Wstępne badania nowej wersji układu hamulcowego PIMR-EBS zamontowanego w specjalistycznej naczepie NGS-10

Transkrypt

1 ZEMBROWSKI Krzysztof 1,2, STOBNICKI Paweł 1, RAKOWICZ Aleksander 1, WOJNIŁOWICZ Łukasz 1, VICENTE Nuno 1, DUBOWSKI Adam P. 1,3 Wstępne badania nowej wersji układu hamulcowego PIMR-EBS zamontowanego w specjalistycznej naczepie NGS-10 WSTĘP W Przemysłowym Instytucie Maszyn Rolniczych (PIMR) w ramach projektu badawczego nr WND-POIG /09 [6] dla potrzeb transportu innowacyjnego Zestawu Pojazdów Gąsienicowych [1, 3] zbudowano naczepę NGS-10, a do jej holowania przystosowano samochód Iveco Daily D35 4x4. W zestawie pojazdów zamontowano nową wersję układu hamulcowego PIMR-EBS (PEBS) [4, 5], który opracowano w ramach projektu rozwojowego [7]. Zmodyfikowana wersja układu PEBS z nowym modulatorem EBS, czujnikiem położenia osi [12] oraz dwoma sprężarkami, współpracuje z hydraulicznymi hamulcami bębnowymi zamontowanymi na dwóch osiach Dexter Axle, USA [8]. Badania laboratoryjne nowej wersji układu hamulcowego PEBS mają na celu potwierdzenie prawidłowości nastaw nowego typu modulatora EBS i jego właściwej współpracy z czujnikiem położenia osi. Wstępne badania laboratoryjne układu PEBS pozwolą na podjęcie decyzji przystąpienia do kolejnej fazy badań - testów drogowych zestawu pojazdów badawczych, zwłaszcza naczepy NGS obciążonej pełnym ładunkiem, a następnie umożliwią przystąpienie do prób transportu Zestawu Pojazdów Gąsienicowych po drogach utwardzonych i nieutwardzonych. 1. OPIS NOWEJ WERSJI UKŁADU HAMULCOWEGO PIMR-EBS Układ hamulcowy PIMR-EBS stanowi, podobnie jak jego wcześniejsza wersja, hybrydę konstrukcyjną złożoną z elementów trzech układów: elektrycznego, pneumatycznego oraz hydraulicznego. Na rysunku 1 przedstawiono wirtualny model układu PEBS umieszczony w specjalnej skrzyni - pojemniku montowanym do ramy podwozia naczepy, a na rysunku 2 - wnętrze skrzyni wraz z podzespołami układu hamulcowego PEBS. Rys. 1. Wirtualny model skrzyni z podzespołami układu hamulcowego PEBS (opracowanie własne) W układzie hamulcowym PEBS zastosowano dwie sprężarki typu 319CDC56/24V [11], które zasilają zbiorniki powietrza ciśnieniem do 8 bar. Zbiornik główny jest złożony z dwóch mniejszych zbiorników, które mocowane są poza skrzynią. Podczas jazdy sprężarki pracują z przerwami i załączają się, gdy ciśnienie w zbiorniku głównym spadnie poniżej wartości 6 bar. Następnie, sprężarki uruchamiają się i napełniają zbiorniki do maksymalnej wartości ciśnienia 8 bar. 1 PIMR - Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych,; Poznań, ul. Starołęcka 31; 2 kierownik Zespołu ds. Energetyki i Dynamiki Maszyn Rolniczych ; zembrowski@pimr.poznan.pl, Tel: dubowski@pimr.eu ; Tel.:

2 Rys. 2. Widok wnętrza skrzyni z podzespołami układu hamulcowego PEBS, poza skrzynią widoczne trzy zbiorniki; pierwszy (z przewodem koloru czerwonego) jest zbiornikiem roboczym (5,25 bar), pozostałe dwa, połączone czarnego koloru przewodami, stanowią zbiornik główny (6-8 bar) (archiwum PIMR-BE) W naczepie NGS-10 czujnik położenia został zamocowany na wsporniku przedniej osi, w środkowej jej części. Zamontowanie czujnika położenia osi w naczepie wymaga prawidłowego dobrania długości jego dźwigni sterującej, przy czym zakres wychyleń powinien mieścić się w granicach ±50. Na rysunku 3 przedstawiono sposób zamocowania czujnika położenia na wsporniku przedniej osi naczepy. Rys. 3. Widok czujnika położenia osi zamontowanego na wsporniku przedniej osi naczepy NGS-10 (archiwum PIMR-BE) Wstępne badania laboratoryjne mają na celu określenie możliwości zastosowania czujnika położenia osi do sterowania układem PEBS w naczepie NGS-10. Jest to szczególnie istotne dla zapewnienia bezpieczeństwa transportu innowacyjnego zestawu pojazdów gąsienicowych, bowiem przewóz ZPG będzie w większości odbywać się po lokalnych drogach wiejskich i polnych. Widok zestawu drogowego pojazdów PIMR z załadowanym zestawem pojazdów gąsienicowych przedstawiono na rysunku 4. Zdjęcie wykonano podczas pierwszej próby wjazdu ZPG po rampie, w momencie uniesienia rampy (wraz z modułem transportowym) do góry i jej zablokowaniu w położeniu transportowym. 7082

