МОДЕРНИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД ОСИПОВА ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТОРМОЗОВ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
UPGRADED TEST BENCH BY OSIPOV FOR DIAGNOSTICS OF VEHICLE BRAKE

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к диагностированию тормозов автотранспортных средств.
Заявляемое изобретение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. - с.65]
Известен платформенный инерционный тормозной стенд (Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник для вузов / Под ред. Г.В. Крамаренко. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1983. С.148, рис.6.35. [1]) с подвижными платформенными опорами для установки колес диагностируемого автотранспортного средства.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются: подвижные в продольном направлении опоры для установки колес диагностируемого автотранспортного средства, горизонтальное расположение опор, одинаковый по площади и форме контакт колеса с опорной поверхностью в стендовых и дорожных условиях.
К недостаткам этого стенда относится большая занимаемая площадь, необходимая для разгона автотранспортного средства, увеличенные геометрические размеры платформ, зависимость результатов диагностирования от точности заезда автотранспортного средства на платформы, зависимость усилия и скорости нажатия на тормозную педаль от квалификации водителя, необходимость повторных контрольных заездов на платформы стенда. Это не позволяет достичь точности измерения параметров торможения, избежать большого разброса значений измеряемых параметров и получить достоверные результаты диагностирования тормозов.
Известен тормозной стенд с подвижными секциями, на которых располагаются роликовые опоры для колес испытываемой оси с приводом от электродвигателя (патент 2316438, RU, МПК 7 B60Т 17/22, G01L 5/28. Устройство для диагностирования тормозной системы автотранспортного средства. Заявка 2006115873 от 10.05.2006. Зарегистрировано 10.02.2008. Опубликовано 10.02.2008. Бюл. №4. [2]).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются: подвижные опоры для установки колес испытываемой оси, привод опор от электродвигателя, наличие приборов и устройств для измерения параметров торможения.
К недостаткам этого стенда относятся: большие затраты электроэнергии, сложность подвески подвижных секций, нестабильность коэффициента сцепления колес, неодинаковый по площади и форме контакт колеса с цилиндрическими роликовыми опорами и горизонтальной плоскостью дороги в стендовых и дорожных условиях.
Известен испытательный стенд с опорными роликами и маховиками, привод которых возможен от диагностируемого автотранспортного средства (патент 2276026 С1, RU, МПК B60Т 17/22, G01L 5/28. Испытательный стенд. Заявка 2004130234/11 от 2004.10.12. Опубликован 2006.05.10 [3]).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются: регулируемое расстояние между опорами для установки колес автотранспортного средства, наличие приборов и устройств для измерения параметров торможения.
Недостатками этого стенда являются: увеличенное время диагностирования тормозов, нестабильность коэффициента сцепления колес, неодинаковый по площади и форме контакт колеса с цилиндрическими роликовыми опорами и горизонтальной плоскостью дороги в стендовых и дорожных условиях, загазованность помещения отработавшими газами. Кроме того, диагностирование на этом стенде связано с затратами дорогостоящего жидкого топлива.
Известен стенд для диагностирования тормозов автотранспортных средств (патент 2323841 C1, RU, МПК B60Т 17/22, G01L 5/28. Стенд для диагностирования тормозов автотранспортных средств. Заявка 2006124360/11 от 2006.07.06. Опубликован 2008.05.10 [4]).
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются: подвижные опоры для установки колес автотранспортного средства, наличие рам и направляющих для перемещения опор.
Недостатками этого стенда является: диагностирование тормозов в статике при заблокированных не вращающихся колесах, невозможность количественной оценки диагностических параметров торможения в динамике из-за отсутствия соответствующих измерительных устройств, невозможность количественной оценки устойчивости автотранспортного средства при торможении, большая металлоемкость ввиду наличия в приводе подвижных опор верхней и нижней рам, их направляющих, шарниров, осей и т.д, большая масса подвижных опор (столов) с бетонным покрытием, стационарность расположения из-за привязки силового оборудования к яме, капитальные затраты при монтаже в связи с необходимостью подготовки для стенда специального фундамента с ямой.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является испытательный стенд Осипова для диагностирования тормозов автотранспортного средства (патент 2391237 C1, RU, МПК 7 B60Т 17/22, G01L 5/28, G01M 17/007. Заявка 2008139838/11 от 07.10.2008. Зарегистрировано 10.06.2010. Опубликовано 10.06.2010. Бюл. №16 [5]).
