Проверка работоспособности агрегатов и узлов на стендах часть II

Испыания тормозных систем

Лабораторные испытания. Эффективность действия тормозов в лабораторных условиях определяют на стендах, которые по конструкции можно разделить на три типа: роликовые, платформенные и стенды с инерционными массами. По характеру взаимодействия автомобиля с рабочим органом стенда различают статические, кинематические и динамические стенды.
По принципу действия тормозные стенды делят на инерционные и стенды, измеряющие статический момент трения. По способу передачи тормозного момента стенды бывают двух видов:
стенды с использованием сил сцепления и передачей тормозного момента через опорную поверхность колеса;
стенды без использования сил сцепления при передаче тормозного момента непосредственно через ступицу колеса.
В настоящее время применяют в большинстве случаев как наиболее простые роликовые стенды с использованием сил сцепления. Следует отметить, что при малой частоте вращения роликов тормозные силы получаются несколько большими, чем в дорожных условиях при реальных скоростях движения. Повышение же частоты вращения колеса на тормозных стендах связано с увеличением мощности, затрачиваемой на привод, и повышением стоимости стенда и его эксплуатации. Для получения на стенде реальных величин тормозных сил не следует применять скорости ниже 5-10 км/ч (для легковых автомобилей) и 2-5 км/ч (для грузовых автомобилей).
На стендах в зависимости от конструктивного решения и целей испытаний можно определять суммарную тормозную силу и тормозную силу отдельно для каждого колеса, усилие, прикладываемое водителем к педали тормоза, время срабатывания тормозных механизмов, реакцию водителя.
Один из стендов для испытаний тормозов на эффективность показан на рисунке 78.

Рисунок 78 Стенд для испытаний тормозов
Стенд состоит из двух индивидуальных силовых установок, имеющих ролики 1 и 3, на которые ставят колесо автомобиля. Ролики, соединенные цепной передачей 2, приводятся от электродвигателя 7 через червячный 6 и балансирный 4 редукторы. Рама 5 редуктора 4 под действием реактивного момента, пропорционального тормозному, поворачивается и воздействует на динамометр 8.
Устройство для определения усилия нажатия на педаль тормоза представляет собой электрическую либо гидравлическую месдозу.
Тормоза автомобилей на стенде испытывают в такой последовательности. Автомобиль устанавливают колесами одной оси на ролики стенда; к педали тормоза прикрепляют устройство для замера усилия, развиваемого водителем. Включают привод стенда, и по команде оператора водитель прикладывает к тормозной педали максимально допустимое усилие. Одновременно с нажатием на педаль тормоза водитель воздействует и на кнопку, встроенную в месдозу, и тем самым подает сигнал на запись о начале торможения, в процессе которого оператор визуально фиксирует тормозные силы на каждом колесе и контролирует усилие на педали тормоза. Одновременно записывают все параметры на ленту самописца или осциллографа (рисунок 79).

Рисунок 79 Образец записи на ленте осциллографа
На ленте записываются тормозные усилия на колесах (кривые 3 и 5) и усилие на тормозной педали (кривая 2), отсчитываемые от нулевых линий (соответственно 1,6 и 7). Время реакции водителя определяется длиной отрезка, На основании осциллограмм можно сделать вывод о тормозных силах и времени срабатывания тормозных механизмов левого и правого колес, а также о реакции водителя.
Тормозную силу для каждой оси замеряют не менее 3 раз в случае, если разброс полученных значений не превышает 10% среднего значения тормозной силы для данной категории автомобиля. Если разброс превышает указанную величину, регулируют тормозные механизмы, выполняя частичную или полную регулировку, и повторяют замеры.
Автотранспортное средство считается пригодным для эксплуатации, если при тормозных испытаниях на роликовом стенде было установлено, что отношение среднего значения суммарной тормозной силы к полному весу Ga автомобиля или прицепа не менее следующих величин (%):
Легковые автомобили.............................60
Автобусы..................................................50
Грузовые автомобили и прицепы.........45
Имеющиеся в распоряжении оператора кривые (рисунок 80) позволяют с достаточной точностью быстро сделать заключение о состоянии тормозной системы.

