Расчет питающей части пневматического тормозного привода автотранспортного средства с антиблокировочной системой Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62-59:629.113.001.2

РАСЧЕТ ПИТАЮЩЕЙ ЧАСТИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ТОРМОЗНОГО ПРИВОДА АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С АНТИБЛОКИРОВОЧНОЙ СИСТЕМОЙ

А.Н. Туренко, профессор, д.т.н., В.И. Клименко, профессор, к.т.н., Л.А. Рыжих, профессор, к.т.н., А.В. Крамской, к.т.н., научн. сотр., А.А. Чебан, аспирант, ХНАДУ

Аннотация. Проведен анализ предписаний, касающихся источников и резервуаров энергии автотранспортных средств с пневматической тормозной системой. Выполнены расчеты питающей части привода и сформулированы требования по расходу воздуха к антиблокировочной системе. Показано, что для автобуса МАЗ-256 объем питающей части позволяет обеспечить расход воздуха, приведенный к нормальным условиям для антиблокировочной системы, 7,09 г/с.

Ключевые слова: объем питающей части, пневматический тормозной привод, антиблокировочная система.

Введение

В последнее десятилетие требования к тормозным системам в области эффективности торможения существенно повысились, особенно в части установки автоматических систем регулирования тормозных сил (противо-буксовочная система, антиблокировочная система, система стабилизации курсовой устойчивости и др.).

Поскольку 60 % отечественных транспортных средств категории М3 на территории Украины по сведениям Министерства транспорта и связи Украины [1] не оборудованы ни одной из этих систем, то возникает необходимость в доработке и модификации их тормозных приводов. При этом питающая часть тормозного привода, с целью снижения себестоимости доработки, должна оставаться в неизменном виде.

Поскольку в требованиях, сформулированных в нормативных документах [2, 3], существует неоднозначность к выбору параметров антиблокировочной системы в области питающей части пневматического тормозного привода ПТП, то необходимо определить ограничения на расход воздуха при ее работе.

Анализ публикаций

Имеющиеся методы расчета объема питающей части разработаны для ПТП [4 - 6], не оборудованного автоматическими системами управления. В частности, в работах [4, 6] при расчёте питающей части учитываются объемы тормозных камер и трубопроводов, однако не учитываются объемы заполняемых при торможении полостей пневмоаппаратов, что определяет более высокую погрешность результатов.

Методика определения необходимого объема ресиверов пневматического привода [5] не отвечает современным требованиям [2, 3], так как разрабатывалась под старые требования нормативных документов ГОСТ 22895-77, ГОСТ 4364-81, которые на сегодняшний день не действуют.

Цель и постановка задачи

Целью исследования является совершенствование методики расчета объема питающей части пневматического тормозного привода транспортного средства с АБС. Задачами исследования являются: анализ предписаний, касающихся источников и резервуаров энер-

гии автотранспортных средств с ПТП, определение ограничений на расход воздуха для пневматического тормозного привода с АБС, исследование питающей части автобуса категории М3 МАЗ-256 на предмет ограничения максимального расхода воздуха антиблокировочной системой.

Анализ предписаний, касающихся

источников и резервуаров энергии автотранспортных средств

Для транспортных средств с пневматическим тормозным приводом нормативным предписанием в части требований к питающей части на территории Украины, является ДСТУ ЦЧ/ЕСЕ R 13-09:2002 [2] (пункт 1.2.1 Приложения 7). Согласно данному требованию воздушные тормозные резервуары механических транспортных средств должны быть сконструированы таким образом, чтобы после восьмикратного нажатия до отказа на орган управления рабочим тормозом остаточное давление в воздушном тормозном резервуаре было не меньше давления, необходимого для предписанного аварийного торможения.

Однако для АТС с АБС были введены дополнительные требования к потреблению энергии (пункт 5.1 Приложения 13) [2], которые заключаются в том, что тормозные системы АТС должны сохранять свою эффективность при полном приведении в действие органа управления рабочего тормоза в течение продолжительного времени. Начальный уровень энергии в резервуарах должен соответствовать величине, указанной заводом-изготовителем. Этого запаса энергии должно хватать на работу АБС при начальной скорости торможения не менее 50 км/ч на поверхности, имеющей коэффициент сцепления не более 0,3, в течение промежутка времени не менее 15 секунд, а управление непосредственно регулируемыми колесами должно осуществляться антиблокировочной системой. Затем при остановленном транспортном средстве четыре раза подряд нажимают до отказа на педаль рабочего тормоза. При пятом нажатии на тормозную педаль транспортное средство должно быть заторможено с эффективностью, предписанной для аварийного торможения груженого транспортного средства.

