами колес задней тележки не смогут быть продиагностированы на площадочном стенде. Поэтому в качестве расчетного значения необходимо использовать только наименьшее из расстояний L = 1250 мм (автомобиль ЗИЛ-131). Подставив в выражение (1) среднюю величину длины пятна контакта шин этого автомобиля (2 ■ а = 310 мм), получим максимально возможное (с учетом конструктивных ограничений размера автомобиля) продольное перемещение площадки стенда:
= ь - 2 • а = 1250 - 310 = 940 мм = 0,94 м.
Наиболее распространенными у грузовых автомобилей являются шины 320-508Р, у которых ширина профиля B = 320 мм и посадочный диаметр обода D = 508 мм. Для малых скоростей движения динамический
радиус колеса примем равным статическому радиусу, который определяется как:
= 0,5 • D + Д • 1см • В,
(2)
А Н
где Д= - - процентное отношение высоты шины к ее ширине; Асм - коэффициент тангенциальной эластичности шины, Асм = 0,85+0,9.
Подставив эти значения в уравнение (2), получим динамический радиус колеса:
гд = 0,5 • 508 + 1 • 0,9 • 320 = 542 мм = 0,54 м. Исходя из полученного радиуса колеса, определим длину окружности: 5 = 2 • п • гд = 2 • 3,14 • 542 = 3405,5 мм « 3,41 м. (3) Рассмотрим рис. 3, на котором представлена схема для анализа процесса затормаживания колеса автомобиля на площадочном стенде. На данной схеме максимально возможный ход Нтах площадки стенда представлен суммой участков /1 , /2 , /3 и /4. Определим каждый из них.
Рис. 3. Схема для анализа процесса затормаживания колеса автомобиля на площадочном стенде: а) диаграмма процесса затормаживания колеса на площадке стенда; б) начальное положение площадки относительно колес АТС; в) конечное положение площадки, относительно колес АТС. 1 - колесо диагностируемой оси; 2 - колесо недиагностируемой оси; 3 - подвижная площадка стенда; 4 - неподвижная опора стенда; п - время разгона площадки стенда и диагностируемого колеса; тг - время выбора зазоров в тормозном приводе и тормозном механизме; тз - время торможения колеса; Т4 - время остановки площадки стенда; ¡о - длина пятна контакта шины; ¡1 - путь, проходимый площадкой за время разгона площадки стенда и диагностируемого колеса; ¡г - путь, проходимый площадкой за время выбора зазоров в тормозном приводе и тормозном механизме; ¡з - путь, проходимый площадкой за время торможения колеса; ¡4 - путь, проходимый площадкой за время остановки площадки стенда; ык - угловая скорость колеса 1; УП - скорость продольного перемещения площадки 3 стенда;
Рпт - усилие на педали тормоза; Rx - реализованная продольная касательная реакция (тормозная сила)
На рис. 3 видно, что максимально возможная длина перемещения площадки стенда:
Нтах = /1 + /2 + /з + /4. (4)
Обычно скорость продольного перемещения площадок стенда не велика и составляет 1 м/сек. Примем время разгона площадки стенда до этой скорости т1 = 0,1 сек., и учтем, что ее начальная скорость У0 равна нулю. Для определения ускорения площадки при ее разгоне до скорости V воспользуемся уравнением
остановки площадки стенда т4 = 0,1 сек., тогда путь, проходимый площадкой стенда за время остановки, определим, используя выражение (5), интегрированием ее скорости по времени (6).
При равнозамедленном движении в интервале скоростей Д V, = V, - 0 путь /4, проходимый площадкой стенда, определим как:
ДБ, = ^р-Дт ^ ДБ, = {(VI + V,,) / 2}- Дт, (9)
или
V = ^ ^ ^ =К-Ж, (5) Ш
поэтому путь разгона площадки стенда найдем интегрированием ее скорости по времени
t
S = \Vdt.
(6)
При равноускоренном движении в интервале скоростей ДV, = V0 - V, путь, проходимый площадкой стенда, определим как:
ДБ, = (^р-Дт) ^ ДБ, = (V-1 + V,) - Дт, / 2. (7)
Тогда путь /1, пройденный площадкой при равноускоренном движении,
0,1
г1 = (о +1) ■ — = 0,05 м.
