CC BY
23
УДК 629.3.017.5:656.138
В. Е. ЩЕРБА Л. П. БОЛШТЯНСКИЙ
Омский государственный технический университет, г. Омск
ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ СРЕДНЕГО И КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА_
Одним из современных направлений улучшения эксплуатационных с в ойств автомобиля является повышение безопасности е г о движения путем совершенствования систем управления н аправлением движения и тормозных с в ойств. В статье р ассматривается возможность использования электромагнитного усилителя тормозов, который позволяет производить эффективное торможение при отказе двигателя, или при движении с выключенным двигателем, например, при буксировке автомобиля с помощью гибкого троса. Модернизация тормозной системы может быть произведена при проведении среднего или капитального ремонта автотранспортного средства в условиях СТОА. Ключевые слова: автомобиль, безопасность движения, тормозная система, автосервис, СТОА.
Введение. Эффективность работы тормозной системы автомобиля является одним из важнейших его эксплуатационных свойств, которое непосредственно влияет на безопасность движения [1, 2]. Практически все современные автотранспортные средства имеют в своем составе усилители воздействия водителя на педаль тормоза, которые работают при включенном двигателе [3, 4].
Широкое распространение, в частности, получили пневматические усилители, работающие за счет вакуумной камеры, соединенной с впускным трубопроводом системы топливопитания ДВС [5, 6].
Недостатком реализующих этот способ усиления конструкций является их полная неработоспособность при выключенном двигателе. Этот недостаток может привести к катастрофическим последствиям, если, например, двигатель по какой-то причине внезапно заглох при движении по оживленной трассе или при движении по пересеченной местности, изобилующей крутыми поворотами и большими перепадами высот.
Кроме того, пневматический усилитель бесполезен при буксировке автомобиля с заглохшим двигателем на гибком тросе, а этот вариант движения является весьма частым при эксплуатации автомобиля в отдаленных районах сельской местности. Причем автомобиль-буксировщик не только не может ничем помочь водителю буксируемого автомобиля, но и сам подвергается опасности удара в заднюю часть при вынужденном резком торможении.
В связи с изложенным, возникает задача совершенствования системы усиления тормозов, которая должна стать работоспособной и при неработающем двигателе автомобиля.
Постановка задачи. По существу, задача организации усиления движения водителя при торможении с выключенным двигателем может быть решена, если правильно выбрать источник энергии, которая может быть преобразована в усилие, передаваемое на
шток главного тормозного цилиндра. При этом необходимо иметь в виду, что этот источник энергии находится и на автомобиле-буксировщике, причем он должен быть «штатным», т.е. не возимом специально для осуществления буксировки. В этом случае любой автомобиль может выполнять функцию буксировщика при наличии допустимого соотношения масс буксирующего и буксируемого автомобиля.
На автотранспортном средстве имеется два источника энергии — двигатель и батарея электрических аккумуляторов (в дальнейшем — просто «аккумулятор») [7, 8]. Если на автомобиле установлен двигатель внутреннего сгорания, то аккумулятор является только стартовым, если привод выполнен в комбинированном виде, то аккумулятор имеет емкость, достаточную для движения автомобиля на значительное расстояние. Последнее характерно и для электромобилей.
Следовательно, и на автомобиле-буксировщике, и на буксируемом автомобиле всегда имеется источник электрической энергии, который может быть использован для усиления движения водителя при торможении. И задача сводится к проектированию устройства, которое будет выполнять функцию усилителя за счет использования электроэнергии аккумулятора, тем более что для передачи электрического тока с буксировщика на буксируемый автомобиль достаточно соединить их аккумуляторы обычными изолированными проводниками.
Описание конструкции. Для реализации использования энергии аккумулятора для усиления движения водителя при торможении разработаны две схемы исполнительных устройств.
