Метрологические испытания тормозной системы автомобиля

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ Глава 1. ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА АВТОМОБИЛЯ И ЕЕ УСТРОЙСТВО Глава 2. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЕЙ

2.1 Методы испытаний

2.2 Испытательное оборудование

2.2.1 Испытания скоб, колесных тормозных цилиндров и регуляторов тормозных сил

2.2.2 Испытания главных тормозных цилиндров без вакуумных усилителей

2.2.3 Испытания вакуумных усилителей в сборе с главными тормозными цилиндрами

2.2.4 Испытания гидровакуумных усилителей

2.2.5 Испытания регуляторов тормозных сил

2.2.6 Испытания вакуумных усилителей

2.2.7 Испытания гидровакуумных усилителей

2.3 Схемы испытательного оборудования

Глава 3. ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ

Список используемой литературы

Настоящая работа посвящена теме «Контроль, испытание и совершенствование тормозных систем автомобиля».

Актуальность данной темы обусловлена тем, что основным инструментом метрологического обеспечения в сфере технической эксплуатации автомобилей является техническая диагностика автомобилей. Под метрологическим обеспечением понимают установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности измерений. Метрологическое обеспечение можно рассматривать как подсистему в системе управления качеством.

Прикладная метрология на автомобильном транспорте должна базироваться на широком комплексе знаний в области измерения разнородных физических величин, так как автомобиль является сложной физической системой.

К измерительным средствам и точности измерений при технической диагностике подвижного состава автотранспортных средств предъявляются определенные требования. Выбранные измерительные средства должны гарантировать заданную точность измерений замеряемых параметров, стабильность показаний (температуры, вибрации, силы тока и т. д.), необходимые быстродействия и чувствительность.

Одним из наиболее важных факторов для обеспечения безопасности дорожного движения является исправное состояние тормозной системы автотранспортного средства. Своевременное выявление характерных неисправностей должно обеспечиваться диагностированием. Диагностические параметры проверяют методами стендовых или дорожных испытаний.

Объект исследованиятормозные системы автомобилей.

Предмет исследования — роль метрологических измерений в автомобильном хозяйстве.

Цель исследованиявыявление основных метрологических характеристик тормозных систем автомобилей и методы диагностирования.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

— рассмотрение тормозной системы автомобиля и ее устройства;

— анализ метрологических испытаний тормозных систем автомобилей;

— обзор методик диагностирования автомобильных систем.

Дипломная работа состоит из трех глав.

В первой главе дипломной работы показано устройство тормозной системы автомобиля. Во второй главе дана характеристика метрологическим испытаниям тормозных систем автомобилей. Приведены методы и принципы измерения характеристик, и представлено описание оборудования для осуществления измерений.

Третья глава посвящена анализу методик диагностирования тормозной системы автомобиля, для этого рассмотрены основные неисправности тормозной системы автомобиля.

Теоретической и методологической основой исследования являются статьи, публикации в прессе, монографии, статистические данные, интернет-ресурсы.

Глава 1. ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА АВТОМОБИЛЯ И ЕЕ УСТРОЙСТВО

Тормозной системой автомобиля называется совокупность устройств, приборов и деталей, предназначенных для замедления скорости движения автомобиля, полной его остановки и удержания на месте. Тормозная система помогает поддерживать постоянную скорость при движении на затяжных спусках. Хорошие тормозные качества автомобиля имеют большое значение для обеспечения безопасности движения в любых дорожных условиях и для достижения хороших эксплуатационных показателей. Наличие надежных тормозов позволяет автомобилю двигаться на больших скоростях.

К тормозным системам предъявляются следующие требования:

быстрое срабатывание после приведения тормозов в работу;

равномерное распределение тормозного усилия на все мосты и колеса автомобиля;

обеспечение пропорциональности распределения тормозного усилия на педали тормоза с тормозным усилием на всех колесах;

обеспечение необходимой плавности торможения;

обеспечение устойчивого, без заносов, движения автомобиля при торможении;

высокая стабильность регулировки тормозных механизмов и их привода;

хороший отвод тепла от тормозных механизмов.

Тормозная система состоит из тормозных механизмов, которые обеспечивают затормаживание силовой передачи, и тормозного привода, обеспечивающего работу тормозных механизмов. На автомобилях чаще всего имеются следующие виды тормозных систем:

рабочая, предназначенная для регулирования скорости движения автомобиля и его остановки с необходимой эффективностью;

стояночная, служащая для удержания автомобиля на месте после остановки. В стояночных тормозных системах используются тормозные механизмы рабочей тормозной системы или трансмиссионные;

вспомогательная, предназначенная для длительного поддержания постоянной скорости движения или для ее регулирования. На тяжелых автомобилях в качестве вспомогательной тормозной сие темы обычно применяется моторный тормоз, действующий как противодавление на поршни при перекрытой выпускной системе. На автобусах и карьерных самосвалах в качестве вспомогательного тормоза могут использоваться специальные гидравлические и электрические механизмы;

запасная, используемая для остановки автомобиля с необходимой эффективностью при выходе из строя рабочей тормозной системы. Запасные тормозные системы обычно являются частью рабочих тормозных систем и используют общие с ними тормозные механизмы и тормозные приводы.

К тормозному управлению предъявляются повышенные требования, т. к. оно является важнейшим средством обеспечения активной безопасности автомобиля. Требования к тормозным системам автотранспортных средств установлены в нескольких российских и международных нормативных документах. Основными из них являются ГОСТ Р 41.13−99 (так называемые Правила № 13 Европейской Экономической Комиссии ООН), ГОСТ Р 41.13Н-99, ГОСТ Р 51 709−2001, ГОСТ 4364–88, ОСТ 37.001.067−86. Большая часть этих документов устанавливает требования к эффективности тормозов новых автомобилей. В ГОСТ Р 51 709−2001 указывается, каким требованиям должны отвечать тормозные системы автомобилей в эксплуатации. Тормозные требования к ним менее жесткие, чем к новым автомобилям.

