СТЕНД ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ КОЛЕСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Устройство относится к машиностроению и обслуживанию автотранспорта и может быть использовано для контроля технического состояния тормозных систем колесных транспортных средств (КТС), в том числе имеющих антиблокировочную систему (ABS).
Известен стенд для контроля технического состояния тормозных систем колесных транспортных средств модели СТМ 8000 фирмы "МЕТА" (см. Руководство по эксплуатации, стенды тормозные универсальные "СТМ": ).
Недостатками устройства являются:
- Наличие двух электродвигателей и двух редукторов для привода опорных роликов, что характеризует сложность, высокую металлоемкость его конструкции, а также несинхронность вращения затормаживаемых колес;
- Контактный метод измерения тормозной силы датчиком, на который опираются рычаги балансирных редукторов стенда, что в процессе длительной эксплуатации приводит к значительному увеличению погрешностей измерения тормозных сил, связанному с увеличением сил трения в элементах привода (см. Федотов А.И. Диагностика автомобиля / Учебник для студентов вузов по направлению подготовки бакалавров и магистров. "Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов" / Иркутский государственный технический университет. Иркутск, 2012).
- Конструкция систем измерения тормозных сил с использованием балансирных редукторов не позволяет заменить два электромеханических привода роликов одним;
- Расположение роликов в плоскости, параллельной опорной поверхности, на которую устанавливается стенд. Это приводит к одновременному возникновению двух недостатков:
Во-первых, затрудняется выезд КТС со стенда, поскольку коэффициент сцепления колес с роликами обычно не превышает 0,6÷0,7. Поэтому для обеспечения выезда КТС со стенда применяют специальные устройства, выталкивающие его колеса и/или блокирующие ролики стенда от вращения, что усложняет конструкцию;
Во-вторых, в процессе торможения колеса КТС перемещается с переднего активного ролика на задний пассивный, что сильно повышает погрешность измерения тормозных сил на стенде.
Известен также принятый за прототип тормозной стенд роликового типа СК2-К267 (см. Стенд комбинированный для контроля тормозов и тяговых качеств автомобилей модели СК2-К267, Паспорт-инструкция СК2.00.00.00 ПС, издание конструкторско-технического бюро Южно-Уральского ТТУ, 1982 г., с. 2 - 7, приложение №27 "Альбом чертежей" СК2.00.00.00 ОП, а также на сайте: http://www.tdgears.ru/device/id14822.htm).
Стенд состоит из двух секций: левой и правой, каждая из которых имеет раму, на которой расположены ведущий и ведомый ролики одинакового диаметра, соединенные цепной передачей. Приводные устройства состоят из двух редукторов и двух электродвигателей. Пульт, на котором находятся измерительные приборы и органы управления, является общим для обеих секций стенда. Оценка технического состояния тормозной системы КТС на стенде осуществляется на основе измерения тормозных сил на каждом из его колес и времени срабатывания тормозного привода.
Между редуктором и роликами установлен датчик тормозного момента. Ведомый ролик соединен с ведущим роликом через цепную передачу. Между ведущими роликами установлен ролик следящей системы, соединенный с датчиком угловой скорости тормозящего колеса.
Недостатки устройства стенда СК2-К267:
- Наличие двух электродвигателей и двух редукторов усложняет конструкцию стенда, повышает его металлоемкость, не обеспечивает синхронность вращения затормаживаемых колес оси КТС;
- Датчики измерения тормозных сил были устроены так, что не обеспечивали одинаковые зазоры между намагничивающими и считывающими катушками и валом привода роликов. В процессе эксплуатации стенда опорные подшипники роликов изнашиваются. В результате сильно изменяются зазоры между приводными валами роликов и катушками датчика. Появление зазоров приводит к радиальному смещению приводного вала ведущего ролика стенда относительно катушек датчика. Это очень сильно увеличивает погрешности измерения тормозных сил. Изменение радиального зазора на 0,01 мм дает погрешность измерения тормозной силы более 3%. Корпусы датчиков были жестко установлены на опорах редукторов. Это не обеспечивало равенства зазоров между катушками датчика и наружной поверхностью приводного вала. В процессе эксплуатации стенда подшипники в опорах изнашивались, что вызывало смещение вала относительно катушек датчика в радиальном направлении. В результате процесс измерения тормозных сил сопровождался большими системными погрешностями, достигающими 15 - 18%. В этой связи данные стенды были сняты с производства.
Техническая задача заявляемого устройства направлена на упрощение конструкции, снижение металлоемкости стенда, повышение синхронности его работы, а также на уменьшение погрешности измерения тормозных сил за счет совершенствования измерительных систем и схемы установки датчиков.
Задача решается таким образом, что привод опорных роликов стенда осуществляют от единой силовой установки, включающей один электродвигатель с одним понижающим редуктором, при этом устройство использует бесконтактные датчики измерения тормозной силы, конструкция которых исключает влияние изменений зазоров в подшипниках опорных роликов на погрешность измерения тормозных сил, причем для понижения оборотов электродвигателя используют червячный редуктор, а бесконтактные датчики контроля измерения тормозной силы магнитоскрипционного типа установлены в отдельных независимых корпусах, закрепленных на двух подшипниках, при этом для привода второго опорного ролика от первого используют цепные передачи.