Первая схема (рис. 1) содержит закрепленный в подкапотном пространстве 1 транспортного средства главный тормозной цилиндр 2 с поршнем 3 и штоком 4, кинематически (шарнирно) соединенным с ножной педалью 5, кинематически связанной с упертым в ее кронштейн выключателем 6, соединенным
Рис. 1. Схема электромагнитного усилителя тормозов: 1. Подкапотное пространство. 2. Главный тормозной цилиндр. 3. Поршень. 4. Шток. 5. Ножная педаль. 6. Выключатель. 7. Лампы-указатели. 8. Трубопровод. 9. Рабочие тормозные цилиндры. 10. Штырь. 11. Паз. 12. Поворотный рычаг. 13. Якорь электромагнита. 14. Статор. 15 и 16. Обмотки. 17 и 18. Выключатели. 19. Кронштейн. 20. Нижняя часть салона. 21. Пружина растяжения. 22. Пружина сжатия. 23. Бачок с резервной жидкостью. 24. Отверстие. 25. Суппорт. 26. Рабочие поршни. 27. Тормозные колодки. 28. Тормозной диск
с лампами-указателями 7 включения тормозной системы.
Главный тормозной цилиндр 2 соединен трубопроводом или трубопроводами 8 с рабочим тормозным цилиндром или цилиндрами 9. Со штоком 4 поршня 3 кинематически через штырь 10 и паз 11 связан поворотный рычаг 12, на одном конце которого шарнирно установлен якорь 13 электромагнита, взаимодействующий со статором 14, содержащим две обмотки 15 и 16, соединенные с источником электрического тока (штатным аккумулятором автомобиля, обозначен как +Б — и —Б) через свои выключатели 17 и 18, закрепленные на кронштейне 19 таким образом, что при движении поршня 3 со штоком 4 главного тормозного цилиндра 2 и повороте рычага 12 его второй конец своим выступом последовательно нажимает на кнопки этих выключателей. Педаль 5 шарнирно закреплена в нижней части салона 20 автомобиля и в ненажатом положении прижата пружиной растяжения 21 к выключателю 6, который находится при этом в разомкнутом состоянии. Пружина сжатия 22 служит для возврата поршня 3 в исходное положение после окончания процесса торможения, в бачке 23 содержится резервная тормозная жидкость, компенсирующая потери жидкости через неплотности и попадающая в цилиндр 2
через отверстие 24 при крайнем правом (по рисунку) положении поршня 3. Рабочие цилиндры 9 размещены в суппорте 25 и содержат рабочие поршни 26, упирающиеся через тормозные колодки 27 в тормозной диск 28 колеса (на рисунке условно не показано).
На рис. 2 изображена часть аналогичной схемы, в которой в качестве одного из выключателей (в данном примере — выключателя 18) используется выключатель 6, соединенный с лампами-указателями 7 включения тормозной системы.
При езде без торможения (рис. 1 и 2) педаль 5 не нажата, выключатель 6 не включен, шток 4 и поршень 3 находятся в крайнем правом (по рисунку) положении, выключатель 17 не включен, т. к. выступ поворотного рычага 12 находится на расстоянии от него. Избыточное давление жидкости в цилиндре 2 отсутствует, т.к. этот цилиндр через отверстие 24 соединен с резервным бачком 23, который соединен с атмосферой.
Для осуществления торможения водитель нажимает на ножную педаль 5 (рис. 3), в результате чего педаль 5 «уходит» от выключателя 6, и он замыкает свои контакты. При этом загораются лампы-указатели 7, сигнализирующие сзади двигающемуся транспортному средству, что данный автомобиль начал
о
оэ >
Рис. 2. Схема электромагнитного усилителя тормозов
с расширенным использованием выключателя: 1. Подкапотное пространство. 2. Главный тормозной
цилиндр. 3. Поршень. 4. Шток. 5. Ножная педаль. 6. Выключатель. 7. Лампы-указатели. 8. Трубопровод. 10. Штырь. 11. Паз. 12. Поворотный рычаг. 13. Якорь электромагнита. 14. Статор. 15 и 16. Обмотки. 17. Выключатель. 19. Кронштейн. 20. Нижняя часть салона. 21. Пружина растяжения. 22. Пружина сжатия. 23. Бачок с резервной жидкостью. 24. Отверстие
Рис. 4. Схема электромагнитного усилителя тормозов
с полностью нажатой педалью: 1. Подкапотное пространство. 2. Главный тормозной
цилиндр. 3. Поршень. 4. Шток. 5. Ножная педаль. 6. Выключатель. 7. Лампы-указатели. 8. Трубопровод. 10. Штырь. 11. Паз. 12. Поворотный рычаг. 13. Якорь электромагнита. 14. Статор. 16. Обмотки.
