12.5. Інерційні роликові стенди для діагностування гальм

Інерційні роликові гальмові стенди можуть мати два принципово різних конструктивних варіанти опорно-приводних пристроїв: перший варіант (рис. 12.7, а) передбачає привод від ведучих коліс автомобіля, другий (рис. 12.7,б)– зовнішній електропривод. У першому варіанті опорно-приводний пристрій складається із чотирьох пар кінематично зв’язаних між собою роликів, що дозволяє вимірювати гальмові сили на всіх 4-х колесах одночасно. У другому випадку опорно-приводний пристрій містить у собі два вузли (під кожне колесо однієї осі) і вимір гальмових сил провадиться по черзі для коліс кожної осі.

а

б

Рис. 12.7. Інерційні роликові стенди для діагностики гальм:

а – із приводом від ведучих коліс автомобіля; б – з електроприводом:

1 – ролик; 2 – маховик; 3 – ланцюгова передача; 4 – сполучні електромагнітні муфти; 5 – редуктор; 6 – передавальний вал; 7 – електродвигун

Перевірка гальм інерційним методом виконується на спеціалізованих гальмівних або (частіше) на комбінованих тяглово-галь­мових стендах. СД-2М, СД-3ДО, СД-4, КІ-8901 і ін). Тихохідні силові стенди К-208, КІ-4998, ТС-1, ТС-2 і ін.

Методика проведення діагностування на будь якому з цих стендів в принципі однакова. Колеса автомобіля, що контактують із роликами, розкручують до регламентованої швидкості (50…70 км/год), а потім різко гальмують, одночасно роз’єднуючи всі каретки стенда за рахунок вимикання електромагнітних муфт. При цьому натискання на педаль гальма з контрольованим зусиллям здійснюється спеціальним приводним пристроєм (пневмоногою).

Передні та задні гальма перевіряються на стенді роздільно, тому необхідно витримувати однаковий характер натискання на педаль при різних гальмуваннях. На інерційних стендах використовують динамометричні пристрої для натискання на гальмову педаль – депресори. У ХАДІ розроблені зручні конструкції пневматичних депресорів для автомобілів з підвісними й органними педалями (рис. 12.8).

а

б

Рис. 12.8. Динамометричні пристрої для натискання

на гальмову педаль (депресори): а – для легкових автомобілів з підвісною педаллю; б – для вантажних автомобілів і автобусів з органною педаллю (ЗІЛ, КамАЗ і ін.)

Протягом повного часу обертання барабанів стенда й коліс автомобіля припиняється. Шляхи, пройдені кожним колесом автомобіля за цей час та кутове уповільнення барабана, будуть еквівалентні їхньому гальмовому шляхам і гальмовим силам. Гальмовий шлях визначають за числом обертів барабанів стенда, яке фіксується лічильником, або за тривалістю їхнього обертання, вимірюваної секундоміром, а уповільнення – кутовим деселерометром.

На інерційному стенді можливо здійснювати прямий вимір гальмового моменту за величиною реактивного крутного моменту, що виникає на валу стенда між маховиком і барабаном.

12.6. Функціональні якості інерційного роликового стенда

Під час руху величина гальмової сили для передньої й задньої осей становить

Р_mн1 =; Р_тн2 =, (12.2)

де Р_mн1іР_mн2 – нормативна гальмова сила, відповідно для передніх і задніх коліс;

m_а – повна маса автомобіля при перевірці гальм на дорозі;

j_н– нормативне уповільнення на дорозі;

 – коефіцієнт перерозподілу гальмових сил по осях автомобіля.

На величину гальмової сили впливають коефіцієнт тертя, площі накладок, зусилля в приводному контурі. Коефіцієнт тертя істотно залежить від температури поверхні тертя.

З умов імітації реальної температури й при однаковій силі натискання на педаль гальма, визначають необхідну величину інерційної маси стенда

m_cт = (12.3)

де m_cт – маса обертових частин стенда;

m_к – маса коліс автомобіля;

m_д– повна дорожня маса автомобіля;

V_c, V_д– швидкість автомобіля, відповідно, на стенді й дорозі

m_дп=  m_д;m_дз= (1 –)m_д. (12.4)

При інерційному способі перевірки гальм на роликових стендах гальма перевіряємої вісі поглинають кінетичну енергію обертових мас – «роликовий стенд – колеса». Процес швидкоплинний, відбувається з високим нагріванням пари «гальмовий барабан-накладка». Природно, чим вища швидкість перевірки V, тим більша кінетична енергіяЕ_кобертових елементів стенда

Е_к= (m_cт + 2m_к)V², (12.5)

де (m_cт + 2m_к) – сумарна маса обертових елементів стенда й коліс.

У цьому випадку забезпечується відповідність режиму перевірки гальм на стенді та при експлуатації, завдяки високій швидкості початку гальмування й однакових температурних режимів у гальмових механізмах.

Для попередніх розрахунків приймають стендову швидкість перевірки V_с для легкових автомобілів і автобусів – 22,2 м/с (80 км/год), для вантажних – 16,7 м/с (60 км/год).

Інерційна маса обертаючого тіла визначається за формулою

m=, (12.6)

де J– момент інерції тіла обертання, кг·м²;

r– радіус обертання тіла.

