4. Конструкторская часть
Анализ существующих конструкций
Тормозные стенды предназначены для контроля эффективности торможения и устойчивости автотранспортных средств при торможении.
Действие тормозных стендов основано на анализе тормозных сил сцепления заторможенных колес автомобиля с рабочей поверхностью стенда. Тормозные стенды выпускаются двух типов – площадочные и роликовые.
На рис. 4.1 приведен пример площадочного тормозного стенда для легковых автомобилей.
Рис.4.1 - Тормозной стенд площадочного типа для легковых автомобилей Univers A4 фирмы Heka
Стенд имеет четыре измерительные платформы, по две на каждую ось автомобиля, оснащенные датчиками, и приборную стойку, соединенную с платформами электрическим кабелем.
С помощью площадочного тормозного стенда можно измерить тормозную силу на каждом колесе ( для обычного и ручного тормозов ), а также разность тормозных сил на каждой оси.
В процессе диагностирования автомобиль со скоростью 6-10км/ч наезжает колесами на платформы стенда и тормозит. Измерение тормозных сил основано на измерении перемещения платформ, которое происходит за счет возникновения сил инерции системы автомобиль – платформы и сил трения между шинами и поверхностью платформ. Это перемещение, пропорциональное общей тормозной силе автомобиля, фиксируется с помощью датчиков, установленных под измерительными платформами. Сигналы от датчиков передаются в компьютер, который выдает на дисплей и принтер с интервалами в 0,05с значения максимальной тормозной силы, на дисплей – световую индикацию неравномерности торможения колес каждой оси и значение в процентах эффективности торможения.
Основные преимущества площадочных тормозных стендов:
- малое время, затрачиваемое на проведение измерений;
- возможность проверять автомобили с любым типом полного привода;
- удобство в монтаже.
К недостаткам площадочных стендов следует отнести следующее:
- значительная площадь, требуемая для размещения стенда и разгона автомобиля перед въездом на стенд;
- зависимость точности измерения тормозной силы от отклонения направления движения автомобиля относительно оси стенда;
- недостаточная безопасность проведения работ на стенде при движущемся автомобиле;
- нет возможности определения удельных тормозных усилий на каждом колесе;
- нет возможности определить усилие торможения стояночным тормозом при трогании автомобиля с места;
- не определяется усилия на педали тормоза.
В настоящее время тормозные стенды роликового типа наиболее распространены. На тормозных стендах роликового типа тестируются следующие параметры: тормозная сила на каждом колесе, удельная тормозная сила, коэффициент неравномерности тормозных сил, усилие на органах управления ( педаль, ручник ), время срабатывания тормозной системы, тормозной путь. Дополнительно проводиться взвешивание автомобиля на каждое колесо.
Стенды обеспечивают следующие режимы контроля: рабочее контрольное торможение, экстренное торможение, торможение стояночным тормозом.
Рис.4.2 - Тормозной стенд роликового типа для легковых автомобилей фирмы Hofmann
Тормозные роликовые стенды состоят из следующих частей, изготовленных в виде отдельных изделий и соединенных между собой с помощью электрических кабелей: силовой шкаф, измерительная стойка с пультом управления и дисплеем либо приборами регистрации параметров, один или два опорно-роликовых блока.
Тормозные стенды роликового типа выпускаются для легковых автомобилей, грузовых автомобилей и автобусов, мотоциклов и иной двухколесной мототехники. Стенды для легковых автомобилей монтируются в приямки гладкого пола, для грузовых автомобилей – на осмотровой канаве, для мотоциклов устанавливается непосредственно на полу.
Основной частью тормозного роликового стенда является опорно-роликовый блок. В раме блока располагаются два опорно-силоизмерительных устройства, каждое из которых состоит из пары опорно-приводных роликов, привода, измерительного устройства тормозных сил, взвешивающего устройства и контактного датчика вращения колеса.
Принцип измерения тормозных сил автомобиля основан на уравновешивании движущего момента, создаваемого приводом стенда и подводимого к роликам, тормозным моментом автомобиля от сил, возникающих на тормозных колодках и барабанах или пластинах и дисках в каждом колесе.
Среди важнейших преимуществ роликовых тормозных стендов можно отметить следующее:
- качественный результат. Повторные испытания проходят в точно таких же условиях ( особую важность имеет сохранение скорости вращения колес ), что и предыдущие;
- исследование всей поверхности торможения при оценке тормозов;
- сохранение физической картины торможения. При использовании роликовых тормозных стендов усилие передается извне, и тормозная система поглощает поступившую энергию ( несмотря на отсутствие кинетической энергии испытуемого автомобиля );
- безопасность проведения испытаний, так как кинетическая энергия испытуемого автомобиля равна нулю.
К недостаткам же роликовых тормозных стендов следует отнести:
- пятно контакта шины с роликом относительно небольшого диаметра существенно отличается от пятна контакта при движении по ровному асфальту;
- роликовые тормозные стенды несколько дороже чем платформенные стенды.
Стенды могут применяться на станциях технического обслуживания АТС, автопредприятиях, станциях государственного технического осмотра контролерами ОТК, работниками ГИБДД и Транспортной инспекции для контроля тормозных систем АТС, в эксплуатации, при выпуске на линии, а также при ежегодном техническом осмотре с применением средств диагностирования.
Исходя из всех преимуществ и недостатков площадочных и роликовых тормозных стендов, выбираем роликовый тормозной стенд СТМ 3500 М, бывший в эксплуатации, так как с помощью его можно определить большее количество параметров, необходимых для проверки технического состояния тормозной системы автомобиля.
