Разработка методик и средств оценки технического состояния инерционной тормозной системы при инструментальном контроле

Обеспечение безопасности дорожного движения является одной из наиболее сложных проблем. От её успешного решения в значительной степени зависит функционирование хозяйственных структур, жизнь и здоровье населения страны. На решение данной проблемы направлен Федеральный Закон РФ «О • безопасности дорожного движения», «Положение об обеспечении безопасности дорожного движения на предприятиях, учреждениях, организациях, осуществляющих перевозки пассажиров и грузов», ГОСТ Р 51 709−2001 «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки» и другие нормативные акты. В 90-х годах возникли предпосылки, ведущие к снижению уровня. безопасности автотранспортных средств.

Происшедшие разукрупнение предприятий автомобильного транспорта, появление большого количества мелких предприятий и частных владельцев, занимающихся перевозками пассажиров и грузов, послужили причинами резкого снижения* объёмов и качества диагностирования и технического-' обслуживания транспортных средств. Наметился отказ от использования накопленного научно-технического и производственного потенциала. В сфере производства происходит снижение контроля качества выпускаемой в нашей стране автомобилей и комплектующих. Из-за рубежа ввозится большое количество подержанных автомобилей. По этим причинам произошло увеличение числа, ДТП, количества погибших и раненых, связанных с неудовлетворительным техническим состоянием транспортных средств. По данным специальных исследований доля* ДТП по причинам технической неисправности транспортных средств достигло 15% [12], причем 4% от числа аварий связанных с техническим состоянием автомобилей произошло по причине обусловленной состоянием тормозной системы прицепов. Таким образом, обеспечив требуемый уровень надёжности узлов и систем автопоезда, влияющих на безопасность движения, можно добиться существенного снижения аварийности.

Развитие рыночных отношений расширяет сферу применения автопоездов, сформированных на базе легковых автомобилей и прицепов. Вопросам совершенствования • тормозных свойств автопоездов посвящено немало научных работ. Однако^ малотоннажные автопоезда практически выпали из поля зрения учёных и контролирующих органов, особенно в нашей стране. Работы в этой области немногочисленны и носят узко прикладной характер. За рубежом накоплен большой опыт в проектировании и диагностировании инерционных тормозных систем одноосных прицепов. В нашей стране эти работы не получили достаточного развития, что сдерживает успешное создание высокоэффективных конструкций тормозного привода и их инструментальный контроль. Решить указанную проблему призвана система инструментального контроля технического состояния автотранспортных средств. Опыт введения’данной’системы позволил выявить ряд существенных недостатков, требующих неотложного устранения:

— уровень конструктивной и эксплутационной надёжности отечественных автотранспортных средств не соответствует предъявляемым к ним требованиям;

— отставание развития системы автосервиса;

— при оценке технического состояния инерционных тормозных систем прицепов по ГОСТ Р 51 709−2001 и «Техническому регламенту о безопасности колесных транспортных средств», утвержденному постановлением Правительства РФ № 720 от 10 сентября 2009 г, эффективность тормозных механизмов не проверяется ввиду отсутствия’средства (нагружателя) и недоработок методики контроля, что является недопустимым;

— проверка в дорожных условиях по показателям эффективности торможения для прицепов, оснащенных тормозной* системой, категорий Oi и Ог, в соответствии с отечественными стандартами, не предусмотрена и должна осуществляться только в стендовых условиях;

— инструментальный контроль не позволяет выявить ряд неисправностей тормозных систем, влияющих на безопасность движения.

Для устранения выявленных недостатков необходим глубокий научный анализ и целенаправленные исследования. Одним из направлений исследований является разработка и внедрение методик и средств оценки тормозной эффективности автопоездов, в составе которых используются прицепы с инерционными тормозными системами. Данная работа посвящена решению указанной проблемы.

Глава Т. Состояние проблемы, цель и задачи исследования 1.1* Особенности конструкции тормозных систем малотоннажных автопоездов.

Обеспечение безопасности дорожного движения невозможно без чёткой регламентации и выполнения требований к подвижному составу, которые сформулированы в национальных стандартах и международных предписаниях [21,22,23,93]. Отечественные и международные стандарты систематически пересматриваются и дополняются, что позволяет непрерывно повышать конструктивную* безопасность автомобилей. Так, согласно «Правил № 13» ЕЭК ООН (Приложение 12) и Директив 75/524 ЕЭС, регламентируется распределение тормозных сил по осям автотранспортных средств с указанием граничных линий для кривых реализуемого сцепления.

Для проверки автотранспортных средств на соответствие международным предписаниям необходимо иметь математические модели, которые учитывали бы конструктивные особенности тормозных систем (наличие ограничителей давления, регуляторов тормозных сил, пропорциональных клапанов, раздельного привода, антиблокировочных систем). В международной практике наибольшее распространение получили следующие типы тормозных систем прицепов [36]: 1 — инерционная с механическим или гидравлическим приводом- 2 — гидравлическая- 3 — пневматическая- 4 -пневмногидравлическая- 5 — электромагнитная.

