Об использовании мотор-барабанов в стендах проверки тормозных систем автомобилей

Сравнительно недавно на рынке диагностического оборудования появились универсальные роликовые стенды для контроля тормозных систем легковых и грузовых автомобилей. Такие стенды удобны для оснащения линий государственного технического осмотра, так как позволяют контролировать автомобили без их предварительного разделения по весовым категориям. Применение универсальных стендов целесообразно и в автотранспортных предприятиях с разномарочным подвижным составом.

Однако универсальные стенды имеют значительно большие габариты, чем стенды специализированного назначения с такими же характеристиками. Это связано с тем, что привод универсального стенда рассчитывается исходя из максимальной нагрузки на стенд, а длина беговых роликов - исходя из разности самой широкой внешней и самой узкой внутренней колеи проверяемых автомобилей. Предполагаемая универсальность предопределяет конструкцию стенда с мощным приводом и длинными беговыми роликами. Габариты привода не позволяют разместить его между роликами увеличенной длины, исключая возможность применения компактной, удобной для монтажа и более дешевой моноблочной схемы стенда (рис. 1, а).

в)

Рис. 1. Компоновочные схемы стендов проверки тормозных систем автомобилей: 1 - беговые ролики; 2 - привод; 3 - передача

Прокопьев В.Н., Кудрин А.И.                                Об использовании мотор-барабанов

_____________________________________ в стендах проверки тормозных систем автомобилей

Поэтому универсальные стенды проектируются в виде двух отдельных блоков роликов (стенд-библок), привод которых расположен с внешней стороны (см. рис. 1, б) или под роликами. В любом случае, за счет применения дополнительных датчиков веса и крепежных деталей, а также усиления рамы, стенд-библок дороже моноблока, а габариты его больше.

Анализ компоновочных схем стендов показывает, что вариантом решения проблемы создания универсального стенда-моноблока является размещение приводных механизмов внутри беговых роликов (см. рис. 1, в). С этих позиций интересно рассмотреть возможность применения в качестве опорно-приводного механизма стенда мотор-барабанов Псковского завода механических приводов [1].

Завод выпускает более 500 типоразмеров мотор-барабанов для несущих ленточных конвейеров, допускающих длительную работу в режиме предельных нагрузок. Электропривод, состоящий из асинхронного двигателя и цилиндрического соосного двухступенчатого редуктора, расположен внутри барабана в масляной ванне, что гарантирует высокую надежность и хорошую защищенность от внешних воздействий.

Из всего многообразия мотор-барабанов для использования в стендах пригодны 4 модели с характеристиками, указанными в табл. 1.

Таблица 1

Основные характеристики мотор-барабанов

Параметр	Значение параметра для мотор-барабанов
	МБ2	МБЗ	МБ4	МБ5
Мощность электродвигателя, кВт	1,5	4,0	7,5	18,5
Линейная скорость вращения, км/ч	1,8	1,6	2,0	4,5
Диаметр барабана, м	0,218	0,320	0,423	0,526
Частота вращения барабана, об/мин	43,8	26,5	25,0	45,3
Масса одного барабана, кг	95,6	163,6	319,9	385,0
Стоимость, в т. ч. НДС, (на 01.12.06) тыс. руб.	22,5	25,6	59,0	78,4

Отбор производился по наибольшей тяговой силе и диаметру барабана из условия [2]

D6 = DK(0,2...0,35), где DK - диаметр колеса автомобиля.

Однако одной из основных характеристик стенда является возможная максимальная масса М, приходящаяся на ось проверяемого автомобиля, параметрически связанная с мощностью привода N и линейной скоростью вращения барабанов V .

Обычно решается обратная задача: зная массу, приходящуюся на ось, рассчитывают мощность электропривода. При этом подразумевается, что в процессе торможения на стенде реализуется классическая тормозная диаграмма с переходом колеса на юз (рис.2).

Контроль и испытания____________________________________

На реальных стендах фаза юза исключается применением следящих антиблокировочных роликов-датчиков. Максимальная тормозная сила, а, следовательно, и тормозная мощность развивается в точке 2, где колесо катится примерно с 20% проскальзыванием.

В этих условиях потребная мощность электродвигателя одного блока беговых роликов

Здесь первое слагаемое - потери на трение качения, второе - на трение скольжения колеса по роликам стенда.

После преобразований

^ =    ^-Z.   (0,8/ + ^),

• 7,2 • к^-• 7-cos

где к = 2,2 - отношение максимального момента на валу электродвигателя к номинальному; 7 = 0,95 - механический КПД привода; а = 60° - угол между нормальными реакциями роликов и центром колеса (рис. 3); / = 0,03 - коэффициент трения качения; ф = 0,82...0,85 - коэффициент сцепления колес с ошипованными роликами; 0,8 - коэффициент, учитывающий качение колеса с 20% проскальзыванием.