Устройство и принцип работы тормозного стенда
Функциональная схема стенда СТМ 3500 М, предназначенного для определения тормозных качеств автомобиля, приведена на рис.4.3. Роликовый стенд силового типа включает в себя роликовую установку, стойку управления в виде шкафчика с дверцами, датчик усилия и светофор.
Рис.4,3 - Функциональная схема стенда. Условные обозначения: ДВ-1, ДВ-2, ДВ-3, ДВ-4 - датчики веса; ДТС-Л, ДТС-П - левый и правый датчики тормозной силы; ДН-Л, ДН-П - левый и правый датчики наличия автомобиля; ДБ-Л, ДБ-П - левый и правый датчики блокировки
Роликовая установка (рис. 4.4) представляет собой два независимых приводных агрегата (левый и правый). Приводной агрегат состоит из двух опорных роликов 2, соединенных между собой цепной передачей, балансирно подвешенного мотор - редуктора 3, датчика тормозной силы 4, следящего ролика 5, датчиков блокировки 6 и наезда 7. Правый и левый приводные агрегаты смонтированы на единой прямоугольной раме 1. Между опорной поверхностью и рамой (по ее углам) размещены четыре датчика веса 8, предназначенные для измерения веса автомобиля приходящейся на диагностируемую ось. Диагностируемая ось автомобиля устанавливается на опорные ролики 2 приводных агрегатов, которые передают крутящий момент от правого и левого баласирно- подвешенных мотор-редукторов 3 к колесам автомобиля. Для реализации максимальных сил сцепления поверхность роликов выполнена рифленой. Между каждой парой опорных роликов 2 расположен следящий ролик 5, с которым связан датчик наезда 7 и датчик блокировки 6. Датчик наезда предназначен для определения наличия автомобиля на опорных роликах, а датчик проскальзывания для контроля скорости вращения колес и определения момента начала проскальзывания колес диагностируемой оси, относительно опорных роликов.
Рис.4.4 - Роликовая установка: 1-Стальная рама; 2-Ролик опорный; 3-Балансирный мотор-редуктор; 4-Датчик тормозной силы; 5-Ролик следящий; 6-Датчик блокировки; 7-Датчик наезда; 8-Датчик веса;9-Контроллер датчиков
При торможении колес автомобиля реактивный момент, величина которого пропорциональна тормозной силе, через ролики 2 передается на шарнирно-подвешенный мотор - редуктор 3. Реактивный момент на корпусе мотор - редуктора вызывает его отклонение от положения равновесия. При этом сила через рычаг корпуса мотор - редуктора передается на тензометрический датчик тормозной силы 4. Электрические сигналы с датчика, пропорциональные тормозным силам на колесе, поступают на контроллер 9.
Первичную обработку данных с датчиков выполняет контроллер датчиков 9, который предназначен для преобразования и усиления сигналов датчиков, преобразования аналоговых сигналов датчиков в цифровой код и передачи их значений в персональный компьютер стойки управления для последующей обработки результатов.
Управление стендом осуществляется со стойки управления (рис. 4.3), на передней панели которой (рис. 4.5) расположены: монитор 1, системный блок 6, лазерный принтер 5. На горизонтальной поверхности стойки расположены кнопки «Аварийного отключения» 2, «Стоп» 7 и «Пуск» 8, а также во время работы располагается клавиатура 3 и манипулятор «мышь» 4.
На задней части стойки управления (рис.4.6) расположена силовая панель для подключения стенда к питающему напряжению, и защиты его от перегрузок: общий автоматический выключатель питания «Сеть», автоматический дифференциальный выключатель с устройством защитного отключения, автоматические выключатели правого и левого мотор - редукторов, и сети ПК. Ниже выключателей, на задней панели расположены индикаторы: 3-х фазного и 12-ти вольтового постоянного напряжения, и три светодиода неисправности: перекос фаз, неправильная фазировка, индикатор неисправности USBадаптера или системного блока.
Рис.4.5 - Внешний вид стойки управления с открытыми дверками. Вид спереди: 1 – Экран монитора; 2– Кнопка аварийного отключения; 3 – Клавиатура; 4 – Манипулятор «Мышь»; 5 – Принтер лазерный; 6 – Системный блок, 7 – Кнопка СТОП; 8 – Кнопка ПУСК
Рис.4.6 - Внешний вид стойки управления с открытыми дверками. Вид сзади
Управление работой стенда осуществляется с персонального компьютера. Системный блок персонального компьютера ПК управляет работой мотор - редукторов тормозного стенда и принимает информацию с контроллера датчиков о текущих значениях сигналов датчиков тормозного стенда, для последующей обработки и отображения результатов измерений.
Для измерения усилия на органе управления рабочей или стояночной тормозной системы во время диагностирования тормозных качеств автомобиля применяется тензорезисторный датчик усилия (рис.4.7). Он состоит из корпуса 1, верхней пластины 2, нижней пластины 3, кнопки 4, защитной мембраны 5, кабеля датчика 6 с разъемом 7. Для крепления датчика к органу управления применен ремень 8 с замком 9.
Рис.4.7 - Датчик усилия: 1 - Корпус; 2 – Верхняя пластина; 3 – Нижняя пластина; 4 – Кнопка; 5 - Защитная мембрана; 6 – Кабель датчика; 7 – Разъем; 8 – Ремень; 9 – Замок
Для информирования оператора-водителя о необходимых действиях в конструкции стенда имеется светофор (рис. 6), который применяется для согласованной работы во время диагностирования тормозных качеств автомобиля. Светофор состоит из трех сигнальных ламп (красная, желтая, зеленая). Комбинации включения этих ламп в зависимости от команд оператора ПК приведены в табл.1.
Рис.4.6 - Светофор
Таблица 4.1