17. Выключатель. 19. Кронштейн. 20. Нижняя часть салона. 21. Пружина растяжения. 22. Пружина сжатия. 23. Бачок с резервной жидкостью. 24. Отверстие
Рис. 3. Схема электромагнитного усилителя тормозов
с частично нажатой педалью: 1. Подкапотное пространство. 2. Главный тормозной
цилиндр. 3. Поршень. 4. Шток. 5. Ножная педаль. 6. Выключатель. 7. Лампы-указатели. 8. Трубопровод. 10. Штырь. 11. Паз. 12. Поворотный рычаг. 13. Якорь электромагнита. 14. Статор. 16. Обмотки.
17. Выключатель. 19. Кронштейн. 20. Нижняя часть салона. 21. Пружина растяжения. 22. Пружина сжатия. 23. Бачок с резервной жидкостью. 24. Отверстие
торможение, а шток 4 вместе с поршнем 3 двигается влево, поршень 3 отсекает отверстие 24 и давит на жидкость в цилиндре 2, сжимая пружину 22.
В результате движения поршня 3 жидкость из цилиндра 2 поступает через трубопроводы 8 в рабочие цилиндры 9 (рис. 1), давит на поршни 26, которые через тормозные колодки 27 сжимают тормозной диск 28, препятствуя его вращению, а вместе с ним — и вращению колеса. Одновременно выключатель 6 замыкает контакты питания обмотки 16 электромагнита, который с определенной его характеристиками (сила тока, количество витков) силой втягивает якорь 13, передавая усилие через рычаг 12 и штырь 10 на шток 4 в направлении действия педали 5. Таким образом, усилие нажатия водителем
на педаль 5 увеличивается за счет действия силы электромагнита.
В случае полного или резкого торможения (рис. 4) сумма действия усилий водителя на педаль 5 и электромагнитных сил обмотки 16 приводит к дальнейшему продвижению штока 4 и дальнейшему повороту рычага 12, выступ которого надвигается на кнопку выключателя 17, в результате чего его контакты замыкаются, и электрический ток поступает не только на обмотку 16, но и на обмотку 15, что вызывает увеличение усилия электромагнита и, соответственно — увеличение суммарных сил, действующих на шток 4 и поршень 3. Это приводит к повышению давления в трубопроводе 8 и увеличению воздействия тормозных колодок 27 на тормозной диск 28.
Таким образом, чем сильнее водитель давит на педаль 5, тем большее усилие развивает электромагнит, помогая действиям водителя.
Устройство, изображенное на рис. 5, работает аналогично с той только разницей, что электромагнит имеет одну обмотку 29.
Однако в этой конструкции якорь электромагнита 28 имеет ступенчатую форму с развитой торцовой поверхностью А. Поскольку эта поверхность образует с противолежащей поверхностью статора 30 плоский электромагнит с зазором В, постольку усилие, с которым статор 30 притягивает эту поверхность, имеет крутую нелинейную зависимость с резко возрастающим усилием при уменьшении зазора А. В связи с этим при движении штока 4 с якорем 28 при нажатии педали 5 сила такого электромагнита существенно возрастает при уменьшении зазора В, и в этой конструкции достаточно обойтись одним выключателем 6 и одной обмоткой 29, чтобы получить возрастающую силу электромагнита при увеличении усилия нажима на педаль 5.
На рис. 6 изображена конструкция тормозной системы с поворотным рычагом 12 и реостатом 31, через который ток от источника питания идет на обмотку 15, увеличивающую действие электромагнита. Здесь изображен момент почти полного торможения, когда водитель сильно давит на педаль.