Рис. 3. Угол между нормальными реакциями роликов и центром колеса

Отсюда, зная параметры привода, легко определить максимально-возможную массу, приходящуюся на ось автомобиля при проверке с переходом колеса на юз

7,2-JV-ki7-coscZ

М =------------ —, т.                        (2)

gK(0,8/ + ^)                                  V

Значения масс, рассчитанные по этой формуле для стендов с использованием мотор-барабанов, приведены в первой строке табл. 2.

Таблица 2

Расчетные значения максимальных масс, приходящихся на ось проверяемых автомобилей

Параметр	Значения масс для мотор-барабанов
	МБ2	МБЗ	МБ4	МБ5
Масса, при реализации цикла торможения по тормозной диаграмме, т	1,3	3,9	5,7	6,4
Масса, рассчитанная по удельной тормозной силе, т	2,1	7,2	10,9	11,9

Для автомобилей с указанной и меньшей массами на ось удельная тормозная сила

Т Ma-g равна коэффициенту сцепления ф и для ошипованных роликов лежит в пределах 0,82...0,85. Здесь ^Рт - сумма тормозных сил на колесах автомобиля; Ма - масса автомобиля.

Вместе с тем, согласно требованиям ГОСТ Р 51709-2001, автомобили категории Ml признаются исправными при условии у_т > 0,53 , а всех остальных категорий - при у_т - 0,46, что значительно меньше у_т, рассчитанной по формуле (3). Запас по удельной тормозной силе указывает на недостаточную корректность формулы (2) и возможность увеличения расчетного предела нагрузки на ролики, если допустить другой цикл работы стенда, когда проверяется автомобиль с массой на ось больше расчетной (см. табл. 2). В этом случае, в начальной фазе торможения тормозная сила, достигнув максимального значения, застабилизируется, а ролики стенда остановятся без проскальзывания относительно колес из-за дефицита мощности привода. Остановившийся ролик-датчик отключит электродвигатели от сети, и тормозная сила упадет до нуля (см. рис. 2).

В рассмотренном цикле торможения, исходя из трансформированной формулы (3),

Прокопьев В.Н., Кудрин А.И.                                Об использовании мотор-барабанов

_____________________________________ в стендах проверки тормозных систем автомобилей ^РТС М <——, г)

где Р_ТС - максимальная тормозная сила на роликах одного блока; [у_г] - допускаемая минимальная удельная тормозная сила для данной категории автомобиля.

Тормозная сила в этом случае не зависит от коэффициента сцепления колес с роликами, а определяется исключительно тяговыми характеристиками привода

_ 2-9555-N-K-n n-D6

где и - частота вращения роликов.

Окончательно, с учетом расстояния между роликами, получим

З^ТО^-к-ф-соз6^

Значения наибольшей массы, приходящейся на ось проверяемого автомобиля, рассчитанные по формуле (4), приведены во второй строке табл.2.

Анализ таблицы показывает, что мотор-барабаны рассмотренных типоразмеров вполне могут быть использованы в стендах проверки тормозов автомобилей. В частности, стенд на базе мотор-барабанов МБ2, допускающий нагрузку на ось до 2 тс, применим для контроля тормозных систем легковых автомобилей, а стенд с барабанами МБ4 - для грузовых автомобилей и автобусов.

Мотор-барабаны МБЗ можно использовать в универсальных стендах. Применение типоразмера МБ5 в стендах проверки тормозов нецелесообразно из-за больших габаритов, массы и стоимости. Исходя из этих же соображений, на первом этапе проектирования и освоения производства наиболее перспективны стенды с барабанами МБ2 и МБЗ.

На кафедре «Автомобильный транспорт» Южно-Уральского государственного университета разработана чертежно-техническая документация на стенд проверки тормозных систем легковых автомобилей на базе мотор-барабанов МБ2 и на универсальный стенд для автомобилей с нагрузкой на ось до 8 т. Приводные и натяжные барабаны скомпонованы попарно в каждом из двух блоков роликов и соединены цепной передачей. Балансирный подвес приводных мотор-барабанов позволяет измерять тормозные силы. Блоки роликов смонтированы на одной общей раме, которая опирается на датчики весоизмерителя.

Разрабатывается вариант универсального стенда для автомобилей с нагрузкой на ось до 14 тс, в котором все четыре барабана МБЗ приводные. Кроме увеличения энергонасыщенности, применение независимых индивидуальных приводов беговых роликов позволит отказаться от соединяющей их цепной передачи, а питание электродвигателей мотор-барабанов от частотных преобразователей с плавной регулировкой частоты вращения открывает перспективы диагностирования тормозных систем с АБС и полноприводных автомобилей.