В техническом плане требования к тормозным системам следующие:

обеспечение минимального тормозного пути, максимального установившегося замедления или тормозной силы на колесах;

удержание транспортного средства на уклоне определенной величины на стоянке;

сохранение устойчивости при торможении (критериями устойчивости служат линейное отклонение, угловое отклонение, угол складывания автопоезда);

стабильность тормозных свойств при неоднократных торможениях, при которых происходит разогрев тормозных механизмов;

минимальное время срабатывания тормозного привода;

следящее действие тормозного привода, т. е. пропорциональность между усилием на педали (рычаге) и тормозным моментом на колесе;

малая работа управления тормозными системами (усилие на тормозной педали, в зависимости от назначения автотранспортного средства, должно быть не более 500−700 Н; ход тормозной педали 80−180 мм);

поддержание установившейся скорости при движении на затяжном спуске (для вспомогательной тормозной системы);

отсутствие полного блокирования (юза) колес;

неравномерность действия тормозов левого и правого колес одной оси не должна превышать определенной величины;

отсутствие раздражающих органолептических явлений при торможении (скрип, неприятный запах);

повышенная надежность всех элементов тормозных систем, основные элементы которых не должны выходить из строя на протяжении гарантированного ресурса.

Должна быть также предусмотрена сигнализация, оповещающая водителя о неисправностях в системе тормозного управления.

Рабочая тормозная система автомобиля обычно приводится в действие ножной тормозной педалью. На автомобилях, специально предназначенных для управления водителями-инвалидами без обеих ног, рабочая тормозная система приводится в действие рукой от специального рычага, закрепленного на руле. На прицепах и полуприцепах рабочая система приводится в действие по гидравлическому, пневматическому или электрическому сигналу, поступающему от тормозной системы автомобиля-тягача в момент начала его торможения. Существуют также тормозные системы прицепов, в которых рабочая система начинает срабатывать вследствие набегания (накатывания) прицепа на тормозящий тягач, при котором возникает сила сжатия в сцепке. Такая тормозная система прицепа называется тормозом наката.

Рабочая тормозная система, как и стояночная и запасная, состоит из тормозных механизмов и тормозного привода. На легковых автомобилях, малотоннажных грузовых автомобилях и микроавтобусах, применяют усилитель тормозов, а также другие устройства, повышающие эффективность тормозных систем и устойчивость при торможении. (рис.1).

При нажатии тормозной педали увеличивается давление жидкости в тормозном приводе, в том числе в тормозных цилиндрах колесных тормозных механизмов. Срабатывание тормозных механизмов приводит к замедлению вращения колес и появлению тормозных сил в точке контакта шин с дорогой.

Рис. 1. Принципиальная схема рабочей тормозной системы автомобиля: 1 — рабочий цилиндр заднего тормоза; 2 — задний трос стояночного тормоза; 3 — направляющая заднего троса; 4 — передний трос стояночного тормоза; 5 — рычаг стояночного тормоза; 6 — педаль тормоза; 7 — вакуумный усилитель; 8 — трубопровод; 9 — главный цилиндр; 10 — блок рабочих цилиндров переднего тормоза; 11 — бачок главного цилиндра; 12 — регулятор давления; 13 — рычаг привода регулятора давления.

Запасная тормозная система должна использоваться при отказе или неисправности рабочей тормозной системы. Она может быть менее эффективной, чем рабочая тормозная система. При этом считается, что в рабочей системе одновременно может произойти отказ не более чем одного элемента тормозного привода или механизма. В случае отсутствия на автомобиле специальной автономной запасной тормозной системы ее функции может выполнять исправная часть рабочей тормозной системы (например, один из контуров тормозного привода рабочей тормозной системы с соответствующими тормозными механизмами) или стояночная тормозная система. Важное требование к запасной тормозной системе — наличие следящего действия, т. е. пропорциональности между усилием на педали (рычаге) и тормозным моментом на колесах автомобиля. По этому требованию стояночная тормозная система большинства легковых автомобилей (управляемая рычагом) не может быть признана в качестве запасной тормозной системы.

На прицепных транспортных средствах наличие запасной тормозной системы не требуется. Считается, что торможение автопоезда при отказе рабочей системы прицепа будет обеспечиваться исправной рабочей тормозной системой тягача. В то же время рабочая тормозная система прицепа всегда проектируется с таким расчетом, чтобы в случае отрыва прицепа от тягача осуществлялось аварийное полное экстренное торможение прицепа с эффективностью, не менее чем предусмотрено для запасной тормозной системы автомобиля. К легким прицепам категорий 01 и 02, оборудованным тормозом наката, требование аварийного торможения не предъявляется, однако они должны быть снабжены страховочной цепью или тросом, соединяющим прицеп с автомобилем и обеспечивающим некое остаточное управление прицепом после его отрыва от тягача.

Стояночная тормозная система обычно приводится в действие от рычага (рукоятки) рукой водителя. Иногда стояночная система приводится в действие ногой от специальной педали. Удержание транспортного средства на уклоне должно производиться как на участке подъема так и участка спуска дороги. Стояночная система должна удерживать автомобиль или прицеп (полуприцеп) на уклоне определенной величины неограниченно долгое время. В связи с этим использование, например, гидравлики или пневматики в тормозных механизмах стояночной системы невозможно из-за опасности утечки жидкости или воздуха стечением времени. Привод тормозных механизмов стояночной системы у современных транспортных средств может быть механическим, от рычага (педали) через тросы (тяги) и рычаги, электрическим, пневматическим и т. д.

Для обеспечения тормозной эффективности достаточно использовать тормозные механизмы наиболее нагруженной оси или нескольких осей транспортного средства. Обычно для этой цели используют заднюю ось или заднюю тележку грузового автомобиля или автобуса, заднюю ось или две задние оси соответственно двухили трехосного полуприцепа. На легковых автомобилях и прицепах нагрузка на переднюю и заднюю оси распределяется почти одинаково. Поэтому у них стояночная система обычно выполнена с использованием задних, неуправляемых колес, что конструктивно несколько проще. Хотя принципиально возможна и технически реализована некоторыми фирмами стояночная тормозная система на передних колесах легкового автомобиля (например, некоторые автомобили SAAB).

