 |
3. Стендовые испытания тормозных систем
|
|
|
|
Виды стендов и методы испытания тормозных систем. Существует несколько видов стендов, использующих различные методы и способы измерения тормозных качеств: статические силовые, инерционные платформенные и роликовые, силовые роликовые, а также приборы для измерения замедления автомобиля при дорожных испытаниях.
Статические силовые стенды представляют собой роликовые или платформенные устройства, предназначенные для проворачивания «срыва» заторможенного колеса и измерения прикладываемой при этом силы. Такие стенды могут иметь гидравлический, пневматический или механический привод. Измерение тормозной силы возможно при вывешенном колесе или при его опоре на гладкие беговые барабаны. Недостатком статического способа диагностирования тормозов является неточность результатов, вследствие чего не воспроизводятся условия реального динамического процесса торможения.
Принцип действия инерционного платформенного стенда основан на измерении сил инерции (от поступательно и вращательно движущихся масс), возникающих при торможении автомобиля и приложенных в местах контакта колес с динамометрическими платформами. Такие стенды иногда используются на АТП для входного контроля тормозных систем или экспресс-диагностирования транспортных средств.
Инерционные роликовые стенды состоят из роликов, которые имеют привод от электродвигателя или от двигателя автомобиля, когда ведущие колеса автомобиля приводят во вращение ролики стенда, а от них с помощью механической передачи — и передние (ведомые) колеса.
После установки автомобиля на стенд окружную скорость колес доводят до 50…70 км/ч и резко тормозят, одновременно разобщая все каретки стенда путем выключения электромагнитных муфт. При этом в местах контакта колес с роликами (лентами) стенда возникают силы инерции, противодействующие тормозным силам. Через некоторое время вращение барабанов стенда и колес автомобиля прекращается. Пути, пройденные каждым колесом автомобиля за это время (или угловое замедление барабана), будут эквивалентны тормозным путям и тормозным силам.
|
|
|
Тормозной путь определяют по частоте вращения роликов стенда, фиксируемой счетчиком, или по продолжительности их вращения, измеряемой секундомером, а замедление — угловым деселерометром.
Метод, реализуемый инерционным роликовым стендом, создает условия торможения автомобиля, максимально приближенные к реальным. Однако из-за дороговизны стенда, недостаточной безопасности, трудоемкости и больших затрат времени, необходимого для диагностирования, стенды такого типа нерационально использовать при проведении диагностирования на АТП.
Силовые роликовые стенды, в которых используются силы сцепления колеса с роликом, позволяют измерять тормозные силы в процессе его вращения со скоростью 2…10 км/ч. Такая скорость выбрана потому, что при скорости испытания больше 10 км/ч незначительно увеличивается объем информации о работоспособности тормозной системы. Тормозную силу каждого колеса измеряют, затормаживая его. Вращение колес осуществляется роликами стенда от электродвигателя. Тормозные силы определяют по реактивному моменту, возникающему на статоре мотор-редуктора стенда при торможении колес.
Силовые роликовые стенды позволяют получать достаточно точные результаты проверки тормозных систем. При каждом повторном испытании они способны создать условия (прежде всего скорость вращения колес), абсолютно одинаковые с предыдущими, что обеспечивается точным заданием начальной скорости торможения внешним приводом. Кроме того, при испытании на силовых роликовых стендах измеряется так называемая овальность — оценка неравномерности тормозных сил за один оборот колеса, т. е. исследуется вся поверхность торможения.
|
|
|
При испытании на силовых роликовых стендах, когда усилие передается извне, т. е. от тормозного стенда, физическая картина торможения не нарушается. Тормозная система должна поглотить поступающую энергию даже несмотря на то, что автомобиль не движется (его кинетическая энергия равна нулю).
Есть еще одно важное условие испытаний — безопасность. Наиболее безопасные — испытания на силовых роликовых стендах, поскольку кинетическая энергия испытуемого автомобиля на стенде равна нулю. Следует отметить, что по совокупности своих свойств именно силовые роликовые стенды являются наиболее оптимальным решением как для АТП, так и для диагностических станций, проводящих гостехосмотр.