ωК
Rz
Rx
П
Схема заявляемого устройства изображена на фигуре 1. Устройство включает компьютерный блок 1 с пультом управления и представляет собой раму с двумя секциями, каждая из которых имеет один ведомый 2 и один ведущий 5 опорные ролики, а также ролик следящей системы 3 с бесконтактным индуктивным датчиком измерения скорости вращения колес КТС Д. Рама установлена на четырех датчиках измерения веса КТС Д. Приводит устройство в действие один электродвигатель 6, который при помощи червячного редуктора 7 передает крутящий момент через валы 8 на опорные ролики 5. Опорные ролики 5 и 2 соединены между собой цепной передачей 4. Электродвигатель 6 запускается с помощью электромагнитного пускателя (ЭМП), включение которого задается через цифроаналоговый преобразователь ЦАП. На валах 8 (Фиг. 2) установлены два бесконтактных магнитострикционных датчика Д. Датчик Д измеряет усилие нажатия на педаль тормоза.
Стенд работает следующим образом.
П
П
Колеса автомобиля устанавливают на опорные ролики 2 и 5. На педаль тормоза автомобиля устанавливают датчик Д измерения усилия нажатия. По команде специальной программы при помощи электромагнитного пускателя (ЭМП) запускается электродвигатель стенда 6, который через червячный редуктор 7 начинает вращать ведущие 5 и ведомые 2 опорные ролики, имитируя скорость движения автомобиля в пределах 4 км/ч. По команде диагноста водитель нажимает на педаль тормоза. При этом система измерения регистрирует усилие F нажатия на педаль тормоза.
В тот момент, когда в процессе торможения проскальзывание одного из колес контролируемой оси КТС достигнет 20%, производятся измерения: тормозных сил на каждом колесе диагностируемой оси КТС; нагрузки на ось. При этом питание электродвигателя 6 автоматически отключается, опорные ролики останавливаются. Проскальзывание каждого колеса рассчитывается на программном уровне на основе показаний систем измерения скоростей вращения колес контролируемой оси КТС и известной одинаковой для обоих колес скорости вращения опорных роликов.
Rx
В системах измерения тормозных сил на колесах КТС применяются магнитострикционные датчики Д, которые установлены в корпусах 9 на двух подшипниках 10, непосредственно на валах 8, приводящих во вращение опорные ролики 5, установленные на опорах 11.
Rx
Корпус 9 магнитострикционных датчиков Д представляет собой отдельно закрепленный полый цилиндр, на внутренней поверхности которого расположены две намагничивающие 13 и восемь считывающих 12 катушек (Фиг. 2). Такая конструкция обеспечивает датчикам стабильный зазор между валом 8 и катушками (12 и 13) даже при значительном износе подшипников на опорах роликов 5, расположенных в опорах 11.
Магнитострикционные датчики (Фиг. 2) работают следующим образом.
Две намагничивающие катушки 13 создают с валом 8 опорного ролика 5 и своим цилиндрическим корпусом 9 магнитное поле (питание намагничивающих катушек 13 осуществляется стабилизированным переменным напряжением 220 В). При торможении колес КТС на вал 8 начинает действовать крутящий момент, величина которого прямо пропорциональна величине тормозной силы. Под действием крутящего момента в валу 8 (по главным осям, расположенным под углом 45° к оси вращения вала 8) возникают напряжения, которые изменяют магнитное поле (магнитострикционный эффект). Вдоль одной главной оси напряжения растут и увеличивают магнитное поле, действующее на считывающие катушки 12 этой оси. Вдоль другой главной оси напряжения снижаются и уменьшают магнитное поле, действующее на считывающие катушки 12 этой оси.
Разность ЭДС, снимаемой со считывающих катушек двух главных осей, пропорциональная тормозной силе, действующей на колесе КТС, усиливается, а затем передается через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в компьютер 1. После ее обработки и масштабирования специальной программой числовое значение тормозной силы выводится на монитор компьютера 1.
В отличие от магнитострикционных датчиков стенда, взятого за прототип, датчики измерения тормозных сил заявляемого устройства имеют иную конструкцию: корпусы 9 датчиков жестко закреплены не на корпусах подшипников опор 11 опорных роликов 5, а на двух отдельных подшипниках 10 приводных валов 8. Такая конструкция позволяет обеспечить идеальное центрирование датчиков и полностью избежать изменения величины зазоров между его катушками 12, 13 и валом 8, а компактная конструкция датчиков, использующая бесконтактный метод измерения тормозных сил, позволяет вместо двух силовых установок стенда применять одну.
Новизной заявляемого устройства является то, что привод опорных роликов осуществляется от единой силовой установки, включающей один электродвигатель и один червячный редуктор, что способствует одновременному синхронному включению и выключению привода стенда, а также синхронному вращению обоих колес диагностируемого КТС, при этом устройство использует компактные высокоточные бесконтактные датчики измерения тормозных сил, конструкция которых полностью защищена от влияния изменений радиальных зазоров в подшипниках опорных роликов на погрешность измерения тормозных сил, а результат достигается за счет установки компактных высокоточных магнитострикционных датчиков, измеряющих тормозные силы.
Вышеописанное устройство позволяет повышать точность измерений тормозных сил, снижать материалоемкость стенда, повышать синхронность его работы, используя магнитострикционные датчики с новой независимой схемой установки. Устройство имеет упрощенную конструкцию в отличие от прототипа, облегчающую его обслуживание и эксплуатацию и может быть рекомендовано к производству.