Вспомогательная тормозная система, ограничивающая скорость движения автомобиля на длительных спусках, выполняется не зависимой от других тормозных систем.

Транспортное средство при движении под уклон начинает постепенно разгоняться, достигая скорости, опасной с точки зрения водителя для безопасного движения. Водитель притормаживает, используя рабочую тормозную систему, снижая скорость до безопасной. Через некоторое время автомобиль вновь разгоняется и цикл притормаживания повторяется. За путь движения с перевала длиной 5−20 км циклы притормаживания рабочей системой многократно повторяются. Это сопровождается износом шин, тормозных накладок и — самое главное — увеличением температуры тормозных механизмов, в первую очередь тормозных накладок. При разогреве накладок тормозных механизмов снижается коэффициент трения накладки о тормозной барабан, а следовательно, и тормозная эффективность тормозного механизма. В результате эффективность торможения автомобиля в начале спуска с горы и в конце, при прочих равных условиях, совершенно различная. Резкое ухудшение тормозных свойств автомобиля с горячими тормозными механизмами может привести к дорожно-транспортному происшествию с тяжелыми последствиями.

Поэтому была разработана для тяжелых автомобилей и автопоездов такая тормозная система, которая обеспечивает длительное движение на спуске с небольшой постоянной скоростью без использования (и разогрева) механизмов рабочей тормозной системы. Последние должны оставаться в холодном состоянии и готовности выполнить в любой момент торможение с максимальной эффективностью.

Такой системой является вспомогательная (второе название — износостойкая) тормозная система. Вспомогательная система не может снизить скорость автомобиля до нуля. По нормативным документам эффективность вспомогательной тормозной системы считается достаточной, если на уклоне в 7% длиной 7 км скорость автомобиля поддерживается на уровне (30±5) км/ч.

Конструктивно вспомогательная тормозная система выполняется сейчас тремя способами: моторный тормоз, гидравлический тормоз-замедлитель и электрический тормоз-замедлитель. Следует иметь в виду, что в качестве тормоза-замедлителя на каждом автомобиле можно использовать двигатель, работающий на режиме холостого хода (так называемое торможение двигателем). Тормозной момент, создаваемый в этом случае двигателем, увеличивается при включении низших передач в коробке. Однако тормозной момент, развиваемый двигателем, работающим на холостых оборотах, небольшой и не обеспечивает необходимого замедления автомобиля большой массы.

Более эффективный моторный тормоз (горный тормоз) представляет собой двигатель автомобиля, оборудованный дополнительными устройствами выключения подачи топлива и поворота заслонок в выпускном трубопроводе, создающих дополнительное сопротивление.

При торможении водитель с помощью пневматического привода поворачивает заслонку в трубе глушителя в закрытое положение и перемещает рейку топливного насоса высокого давления в положение нулевой подачи топлива в двигатель. Вследствие этих действий двигатель автомобиля глушится (но вращение коленчатого вала не прекращается) и становится невозможным выпуск воздуха из цилиндров через выпускной тракт. В такте выпуска поршень стремится вытолкнуть воздух через выпускной трубопровод. При этом поршень испытывает сопротивление, многократно сжимая воздух. Следствием этого сопротивления перемещению поршня является замедление вращения коленчатого вала, и, следовательно, передача от него через трансмиссию тормозного момента к ведущим колесам автомобиля.

Гидравлический тормоз-замедлитель представляет собой устройство из двух лопастных колес, не связанных жестко друг с другом, но расположенных друг напротив друга на небольшом расстоянии. Лопастные колеса установлены в отдельном корпусе или встроены в гидромеханическую передачу (ГМП). Одно лопастное колесо установлено на вале трансмиссии, например на карданном, и вращается вместе с ним, а второе колесо неподвижно и соединено с корпусом тормоза. Для создания сопротивления вращению карданного вала корпус с помощью специального насоса наполняется маслом. Масло разгоняется лопастями вращающегося колеса, перетекает на лопасти неподвижного колеса, где его скорость резко замедляется и затем повторно поступает на лопатки вращающегося колеса. При попадании масла на лопатки быстро вращающегося лопастного колеса вращение последнего замедляется, а образующийся тормозной момент через трансмиссию подводится к ведущим колесам автомобиля. Нагреваемое в корпусе тормоза-замедлителя масло охлаждается в специальном радиаторе. Для выключения тормоза масло удаляют из корпуса. Гидрозамедлитель может обеспечить несколько ступеней интенсивности торможения, если устанавливается перед коробкой передач. Чем ниже передача, тем эффективнее происходит торможение.

На рис. 2 показан принцип действия гидравлического тормоза-замедлителя.

Рис. 2. Гидравлический тормоз-замедлитель: 1— корпус; 2 — лопастное колесо

По аналогичному принципу работает и электрический тормоз-замедлитель. На автомобилях с механической трансмиссией он выполняется в отдельном корпусе. С карданным валом или любым другим валом трансмиссии соединен вращающийся ротор замедлителя, а в корпусе закреплены неподвижные обмотки статора. При подаче напряжения на обмотки статора возникает магнитное силовое поле, препятствующее свободному вращению ротора. Образующийся тормозной момент через трансмиссию подводится к ведущим колесам автомобиля, аналогично гидравлическому тормозу-замедлителю. На рис. 3 приведена схема электрического тормоза-замедлителя.

Рис. 3. Электрический тормоз-замедлитель: 1 — ротор; 2 — обмотки статора

Также следует отметить, что на прицепах и полуприцепах при необходимости также может устанавливаться тормоз-замедлитель. Он может быть электрического или гидравлического типа. Для этого одна из осей конструктивно должна быть выполнена с полуосями, между которыми устанавливается замедлитель. Включение и выключение замедлителя производится водителем из кабины тягача.