НММ
НБ
РАЗВ.
Общими признаками прототипа с заявляемым стендом являются: две подвижные в продольном направлении опоры с горизонтальной контактной поверхностью для установки колес испытываемой оси; раздельный привод подвижных опор, не имеющих жесткой связи между собой; шариковые направляющие для перемещения подвижных опор в продольном направлении; устройство, сигнализирующее о начале движения подвижных опор; устройство для определения усилия на тормозной педали и ее автоматического привода; полимерное покрытие с коэффициентом сцепления не меньше 0,8 на горизонтальных контактных поверхностях подвижных опор; датчики веса, начала движения и силы на каждой подвижной опоре, сигналы от которых через усилитель и аналого-цифровой преобразователь поступают на обработку в компьютер, выдающий на распечатывающее устройство и экран монитора результаты диагностирования тормозов каждого колеса; существующая гостированная методика постановки диагноза или авторская методика с учетом коэффициента неравномерности нарастания тормозного момента К, коэффициента неравномерности блокирования колес оси по времени К и разворачивающего момента М, характеризующего устойчивость автотранспортного средства.
Недостатками прототипа являются:
- нерегулируемое расстояние между подвижными опорами, не позволяющее устанавливать колеса автотранспортных средства с разной колеей на продольной оси симметрии опор и исключать образование на опорах разворачивающих моментов сил;
- привод подвижных опор от силовых цилиндров, не обеспечивающий синхронного перемещения этих опор при диагностировании тормозов;
- возврат подвижных опор в исходное положение за счет пружин растяжения, изменяющих свою длину в процессе эксплуатации в сторону увеличения;
- погрешности измерения параметров торможения, связанные с вышеотмеченными конструктивными недостатками прототипа, в частности неподвижностью опор в поперечном направлении и несовершенным приводом подвижных опор в продольном направлении;
- отсутствие датчиков угловой скорости колес;
- отсутствие устройств, необходимых для диагностирования тормозов полноприводных автотранспортных средств.
Заявляемое изобретение направлено на решение задачи: выставления подвижных опор по колее колес автотранспортного средства для устранения на этих опорах при торможении колес разворачивающих моментов сил; обеспечения синхронного движения подвижных опор с одинаковой линейной скоростью; стабильного возвращения подвижных опор в исходное рабочее положение; обеспечения возможности измерения угловых скоростей вращения колес; обеспечения возможности диагностирования полноприводных автотранспортных средств и, в конечном итоге, повышения качества измерения параметров торможения для получения достоверного диагноза технического состояния тормозов.
В соответствии с поставленной задачей техническим результатом изобретения является: выставление подвижных опор по колее колес испытываемой оси и исключение появления на этих опорах разворачивающих моментов сил, синхронное движение подвижных опор с одинаковой линейной скоростью, стабильное возвращение подвижных опор в исходное рабочее положение, измерение угловых скоростей вращения колес, диагностирование полноприводных автотранспортных средств за счет комплектации стенда необходимыми техническими устройствами, что в совокупности позволяет повысить качество измерения параметров торможения для получения достоверного диагноза технического состояния тормозов.
ННМ
НБ
РАЗВ.