Время выбора зазоров в тормозном приводе и тормозном механизме т2 зависит от типа и конструкции тормозной системы, ее технического состояния и, в определенной степени, от характера нажатия водителем на педаль тормоза. При экстренном торможении исправного транспортного средства время т2 сравнительно невелико и составляет: 0,1 сек. для гидравлического и механического приводов и 0,3 сек. -для пневматического [5, 6, 7]. В этот период времени площадка стенда движется с постоянной скоростью V = 1 м/с. Путь, проходимый площадкой за время выбора зазоров в тормозном приводе и тормозном механизме грузового автомобиля с пневматическим тормозным приводом т2 = 0,3 сек. определим как:
l2 = v-x2 = 1 ■ 0,3 = 0,3 м.
(8)
Напомним, что время торможения колес на стендах, установленное Техническим регламентом [1], составляет 4-6 секунд, и это не экстренное, а служебное торможение. Следовательно, строго говоря, время выбора зазоров в тормозном приводе и тормозном механизме т2 будет гораздо больше, нежели при экстренном торможении.
Определим путь /4, который проходит площадка стенда за время своей остановки. Примем время
г4 = {(1 + о)/ 2} • 0,1 =0,05 м.
Теперь определим самый важный с точки зрения контроля технического состояния тормозной системы параметр - путь /3, проходимый колесом автомобиля по площадке стенда за период времени его затормаживания. Он представляет собой разность:
1з = Нмах- (Ii + 12 + l4), l3 = 0,94 - (0,05 + 0,3 + 0,05) = 0,54 м.
(10)
Полученные результаты убедительно показывают, что при торможении на площадочных стендах рабочем ходе площадки /3 = 0,54 м колесо грузового автомобиля с длиной окружности S = 3,41 м может сделать всего лишь = 17,2% от своего полного оборота. И это при благоприятном сценарии развития процесса, когда нажатие на педаль тормоза происходит сразу же после разгона площадки стенда. Но на практике это обеспечить очень сложно, потому что необходимо синхронизировать два действия [8], что само по себе маловероятно. Более того, при этом придется учитывать и время реакции водителя, а оно, даже в самом лучшем случае, составляет = 0,6 сек. За это время площадка стенда переместится на 0,6 м (дойдет до предела своего рабочего хода) и торможения попросту не будет.
О каком объективном контроле тормозной системы здесь может идти речь. Нестабильность результатов измерений тормозных сил, выявленная профессором А.Г. Сергеевым, на площадочных стендах достигает 50% [8]. И уж тем более площадочные стенды не способны выполнять диагностику изношенности тормозных колодок, барабанов или дисков (овальностей, трещин, биений) [2, 9]. Даже самые простые расчеты показывают, что для этого необходима длина рабочего хода площадки не менее 4-х метров, что технически невыполнимо.
В противоположность площадочным стендам у роликовых стендов такая проблема полностью отсутствует, чем и обеспечивается возможность как контроля технического состояния, так и углубленной диагностики тормозных систем грузовых автотранспортных средств [6, 7].
Статья поступила 12.03.2015 г.
0
1. Технический регламент о безопасности колесных транспортных средств. Утв. Постановлением Правительства Российской Федерации от 10 сентября 2009 г. № 720.
2. Федотов А.И., Мороз С.М. О применимости площадочных стендов для проверки тормозных систем АТС при техническом осмотре // Автомобильная промышленность. 2013. № 12. С. 24-27.
3. ГОСТ Р 51709-2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки. Введ. 01.01.2002. М.: Изд-во стандартов, 2002. С. 28.
4. Федотов А.И., Доморозов А.Н. Причины погрешностей измерения силовых параметров автомобиля при его диагностировании на роликовых стендах // Автомобильная промышленность. 2009. № 10. С. 37-38.
5. Федотов А.И. Диагностика пневматического тормозного
ский список
привода автомобилей на основе компьютерных технологий: дис. ... д-ра техн. наук: 05.20.03. Иркутск, 1999.
6. Федотов А.И. Диагностика автомобиля: учебник для студ. вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. 476 с.
7. Федотов А.И. Технология и организация диагностики при сервисном сопровождении: учебник для студ. учрежд. высш. образования. Серия «Бакалавриат». М.: ИЦ «Академия», 2015. 352 с.
8. Сергеев А.Г. Точность и достоверность диагностики автомобилей. М.: Транспорт, 1980. 188 с.
9. Федотов А.И., Власов В.Г. Анализ конструктивных и метрологических параметров площадочных стендов для контроля тормозных систем автомобиля // Ассоциация автомобильных инженеров. 2013. № 2 (79). С. 36-43.