Рисунок 80 Диаграмма оценки состояния тормозов автомобиля
Взаимное отклонение тормозных сил левого и правого колес (сторон тележки) одной и той же оси к большему значению не должно превышать 10-15%. При большей разнице между левым и правым колесом (тележкой) повышается склонность к заносу автомобиля при торможении на дороге. Меньшая разница тормозных сил левого и правого колес характерна для дисковых тормозов, а большая - для колодочных.
После выполнения указанных выше операций для одной оси автомобиль устанавливают колесами другой оси на ролики стенда и повторяют замеры в той же последовательности.
В стендовых условиях всесторонним испытаниям подвергают отдельно тормозные механизмы, аппараты тормозного привода и их элементы: тормозные колодки, диски и барабаны, главный и колесные цилиндры, пневмокраны, компрессоры и т. д.
На рисунке 81 дана схема стенда для испытаний тормозных механизмов легковых автомобилей.
На валу 2 стенда, приводимом во вращение электродвигателем 1, имеется набор маховиков. Их момент инерции соответствует моменту инерции вращающихся и поступательно движущихся частей автомобиля, тормозные механизмы которого испытывают. Вал 2 соединен с торсиометром 4 для измерения и контроля тормозного момента.

Рисунок 81 Схема стенда с инерционными массами для испытаний тормозных механизмов
К фланцу 5 вала крепят диск 6 (либо барабан) испытуемого тормозного механизма, а суппорт (тормозной щит) соединяют со станиной через торсион 7 для смягчения резких ударов при торможении. Испытуемый тормозной механизм включают посредством системы гидропривода 9, давление в магистрали которого, определяющее интенсивность торможения, измеряется манометром 8.
Перед испытаниями выполняется несколько торможений для приработки рабочих поверхностей накладок.
Испытания заключаются в периодическом разгоне вала 2 с маховиками 3 и вращающейся частью испытуемого тормоза с последующим торможением. Испытания проводят при различных начальных скоростях торможения и разных давлениях в гидросистеме привода, а также в различном температурном диапазоне.
В процессе испытаний по величине момента трения определяют эффективность торможения, в том числе при повторяющихся циклах. Тормозные механизмы испытывают на надежность и износостойкость фрикционных элементов.
Испытания аппаратов тормозного гидро - и пневмопривода предусматривают функциональный контроль их в соответствии с имеющимися стандартами и техническими условиями. Например, применительно к аппаратам пневмопривода проверяют параметры, оговоренные ГОСТ 4364-67, в частности, время срабатывания привода, которое должно составлять не менее 0,6 с при подсчете его от момента нажатия на тормозную педаль до момента, когда давление в системе гидропривода будет составлять 90% давления, соответствующего давлению при торможении автомобиля до остановки. Проверяют несинхронность действия тормозов тягача и прицепа, оцениваемую по времени срабатывания тормозных механизмов (допустимые отклонения +0,1 ÷ -0,2 с). Определяют давление, поддерживаемое в системе регулятором, давление, при котором срабатывает предохранительный клапан, а также другие параметры, имеющие установленные предельные отклонения. Аппараты гидропривода, например, главный тормозной цилиндр, проверяют по таким показателям, как количество жидкости, подаваемой за несколько полных ходов штока. Определяют ход поршня (после прокачки системы), при котором достигаются установленные давления, а также ход штока, необходимый для закрытия компенсационного отверстия. Проверяют остаточное давление в системе и другие параметры, от которых зависит нормальное функционирование тормозной системы. Указанные испытания, включая испытания на долговечность, износостойкость резиновых и металлических деталей, проводят в различных температурных условиях (при положительных и отрицательных температурах).
Дорожные испытания. Испытания тормозных систем в дорожных условиях являются основным видом испытаний по определению их эффективности.
Важное значение имеет определение долговечности и износостойкости тормозных механизмов, в частности их фрикционных элементов в дорожных условиях. Необходимость проведения испытаний непосредственно на автомобиле обусловлена тем, что в этом случае можно получить данные по ресурсу указанных узлов и их деталей с учетом реального распределения тормозных сил между колесами автомобиля. Это существенно влияет на срок службы деталей тормозных механизмов. На долговечность влияют и температурные условия, которые в стендовых условиях не представляется возможным точно воспроизвести, а также другие факторы, присущие эксплуатации автомобиля.
Испытаниям на долговечность предшествует подготовка тормозов автомобиля, которая кроме необходимых регулировочных работ и измерений предусматривает устройство на тормозных накладках специальных искусственных баз, являющихся исходными при измерении толщины накладок. С этой целью в накладках сверлят отверстия на определенной глубине сверлом диаметром примерно 5 мм, обеспечивающим получение плоской поверхности в основании сверления. Для предохранения отверстий в накладке от загрязнения продуктами износа в процессе испытаний их заполняют асбестом. Перед замером асбест удаляют, а отверстия продувают сжатым воздухом.
Глубину отверстия измеряют с точностью до 0,01 мм глубиномером с укрепленной на нем стопорным винтом подставкой.
Первоначально тормозные накладки, диски и барабаны замеряют после их приработки перед испытаниями, а затем в процессе испытаний через определенное количество торможений. Попутно с замерами осуществляют контрольный осмотр всей тормозной системы автомобиля с целью обнаружения возможных отказов и неисправностей, проверяют состояние накладок, наличие на них трещин, механических повреждений, расслоений, стекловидности и т. д. При осмотре барабанов должно отмечаться появление рисок, трещин и мартенситных пятен, которые являются следствием перегрева рабочих поверхностей. Результаты замеров заносят в специальные карты.