Технический результат изобретения достигается тем, что в патентуемом стенде для диагностирования тормозов автотранспортного средства, содержащем две подвижные в продольном направлении опоры с горизонтальной контактной поверхностью для установки колес испытываемой оси, раздельный привод подвижных опор, не имеющих жесткой связи между собой, шариковые направляющие для перемещения подвижных опор в продольном направлении, устройство, сигнализирующее о начале движения подвижных опор, устройство для определения усилия на тормозной педали и ее автоматического привода, полимерное покрытие с коэффициентом сцепления не меньше 0,8 на горизонтальных контактных поверхностях подвижных опор, датчики веса, начала движения и силы на каждой подвижной опоре, сигналы от которых через усилитель и аналого-цифровой преобразователь поступают на обработку в компьютер, выдающий на распечатывающее устройство и экран монитора результаты диагностирования тормозов каждого колеса, существующая гостированная методика постановки диагноза или авторская методика с учетом коэффициента неравномерности нарастания тормозного момента К, коэффициента неравномерности блокирования колес одной оси по времени К и разворачивающего момента М, характеризующего устойчивость автотранспортных средств при торможении, согласно изобретению, платформа, на которой расположены шариковые направляющие для перемещения в продольном направлении одной из подвижных опор, установлена на поперечных направляющих скольжения и может посредством ходовой винтовой передачи перемещаться вместе с подвижной опорой в поперечном направлении, выставляя подвижные опоры по колее колес испытываемой оси, подвижные опоры приводятся в движение двумя стальными канатами, наматываемыми на два одинаковых по размерам тяговых барабана, находящихся на одном приводном валу, соединенном через вариатор с двигателем электрического или любого другого принципа действия, тяговые барабаны свободно вращаются на приводном валу и перемещаются вдоль его оси с возможностью жесткой фиксации в необходимом месте посредством сцепных управляемых муфт, подвижно установленных на шлицах приводного вала, возврат подвижных опор в исходное рабочее положение осуществляется одним стальным канатом, наматываемым на центральный барабан, установленный аналогичным образом на приводном валу между тяговыми барабанами, стенд содержит датчики угловых скоростей вращения колес, в комплектацию стенда входят роликовые опоры для установки нетестируемых колес полноприводных автотранспортных средств и приспособления для фиксации последних при диагностировании тормозов.
Отличием от прототипа является:
- подвижная в поперечном направлении за счет ходовой винтовой передачи и поперечных направляющих скольжения платформа, на которой расположены шариковые направляющие одной из подвижных опор, позволяющая выставлять подвижные опоры по колее колес испытываемой оси и избегать при торможении колес возникновения на подвижных опорах моментов сил;
- привод подвижных опор двумя стальными канатами, наматываемыми на одинаковые по размерам барабаны, что позволяет обеспечить синхронное движение подвижных опор в продольном направлении и свести к минимуму погрешности измерения параметров торможения;
- возврат подвижных опор в исходное рабочее положение одним стальным канатом, наматываемым на центральный барабан, что позволяет стабильно возвращать опоры в исходное рабочее положение;
- датчики угловых скоростей вращения колес;
- устройства, позволяющие диагностировать полноприводные автотранспортные средства, в частности роликовые опоры для установки нетестируемых колес и приспособления для фиксации автотранспортного средства на стенде.
Наличие новой совокупности существенных отличительных от прототипа признаков в заявляемом стенде для диагностирования тормозов автотранспортного средства позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «новизна».
Проведенный дополнительный сопоставительный анализ патентной и научно-технической информации не выявил источники, содержащие сведения об известности совокупности отличительных признаков заявляемого стенда для диагностирования тормозов автотранспортного средства, что свидетельствует о его соответствии критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежами:
Фиг.1 - Принципиальная схема заявляемого стенда.
Фиг.2 - Схема привода подвижных опор для установки колес испытываемой оси автотранспортного средства.
На фиг.1 и фиг.2 приняты следующие условные обозначения:
1 - подвижная опора для установки колес;
2 - тяговый барабан подвижной опоры;
3 - двигатель электрического или другого принципа действия;
4 - вариатор, изменяющий скорость тягового барабана;
5 - шариковая направляющая для продольного перемещения опор;
6 - световое сигнальное устройство;
7 - устройство для привода тормозной педали и определения усилия;
8 - упор для колес неполноприводных автотранспортных средств;
9 - датчик весовой нагрузки на колесо;
10 - датчик начала движения подвижной опоры;
11 - датчик силы (тормозного усилия);
12 - усилитель сигналов, поступающих от всех датчиков;
13 - аналого-цифровой преобразователь поступающих сигналов;
14 - компьютер;
15 - распечатывающее устройство;
16 - монитор;
17 - роликовая опора для колес полноприводных транспортных средств;
18 - датчик угловых скоростей колес;
19 - подвижная в поперечном направлении платформа;
20 - направляющая скольжения подвижной платформы;
21 - ходовая винтовая передача подвижной платформы;
22 - стальной канат привода подвижной опоры;
23 - приводной вал барабанов;
24 - установочный подшипник приводного вала;
25 - сцепная управляемая муфта;
26 - стальной канат возврата опор в исходное рабочее положение;
27 - барабан возврата подвижных опор в исходное рабочее положение;
28 - уравнитель стальных канатов;
29 - блок, направляющий стальной канат.