Причем, на малотоннажных автопоездах применяют преимущественно две первые тормозные системы. Остановимся на них подробнее.

Инерционная тормозная система (ИТС) (иногда называется «тормоз наката») для торможения прицепа использует его инерцию при набегании на затормаживаемый тягач. ИТС может иметь механический или гидравлический тормозной привод. На рис. 1.1 показана принципиальная схема инерционной тормозной системы с механическим приводом. ИТС отличается простотой конструкции, возможностью использования узлов и деталей тормозных систем серийно выпускаемых автомобилей, а главное, — универсальностью, так как прицепы, оборудованные такой системой, могут эксплуатироваться с тягачами, имеющими любой тип тормозного привода.

Рис. 1.1. Инерционная тормозная система с механическим приводом: А — устройство управленияБ —тормозной приводВ — тормозные механизмы- 1 — трубчатый толкатель- 2 — пороговое устройство- 3 — демпфер- 4 — приводной рычаг (коромысло) — 5 — тяга привода тормозных механизмовб-трос привода тормозных механизмов;

7 — тормозные механизмы.

Вместе с тем ИТС имеет и ряд недостатков, ограничивающих её применение. К ним, в частности, относятся: сравнительно невысокая эффективность действиявозможность самопроизвольных торможений прицепа при движении автопоезда по неровным дорогамневозможность движения прицепа задним ходом без принудительного отключения тормозовасин-хронность торможения и растормаживания звеньев автопоезда [2]. Несмотря на эти недостатки, ИТС получила наибольшее распространение на малотоннажных автопоездах.

Гидравлическая тормозная система используется на малотоннажных автопоездах в нескольких вариантах. Система с непосредственным соединением тормозных приводов тягача и прицепа не получила распространения из-за утечки тормозной жидкости и попадания воздуха в систему. Этого недостатка лишен тормозной привод (рис. 1.2), в котором для передачи тормозного усилия от тягача к прицепу используется дополнительный цилиндр, соединенный посредством штока с главным тормозным цилиндром прицепа. Эта система соединения, получившая название «пятый цилиндр», нашла за рубежом некоторое распространение.

ТПТ|.

JOl.

77 777 957?! sJL I тягач I J.

Рис. 1.2. Схема ГТП автопоезда типа'"пятый цилиндр": 1 — тормозной привод автомобиля- 2 — тормозной привод прицепа- 3 — «пятый цилиндр».

Однако ее использование ограничивается невысокой надежностью и требованием эргономики, а также невозможностью эксплуатации прицепов с автомобилями, не оборудованным «пятым цилиндром». На тяжелых прицепах (типа «прицеп — дача»), применение этой тормозной системы возможно лишь при наличии усилителя, так как физических возможностей водителя недостаточно для создания необходимого давления в приводе. Использование обычных вакуумных усилителей, применяемых на большинстве легковых автомобилей, не дает положительного эффекта из-за их неэффективной и нестабильной работы.

Более удачной является схема (рис. 1.3), представляющая собой серийную тормозную систему, дополненную циркуляционным контуром, соединённым с насосом высокого давления, гидроусилителя и бачка с тормозной жидкостью. Привод насоса осуществляется от двигателя автомобиля.

Обладая рядом достоинств, такая схема имеет и существенные недостатки, к которым, в частности, относится низкая надежность из-за возмож 11 ной разгерметизации системы и излишний расход энергии, вызванный работой.

Рис. 1.3. Схема ГТП автопоезда с усилителем типа «открытый центр»: 1. — тормознойтривод автомобиля- 2— тормозной привод прицепа- 3— гидроусилитель- 4 —напорная магистраль- 5 —гидронасос;

6 — соединительная головка I гидронасоса. Разновидностью данной схемы является' тормозная, система (рис. 1.4), в. циркуляционныйконтур которой дополнительно включен гидроаккумулятор, обеспечивающий работу тормозов прицепа. К преимуществам этой схемы относится повышенная/надежность, т.к. в случае неисправности? насоса гидроаккумулятор позволяет произвести несколько полных торможений. ¦

Рис. 1.4. Схема гидросилового тормозного привода автопоезда: 1 — тормозной привод автомобиля- 2 — тормозной привод прицепа- 3— клапан управления- 4 — гидронасос- 5 — клапан загрузки гидроаккумулятора- 6 — гидроаккумулятор- 7 — соединительная головка.

Однако после израсходования рабочей жидкости из гидроаккумулятора система полностью теряет работоспособность. Кроме того, функционирование насоса высокого давления требует дополнительных затрат мощности двигателя, что повышает стоимость эксплуатации автомобиля. В Германии такие системы выпускаются рядом фирм для грузовых автопоездов общим весом до 12 т.

Перспективной является тормозная система автопоезда (рис. 1.5), представляющая комбинацию гидростатического привода тягача с гидравлическим усилителем типа «закрытый центр» и гидросилового привода тормозов прицепа.

Рис. 1.5. Схема ГТП автопоезда с усилителем типа «закрытый центр»: 1 — тормозной привод автомобиля- 2 — тормозной привод прицепа;

3 — гидроусилитель типа «закрытый центр" — 4 — гидроаккумулятор;

5 —клапан загрузки гидроаккумулятораб—гидронасос;

7 — соединительная головка.