Тормозной механизм предназначен для создания тормозного момента, препятствующего вращению колеса автомобиля или элемента трансмиссии, соединенного с колесом. Наиболее распространенными тормозными механизмами являются фрикционные, принцип действия которых основан на трении вращающихся деталей о неподвижные. По форме вращающихся деталей фрикционные тормозные механизмы делятся на барабанные и дисковые. Невращающимися деталями барабанных тормозов могут быть колодки или ленты, дисковых тормозов — только колодки.

Наиболее распространенное место размещения тормозного механизма — внутри колеса (хотя это и увеличивает неподрессоренные массы), поэтому такие механизмы называются колесными. Иногда тормозные механизмы располагаются в трансмиссии автомобиля, например за коробкой передач или раздаточной коробкой, перед главной передачей или на полуосях. Такие механизмы называются трансмиссионными.

Тормозной механизм любого типа должен создавать максимальный тормозной момент, мало зависящий от направления вращения тормозного диска или барабана, замасливания или попадания влаги на фрикционные поверхности, их температуры. Зазор между фрикционными поверхностями тормоза должен быть минимальным для быстрого срабатывания механизма при торможении. Вследствие изнашивания фрикционной поверхности колодки или ленты зазор в эксплуатации неизбежно увеличивается. Поэтому любой фрикционный тормозной механизм должен иметь устройство, позволяющее автоматически или вручную восстанавливать первоначальный минимальный зазор.

На рис. 4 показан барабанный тормоз с равными приводными силами и односторонним расположением опор колодок.

Опорный диск закреплен на балке моста. В нижней части опорного диска установлены два пальца, на которых закреплены эксцентриковые шайбы. Положение пальцев фиксируют гайками. На эксцентриковые шайбы надеты нижние концы колодок. Регулировочные эксцентрики закреплены на опорном диске болтами, удерживаемыми от произвольного проворачивания предварительно сжатыми пружинами. Стяжная пружина прижимает каждую колодку к ее регулировочному эксцентрику.

Рис. 4. Тормозной механизм заднего колеса: 1 — рабочий цилиндр; 2 — верхняя стяжная пружина; 3 — накладка колодки; 4 — щит тормоза; 5 — задний трос, 6 — внутренняя пластина; 7 — передняя тормозная колодка; 8 — нижняя стяжная пружина колодок; 9 — заклепки; 10 — маслоотражатель; 11 — пружина заднего тороса; 12 — наконечник заднего троса; 13 — задняя тормозная колодка; 14 — опорная стойка колодки; 15 — разжимной рычаг привода стояночного тормоза; 16 — распорная планка колодок; 17 — резиновые подушки; 18 — палец рычага ручного привода колодок

Пружина фиксирует регулировочный эксцентрик в любом положении при повороте его за головку болтов. Таким образом, каждая колодка центрируется относительно тормозного барабана регулировочными эксцентриками и эксцентриковыми шайбами пальцев. Верхние концы колодок соприкасаются с поршнями рабочего цилиндра. От боковых смещений колодки удерживаются направляющими скобами с пластинчатыми пружинами. Длина фрикционных накладок, прикрепленных к передним и задним колодкам, неодинакова. Накладка передней колодки длиннее задней. Сделано это для обеспечения равномерного износа накладок, т. к. передняя колодка работает большее время как первичная и создает больший тормозной момент, чем задняя. Барабан тормоза прикреплен к ступице колеса. Для удобства доступа к колодкам барабан сделан съемным.

При торможении давление жидкости в колесном цилиндре раздвигает поршни в противоположном направлении, они воздействуют на верхние концы колодок, которые преодолевают усилие пружины и прижимаются к барабану. При растормаживании давление в цилиндре уменьшается и благодаря возвратной пружине, колодки сводятся в первоначальное положение.

В механизме имеется специальный приводной рычаг, соединенный верхним концом с одной тормозной колодкой, а через планку — с другой. К нижнему концу рычага присоединяется трос стояночного привода. При вытягивании троса рычаг поворачивается и прижимает к барабану сначала одну колодку, а затем через планку другую.

На ряде автомобилей применены тормозные механизмы с клиновым разжимным устройством и автоматической регулировкой зазора (рис.5).

Рис. 5. Тормозной механизм с клиновым разжимным устройством и автоматической регулировкой зазора: 1 — колодка; 2 — разжимной клин; 3 — тормозной кран; 4 — тормозная камера; 5. — пружина

На опорном диске закреплен суппорт, в цилиндрические отверстия которого вставлены два толкателя. Внутри каждого толкателя размещены регулировочные втулки. На наружной поверхности каждой регулировочной втулки нанесена спиральная нарезка с треугольным профилем зубьев, а на внутренней поверхности нарезана резьба, в которую ввернут регулировочный винт. При первоначальной регулировке тормозных механизмов поворотом регулировочных винтов устанавливают зазор между тормозным барабаном и колодками, величина которого затем поддерживается автоматически. К регулировочным втулкам прижаты храповики, которые имеют зубья, находящиеся в зацеплении с наружными зубьями регулировочных втулок.

Разжимное устройство состоит из клина, двух роликов (оси которых размещены в сепараторе), упорной шайбы и грязезащитного колпака. При торможении на клин передается сила от штока тормозной камеры, вследствие чего он перемещается в осевом направлении и посредством роликов раздвигает толкатели. Перемещающиеся при этом регулировочные втулки и винты прижимают колодки к барабану, а собачка храповиков перескакивает через зубья регулировочных втулок. Когда происходит растормаживание и толкатели со связанными с ними деталями двигаются в обратном направлении, регулировочные втулки поворачиваются под действием усилия, возникающего в зацеплении между собачками храповиков и втулок, в результате чего винты вывертываются. Между колодками и барабаном устанавливаются необходимые зазоры. При увеличении зазора между колодками и барабаном собачки храповика попадают в зацепление с другой парой зубьев регулировочной втулки, что автоматически восстанавливает зазор в тормозном механизме.