Стенд содержит две не связанные между собой подвижные опоры 1 для установки колес испытываемой оси автотранспортного средства. Привод каждой опоры осуществляется стальным канатом 22, наматываемым на самостоятельный тяговый барабан 2, свободно установленный на приводном валу 23. Приводной вал 23 вращается в установочных подшипниках 24 двигателем 3 через вариатор 4 с необходимой скоростью и требуемым усилием. Посредством сцепных управляемых муфт 25 тяговые барабаны 2 жестко фиксируются на приводном валу 23 таким образом, что крепление стальных канатов 22 к тяговым барабанам 2 находится на продолжении оси симметрии подвижных опор 1. При вращении тяговых барабанов 2 вместе с приводным валом 23 стальные канаты 22 равномерно наматываются на барабаны и перемещают по шариковым направляющим 5 подвижные опоры 1 в продольном направлении навстречу колесам автотранспортного средства. Возврат каждой подвижной опоры 1 в исходное рабочее положение осуществляется одним стальным канатом 26, наматываемым на центральный барабан возврата 27 при помощи уравнителя 28 и двух самостоятельных блоков 29. На видном из кабины автотранспортного средства месте установлено устройство 6, сигнализирующее о начале движения подвижных опор. В комплектацию стенда входит устройство 7 для определения усилия на тормозной педали и ее автоматического привода (педаметр), датчики угловых скоростей вращения тестируемых колес 18, два упора 8, исключающие при диагностировании откат автотранспортного средства назад, роликовые опоры 17 для установки нетестируемых колес полноприводных автотранспортных средств и устройства фиксации последних на стенде. На каждой подвижной опоре 1 установлен датчик веса 9, датчик начала движения 10 и датчик силы 11. Сигналы от всех вышеперечисленных датчиков и измерительных устройств поступают в компьютерную измерительную систему, содержащую усилитель сигналов 12, аналого-цифровой преобразователь 13, компьютер 14, распечатывающее устройство 15 и монитор 16. Для перемещения одной из подвижных опор в поперечном направлении при выставке этих опор по колее колес испытываемой оси стенд содержит подвижную платформу 19, перемещаемую в поперечном направлении по поперечным направляющим скольжения 20 посредством ходовой винтовой передачи 21 вместе с подвижной в продольном направлении опорой.
П
T
CP
C
H
ННМ
НБ
РАЗВ.
Диагностирование тормозов автотранспортного средства на заявленном стенде осуществляется по авторской методике, отличающейся от известных методов диагностирования тем, что в ней при постановке диагноза эффективности тормозов и устойчивости автотранспортного средства при торможении, наряду с параметрами, регламентируемыми ГОСТ Р 51709-2001 (ГОСТ Р 51709-2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки. - Взамен ГОСТ 25478-91; введ. 2002-01-01 - М.: Госстандарт России: Изд-во стандартов, 2001. - 44 с. [6]): усилием на органе управления Р, удельной тормозной силой Y, относительной разностью тормозных сил F, а также временем срабатывания тормозной системы τ=(τ+τ) (при дорожных испытаниях), используются новые высокоинформативные оценочные параметры: коэффициент неравномерности нарастания тормозного момента К, характеризующий различие в интенсивности роста тормозного момента на колесах одной оси, коэффициент неравномерности блокирования колес одной оси по времени К и разворачивающий момент М, характеризующий устойчивость АТС при торможении.
ННМ
Численная величина коэффициента К определяется из выражения
<mrow><msub><mrow><mover><mi>М</mi><mo>•</mo></mover></mrow><mrow><mi>Т</mi><mtext> </mtext><mi>Л</mi><mi>Е</mi><mi>В</mi></mrow></msub></mrow>
<mrow><msub><mrow><mover><mi>М</mi><mo>•</mo></mover></mrow><mrow><mi>Т</mi><mtext> ПР</mtext></mrow></msub></mrow>
где
,
- темп нарастания тормозного момента на левом, правом колесе соответственно.
НБ
Коэффициент неравномерности блокирования колес оси по времени К определяется как
Б К ЛЕВ
Б К ПР
где t, t - время блокирования левого, правого колеса одной оси.