Таким образом, требования к источникам энергии должны выполняться для питающей

части транспортного средства с АБС совместно.

Расчет питающей части ПТП автомобиля с АБС

В работах [4, 6], принимая линейный закон изменения объема расходной части при изотермическом процессе истечения в пневмоприводе, величину давления при п-м торможении предлагается определять по следующей формуле:

Рпа

V И д V щ

Ч-^ + Р Чк1 - (п-1)тт-ъ

Vр

Рп =

л

Vр

V И , д V щ ТТ + к1 -(п-1)— ъ

% л ур ы

(1)

где Рп-1 - величина давления в ресиверах перед п-м торможением, МПа; Vп - объем питающей части, м3; - объем расходной части, м3; Ра - атмосферное давление, МПа; Д V - величина уменьшения объема сжатого воздуха в расходной части контура при каждом последующем торможении за счет изменения податливости барабанных тормозных механизмов, м3.

Исходя из уравнения баланса масс для питающей и расходной части тормозного привода, величина давления при первом торможении определяется по формуле

Т

Р = Т1

Рп Ч^ + Ра

Т ^ V»

(2)

+1

где

Рп-

величина давления в ресиверах

перед торможениями, МПа

Объем расходной части контура передней и задней осей при п-м торможении определяется соответственно:

Р £

Vр\ = 2Vml + - е /1d12 -(п - 1) ЧД V;

(3)

Vр2 = 2^2 + - е 12d22 -(п - 1) ЧД V, (4)

1=1

где Ут1 и 2 - объем соответственно передней и задней тормозных камер, м3; 11, d1, 12, d2 - соответственно длина и диаметр /-го участка трубопровода, м.

Однако необходимо добавить объемы секций тормозного крана (ТК) и поэтому формулы (3) - (4) примут вид

Р к

УР1 = 2Ут1 + УТК1 + -еК-(п - 1) ЧА V; (5)

Ур2 = 2Vm2 + Vтк2 + ^4 е^22 - ( П - 1) ЧА V, (6)

где VТК1 и Vтк 2 - объем соответственно верхней и нижней секций ТК, м3.

Исходя из выражений (5) и (6), находим объем расходной части АТС. Из выражения (2) определяем величину давления при первом торможении. После этого рекуррентным способом из формулы (1) находим значение давления в ресивере при каждом торможении. Определим массу выпущенного из ресивера воздуха (те 4) за четыре торможения при неработающем двигателе.

ней секции тормозного крана - 0,073-10-3 м3; тормозные камеры тип 16 с ходом штока 40 мм. Максимальный объем тормозной камеры - 0,613-10-3 м3 [8]. Давление в ресиверах составляет 0,8 МПа, температура воздуха 293 К. Параметры соединительных трубопроводов сведены в табл. 1. Расчетная схема контуров ПТП МАЗ-256 приведена на рис. 1.

к„ 4

Рис. 1. Расчетная схема контуров ПТП МАЗ-256: 1 - верхняя секция тормозного крана; 2 - нижняя секция тормозного крана; 3 - соединительные трубопроводы; 4 - тормозные камеры; 5 - тройник

Таблица 1 Параметры соединительных трубопр оводов ПТП МАЗ-256

т

е 4

(Р - Л)ЧУП

RTЛ

(7)

Определим ограничение на массовый расход воздуха для любого из контуров или тормозного привода в целом при включении в работу АБС

т

Q \

е 4 (Рп - Р4)Ч^

RT4 ]ЧtABS

(8)

где - промежуток времени, на протяжении которого все непосредственно управляемые колеса должны оставаться под действием антиблокировочной системы (должен быть не менее 15 секунд).

Выполним расчет питающей части пневматического тормозного привода автобуса МАЗ-256.