Современные силовые роликовые стенды для проверки тормозных систем могут определять ряд параметров:
· общие параметры транспортного средства и состояния тормозной системы: сопротивление вращению незаторможенных колес; неравномерность тормозной силы за один оборот колеса; массу, приходящуюся на колесо; массу, приходящуюся на ось; силу сопротивления вращению незаторможенных колес;
· параметры рабочей тормозной системы: наибольшую тормозную силу; время срабатывания тормозной системы; коэффициент неравномерности (относительную неравномерность) тормозных сил колес оси; удельную тормозную силу; усилие на орган управления;
· параметры стояночной тормозной системы: наибольшую тормозную силу; удельную тормозную силу; усилие на орган управления.
Информация о результатах контроля выводится на дисплей в цифровом или графическом виде либо на приборную стойку (в случае применения стрелочного вывода информации). Результаты диагностирования могут также выводиться на печать и храниться в памяти компьютера как база данных диагностируемых автомобилей.
Принципиальное устройство силовых роликовых стендов для диагностирования тормозных систем. Основными компонентами таких стендов обычно являются: два взаимонезависимых комплекта роликов, размещенных в опорно-воспринимающем устройстве соответственно для левой и правой сторон автомобиля; силовой шкаф; стойка; пульт дистанционного управления; силоизмерительное устройство давления на тормозную педаль. Автотранспортное средство устанавливают на испытательный стенд так, чтобы колеса проверяемой оси располагались на роликах.
|
|
|
Опорно-воспринимающее устройство (рис. 3) предназначено для размещения опорных роликов и принудительного вращения колес диагностируемой оси автомобиля, а также для формирования (с помощью датчиков тормозной силы и массы) электрических сигналов, пропорциональных соответственно тормозной силе и части массы автомобиля, приходящейся на каждое колесо диагностируемой оси.
Рис. 3. Схема опорно-воспринимающего устройства: 1, 5, 7, 10 — ролики; 2, 9 — мотор-редукторы; 3, 8 — тензометрические датчики; 4, 11 — следящие ролики; 6 — рама; 12 — датчики массы
Опорно-воспринимающее устройство (рис. 3) состоит из рамы 6 коробчатого сечения, в которой на сферических самоустанавливающихся подшипниках расположены две пары опорных роликов (5, 7 и 1, 10), связанных между собой приводной цепью.
Ролики 1 и 5 связаны посредством глухих муфт-звездочек с соосно расположенными мотор-редукторами 2 и 9. Каждая пара роликов имеет автономный привод от соединенного с ним жестким валом электродвигателя мощностью 4…13 кВт. Электрический двигатель мотор-редуктора приводит ролики в движение и поддерживает постоянную скорость вращения. Приводные двигатели для комплектов роликов могут приводиться в действие с помощью дистанционного управления, благодаря которому команды на измерения можно подавать из автомобиля, или с помощью интегрального автоматического двухпозиционного переключателя.
Как правило, в тормозных стендах используются планетарные редукторы, имеющие высокие передаточные отношения (32…34), что позволяет получать небольшую скорость вращения роликов. Электродвигатель переменного тока приводит в движение ведущий ролик посредством зубчатой передачи. Задние концы моторредукторов установлены в сферических подшипниках, при этом мотор-редукторы оказываются балансирно подвешенными. Корпуса мотор-редукторов связаны с тензометрическими датчиками 3 и 8. Между опорными роликами установлены свободно вращающиеся подпружиненные следящие ролики 4 и 11, имеющие по два датчика: датчик наличия автомобиля на опорных роликах, который при опускании следящего ролика выдает соответствующий сигнал; датчик слежения вращения колеса, выдающий соответствующие сигналы при вращении колеса диагностируемого ТС.
|
|
|
В настоящее время некоторые производители, например фирма CARTEC, в своих стендах следящих роликов не устанавливают. Такие стенды оснащены датчиками, которые обеспечивают бесконтактное определение присутствия автомобиля на роликах стенда. Датчики определяют присутствие автомобиля на стенде и при правильном положении автомобиля на роликах стенда (в продольном и поперечном направлениях) дают сигнал на пуск приводных двигателей.