Рис. 5. Схема электромагнитного усилителя тормозов
с одной цилиндрической обмоткой: 1. Подкапотное пространство. 2. Главный тормозной
цилиндр. 3. Поршень. 4. Шток. 5. Ножная педаль. 6. Выключатель. 7. Лампы-указатели. 8. Трубопровод. 21. Пружина растяжения. 22. Пружина сжатия. 23. Бачок с резервной жидкостью. 24. Отверстие. 28. Якорь. 29. Обмотка. 30. Корпус
Рис. 7. Схема электромагнитного усилителя тормозов
с реостатом на оси педали: 1. Подкапотное пространство. 2. Главный тормозной
цилиндр. 3. Поршень. 4. Шток. 5. Ножная педаль. 6. Выключатель. 7. Лампы-указатели. 8. Трубопровод. 21. Пружина растяжения. 23. Бачок с резервной жидкостью. 28. Якорь. 29. Обмотка. 30. Корпус. 33. Реостат. 34. Бегунок. 35. Ось педали
Рис. 6. Схема электромагнитного усилителя тормозов с реостатом:
1. Подкапотное пространство. 2. Главный тормозной
цилиндр. 3. Поршень. 4. Шток. 5. Ножная педаль. 6. Выключатель. 7. Лампы-указатели. 8. Трубопровод. 10. Штырь. 11. Паз. 12. Поворотный рычаг. 13. Якорь электромагнита. 14. Статор. 15 и 16. Обмотки. 18. Шток. 20. Нижняя часть салона. 22. Пружина сжатия. 23. Бачок с резервной жидкостью. 28. Пружина растяжения. 31. Реостат. 32. Бегунок
В этой схеме при нажатии на педаль 5 в любом случае (сильное, слабое нажатие) выключатель 6 замыкает свои контакты и включает кроме ламп-указателей 7 обе обмотки электромагнита — 15 и 16. Однако если обмотка 16 сразу запитывается полным током (величина тока прямо пропорциональна напряжению источника питания и обратно пропорциональна сопротивлению электрической цепи), то обмотка 15 запитывается током, величина которого зависит от подведенного напряжения и суммарного сопротивления витков обмотки 15 и той части обмотки реостата 31, которая находится между бегунком 32 и выводом реостата 31, находящегося между бегунком 32 и катушкой 15.
В исходном состоянии (педаль 5 не нажата) выключатель 6 не включен, и тока нет ни в обмотке 15, ни в обмотке 16, сила электромагнита равна нулю. При относительно слабом нажатии на педаль 5 (ре-
жим «притормаживания») и, соответственно, небольшом угле поворота рычага 12 оба контакта выключателя 6 замкнуты, и на обмотку 16 подан полный ток. В то же время бегунок 32 находится в крайнем правом (по рис. 6) положении, когда реостат 31 оказывает максимальное сопротивление проходящему по нему току, на нем падает большая часть напряжения источника тока, и ток через обмотку 15 очень мал, в связи с чем созданное ею магнитное поле практически не оказывает заметного влияния на суммарную силу электромагнита.
При увеличении усилия нажатия на педаль 5 рычаг 12 поворачивается на больший угол и, соответственно, бегунок 32 перемещается влево по рисунку, сопротивление реостата проходящему току уменьшается, уменьшается и падение на нем напряжения, и ток, проходящий по обмотке 15, увеличивается. Соответственно, увеличивается и сила создаваемого обмоткой 15 магнитного поля.
Таким образом, чем сильнее водитель давит на педаль 5, тем в большей степени электромагнит увеличивает свою силу, помогающую усилию водителя. Причем, это увеличение происходит плавно.
Аналогично работает и система торможения, показанная на рис. 7, — при изменении положения педали 5 сила воздействия электромагнита изменяется в большую сторону.
В конструкциях, изображенных на рис. 6 и 7, характеристика реостата 31 и 33 (зависимость их сопротивления от перемещения педали 5) может быть не обязательно линейной — это зависит от кон-струк-ции реостата и заложенной в него зависимости его сопротивления от перемещения педали 5. Это дает возможность для каждой конкретной конструкции автомобиля оптимизировать зависимость усилия торможения от усилия водителя, которое он прикладывает к педали тормоза 5.
Во всех описанных конструкциях в качестве источника электрического питания может использоваться как штатный аккумулятор автомобиля (его подключение производится при включении системы зажигания двигателя), так и посторонний мобильный (переносной) источник электропитания (аккумулятор, переносное пусковое устройство, электрическая батарея сухих элементов и т.д.).
А*
Заключение. Из описания работы тормозной системы автомобиля, реализованной в нескольких вариантах, хорошо видно, что эти конструкции полностью работоспособны при заглохшем двигателе и обладают существенными преимуществами по сравнению с используемой в настоящее время системой торможения, использующей вакуумный усилитель.
Данное обстоятельство особенно важно не только для обеспечения безопасности движения при транспортировке автомобиля на гибком тросе к месту стоянки или ремонта, при проведении пуска двигателя «с ходу», но и, прежде всего, при движении автомобиля с внезапно заглохшим двигателем в плотном транспортном потоке или на спуске, в том числе на спуске по извилистой дороге.
Установка такой системы торможения может быть произведена при среднем или капитальном ремонте автотранспортного средства в условиях сертифицированной СТОА.