3 Rys. 4. Zestaw drogowy PIMR z załadowanym zestawem pojazdów gąsienicowych (archiwum PIMR-BE) 2. APARATURA POMIAROWA DO BADAŃ UKŁADU PEBS Do rejestracji kanałów pomiarowych został użyty przenośny komputer rejestrujący dane z systemu CompactDAQ 9174 z zamontowanym modułem pomiarowym NI 9205 (rys. 5) [9]. Rys. 5. Widok komputera z systemem CompactDAQ 9174 i modułem NI 920 (archiwum PIMR- BE) Rys. 6. Widok przetwornika ciśnienia Keller PA-22S (archiwum PIMR-BE) Do badań ciśnienia w układzie hydraulicznych hamulców bębnowych wykorzystano dwa przetworniki ciśnienia Keller PA-22S (rys. 6), zamontowane na lewej i prawej stronie układu hydraulicznego naczepy NGS-10. Do pomiaru czasu reakcji układu PEBS wykorzystywano Sens a Brake [9] - piezoelektryczny czujnik siły nacisku na pedale hamulca, który przy użyciu specjalnego obwodu elektronicznego opracowanego w PIMR został przystosowany do pełnienia funkcji znacznika impulsu napięciowego. W momencie zadziałania na pedale hamulca siły równej 5N (rys. 7) znacznik generuje sygnał napięcia 5V. Schemat ideowy układu pomiarowego do badań laboratoryjnych układu hamulcowego PEBS przedstawiono na (rys. 8). Rys. 7. Widok czujnika Sens a Brake zamontowanego na pedale hamulca (archiwum PIMR-BE) 7083

4 Keller PA-22S Wyzwalacz impulsu (trigger) Sens-a-BRAKE NI9205 NI CompactDAQ 9174 Keller PA-22S Komputer PC Rys. 8. Schemat układu pomiarowego do wstępnych badań laboratoryjnych układu PEBS (opracowanie własne) Do uruchomienia i ustawienia modulatora EBS-E użyty został program diagnostyczny TEBS-E v. 2.50, podłączony do naczepy przy użyciu złącza diagnostycznego (5V CAN). Do akwizycji wartości ciśnień użyto cyfrowego przekaźnika pneumo-elektrycznego (Metal Work ). Widok okna programu diagnostycznego TEBS-E przedstawiono na (rys. 9). Rys. 9. Widok okna programu TEBS-E v podczas badań układu PEBS (archiwum PIMR-BE) 3. BADANIA LABORATORYJNE UKŁADU HAMULCOWEGO PIMR-EBS Przeprowadzone badania laboratoryjne miały na celu weryfikację układu hamulcowego PIMR-EBS pod względem poprawności działania i możliwości zastosowania elektrycznego czujnika położenia do pomiaru stanu obciążenia osi z układem amortyzacji na gumowych elementach. Wszystkie opisane niżej pomiary przeprowadzone były przy włączonym silniku pojazdu. Pomiar ciśnień pneumatycznych odbywał się poprzez podłączenie czujnika pneumo-elektrycznego do odpowiednich przyłączy diagnostycznych układu hamulcowego, umieszczonych na ramie naczepy (rys. 10). 7084

5 1 2 3 Rys. 10. Widok szybkozłączy diagnostycznych układu hamulcowego PEBS: 1-ciśnienie za modulatorem, 2-ciśnienie sterowania, 3-ciśnienie zasilania w zbiorniku głównym (archiwum PIMR-BE) 3.1. Badanie szczelności układu Szczelność układu sprawdzono dokonując pomiaru spadku ciśnienia w układzie po określonym upływie czasu, przyjmując, że w ciągu 10 min spadek ciśnienia w zbiorniku od minimalnej wartości ciśnienia regulowanego nie powinien przekraczać 2%. Szczelność układu hamulcowego PEBS postanowiono sprawdzić przy maksymalnym ciśnieniu wynoszącym 8 bar. Sprawdzenie szczelności polegało na rejestracji przez 10 min spadku ciśnienia na złączu diagnostycznym ciśnienia zasilania instalacji pneumatycznej układu hamulcowego. Rys. 11. Przebieg spadku ciśnienia pz na złączu diagnostycznym (archiwum PIMR-BE) W czasie 10 min pomiaru zarejestrowano spadek ciśnienia o wartości ok. 0,4%, czyli mieszczący się w zakładanym przedziale 2% (rys. 11) Badanie pracy regulatora ciśnienia W układzie hamulcowym PEBS funkcję regulatora ciśnienia pełni przełącznik ciśnieniowy PA-22S firmy Keller. Sprawdzenie poprawności jego działania odbyło się poprzez pomiar ciśnienia na złączu diagnostycznym ciśnienia w zbiorniku. Dodatkowo do układu podłączono zawór upuszczający ciśnienie 0,01 bar/s. 7085