На раме 6 внизу под опорными роликами размещены четыре датчика массы 12, имеющие на концах упоры для установки и фиксации опорного устройства в фундаментной яме (или на раме).
Раму опорно-воспринимающего устройства укладывают на резиновые подкладки, чтобы погасить вибрацию. Поверхности роликов силовых стендов делают рифлеными со стальной наваркой, обеспечивающей постоянный коэффициент сцепления по мере износа роликов, или же покрывают базальтом, бетоном и другими материалами, обеспечивающими хорошее сцепление шин. Для
лучшего сцепления роликов с шинами колес оба ролика делают ведущими, а расстояние между ними — таким, чтобы сделать не‑ возможным съезд автомобиля со стенда при торможении. Выезд автомобиля со стенда после проверки тормозов ведущей оси обеспечивается реактивным моментом мотор‑ редукторов или подъемниками, расположенными между роликами. Иногда для этой цели один из роликов (со стороны выезда) снабжают устройством, допускающим вращение только в одну сторону.
Тормозные стенды оборудованы специальными устройствами, предотвращающими пуск роликовых агрегатов в случае, когда одно или оба колеса блокированы. Таким образом автомобиль и шины защищены от повреждения роликами. Запуск блокирует‑ ся также в случае нажатия педали тормоза раньше времени, слишком высокого сопротивления вращению роликов одного или обо‑ их колес, зажатия тормозных колодок и т. п.
Принцип действия силовых роликовых стендов. При въезде автомобиля на тормозной стенд производится измерение массы оси, если имеется взвешивающее устройство; при его отсутствии масса оси может вводиться с другого стенда, например, стенда для проверки амортизаторов. Когда автомобиль устанавливают на испытательный стенд, то следящие ролики 4 нажимаются и переда‑ ют стенду сигнал о приведении стенда в действие; для включения стенда должны быть нажаты оба следящих ролика. В дальнейшем следящие ролики служат для определения проскальзывания шины относительно беговых роликов и дают сигнал на отключение при‑ водных мотор‑ редукторов при проскальзывании.
|
|
|
Принцип действия стендов основан на преобразовании тензорезисторными датчиками реактивных моментов тормозных сил, возникающих при торможении колес автомобиля, а также силы тяжести оси автомобиля, действующей на роликовые агрегаты, в аналоговые электрические сигналы. Затормаживаемое колесо приводится во вращение роликами. Во время торможения в зависимости от величины тормозной силы на балансирно подвешенном мотор‑ редукторе возникает реактивный момент. Корпус мотор‑ редуктора при этом поворачивается на угол, пропорциональный тормозной силе. Реактивный момент, возникающий при вращении мотор‑ редуктора, воспринимается тензометрическими датчика‑ ми 3 и 8 (см. рис. 3), один конец которых закреплен на лапах мотор‑ редукторов 2 и 9, а второй — на раме 6.
Скорость вращения роликов тормозного стенда сравнивается со скоростью вращения следящих роликов. Разность скоростей вращения следящих роликов и роликов тормозного стенда определяет величину проскальзывания. При таком проскальзывании стенды автоматически отключают привод роликов тормозного стенда, что предохраняет шины от повреждений. Обычно при проверке тормозят до тех пор, пока хотя бы один из следящих роликов не отметит превышение нормативной величины проскальзывания и не отключит приводные двигатели. При достижении одним колесом установленной границы проскальзывания оба опорных ролика отключаются. Максимальное измеренное значение записывается как максимальная тормозная сила.
Проверка усилия на тормозной педали позволяет определять не только нормируемые значения, но и работоспособность вакуумного усилителя тормозной системы, и сравнивать режимы работы колесных тормозных механизмов.
Сигналы от тензорезисторных датчиков поступают в компьютер, где они автоматически обрабатываются по специальной программе. По результатам измерений тормозных сил и массы автомобиля вычисляют осевую и общую удельную тормозные силы и неравномерность тормозных сил. Результаты измерений и рассчитанные значения представляются в графическом и цифровом виде на мониторе, затем печатающее устройство распечатывает протокол измерений.