Библиографический список
1. Ломакин В. В., Покровский Ю. Ю., Степанов И. С. [и др.]. Безопасность автотранспортных средств / под общ. ред. В. В. Ломакина. М.: Изд-во МГТУ МАМИ, 2011. 299 с.
2. Пеньшин Н. В., Молодцов В. А., Горюшинский В. С. Обеспечение безопасности движения на автомобильном транспорте. Тамбов: Изд-во ФТГТУ, 2012. 116 с. ISBN 978-58265-1112-1.
3. Гладов Г. И., Петренко А. М. Легковые автомобили отечественного и зарубежного производства (новые системы и механизмы). М.: Транспорт, 2002. 183 с.
4. Вахламов В. К., Шатров М. Г., Юрчевский А. А. Автомобили: Теория и конструкция автомобилей и двигателей. М.: Издат. центр «Академия», 2003. 816 с. ISBN 5-7695-1149-4.
5. Гладов Г. И., Вихров А. В., Кувшинов В. В. [и др.]. Многоцелевые гусеничные и колесные машины: Конструкция / под ред. Г. И. Гладова. М.: Транспорт, 2001. 528 с. ISBN 5-27702242-2.
6. Вахламов В. К. Автомобили: Основы конструкции. 4-е изд., стер. М.: Издат. центр «Академия», 2008. 528 с. ISBN 9785-7695-5028-7.
7. Болштянский А. П., Зензин Ю. А., Щерба В. Е. Основы конструкции автомобиля. М.: Легион-Автодата, 2005. 312 с. ISBN 5-88850-211-1.
8. Щерба В. Е., Болштянский А. П., Лысенко Е. А. [и др.]. Электрооборудование транспортных машин. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011. 172 с.
ЩЕРБА Виктор Евгеньевич, доктор технических наук, профессор (Россия), заведующий кафедрой «Гидромеханика и транспортные машины». БОЛШТЯНСКИЙ Александр Павлович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Гидромеханика и транспортные машины». Адрес для переписки: [email protected]
Статья поступила в редакцию 23.06.2017 г. © В. Е. Щерба, А. П. Болштянский
Книжная полка
Левченко, Е. Теория и практика абразивной разрезки труб : моногр. / Е. Левченко, Н. Покинтелица, А. Харченко. - М. : Инфра-М, Вузовский учебник, 2018. - 142 с. - ISBN 9785-9558-0599-3, 978-5-16-013466-6, 978-5-16-106143-5.
В монографии рассматриваются вопросы повышения качества абразивной разрезки труб. Представлен анализ и выявлены причины снижения требуемой точности разрезки при работе режущего инструмента. Представлены результаты расчета отрезного круга, позволяющие прогнозировать характер изменения микрорельефа при обработке. Представлены результаты экспериментальных исследований новых конструкций отрезных кругов и даны рекомендации по их проектированию и эксплуатации в производственных условиях с учетом выбора рациональных условий обработки. Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников машиностроительных заводов, а также студентов вузов соответствующих направлений, связанных с металлообработкой.
Матвеев, А. Технологическое обеспечение процессов гидроштамповки трубных заготовок : учеб. пособие / А. Матвеев. - СПб. : Лань, 2017. - 376 c. - ISBN 978-5-8114-2635-5.
В учебном пособии изложены основы теории и технологии процессов деформирования трубных, трубчатых и листовых заготовок в изделия с крутоизогнутыми и ступенчатыми осями, имеющими близкий к нолю радиус гиба, а также изделий с пересекающимися осями — тройников. Выполнен анализ факторов, ограничивающих технологические возможности процессов изгиба как труб, так и листовых заготовок на сверхмалый радиус традиционными и оригинальными способами. Рассмотрены технологические особенности реализации разработанных процессов гидроштамповки. Приведены результаты их экспериментальных исследований, схемы разработанного оборудования, а также некоторые перспективные направления развития как процессов гидроштамповки труб, так и способов получения ультрамелкокристаллической структуры материала прутковых и трубных полуфабрикатов. Может быть полезно специалистам организаций, занимающихся вопросами пластического деформирования трубных и листовых заготовок, научно-техническим работникам учебных организаций, занимающихся вопросами теории и технологии обработки металлов давлением, студентам и аспирантам, обучающимся по направлению «Машиностроение».
