1. Мета і задачі роботи
Метою роботи є вивчення принципу роботи регулятора гальмівних сил і методики експериментального визначення його характеристик.
Задачею роботи є визначення коефіцієнта перетворення регулятора і залежностей між тиском на його виході та вході в функції кута повороту задаючого важеля.
В результаті виконання роботи студент повинен:
- знати призначення, конструктивні особливості та принцип роботи регулятора гальмівних сил;
- вміти обґрунтувати необхідність застосування регулятора гальмівних сил на автомобілі;
- отримати навики експериментального визначення характеристик регулятора гальмівних сил.
2. Теоретичні положення
Під час гальмування автомобіля в контакті його коліс з дорогою виникають гальмівні сили і їх рівнодіюча, котра називається сумарною гальмівною силою, викликає сповільнення автомобіля. При цьому виникає сила інерції (з вектором, прикладеним в центрі мас автомобіля і направленим протилежно вектору сумарної гальмівної сили), яка разом з сумарною гальмівною силою утворюють момент сил, що зумовлює динамічний перерозподіл навантаження між осями автомобіля. В результаті цього вертикальне навантаження на колеса передньої осі збільшується порівняно зі статичним навантаженням, а на задні - зменшується на ту ж саму величину. Значення динамічних перерозподілів навантажень на осі пропорційні сповільненню автомобіля. Таким чином, під час гальмування автомобіля навантаження на його колеса не залишаються постійними, а безперервно змінюються. Між тим, відомо, що процес гальмування автомобіля буде близьким до оптимального у тому випадку, коли гальмівні сили на його колесах будуть пропорційні вертикальним реакціям, які діють на ці колеса. Відповідно до цього співвідношення між передньою і задньою осьовими гальмівними силами необхідно змінювати в процесі гальмування пропорційно зміні співвідношення між нормальними реакціями, що діють на передні та задні колеса. Для досягнення цього в конструкцію гальмових приводів сучасних автомобілів вводять автоматичні пристрої - регулятори гальмівних сил.
У разі відсутності регулятора гальмівних сил колеса однієї з осей доводяться до блокування (юзу) раніше, ніж колеса другої осі. В результаті цього автомобіль може втратити керованість (у разі блокування передніх коліс) або стійкість (у разі блокування задніх коліс). Сповільнення, що досягається до початку блокування коліс, буде меншим від гранично можливого при даному коефіцієнті зчеплення коліс з дорогою.
З введенням регулятора гальмівних сил теоретично можливо досягти одночасного блокування всіх коліс при будь-якому коефіцієнті зчеплення коліс з дорогою з реалізацією при цьому гранично можливого сповільнення. Практично ж, із-за нестабільності характеристик елементів гальмової системи, спостерігатиметься деяка неодночасність блокування коліс. Дослідження показали, що більш небезпечним є випереджуюче блокування задніх коліс, яке сприяє втраті бокової стійкості автомобіля (заносу задньої осі). Тому, щоб не допустити випереджуючого блокування задніх коліс, закон регулювання гальмівних сил вибирають таким чином, щоб дещо раніше блокувались передні колеса (для легкових автомобілів - при всіх значеннях коефіцієнта зчеплення коліс з дорогою, а для вантажних - тільки при малих його значеннях, тобто на слизьких дорогах).
Отже, метою регулювання гальмівних сил є виконання двох вимог:
не допустити випереджуючого блокування задніх коліс в заданому діапазоні коефіцієнта зчеплення коліс з дорогою;
випередження блокування передніх коліс по відношенню до задніх повинне бути незначним.
Для досягнення цієї цілі, як вже зазначалось, необхідно змінювати співвідношення між передньою і задньою осьовими гальмівними силами у процесі гальмування автомобіля, що здійснюється за допомогою регулятора гальмівних сил.
Частіше всього регулювання гальмівних сил здійснюється шляхом зменшення величини задньої осьової гальмівної сили за рахунок редукції тиску в задній ланці гальмового приводу. Параметром, за яким здійснюється регулювання, є сповільнення автомобіля або інший пропорційний йому параметр (тиск у приводі, зусилля на гальмовій педалі, динамічний приріст вертикального навантаження на вісь).
На рис. 2.1. зображена схема регулятора гальмівних сил, що застосовується на автомобілях КамАЗ і деяких автобусах ЛАЗ із пневматичним гальмовим приводом. Корпус 1 регулятора кріпиться до рами або кузова автомобіля, а важіль 2 через пружній елемент з'єднується з заднім мостом автомобіля (на автобусах важіль 2 керується пневмоциліндром, порожнина якого з'єднана трубопроводом з пневмопідвіскою). Поршень 3 регулятора містить клапан 4, а з його зовнішньої сторони є радіальні ребра 5, які розташовані між аналогічними ребрами 6 корпуса регулятора. До нижньої частини поршня кріпиться діафрагма 7.
Рис. 2.1. Схема регулятора гальмівних сил для пневматичної гальмівної системи:
1 – корпус; 2 – важіль; 3 – поршень; 4 – клапан; 5 – ребра поршня; 6 – ребра корпуса; 7 діафрагма; 8 – шток; 9 – вхідний отвір; 10 – вихідний отвір;
11- гумовий клапан.
У разі повністю завантаженого автомобіля кінець важеля 2 і зв’язаний з важелем шток 8 знаходиться у верхньому положенні. Під час гальмування стиснуте повітря від гальмового крана поступає до вхідного отвору 9 регулятора і переміщує поршень 3 донизу. Разом з поршнем переміщується і клапан 4, який спочатку перекриває атмосферний отвір в штоці 8, а потім, відриваючись від поршня, пропускає стиснуте повітря, яке через вихідний отвір 10 поступає до задніх гальмових камер. Одночасно з цим стиснуте повітря поступає під діафрагму 7 створюючи зусилля на поршень та переміщуючи його вверх аж до закриття клапана 4. При верхньому положенні важеля регулятора усталений тиск на виході регулятора буде рівним вхідному тиску.
Зі зміною кута повороту важеля 2, що викликається зменшенням завантаженості автомобіля і зниженням динамічного навантаження на задню вісь під час гальмування, шток 8 переміщується донизу і поршень 3 переміщується на більшу величину до початку відкривання впускного клапана.
При цьому ребра 5 поршня виступають нижче ребер 6 корпуса, дотикаючись до діафрагми 7, що призводить до збільшення її активної площі.
У цьому випадку врівноваження поршневого вузла і закриття впускного клапана настає при меншому значенні тиску під діафрагмою порівняно з тиском над поршнем, тобто відбувається редукція тиску.
Ступінь редукції тиску у задніх гальмових камерах буде тим більшою, чим більший кут повороту важеля 2, а відповідно, чим менше навантаження на задню вісь автомобіля. У всіх випадках у передні гальмові камери автомобіля поступає тиск, що дорівнює тиску на вході регулятора.
У процесі розгальмування автомобіля повітря з задніх гальмових камер через отвір 10 і отвір у штоці 8 виходить в атмосферу через гумовий клапан 11.