Тормозные барабаны колесных и трансмиссионных тормозов обычно отливают из серого чугуна. У некоторых тормозов диск барабана отштампован из листовой стали и соединен с чугунным барабаном при отливке в неразъемную конструкцию. Тормозные барабаны легковых автомобилей выполняют из алюминиевого сплава с залитым внутрь чугунным кольцом. На барабанах иногда делают ребра, увеличивающие жесткость конструкции и улучшающие отвод теплоты. Колодки барабанных тормозов для жесткости в сечении имеют тавровую форму. Иногда колодка опирается свободно нижним концом на площадку и не фиксируется. Такая колодка самоустанавливается относительно барабана при торможении. Фрикционные накладки изготавливают из материалов, обладающих большим коэффициентом трения (до 0,4), большой теплостойкостью и хорошей сопротивляемостью изнашиванию. Раньше накладки в горячем состоянии формовали в основном из волокнистого асбеста в смеси с органическими связывающими веществами (смолами, каучуком, маслами). Сейчас использование асбеста в тормозных накладках законодательно запрещено, т. к. асбест признан канцерогенным материалом.

Дисковый тормозной механизм (рис.6) состоит из вращающегося диска, двух неподвижных колодок, установленных с обеих сторон диска внутри суппорта, закрепленного на кронштейне цапфы. ;

Рис. 6.Тормозной механизм переднего колеса: 1 — блок цилиндров; 2 — тормозные колодки; 3 — прижимной рычаг суппорта; 4 — защитный кожух; 5 — ось прижимного рычага; 6 — направляющая колодок; 7 — суппорт тормоза; 8 — тормозной диск; 9 — штуцера для удаления воздуха; 10 — тормозные шланги

По сравнению с колодочными тормозами барабанного типа дисковые тормозные механизмы обладают лучшими эксплуатационными свойствами, а поскольку передние колеса требуют при торможении приложения более значительных тормозных усилий, то установка передних колес этими дисковыми тормозами улучшает эксплуатационные качества автомобиля. Если тормозной привод гидравлический, то внутри суппорта находится один или несколько гидравлических цилиндров с поршнями. Если привод пневматический, то суппорт имеет клиновое или иное прижимное устройство. При торможении неподвижные колодки прижимаются к вращающемуся диску, появляются сила трения и тормозной момент. Дисковый тормозной механизм хорошо вписывается в колесо, имеет небольшое число элементов и малую массу. Этот тормозной механизм обладает высокой стабильностью своих характеристик.

Дисковые тормоза получают все большее распространение в рабочих тормозных системах. Чугунный диск установлен на ступице колеса. С внутренней стороны диск охватывается суппортом, укрепленным на кронштейне поворотной цапфы. В пазах суппорта установлены рабочие цилиндры. В обработанных с высокой точностью отверстиях цилиндров размещены поршни. Тыльные части цилиндров соединены трубкой между собой и с главным тормозным цилиндром. Суппорты бывают с односторонними или двусторонними поршнями. Если суппорт имеет односторонние поршни, они располагаются с внутренней стороны, где обеспечивается лучшее охлаждение.

При торможениях тормозной диск, колодки и суппорт сильно нагреваются, что может привести к снижению тормозной эффективности. Охлаждение осуществляется набегающим потоком воздуха. Для лучшего отвода тепла в диске колеса иногда делают отверстия, а диск тормозного механизма выполняют с вентилируемой внутренней поверхностью (рис.7).

Рис. 7. Вентилируемый тормозной диск

У скоростных автомобилей для интенсивного обдува тормозного механизма выполняют специальные аэродинамические устройства в виде воздухозаборников. На гоночных автомобилях применяют керамические диски, стойкие к перегреву, обеспечивающие хорошую эффективность торможения и высокую долговечность. В последнее время керамические тормозные диски начали применять и на некоторых автомобилях серийного производства.

Поршни обоих цилиндров соприкасаются с тормозными колодками, надетыми своими отверстиями на специальные направляющие пальцы суппорта, или вставленными в направляющие пазы. Для предотвращения дребезжания колодок, они прижимаются к суппорту пружинными элементами различных конструкций. К колодкам приклеены фрикционные накладки. На внутренней поверхности каждого цилиндра проточены канавки, в которых установлены резиновые уплотнительные кольца. Эти кольца не только предотвращают утечку тормозной жидкости из цилиндров, но и обеспечивают (за счет упругости) после торможения отвод поршней от колодок, автоматически поддерживая в необходимых пределах (0,05−0,08 мм) зазор между диском и колодками. Цилиндры закрыты резиновыми пылезащитными чехлами. С внутренней стороны тормоз закрыт кожухом. Некоторые колодки укомплектованы датчиком износа, который при минимально допустимом износе колодки замыкает цепь сигнального устройства, информирующего водителя о необходимости замены колодок.

Глава 2. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЕЙ

Контроль тормозных систем производится в соответствии с ГОСТом на специально оборудованных площадках или тормозных стендах. Стенды позволяют оценить тормозное усилие на каждом из колес отдельно, подсчитать суммарную тормозную силу от всех колес и, приведя ее к весу автомобиля, вычислить удельную тормозную силу, которая в соответствии с ГОСТом является основным нормируемым показателем. Кроме того, определяется неравномерность действия тормозных механизмов по осям колес автомобиля, что также влияет на устойчивость автомобиля при торможении.

Расчет удельной тормозной силы на этих стендах проводят с помощью встроенных вычислительных устройств или внешних компьютеров по формуле:

?т = Рт / М · g,

где Рт — сумма максимальных тормозных сил на колесах автотранспортного средства, Н; М — полная масса автотранспортного средства, кг; g — ускорение свободного падения, м/с2.