Рассмотрим технологическую последовательность измерения параметров на силовых роликовых тормозных стендах на примере легкового автомобиля.
1. Автомобиль устанавливают на стенд для диагностирования тормозных систем (рис. 4).
Рис. 4. Положение автомобиля на тормозном стенде: 1 — диагностируемый автомобиль; 2 — приборная стойка; 3 — ролики стенда; 4 — датчик измерения усилия нажатия тормозной педали
Перед проверкой технического состояния тормозных систем ТС на тормозном стенде необходимо:
· проверить давление воздуха в шинах ТС и при необходимости довести его до нормы;
· проверить шины ТС на отсутствие повреждений и отслоения протектора, которые могут привести к разрушению шины при торможении на стенде;
· осмотреть колеса ТС и убедиться в надежности их крепления, а также отсутствии инородных предметов между сдвоенными колесами;
· оценить степень нагрева элементов тормозных механизмов проверяемой оси органолептическим методом (температура элементов тормозных механизмов должна быть не выше 100 °С). Оптимальными для проверки можно считать такие условия, при которых нагрев тормозных барабанов (дисков) позволяет удерживать незащищенную руку человека в непосредственном контакте с данным элементом продолжительное время (проводить такую оценку следует, соблюдая меры предосторожности во избежание ожога);
· установить на тормозную педаль устройство (датчик усилия нажатия) для контроля параметров тормозных систем при достижении заданного усилия приведения в действие органа управления;
· произвести просушку влажных колес для удаления влаги из тормозных механизмов, ее осуществляют многократным нажатием на тормозную педаль.
2. Включают электродвигатели стенда и измеряют тормозные силы (без нажатия на тормозную педаль), вызванные сопротивлением качению колес. Эта величина пропорциональна вертикальной нагрузке на колесо и для легковых автомобилей обычно составляет 49…196 Н.
Если сила сопротивления качению колеса оказывается большей 294…392 Н, это означает, что колесо заторможено, поэтому следует выяснить возможную причину этого (малый зазор между тормозными колодками и барабаном (диском), заедание поршней в рабочих цилиндрах, ненормальное затягивание подшипников ступицы колеса и т. д. ).
3. Плавно нажимают на тормозную педаль с усилием не более 392 Н и снимают показания (допустимая разность тормозных сил для колес одной оси не должна превышать 50 %).
4. Плавно нажимают на тормозную педаль так, чтобы создать на каждом колесе тормозную силу 490…784 Н, и поддерживают ее постоянной в течение 30…40 с.
Если разность в показаниях тормозных сил очень большая, значит, в тормозные механизмы колес попала влага. Обычно это можно наблюдать при проверке автомобилей, поступивших на стенд после мойки. В случае если различие между двумя показаниями сохраняется и после прогрева тормозов, то это объясняется одной из следующих причин: поверхность накладок тормозных колодок подверглась кристаллизации и сильному замасливанию и имеет низкий коэффициент трения, что может быть подтверждено при выполнении всего цикла испытания, если тормозная сила мало увеличивается, несмотря на наличие значительного усилия на тормозной педали; поршни рабочих цилиндров полностью заело в начальном положении, это подтвержается тем, что увеличение усилия на педали тормоза не вызывает повышения тормозной силы на колесе.
Для уточнения возможной неисправности необходимо осмотреть тормозной механизм колеса. Если в процессе испытания тормозные силы одного или двух колес ритмично колеблются (амплитуда колебаний 196…392 Н) при постоянном усилии нажатия на тормозную педаль (147…196 Н), то это свидетельствует о наличии эллипсности или несоосности барабанов и колеса, деформации дисков, неправильном профиле шин. Условно можно считать, что эллипсность или несоосность составляют примерно 0, 1 мм на каждые 98 Н колебаний тормозной силы.
5. При отпускании тормозной педали измерительные стрелки (цифры) возвращаются к минимальным величинам, создаваемым сопротивлением качению. По скорости и равномерности возвращения стрелок (цифр) оценивают одновременность и качество растормаживания колес.
