Восстановление сцепных свойств беговых роликов стендов проверки тормозных систем автомобилей

Контроль технического состояния тормозных систем автомобилей выполняется на силовых роликовых стендах. Точность контроля зависит от величины и стабильности коэффициента сцепления колес с поверхностью беговых роликов стендов.

Механизм действия силовых стендов заключается в принудительном прокручивании вращающимися роликами заторможенного колеса с измерением в зоне контакта колеса и ролика тормозной силы P T = ф • G , где ф - коэффициент сцепления колеса с роликами; G - сила веса, приходящаяся на колесо.

Из формулы следует, что при неизменной силе веса тормозная сила зависит от величины коэффициента сцепления, включающего в себя две составляющие – молекулярную и механическую [1, 2].

Молекулярная составляющая проявляется в плоскости контакта гладких трущихся поверхностей. При попадании между ними жидких или сыпучих сред, например, при диагностировании на гладких роликах автомобиля с мокрыми грязными колесами, эта составляющая теряет стабильность и уменьшается во много раз.

Механическая же составляющая обеспечивается взаимным зацеплением неровных поверхностей и мало зависит от их состояния.

Поэтому с целью повышения величины и стабильности коэффициента сцепления при изготовлении беговых роликов стремятся к уменьшению молекулярной и увеличению механической составляющих. Это достигается выполнением на поверхности роликов различного рода неровностей, в частности, шипов с определенными формами, размерами и плотностью нанесения.

Через 50…80 тыс. циклов торможения шипы изнашиваются (рис. 1), что приводит к уменьшению коэффициента сцепления до значений 0,65 и ниже, при которых эксплуатация стенда запрещена [3]. В этом случае требуется замена дорогостоящих роликов на новые, или восстановление шипов.

Опыт кафедры «Автомобильный транспорт» Южно-Уральского государственного университета показывает, что даже ручная электродуговая наплавка шипов значительно дешевле комплекта новых роликов. Однако ручная наплавка очень трудоемка и не гарантирует высокого качества и однообразия конфигурации неровностей [4, 5].

Рис. 1. Ролик стенда, изношенный колесами автомобилей

В результате выполненных авторами исследований на кафедре разработано несколько вариантов технологии восстановления шипов методом электродуговой наплавки на автоматизированной установке У-635А (рис. 2) с питанием дуги от регулируемого источника постоянного тока ВДУ-505. Определены режимы наплавки, обеспечивающие величину и стабильность коэффициента сцепления не хуже, чем на стенде с новыми роликами.

Рис. 2. Установка для наплавки шипов с роликом, наплавляемым вдоль цилиндрической поверхности

В соответствии с разработанной технологией изношенный ролик снимается со стенда и путем механической обработки на токарном станке остатки шипов удаляются. Затем производится наплавка. Для получения шипов цилиндрической формы с шероховатостью по всей поверхности (рис. 3) наплавку металла ведут открытой дугой на неподвижную поверхность ролика в течение определенного времени, от которого зависят размеры и форма шипа.

Кирьянов А.А., Кудрин А.И.

Рис. 3. Цилиндрические шипы с шероховатой поверхностью

После сформировывания шипа наплавка прекращается и восстанавливаемый ролик поворачивается на угол, задающий шаг наплавки и расстояние между шипами. Таким способом наплавлять шипы можно не только по винтовой линии, но и вдоль поверхности ролика (см. рис. 2).

Максимальный коэффициент сцепления (на сухом образце 0,90, на мокром – 0,84) достигается с шипами диаметром порядка 7 мм и высотой 2,5 мм при плотности 3000…4000 шт./м2.

Рекомендуемые параметры режима наплавки таких шипов приведены в таблице.