Испытания тормозов на долговечность проводят на горизонтальной дороге методом последовательных торможений, режим которых выбирают так, чтобы максимально ускорить испытания, однако при условии исключения искажения износа фрикционных пар, который наблюдается в эксплуатации. Методику испытаний тормозных механизмов разрабатывают на базе предварительных режимометрических и термометрических исследований, в процессе которых определяют спектр величин замедлений при торможении автомобилей в характерных условиях эксплуатации, а также температуру нагрева трущихся поверхностей. Методика испытаний предусматривает в качестве основных торможений торможения со средней интенсивностью, характерной для подавляющего большинства торможений в напряженных условиях эксплуатации автомобиля. Кроме того, каждый цикл испытаний включает торможения автомобиля с замедлениями, превышающими эту величину вплоть до максимальных значений. Отношение таких торможений к основным торможениям обычно невелико (10-15%). Эти торможения необходимы главным образом для проверки работоспособности тормозных механизмов и элементов привода в экстремальных условиях.
При испытаниях задаются и строго выдерживаются кроме замедления начальная и конечная скорости движения автомобиля, а также интервал между торможениями, продолжительность которого выбирается такой, чтобы исключить перегрев тормозов при этом. Испытания тормозных механизмов заканчиваются, когда износ трущихся поверхностей становится одинаковым при трех последующих замерах, что свидетельствует о постоянстве темпа износа. Зная его, а также толщину допустимого слоя износа, можно прогнозировать долговечность деталей вплоть до износа до предельного состояния. В целях повышения точности получаемых результатов обычно испытывают тормозные механизмы с тремя комплектами тормозных накладок, взятых из одной партии. Испытания на долговечность тормозных барабанов предусматривают наряду с их нагревом путем нескольких последовательных торможений резкое охлаждение, например, струей воды, направленной на барабан через отверстия в диске колеса.
По окончании испытаний барабаны снимают с автомобиля и с помощью индикаторного нутромера со специальным приспособлением для строгой фиксации оси нутромера перпендикулярно рабочей оси барабана замеряют в четырех плоскостях, проходящих через ось вращения барабана. По этим данным вычерчивают полярную диаграмму деформаций рабочей поверхности барабанов и определяют износ в каждом сечении.
При дорожных испытаниях определяют также шум и вибрации при работе тормозов.
Подготовка к испытаниям, общий объем испытаний
Целью испытаний автомобилей на тормозные свойства является определение эффективности тормозных систем: рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной. Кроме того, при испытаниях определяют влияние на работоспособность (эффективность) тормозов их нагрева, а также попадания воды на рабочие поверхности (фрикционные пары).
Технические требования к тормозным системам, показатели (нормы) эффективности торможения и методы испытаний тормозов зависят от типа испытуемого автомобиля (или автопоезда), его эксплуатационного назначения и весовой категории, определяющей массу автомобиля и, следовательно, количество кинетической энергии, которую должны поглотить и рассеять тормоза (ОСТ 37.0
Перед проведением дорожных испытаний проверяют техническое состояние автомобиля и узлов тормозных систем и в случае необходимости проводят регулировку. Для получения показателей, характеризующих тормозные качества автомобиля в эксплуатации, трущиеся элементы тормозных систем нового автомобиля должны перед испытаниями пройти обкатку (приработку), режим которой устанавливается методикой конкретного испытания.
При испытании новой модели автомобиля определяют зависимость между усилием на тормозную педаль и давлением жидкости в системе привода, а при пневматическом приводе - зависимость между ходом педали и давлением воздуха в тормозных камерах, а также зависимость между этими параметрами и тормозными усилиями на колесах, измеряемыми на испытательном роликовом стенде.
Определение эффективности рабочей тормозной системы. Эффективность рабочей тормозной системы оценивается в процессе дорожных испытаний величинами тормозного пути и установившегося замедления (отрицательного ускорения). Испытания в зависимости от условий движения и торможения автотранспортного средства и соответственно теплового состояния тормозов подразделяют на три типа, установленные международными организациями ЕЭК ООН: испытания «ноль», испытания I и испытания II.
Испытания «ноль» имеют целью определение эффективности тормозной системы при «холодных» тормозных механизмах. Холодными принято считать тормозные механизмы, у которых температура на наружных поверхностях тормозного барабана или диска не превышает 100° С.
В целях единообразия проведения испытаний и обеспечения сопоставимости получаемых результатов условия выполнения экспериментов строго регламентируются как международными, так и отечественными нормативными документами (ОСТ 37.0Основными нормируемыми параметрами являются начальная скорость торможения и усилие на органе управления тормозом (педаль, рычаг). Для различных категорий и подкатегорий автотранспортных средств установлены определенные значения этих параметров (ОСТ 37.001.016-70).
Испытания Iпроводят для определения эффективности рабочей тормозной системы при нагретых тормозных механизмах. Нагрев в зависимости от категории транспортного средства производят путем последовательных торможений или способом непрерывного торможения на спуске заданной крутизны или буксировкой заторможенного автопоезда автомобилем-тягачом с нормируемым усилием в сцепном устройстве.
Нагрев путем торможения на спуске осуществляют на участке дороги протяженностью 1,7 км с постоянным уклоном 7,0 ± 0,5%. Автопоезд должен двигаться под уклон со скоростью 40 км/ч, при этом двигатель должен быть отсоединен от трансмиссии.
Нагрев тормозов способом буксирования заторможенного автопоезда должен производиться таким образом, чтобы количество энергии, поглощенной тормозными механизмами за время торможения, было равно количеству энергии; поглощенному за тот же промежуток времени при торможении на спуске в указанных выше условиях. Скорость поддерживается равной 40 ± 1 км/ч, а необходимую для получения эквивалентного количества тепла силу тяги в сцепном (динамометрическом) устройстве предварительно рассчитывают по специальной методике. По окончании процесса нагрева производятся два контрольных торможения по типу «ноль»для определения остаточной эффективности торможения. Испытания I для получения достоверных данных должны состоять не менее чем из трех последовательных замеров, проводимых с интервалами не менее 45 мин.