РАЗВ.
Разворачивающий момент М определяется по формуле
X
где R - значения продольных реакций колес;
A
B - колея автомобиля.
Согласно авторской методике диагностирование тормозов на заявленном стенде осуществляется в следующей последовательности.
1. Посредством ходовой винтовой передачи 21, перемещающей платформу 19 в поперечном направлении по направляющим скольжения 20, подвижные опоры 1 стенда выставляются по колее колес испытываемой оси;
2. Тяговые барабаны 2 выставляются на приводном валу 23 так, что крепления стальных канатов 22 к барабанам находятся на продолжении оси симметрии соответствующих подвижных опор 1, после чего барабаны жестко фиксируются в этом положении посредством сцепных управляемых муфт 25;
3. Автотранспортное средство въезжает колесами испытываемой оси на подвижные опоры 1 стенда, при этом колеса устанавливаются на продольные оси симметрии этих опор;
4. Автотранспортное средство фиксируется от перемещения в продольном направлении назад с помощью двух упоров 8, устанавливаемых под колеса нетестируемой оси;
5. На педаль тормоза устанавливается устройство 7 для определения усилия и автоматического привода педали;
6. Вариатором 4 в системе приводного вала 23 устанавливается тяговое усилие, соответствующее номинальному усилию торможения диагностируемого автотранспортного средства;
7. Выхлопная труба автотранспортного средства, при диагностировании последнего в закрытом помещении, соединяется с системой отсоса отработавших газов, и пускается двигатель для приведения тормозной системы в рабочее состояние;
8. Автоматически или диагностом (оператором) вручную включается в работу двигатель 3 и тяговые барабаны 2, жестко соединенные с приводным валом 23, начинают наматывать на себя стальные канаты 22;
9. Под действием тяговых усилий стальных канатов 22 подвижные опоры 1 перемещаются на шариковых направляющим 5 в продольном направлении навстречу автотранспортному средству, приводя его колеса во вращение;
10. При движении подвижных опор 1 срабатывают расположенные на них датчики начала движения 10, и включается устройство 6, сигнализирующее о начале движения подвижных опор;
11. По сигналу устройства 6 автоматически посредством устройства 7 для определения усилия на тормозной педали и ее автоматического привода или непосредственно водителем производится торможение вращающихся колес испытываемой оси;
12. В процессе торможения колес испытываемой оси сигналы с устройства 7, расположенного на тормозной педали, датчиков веса 9, датчиков начала движения 10, датчиков силы 11, расположенных на подвижных опорах 1, и датчиков угловых скоростей вращения тестируемых колес поступают на усиление в усилитель сигналов 12, аналого-цифровой преобразователь 13 и далее на обработку в компьютер 14.
13. При остановке вращающихся колес испытываемой оси (блокировании) двигатель 3 отключается, приводной вал 23 с тяговыми барабанами 2 перестает вращаться, подвижные опоры 1 останавливаются и автотранспортное средство съезжает со стенда.
14. Посредством сцепных управляемых муфт 25 тяговые барабаны 2 отсоединяются от приводного вала 23 и с этим валом сцепной управляемой муфтой 25 жестко соединяется центральный барабан возврата 27.
15. Включается двигатель 3 и на центральный барабан возврата 27 наматывается стальной канат 26, который при помощи уравнителя 28 и блоков 29 возвращает подвижные опоры 1 в исходное рабочее положение.
16. Автотранспортное средство въезжает колесами нетестированной оси на подвижные опоры 1 стенда, и операции повторяются до проверки тормозов колес всех осей.
При диагностировании полноприводных автотранспортных средств колеса нетестируемой оси (осей) устанавливаются на роликовые опоры 17, входящие в комплектацию стенда, и автотранспортное средство фиксируется дополнительными устройствами.
После обработки поступивших сигналов компьютер 14 выдает результаты диагностирования в количественном цифровом выражении на распечатывающее устройство 15 и в графическом выражении в виде тормозных диаграмм левого и правого колеса на монитор 16.
Вышеописанный заявляемый стенд позволяет достоверно диагностировать тормоза автотранспортных средств с разной базой и числом осей, а также любой колесной формулой в условиях, максимально приближенных к реальным дорожным условиям торможения, как по существующим гостированным, так и по предложенной авторской методике.