Величина удельной тормозной силы выражается, как и коэффициент неравномерности, в относительных единицах или в процентах и в соответствии с требованиями ГОСТа должна быть для соответствующих категорией ТС не ниже величин, указанных в таблице 1, 2 для АТС, производство которых начато после 01.01.81.

В соответствии с правилами ЕЭК ООН, разработанными Комитетом по внутреннему транспорту, Европейской экономической комиссией ООН, автотранспортные средства классифицируются следующим образом: легковым автомобилям, имеющим не более 8 мест для сиденья (кроме места водителя), присвоена категория М1, автобусам полной массы до 5 т — М2, свыше 5 т — М3; грузовым автомобилям с полной массой до 3,5 т — N1; при 3,5 … 12,0 т — N2, свыше 12,0 т — N3.

Таблица 1

Нормативные параметры состояния тормозной системы автотранспортных средств

Таблица 2

Удельные тормозные силы тягача и прицепного звена

В табл. 1 приведены предельные значения коэффициента неравномерности тормозных сил для колес одной оси автомобилей и прицепов КН. Общая удельная тормозная сила, развиваемая стояночной тормозной системой, должна быть не менее 0,16, или обеспечивать неподвижное состояние АТС полной массы на дороге с уклоном не менее 16%, а для АТС в снаряженном состоянии, на дороге с уклоном, — не менее 23% для легковых автомобилей (категория М) и не менее 31% для грузовых (категория N).

При подобной проверке усилие, прикладываемое к органу управления стояночным тормозом, должно быть не более 40 кгс для легковых и не более 60 кгс для остальных автомобилей. Для грузовых автопоездов определяется также и значение коэффициента совместимости звеньев автопоезда Кс для двухзвенного прицепного автопоезда, которое определяется по формуле

Кс = ,

где — общая удельная тормозная сила соответственно прицепного звена и тягача (численные значения приведены в табл.2).

Значение коэффициента совместимости звеньев автопоезда Кс для трехзвенного прицепного автопоезда, которое определяется отдельно для каждой пары связанных между собой звеньев по формулам

Кс1 =, Кс2 = ,

где Кс1, Кс2 — коэффициенты совместимости звеньев автопоезда, характеризующие соотношение общей удельной тормозной силы между тягачом и первым прицепным устройством.

Значение коэффициента совместимости звеньев автопоезда, согласно требованиям ГОСТа, не должно быть ниже 0,9. Кроме того, у грузовых автомобилей и автобусов с пневматическим приводом тормозов поверяется герметичность системы, которая при неработающем двигателе не должна допускать падения давления более чем на 0,5 кгс/см3 нижнего предела регулирования в течение 15 мин при полном задействовании рабочей тормозной системы или в течение 30 мин — при свободной тормозной системе. Асинхронность срабатывания тормозов по осям автопоездов не должна превышать 0,3с. Значения тормозного пути Sт, установившего замедление jуст, время срабатывания тормозной системы tср и начальной скорости торможения V0 приведены в табл. 1, 2. Эти нормативы используются при оценке эффективности тормозной системы АТС при их испытаниях не на роликовых стендах, а горизонтальных, ровных, сухих площадках.

Стендовые испытания имеют ряд преимуществ по сравнению с дорожными: благодаря применению стационарных измерительных приборов повышается точность результатов испытаний; возможна раздельная проверка каждого тормозного механизма; стандартные условия испытаний обеспечивают повторяемость результатов и сопоставимость данных, полученных в разное время.

Показателями эффективности торможения рабочей тормозной системой при дорожных испытаниях автомобилей являются значения тормозного пути и усилие на органе управления. При проведении испытаний торможение рабочей тормозной системой осуществляют в режиме экстренного, полного торможения при однократном воздействии на орган управления (корректировка траектории движения автомобиля не допускается). Начальная скорость торможения 40км/ч, время приведения в действие органа управления тормозной системы — не более 0,2 с.

Дорожные испытания проводят на прямой горизонтальной, ровной и сухой дороге с цементноили асфальтобетонным покрытием.

Испытания на стендах и в дорожных условиях должны проводиться в безопасных условиях.

Погрешность измерений должна находиться в пределах [8]:

тормозного пути — 5%;

начальной скорости торможения — 1км/ч;

установившегося замедления — 4%;

предельного уклона площадки для торможения — 1%;

тормозной силы — 3%;

усилия на органе управления — 7%;

время срабатывания тормозной системы — 0,03с;

время запаздывания тормозной системы — 0,03с;

время нарастания замедления — 0,03с;

давление воздуха в пневматическом или пневмогидравлическом тормозном приводе — 5%.

Тормозная система автомобиля считается выдержавшей испытание, если диагностические параметры соответствуют нормативным. Для того чтобы тормозные системы автомобиля смогли успешно выдержать проверку, необходимо провести квалифицированное обслуживание или ремонт основных узлов.

Замену тормозных накладок, колодок дисков и барабанов необходимо проводить обязательно по обоим колесам оси. После замены указанных деталей необходимо дать им приработаться в течение пробега 300−400 км.

При проверке автомобилей в сырую погоду или после мойки желательно просушить тормозные механизмы, в особенности барабанного типа, путем нескольких торможений или непродолжительным движением с подторможенным автомобилем. Не рекомендуется также подвергать проверке тормоза автомобиля с ошипованными шинами на роликовых площадных стендах, т.к. коэффициент сцепления стального шипа со стальной поверхностью барабана или площадки может быть существенно ниже.

Аппараты гидравлического тормозного привода должны соответствовать требованиям настоящего стандарта, ГОСТ 23 181 и технической документации (ТД), утвержденной в установленном порядке.

Аппараты гидравлического тормозного привода должны обладать герметичностью и прочностью при давлении на входе, соответствующем давлению при усилии на тормозной педали по ГОСТ 23 181 (пункт 1.4), но не менее 20 МПа.

Вакуумные (в сборе с главными тормозными цилиндрами) усилители должны обладать герметичностью и прочностью при разрежении в вакуумной камере усилителя 0,075+0,005 МПа и усилии на входном штоке по ГОСТ 23 181 с учетом передаточного числа привода от тормозной педали.