Испытания IIпредназначаются для определения эффективности рабочей тормозной системы при движении на затяжных спусках. Как и в случае испытания I, в процессе предварительного этапа испытания II нагревают тормоза, а затем производят контрольные торможения по методике испытания «ноль». Тормоза нагревают способом непрерывного торможения на спуске заданных крутизны и протяженности либо буксированием заторможенного автотранспортного средства тягачом с заданными скоростью и усилием в сцепном устройстве. В обоих случаях производят непрерывное торможение таким образом, чтобы количество энергии, поглощенной тормозными механизмами за время торможения, было равно количеству энергии, поглощаемому за тот же промежуток времени тормозными механизмами данного автотранспортного средства, движущегося со скоростью 30 км/ч по спуску с постоянным уклоном 6% на отрезке пути 6 км. При этом в трансмиссии должна быть включена такая передача, чтобы обеспечивалась максимально возможная в данных условиях эффективность торможения двигателем, частота вращения которого не должна превышать частоты вращения двигателя, соответствующей максимальной мощности.
Определение эффективности запасной, стояночной и вспомогательной тормозных систем, а также устройств для регулирования или ограничения тормозных усилий. Запасная тормозная система предназначена для использования при выходе из строя рабочей тормозной системы. Принцип действия запасной системы основывается обычно на том, что вследствие независимого привода (гидравлического или пневматического) отказ тормозов одного или двух передних колес не влияет на работоспособность тормозов задних колес, и наоборот.
Испытания запасной тормозной системы проводят при различных вариантах преднамеренного выключения тормозов одного или двух колес, по методике испытания «ноль» с отключенным двигателем. Остаточную эффективность оценивают по критериям, установленным международными и отечественными нормативными документами.
Эффективность стояночной тормозной системы определяют по суммарной тормозной силе, развиваемой тормозными механизмами системы. Испытание проводят на участке дороги, имеющем продольный уклон, заданный техническими условиями на данное транспортное средство, стандартами или другими официальными нормами. Автомобиль (или автопоезд) с полной (номинальной) нагрузкой устанавливают на испытательном участке в двух направлениях, (т. е. вверх и вниз по уклону). Стояночный тормоз должен надежно удерживать автотранспортное средство (при заданном усилии на органе управления) на указанном уклоне в течение не менее 5 мин.
Допускается определять эффективность стояночной тормозной системы также на тормозном испытательном стенде или путем буксировки заторможенного транспортного средства на горизонтальном участке дороги с приложением определенной (заданной по расчету) силы тяги.
Эффективность вспомогательной тормозной системы определяют прямым или косвенным способом путем подсчета суммарной тормозной силы, развиваемой механизмами этой системы. Испытания производят следующими методами:
спуском заторможенного транспортного средства на участке дороги, имеющей продольный уклон 7 ± 0,5% и протяженность 6 км. При этом система должна обеспечивать спуск испытуемого автомобиля или автопоезда со скоростью 30 ± 2 км/ч;
буксированием заторможенного транспортного средства посредством автомобиля-тягача, соединенного с испытуемым автомобилем или автопоездом жесткой сцепкой с динамометрическим (силоизмерительным) звеном. При этом должна быть определена стабильная (установившаяся) сила тяги в сцепном устройстве при скорости 30 ± 1 км/ч;
частичным торможением, т. е. торможением в заданном интервале скоростей (до скорости 15 км/ч). Торможение производится с включенной передачей в трансмиссии, отвечающей тем же требованиям, что и при испытании II-(см. выше). При испытании фиксируются зависимости скорости и замедления от времени или пути.
Устройства для регулирования или ограничения тормозных усилий на колесах отдельных осей автомобиля, обычно задней, имеют своим назначением устранение блокировки колес, вызывающей потерю управляемости или занос автомобиля при торможении на дорогах с низким коэффициентом сцепления. Испытания проводят с целью подбора оптимальных регулировок таких устройств и определения параметров эффективности торможения для принятых типов устройств и их регулировок.
Методика испытаний предусматривает проведение нескольких серий торможений автомобиля на дорогах с ровным цементобетонным и асфальтобетонным покрытием при сухом, мокром и обледенелом его состоянии попеременно при включенных и выключенных (отсоединенных) устройствах. Измеряют тормозные пути или замедления при торможении и наблюдают за появлением блокировки колес и отклонений автомобиля от прямолинейной траектории движения.
Аппаратура для испытаний тормозов. Применяемая при испытаниях тормозов аппаратура должна обеспечивать возможность измерять и записывать основные величины, характеризующие процесс торможения автомобиля, а именно тормозной путь, время торможения, замедление, скорость начала торможения, кривую скорости в функции пути или времени, усилие на органе управления, температуры тормозных механизмов.
Для регистрации скорости автомобиля в функции пути или времени, а также для записи тормозного пути применяется «пятое колесо» с регистрирующим прибором (рисунок 82).
От «пятого колеса» 1 вращение передается гибким валом на регистрирующий прибор 2, на ленте (или бумажном диске) которого записывается скорость в функции пути. Синхронно различными способами (импульсами от датчика времени или ступенчатой записью кривой скорости через равные интервалы времени, обычно 1 или 2/з с) на диаграмме отмечаются интервалы времени.
В других конструкциях от «пятого колеса» осуществляется только перемещение ленты самопишущего прибора, пропорциональное пути. Точка начала торможения отмечается электрическим самописцем, соединенным с датчиком, который закреплен на педали тормоза. Кроме этого, электрическим самописцем, соединенным с датчиком времени, на ленту наносятся отметки времени, например через каждые 0,25 с.