6. Увеличивают усилие нажатия на тормозную педаль до 49 Н, регистрируют тормозные силы до достижения блокирования колес. В ходе этих испытаний оценивают равномерность работы тормозов.
Если наблюдается незначитильное увеличение тормозных сил обоих колес (например, при усилии на педали 98 Н тормозная сила на колесах составляет 833 Н, а при увеличении усилия до 196 Н она возрастает до 1176 Н вместо 1568…1666 Н), то это означает, что тип примененных на автомобиле фрикционных накладок или непригоден из-за чрезмерно высокой твердости или же их поверхность кристаллизовалась либо замаслилась в процессе эксплуатации.
Если наблюдается быстрое увеличение тормозных сил (например, при усилии на педали 98 Н тормозная сила на колесах составляет 833 Н, а при увеличении усилия до 196 Н она возрастает почти до 1960 Н), то тормоза имеют склонность к самоблокированию. Это особенно опасно при торможении на влажной дороге. Повышенная склонность к самоблокированию может быть вызвана использованием фрикционных накладок из слишком мягких материалов.
При барабанных тормозах аналогичное явление может возникать, если неправильно отрегулированы колодки. Кроме того, у автомобилей, имеющих усилитель тормозов, склонность к блокированию колес может быть вызвана неправильной работой усилителя.
Тормозные силы, которые создаются на колесах в момент их блокирования, имеют решающее значение для оценки эффективности действия тормозов. Однако следует иметь в виду, что величина тормозной силы, при которой происходит блокирование колес, определяется факторами, многие из которых не зависят от технического состояния тормозной системы автомобиля, например, массой, приходящейся на одно колесо, давлением в шинах, износом и рисунком протектора.
7. Аналогично проверке тормозов передних колес проводится проверка тормозов задних колес.
8. Суммируя тормозные силы на каждом колесе, определяют удельную тормозную силу, которая должна быть не менее 50 % от полной массы автомобиля. При этом удельная тормозная сила проверяется отдельно для передней и задней осей.
9. Для проверки ручного (стояночного) тормоза необходимо постепенно перемещать рычаг стояночного тормоза до начала блокирования колес. Эту операцию следует проводить особенно осторожно, так как в момент блокирования колес автомобиль, не удерживаемый незаторможенными передними колесами, может переместиться со стенда рывком назад, поэтому во время испытаний на расстоянии 2 м от автомобиля не должно быть людей.
Перемещая рычаг ручного тормоза, подсчитывают количество щелчков храпового механизма для того, чтобы проверить правильность регулировки привода. Одновременно проверяют эффективность торможения и равномерность действия привода. Технически исправный ручной тормоз должен обеспечивать на обоих колесах тормозные силы, сумма которых не должна быть меньше 16 % от полной массы автомобиля.
В той же последовательности производятся измерения параметров тормозных систем с пневмоприводом. В пневмосистему при возможности устанавливается датчик давления. Для этого необходимо снять заглушку с клапана контрольного вывода питающего контура пневматической тормозной системы и на ее место вкрутить датчик давления.
Динамику процесса торможения можно наблюдать в графической интерпретации. На рис. 5, а показана зависимость изменения тормозных сил (по вертикали) от усилия нажатия на педаль тормоза (по горизонтали) для левого (верхняя кривая) и для правого колеса (нижняя кривая).
Рис. 5. Графическое отображение динамики процесса торможения: а—изменение тормозных сил в зависимости от усилия нажатия на тормозную педаль; б — значения разности тормозных сил левого и правого колес; l — ширина коридора устойчивости
На рис. 5, б показано изменение разности тормозных сил (по вертикали) при торможении левого и правого колес. Видно, что кривая торможения выходит за границы коридора устойчивости, а это недопустимо и свидетельствует о неустойчивом торможении. Наблюдая за изменением графика, оператор-диагност может сделать заключение о конкретной неисправности тормозной системы, например по разности тормозных сил или по характеру изменения осциллограммы.
|
|
|