Інерційна маса дозволяє порівнювати енергію тіл, які обертаються, або рухається поступально. Інерційна маса – це маса фіктивного тіла, що рухається зі швидкістю V, рівній лінійній швидкості в контакті колеса з опорною поверхнею та має кінетичну енергією таку, що й автомобіль.

Сумарна інерційна маса (Σm), що перешкоджає гальмуванню колеса, виражається сумою

Σm = m_cт + 2m_к, (12.7)

де m_cт – інерційна маса стенда;

m_к – інерційна маса колеса (переднього або заднього).

Необхідна інерційна маса стенда для передніх коліс визначається за формулою

, (12.8)

де m_а– повна маса автомобіля;

V_д– швидкість, яка рекомендується для перевірки гальм на дорозі;

V_с– швидкість перевірки на стенді (рекомендується для легкових автомобілів і автобусів 70…80 км/год, для вантажних – 60 км/год).

Вибравши значення інерційної маси стенда m_cтⁿ для перевірки гальм передньої осі, визначають швидкість перевірки гальм задньої осіV_cз

. (12.9)

Якщо значення необхідної інерційної маси для перевірки задніх коліс є більшими, ніж для передніх, масу стенда приймають за значенням для задніх коліс, а для перевірки передніх коліс підбирають швидкість.

Приклад розрахунку інерційних мас роликового стенда для перевірки гальм автомобіля ГАЗ-31029. Використовуючи довідники визначають необхідні дані для розрахунку: 1) момент інерції переднього J_кп = 1,1 кг·м² та заднього J_кз = 1,14 кг·м² коліс; 2) коефіцієнт розподілу гальмівних сил  = 0,575; 5), швидкість дорожніх випробувань гальм – V_д = 40 км/год (11,1 м/с); 3) нормативне уповільнення j_н = 6,8 м/с²; 4) повна маса ГАЗ-31029– m_а = 1820 кг; 5) швидкість початку гальмування на стенді для коліс передньої осі – V_c = 22,2 м/с (80 км/год). За формулами (12.4) визначають маси, що припадають на колеса передньої й задньої осей автомобіля при його гальмуванні на дорозі

m_дп =   m_а = 0,575 1820 = 1046,5 кг;

m_дз = (1 – )  m_а = (1 – 0,575) 1820 = 773 кг.

За формулою (12.6) визначаємо інерційні маси передніх і задніх коліс

m_кп = кг;

m_кз = кг.

За формулою (12.3) знаходимо необхідну інерційну масу обертових частин стенда

m_ст = кг.

Приймаємо необхідну величину інерційної маси стенда m_ст = 108 кг.

Швидкість перевірки гальм задніх коліс складе (12.9):

м/с ≈ 72 км/год.

12.7. Визначення потужності приводного пристрою стенда

Потужність привода N_пр повинна бути достатньою для того, щоб розігнати стенд і колеса автомобіля до швидкості початку гальмування за заданий час t_розг, який для легкових автомобілів становить 15...25 с, для вантажних автомобілів і автобусів 30...40 с, для особливо важких машин – до 60 с.

При розгоні ведучих коліс приводом стенда втрати потужності в трансмісії становлять до 30 % від втрат на кочення N_кp.

Потужність, споживана для розгону стенда й коліс автомобіля

N_пр= (1,0…1,3) ·N_кр + N_тс + N_р^с, (12.10)

де N_кр,N_тсіN_p^с– відповідно потужності, витрачені на кочення коліс по роликах, тертя в стенді й розгін стенда.

Витрати потужності на кочення коліс по роликах N_кpвизначаються за формулою

, (12.11)

де f_кр– коефіцієнт втрат на кочення шин по роликах

f_кр = 0,015...0,025.

Витрати потужності на тертя в стенді визначають за формулою

, (12.12)

де f_c– коефіцієнт витрат на тертя в опорах роликів

f_c = 0,025 ... 0,045.

Потужність, витрачена на розгін пристроїв стенда

, (12.13)

де m_ст– інерційна маса стенда, кг;

m_к – інерційна маса колеса, кг;

V₀ – швидкість початку гальмування, м/с;

t_розг– час розгону коліс, с.

Інерційна маса стенда приймається дня легкових автомобілів – 250 кг, для вантажних – 800 кг. Щоб урахувати інерційну масу ко-ліс – 2·m_к, значенняm_стпотрібно збільшити на 10 %. Тому при попередніх розрахунках значення (m_ст + 2·m_к) для легкових автомобілів приймають рівною 275 кг, а для вантажних – 880 кг.

Швидкість початку гальмування V₀для легкових автомобілів – 22,2 м/с (80 км/год), для вантажних – 16,7 м/с (60 км/год).

Для нашого прикладу – автомобіля ГАЗ-31029, при навантаженні від ваги коліс передньої осі 2·G_к = 6517 Н, визначимо потужність, необхідну для розгону коліс до швидкості V = 22,2 м/с початку гальмування. Витрати потужності на кочення коліс роликами (12.11)

N_кp = 6517 · 0,02 · 22,2 = 2894 Вт.

Витрати потужності на тертя в стенді (12.12)

N_тс = 6517 · 0,03 · 22,4 – 2894 = 1485 Вт.

Потужність, витрачена на розгін стенда (12.13)

Вт.

Потужність привода N_пр для розгону стенда й коліс автомобіля до швидкості початку гальмування за заданий час t_розг (12.10) становить

N_пр = (1,1 · 2894) + 1485 + 6777 = 11445 Вт ≈ 11,4 кВт.