Остаточная деформация корпуса усилителя в осевом направлении после испытаний на прочность не должна превышать 0,3 мм.

Требования к герметичности и прочности аппаратов тормозного привода должны выполняться также после проведения испытаний циклическим нагружением в соответствии с режимами, указанными в 4.5, и в объеме не менее 150 000 циклов.

2.1 Методы испытаний

Аппараты гидравлического тормозного привода подвергают испытаниям по:

— оценке герметичности и прочности — все аппараты;

— определению функциональных свойств — регуляторы тормозных сил и усилители;

— оценке долговечности в условиях циклического нагружения — все аппараты.

Все объекты перед началом испытаний проверяют на соответствие их габаритных и присоединительных размеров требованиям ТД.

Из полостей гидравлических аппаратов и трубопроводов должен быть удален воздух.

2.2 Испытательное оборудование

Допускаемые погрешности измерения следующих параметров не должны превышать:

Стендовые установки для проведения испытаний по оценке герметичности и прочности скоб, колесных тормозных цилиндров и регуляторов тормозных сил, а также определения их функциональных свойств должны обеспечивать следующие условия испытаний:

— регулирование давления рабочей жидкости на входе в пределах от 0 до 30 МПа;

— измерение давления жидкости на выходе из регулятора.

Стендовые установки для проведения испытаний по оценке герметичности и прочности главных тормозных цилиндров, используемых без вакуумного усилителя, должны обеспечивать следующие условия испытаний:

— регулирование статической осевой нагрузки на входной шток цилиндра в пределах от 0 до 4500 Н;

— измерение давления жидкости в рабочих полостях цилиндра;

— измерение линейного перемещения входного штока главного цилиндра.

Стендовые установки для проведения испытаний по оценке герметичности и прочности, а также определения функциональных свойств вакуумных усилителей (в сборе с главными тормозными цилиндрами) должны обеспечивать следующие условия испытаний:

— приложение регулируемой статической осевой нагрузки на входной шток усилителя в пределах от 0 до 4500Н;

— создание регулируемого разрежения воздуха в вакуумной камере усилителя до 0,1 МПа;

— измерение линейного перемещения входного штока вакуумного усилителя;

— измерение давления жидкости в рабочих полостях главного тормозного цилиндра.

Стендовые установки для проведения испытаний по оценке герметичности и прочности, а также определения функциональных свойств гидровакуумных усилителей должны обеспечивать следующие условия испытаний:

— создание регулируемого давления рабочей жидкости на входе в пределах от 0 до 20 МПа;

— создание регулируемого разрежения воздуха в вакуумной камере усилителя до 0,1 МПа;

— измерение давления жидкости на выходе из гидроцилиндра усилителя.

Стендовые установки для проведения испытаний по оценке долговечности в условиях циклического нагружения должны обеспечивать:

а) для скоб, колесных тормозных цилиндров и регуляторов тормозных сил:

— циклическое изменение входного давления в пределах от 0 до 10 МПа частотой 600 циклов в час,

— возможность поддержания температуры в нагревательной камере до 100 °C (только для скоб и цилиндров);

б) для главных тормозных цилиндров, используемых без вакуумного усилителя:

— циклическое изменение входного усилия на штоке цилиндра в пред ел ах от 0 до 2500 Н частотой не менее 1000 циклов в час,

— возможность поддержания до 85 °C температуры пространства, окружающего главный тормозной цилиндр;

в) для вакуумных усилителей в сборе с главными тормозными цилиндрами:

— циклическое изменение входного усилия на штоке вакуумного усилителя в пределах от 0 до 2500 Н с возможностью регулирования частотой не менее 1000 циклов в час,

— возможность создания регулируемого разрежения воздуха в вакуумной камере усилителя до 0,1 МПа,

— возможность поддержания до 85 °C температуры пространства, окружающего усилитель с главным тормозным цилиндром;

г) для гидровакуумных усилителей:

— максимальное давление жидкости на входе — не менее 10 МПа с возможностью бесступенчатого изменения,

— возможность создания регулируемого разрежения воздуха в вакуумной камере усилителя до 0,1 МПа,

— обеспечение частоты циклов пульсации давления — не менее 1000 циклов в час,

— возможность поддержания температуры окружающего пространства до 85 °C.

Стендовые установки по оценке долговечности в условиях циклического нагружения и определению функциональных свойств вакуумных (в сборе с главными тормозными цилиндрами) и гидровакуумных усилителей, а также по оценке долговечности главных тормозных цилиндров должны иметь нагрузочные гидроцилиндры с регулируемым объемом не менее рабочего объема испытуемого аппарата.

2.2.1 Испытания скоб, колесных тормозных цилиндров и регуляторов тормозных сил

Испытания заключаются в создании давления жидкости на входе в аппарат, доведенного до уровня испытательного давления по ГОСТ 23 181, и выдерживании на этом уровне в течение 2 мин.

При этом фиксируют значение испытательного давления, время выдерживания и наличие или отсутствие утечки жидкости.

Признаком потери герметичности и разрушения является появление течи жидкости через трещины в корпусе или уплотнительные детали.

2.2.2 Испытания главных тормозных цилиндров без вакуумных усилителей

Испытания заключаются в создании испытательного усилия на штоке, доведенного до испытательного усилия по ГОСТ 23 181, умноженного на передаточное отношение педали, и выдерживании на этом уровне в течение 2 мин .

При этом фиксируют значения испытательного усилия и давления на выходе из рабочих полостей цилиндра, время выдерживания, перемещение штока во время выдерживания и наличие или отсутствие утечки жидкости.

Признаками потери герметичности и разрушения являются:

— прекращение повышения давления на выходах по мере повышения усилия;

— появление течи жидкости через трещины в корпусе или уплотнительные детали;

— перемещение штока после достижения регламентированного усилия на нем.