Система обеспечивает пропорциональное изменение давлений рабочего тела в приводах тягача и прицепа, малое время срабатывания и высокие эргономические показатели. Причем система не требует постоянной циркуляции жидкости и насос может использоваться для обслуживания других потребителей. Вместе с тем гидросиловой привод требует дополнительного расхода энергии на создание высокого давления и применения соответствующих агрегатов (насос, гидроаккумулятор, различные клапаны и др.) без которых реализация данной схемы невозможна. Кроме того, даже специальная соединительная головка" не гарантирует от попадания воздуха в тормозную систему прицепа.

В ряде конструкций тормозных систем (гидровакуумные, электровакуумные) используется вакуум для приведения в действие гидравлического привода тормозов прицепа. Эти системы обеспечивают автоматическое затормаживание прицепа при его отрыве от тягача, синхронность торможения звеньев автопоезда, возможность торможения прицепа независимо от тягача через ручной управляющий клапан. В то же время они имеют сложную конструкцию, высокую стоимость изготовления, а эффективность их действия в значительной мере зависит от точности регулировок. Применение' вакуумных, пневматических и электрогидравлических тормозных систем на легковых и малотоннажных грузовых автопоездах весьма проблематично.

Анализ технико-эксплуатационных свойств рассмотренных выше тормозных систем показал, что все они, кроме ИТС, отличаются сложной конструкцией и не обеспечивают совместимости с тормозной системой серийно выпускаемых легковых и малотоннажных грузовых автомобилей. Кроме того, эти автомобили эксплуатируются в основном как одиночные.

Даже в таких развитых в техническом отношении странах, как США, Англия, Франция и Германия количество прицепов к легковым автомобилям составляет в. среднем от 5 до 10% от парка легковых автомобилей, в-РФ еще меньше. Поэтому экономически и технически нецелесообразно изменять конструкцию тормозной системы (ТС) серийно выпускаемых автомобилей, приспосабливая ее для. работы в составе автопоезда. Более верно проектировать ТС прицепа таким образом, чтобы при минимальных затратах обеспечивалась возможность его эксплуатации с любым автомобилем. Этому требованию в полной мере отвечает инерционная тормозная система, автономность действия которой — главное её достоинство. Наличие же ряда серьезных, по мнению некоторых авторов, недостатков ИТС, в основном объясняется, неправильным выбором параметров ИТС и в большинстве случаев может быть устранено известными техническими решениями.

Общие выводы.

1. Разработана математическая модель процесса торможения автопоезда, которая учитывает изменения технического состояния тормозной системы автопоезда в условиях эксплуатации. Расхождение экспериментальных с расчетными данными не превышает 5%.

2. Для определения технического состояния ИТС прицепа при стендовом диагностировании выбраны и обоснованы оценочные параметры: удельная тормозная сила на колесах прицепа при определенном усилии вталкивания на сцепной головке, пороговое усилие устройства управления.

3. Создан опытный образец нагружателя (имитатора нагрузки), в котором исключены операции по настройке соосности. Проведены исследования статической характеристики опытного образца нагружателя расчетным и экспериментальным методами, которые показывают, что нагружатель применим для диагностирования ИТС прицепа в условиях линии инструментального контроля (расхождение характеристик не превышает 4,6%).

4. Показано, что разработанные методики оценки технического состояния ИТС прицепа и система управления нагружателем с использованием датчика усилия, входящего в комплект тормозного стенда, не требуют изменений в схеме управления и программном обеспечении тормозного стенда.

5. Проведенные исследования показали, что при технически неисправной ИТС прицепа в условиях эксплуатации происходит снижение эффективности торможения автопоезда на 20%.

Заключение

по результатам проверки АТС на стенде тормозном силовом.

Место прсае&енеч проверки: Реггегоддо-мыл змэк АС538 633 Владелец АТС: ООО НПП «ДО'.

I, моде'-ь АТС ПРИЦЕП, 8?9400 Осмотр: первичный.

Сводные характеристики по АТС.

Результат.

Общяя кза «АТС, кг Общая ъделыыч тормозная шла рабочей ТС стояночной ТС.

202 0,47.

Oct" 1.

Рабочая тормозная система.

Слева.

Масса на колею, ir.

Растет нав тормозная сипа, Н.

Уолие ва осквне управления, Н.

Относительна* разность тормоэнь-х сил по оси.

Время ерз^атыоам-в рабочей тормозной системы, мс.

95 417.

EeasfeiULMtesaiC.

Справа.

107 517.

787 0,19.

Норматив не менее 0,41 не менее 0,55.

Норматив не бо/ ее 0,25 ••е более 0.

0 50.

0,?5.

0,75.

1,50 2,25 3,00 3,75 1,50 5,25 6,00 6,75 7,50 8,25.

9 00.

9,75 10, Ь0 заключение: Тормозная система исправна. Счастливого пути!

ФИ о, подпись пим проводившего проверку: «//.

Рис. 3.14. Результаты оценки технического состояния исправной тормозной системы.