Рисунок 82 Аппаратура для записи параметров процесса торможения автомобиля
Применяются также приборы, у которых «пятое колесо» приводит во вращение тахогенератор (см. выше). Самописец фиксирует скорость на ленте прибора, перемещаемой пружинным протяжным механизмом. Импульсы фотодатчика позволяют специальному цифровому счетчику, входящему в комплект этого прибора, регистрировать отрезки пути, равные 304,8 мм.
Для измерения и записи величины замедления автомобиля при тормозных испытаниях применяют деселерометры - приборы инерционного принципа действия. В жидкостных деселерометрах в качестве инерционной массы используется ртуть, иногда другие маловязкие жидкости. При торможении автомобиля рабочая жидкость перемещается в наклонной трубке. Повышение уровня жидкости, пропорциональное отрицательному ускорению, отсчитывается по шкале, проградуированной в метрах на секунду в квадрате. В приборах механического типа перемещение инерционного грузика передается рычажным механизмом на указатель или самопишущее устройство. Максимальное замедление может регистрироваться фиксатором.
Недостатком приборов инерционного действия является невысокая точность, зависимость показаний от правильности установки прибора на автомобиль и т. п.
Зависимость давления рабочего тела в тормозном приводе (тормозная жидкость, воздух) от усилия нажатия на тормозную педаль или от величины ее хода определяют посредством динамометрического устройства, через которое воздействуют на педаль, и контрольного манометра, подключаемого к системе тормозного привода.


ЗАДНЕЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО
Схема проверки состояния заднего уплотнительного кольца на герметичность

1 – главный цилиндр;
2 – сосуд;
3 – переходник с уплотнителем;
4 – манометр;
5 – тройник;
6 – регулировочный винт;
А – воздух от компрессора;
В – выпуск воздуха
Проверка на герметичность
Порядок выполнения
1. Установите главный цилиндр на стенд (см. рис. Схема проверки состояния заднего уплотнительного кольца на герметичность), обеспечив при этом хорошее уплотнение между фланцем цилиндра и привалочной плоскостью стенда.
2. Присоедините к цилиндру сосуд 2 с жидкостью для гидропривода.
3. Откройте кран сжатого воздуха при отвернутом регулировочном винте 6, затем медленно закрывайте регулировочный винт до выхода воздуха из сосуда 2.
4. Проверьте по манометру давление воздуха, которое должно быть не менее 0,05–0,08 МПа (0,5–0,8 кгс/см2). При меньшем давлении замените заднее уплотнительное кольцо.

ПЕРЕДНЕЕ УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО
Схема проверки состояния переднего уплотнительного кольца на герметичность

1 – винт для прокачки;
2 – кран;
3 – манометр с ценой деления 0,2 МПа (2 кгс/см2);
4 – манометр с ценой деления 0,005 МПа (0,05 кгс/см2);
5 – сосуд;
6 – толкатель;
7 – главный цилиндр
Проверка на герметичность
Порядок выполнения
1. Установите главный цилиндр на стенд и соедините его с сосудом, заполненным жидкостью для гидропривода, и с манометрами (см. рис. Схема проверки состояния переднего уплотнительного кольца на герметичность).
2. Закройте кран манометра 3 и, передвигая толкатель главного цилиндра, обеспечьте стабильное давление 0,2 МПа (2 кгс см2).
3. При закрепленном толкателе и отсутствии подтекания жидкости давление должно оставаться постоянным в течение 2 мин.
4. Закройте кран манометра 4 и откройте кран манометра 3. Передвигая толкатель, установите по манометру стабильное давление 10 МПа (100 кгс/см2).
5. При закрепленном толкателе и отсутствии подтекания жидкости указанное давление должно оставаться постоянным не менее 2 мин. В противном случае переднее уплотнительное кольцо замените.