Параметры режимов наплавки шипов и коэффициенты сцепления колес с роликами

Параметр	Форма шипа и значение параметра
	Цилиндрический	Конический	Валикообразный
Марка проволоки	Св-08Г2С	Св-08Г2С	Св-08Г2С
Диаметр проволоки, мм	2,0	1,6	1,6
Сварочный ток, А	100	80…90	120
Напряжение дуги, В	20	20	20
Время горения дуги,с	2,0	Постоянно	2.5
Шаг наплавки, мм	20	8…12	20…25
Время паузы, с	Не регламентировано	–	2,0
Линейная скорость вращения ролика, м/мин	Не регламентировано	2,0	0,26…0,32
Плотность шипов, шт/м2	3000…4000	7000…10000	2000…3000
Среднее время наплавки одного ролика, ч	–	0,25	1,0
Коэффициент сцепления сухого (мокрого) роликов	0,90 (0,82)	0,94 (0,88)	0,90 (0,82)

Более тонкие и острые шипы конусообразной формы (рис. 4) получаются при перемещении сварочной дуги по поверхности равномерно вращающегося ролика. Однако вследствие малой тепловой мощности дуги, действующей на единицу площади основания шипа, металл в зоне контакта шипов с поверхностью образца не плавится и прочность их соединения оказывается недостаточной. Увеличение времени теплового воздействия дуги за счет снижения скорости вращения ролика приводит к образованию сплошного валика, а не шипов.

Проблема решается применением концентрированного нагрева ролика с помощью индуктора или кислородно-ацетиленовой горелки непосредственно перед электрической дугой, чтобы суммарный нагрев поверхности в зоне активного пятна достигал температуры плавления металла.

Значения параметров наплавки и коэффициентов сцепления приведены в таблице.

На беговых роликах некоторых стендов зарубежного производства неровности выполнены в виде коротких валиков (рис. 5). Восстановление таких неровностей производится при постоянном вращении детали и ступенчатой подаче проволоки. Длина валиков и расстояние между ними регулируются скоростью вращения ролика, а также изменением времени подачи проволоки и паузы в подаче (см. таблицу).

Рис. 4. Шипы конусообразной формы с острыми вершинами

Рис. 5. Шипы в виде коротких валиков на роликах стенда «Bilanmatic» фирмы «Muller Bem»

На рис. 6 показан комплект роликов, восстановленных наплавкой шипов по последней из описанных технологий.

Исследования по электродуговой наплавке шипов будут продолжены с целью увеличения ресурса восстановленных роликов подбором наплавочных материалов и применением упрочняющих технологий.

Другим способом восстановления изношенных неровностей может быть установка на поверхность ролика металлического листа с предварительно изготовленными на нем шипами требуемых формы и размеров.

Беговые ролики, как и при наплавке шипов, сначала обрабатываются до образования гладкой поверхности. Затем на листе толщиной 1…2 мм, заготовленном по габа-

Рис. 6. Комплект восстановленных роликов

ритам развертки цилиндрической поверхности ролика штамповкой, накаткой или иным способом изготавливаются шипы (рис. 7).

Рис. 7. Заготовка металлического листа с конусообразными шипами , изготовлен ными методом выдавливания

Кирьянов А.А., Кудрин А.И. Восстановление сцепных свойств беговых роликов стендов проверки тормозных систем автомобилей

Подготовленный лист огибают вокруг ролика с одновременным закреплением при помощи сварки по заранее просверленным отверстиям. Предварительные исследования показали, что при выборе материала листа следует исходить не только из обеспечения максимальной износостойкости шипов, но и учитывать технологические возможности их изготовления, сверления отверстий, сварки, а также сгибания листа с радиусом кривизны ролика.

В настоящее время проводятся исследования с целью детализации новой технологии, которая более совершенна по сравнению с электродуговой наплавкой, так как позволяет выполнять шипы любых размеров и конфигурации с меньшими затратами трудовых, энергетических и материальных ресурсов.

Представленная работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 04-01-96-088) и аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006–2008 годы)» (код проекта РНП 2.1.2.2285).