2.2.3 Испытания вакуумных усилителей в сборе с главными тормозными цилиндрами

Вакуумный трубопровод испытательной установки предварительно проверяют на герметичность. Для этого наконечник шланга для подсоединения к вакуумному усилителю закрывают пробкой и создают разрежение в вакуумном трубопроводе и шланге (0,075 ± 0,005) МПа. После стабилизации разрежения падение разрежения в течение 1 мин (в пределах погрешности измерения) не допускается.

Перед нагружением усилителя измеряют расстояние между установочными плоскостями усилителя и главного тормозного цилиндра.

Испытания заключаются в создании и стабилизации разрежения в вакуумной камере усилителя (0,075 ± 0,005) МПа и выдерживании этого разрежения в течение 1 мин при различных статических усилиях на входном штоке. Значения усилий соответствуют 0%, 20%, затем 120% максимального значения усилия на тормозной педали базового автомобиля по ГОСТ Р 41.13 и ГОСТ Р 41.13-Н для испытаний типа 0, умноженного на передаточное отношение педали. При этом фиксируют значения испытательного усилия, разрежения и давления на выходе из рабочих полостей цилиндра, время выдерживания, перемещения штока и снижение разрежения во время выдерживания, наличие или отсутствие утечки жидкости.

Признаками потери герметичности и разрушения являются:

— прекращение повышения давления в рабочих полостях главного тормозного цилиндра по мере повышения усилия на штоке;

— снижение разрежения в вакуумной камере или давления на выходе из цилиндра при постоянном усилии на штоке;

— перемещение штока усилителя при стабилизации усилия на нем;

— появление течи жидкости через трещины в корпусе или уплотнительные детали главного цилиндра;

— наличие после испытаний на прочность остаточной деформации корпуса усилителя в осевом направлении более 0,3 мм;

— видимые остаточные деформации корпуса крышек и шпилек усилителя.

2.2.4 Испытания гидровакуумных усилителей

Испытания заключаются в создании и стабилизации разрежения в вакуумной камере усилителя (0,075 ± 0,005) МПа и выдерживании этого разрежения в течение 1 мин при различных статических усилиях на входе. Значения усилий соответствуют 0%, 20%, затем 120% максимального значения усилия на тормозной педали базового автомобиля по ГОСТ Р 41.13 и ГОСТ Р 41.13-Н для испытаний типа 0, умноженного на передаточное отношение педали. При этом фиксируют значения испытательного давления, разрежения и давления на выходе из рабочих полостей цилиндров, время выдерживания, снижение разрежения во время выдерживания, наличие или отсутствие утечки жидкости.

Признаками потери герметичности и разрушения являются:

— прекращение повышения давления на выходе по мере повышения давления на входе;

— снижение разрежения в вакуумной камере при постоянном давлении на входе;

— снижение давления на входе или выходе после стабилизации давления на входе;

— появление течи жидкости через трещины в корпусе или уплотнительные детали гидроцилиндра.

2.2.5 Испытания регуляторов тормозных сил

Испытания заключаются в создании давления жидкости на входе в регулятор, которое изменяют в пределах от 0 до 8,0 МПа.

В указанном диапазоне фиксируют значения давлений на входе и выходе из регулятора через 1,0 МПа.

2.2.6 Испытания вакуумных усилителей

Испытания заключаются в последовательном создании стабилизированного разрежения в вакуумной камере в пределах от 0 до 0,075 МПа через 0,025 МПа и приложении при каждом из них статического усилия на входной шток усилителя, составляющего от 0% до 120% максимального значения усилия на тормозной педали базового автомобиля по ГОСТ Р 41.13 и ГОСТ Р 41.13-Н, умноженного на передаточное отношение педали.

При каждом значении разрежения в указанном диапазоне усилий фиксируют значения усилия на штоке и давлений на выходе из рабочих полостей главного тормозного цилиндра. Должно быть зафиксировано не менее пяти значений.

2.2.7 Испытания гидровакуумных усилителей

Испытания заключаются в последовательном создании стабилизированного разрежения в вакуумной камере в пределах от 0 до минус 0,075 МПа через 0,025 МПа и создании при каждом из них давления жидкости на входе в рабочий цилиндр, составляющего от 0% до 120% максимального значения усилия на тормозной педали базового автомобиля по ГОСТ Р 41.13 и ГОСТ Р 41.13-Н, умноженного на передаточное отношение педали.

При каждом значении разрежения в указанном диапазоне давлений фиксируют значения давлений на входе и выходе из тормозного цилиндра. Должно быть зафиксировано не менее пяти значений.

По полученным при испытаниях значениям (среднеарифметическое значение результатов не менее трех измерений) строят графики зависимостей давления на выходе из аппарата от усилий или давлений на его входе. Полученные результаты испытаний должны отличаться не более чем на 10%, заданных в ТД.

Перед началом испытаний с помощью регулирования зазора между поршнями и ограничителями нагрузочных цилиндров испытательной установки устанавливают ход поршней испытуемого аппарата, соответствующий: для скоб — не менее 0,25 мм, для колесных цилиндров — не менее 2/3 их полного хода.

Испытания проводят в нагревательной камере при температуре (70 ± 15)°С (кроме регуляторов тормозных сил) путем создания пульсирующего давления от 0 до 7,0 МПа частотой от 60 до 100 циклов нагружения в минуту до момента возникновения признаков потери герметичности или достижения 150 000 циклов нагружения без потери герметичности.

Перед началом испытаний с помощью регулирования зазора между поршнями и ограничителями нагрузочных цилиндров испытательной установки устанавливают ход штока главного цилиндра, равный не менее 2/3 его полного хода при равном объеме вытесняемой жидкости из каждой полости.

Испытания проводят в нагревательной камере при температуре (70 ± 15)°С путем приложения циклически изменяющегося усилия на входной шток от 0 до 7,0 МПа частотой от 30 до 60 циклов нагружения в минуту до момента возникновения признаков потери герметичности или достижения 150 000 циклов нагружения без потери герметичности.