Основные параметры тормозного привода автобуса МАЗ-256 [7]: объем нижней секции тормозного крана - 0,096^ 10-3 м3; объем верх-

Обозначение на схеме Параметры соединительных трубопроводов

Длинна, м Внутренний диаметр, мм

Т10 0,95 11

Т11 2.31 9

Т12 1.25 9

Т21 0.9 9

Т22 0.9 9

Т30 7,3 11

Воспользовавшись выражениями (5) и (6) определим объемы расходной части

VР = 0,00159 + 0,00211 = 0,0037 м3 .

Воспользовавшись выражениями (1) и (2) определим величины давления в питающей части ПТП и построим графики зависимостей давления в питающей части от количества торможений для переднего контура и всего пневматического тормозного привода (см. рис. 2 - 3).

Исходя из выражения (8), ограничение на расход воздуха для переднего контура автобуса будет равно

t

Q \

(0,8Ч106 - 0,615Ч106)Ч0,02

287,14 Ч293 Ч15 для ПТП в целом

= 0,00292 кг/с

Q \

(0,8Ч106 - 0,651 Ч106)Ч0.06 287,14 Ч293Ч15

= 0,00709 кг/с

МО® 0.8 0.7 0.6 0.5 Р 0.4 0.3 0.2 0.1

3 4 П

Рис. 2. Изменение давления в питающей части переднего контура МАЗ-256: Р - давление в питающей части ПТП; п - количество торможений; - результаты математического моделирования; П - данные давления, полученные экспериментально; ---- давление, обеспечивающее эффективность, предписанную для аварийного торможения

МПа 0.8 0.7 0.6 0.5 Р 0.4 0.3 0.2 0.1 0

23

45

п

6 7 8 9

Рис. 3. Изменения давления в питающей части МАЗ-256, полученные путем математического моделирования

Таким образом, при разработке системы управления АБС и исполнительных аппаратов для транспортных средств с пневматическим приводом, необходимо руководствоваться выражением (9) для определения ограничения на расход воздуха.

ние давления в ресиверах при неработающем двигателе.

Впервые получены выражения, позволяющие определить ограничения на расход воздуха для ПТП с АБС, при условии удовлетворения ТС правилам ЕЭК ООН №13 и ДСТУ ИЧ/ЕСЕ R 13-09:2002. Выполненные расчёты для автобуса МАЗ-256 показывают, что расход воздуха при работе АБС не должен превышать 7,09 г/с.

Литература

1. Чередшченко Л.В., Юрченко Т.В., Гринь Л.А. Автомобшьний транспорт Украши: стан, проблеми, перспективи розвитку. - К.: ДП «ДержавтотрансНД1проект», 2005. - 275 с.

2. ДСТУ ИЧ/ЕСЕ Я 13-09:2002. Единообразные

предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств категорий М, N и О в отношении торможения. - Введен впервые; Введ. 24.07.2002. - К.: ДержавтотрансНД1проект, 2002. - 324 с.

3. ОСТ 37.001.067-86. Тормозные свойства автотранспортных средств. Метод испытаний. - 17 с.

4. Туренко А.Н. Повышение эффективности торможения грузовых и пассажирских автотранспортных средств с пневматическим приводом тормозов. - Харьков: ХГАДТУ, 1998. - 353 с.

5. Дьячков Н.К. Определение необходимого объема ресиверов пневматического тормозного привода // Автомобильная промышленность. - 1984. - № 6. - С. 14 - 24.

6. Туренко А.Н., Клименко В.И., Рыжих Л.А.,

Кудлай С.А. Расчет питающей части пневматического тормозного привода автомобиля. - 1985. - № 2. - С. 41 - 52.

7. Автобус МАЗ-256 . Руководство по эксплуатации 256-0000020 РЭ / Минский автомобильный завод / Под ред. Н.А. Липский. - Минск.: «ИПЦ МАЗ», 2006. - 155 с.

8. Пильгуй В.Б. Совершенствование мембранных

исполнительных механизмов

пневматического тормозного привода автомобилей: Дис. ... канд. техн. наук: 05.22.02. - М., 1995. - 228 с.

0

0

2

5

6

7

8

9

0

1

Выводы

Усовершенствованная методика расчёта питающей части позволяет с погрешностью, не превышающей 5%, прогнозировать измене-

Рецензент: А.В. Бажинов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 14 февраля 2008 г.