6 Rys. 12. Przebieg zmian ciśnienia w zbiorniku głównym podczas badań regulatora ciśnienia (opracowanie własne) Na podstawie zarejestrowanych zmian ciśnienia (rys. 12) określono graniczne wartości ciśnień, przy których włączają się sprężarki p min =5,85 bar i ciśnienia wyłączenia p max =8,1 bar. Stwierdzono, zatem poprawność działania regulatora ciśnienia PEBS (zakładane ciśnienie 6-8±0,2 bar) Badanie wydatku sprężarek Badania polegały na rejestracji zmian ciśnienia napełniania sprężonym powietrzem zbiorników zasilających układ hamulcowy PEBS (rys. 13), w którego skład wchodzą dwa zbiorniki główne o objętości V=4,6 dm 3 i ciśnieniu maksymalnym 8 bar oraz zbiornik roboczy o objętości V=4,6 dm 3 i ciśnieniu maksymalnym 5,25 bar. Rys. 13. Przebieg wzrostu ciśnienia w zbiornikach układu PEBS (opracowanie własne) Wyznaczano czas narastania ciśnienia t 65% =102 s od zera do 65% wartości maksymalnej oraz czas t 100% =160 s potrzebny do osiągnięcia 100% wartości tego ciśnienia. Uzyskane wyniki świadczą o prawidłowo dobranej wydajności pracy sprężarek Sprawdzanie czasu reakcji układu hamulcowego PEBS Czas reakcji układu hamulcowego wyznaczono na podstawie sygnału z czujnika umieszczonego na pedale hamulca (Sens a Brake) oraz ciśnień mierzonych w lewej i prawej sekcji układu hydraulicznego naczepy. Pomiary przeprowadzono dla minimalnych nastaw czujnika położenia osi (naczepa pusta) oraz przy nastawach maksymalnych (naczepa obciążona pełnym ładunkiem) dla zestawu pojazdów badawczych. Przykładowe przebiegi mierzonych wielkości pokazano na rys. 14 i 15. Dodatkowo zmierzono czas reakcji dla naczepy obciążonej pełnym ładunkiem rys

7 Rys. 14. Czas reakcji układu hamulcowego PEBS zestawu pojazdów badawczych PIMR dla pustej naczepy (opracowanie własne) Rys. 15. Czas reakcji układu hamulcowego PEBS zestawu pojazdów badawczych PIMR dla obciążonej naczepy (opracowanie własne) Rys. 16. Czas reakcji układu hamulcowego PEBS dla obciążonej naczepy NGS-10 (opracowanie własne) Następnie na podstawie zarejestrowanych przebiegów wyznaczono czas reakcji t 75, czyli czas osiągnięcia 75% zadanej wartości ciśnienia hamowania w układzie hydraulicznym [10] podczas nagłego hamowania. Średnie wartości pomiarów czasu reakcji t s75 dla całego zestawu pojazdów badawczych oraz dla samej naczepy przedstawiono w tab

8 Tab. 1. Średnie wartości czasu reakcji układu PEBS (opracowanie własne) Zestaw pojazdów dla Zestaw pojazdów dla Naczepa obciążona pustej naczepy obciążonej naczepy Czas reakcji [s] lewa prawa lewa prawa lewa prawa sekcja sekcja sekcja sekcja sekcja sekcja t s75 0,53 0,51 0,43 0,45 0,32 0,33 Uzyskane wyniki świadczą o prawidłowym działaniu wersji układu PEBS (z nowym modulatorem EBS 24V, czujnikiem położenia osi, nowymi sprężarkami 24V) i jego współpracy z hydraulicznymi hamulcami bębnowymi naczepy NGS-10. WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych nowej wersji układu hamulcowego PIMR-EBS można sformułować następujące wnioski: 1. Wstępne badania laboratoryjne układu hamulcowego PEBS potwierdziły jego prawidłową współpracę z nowym 24V modulatorem EBS oraz z elektrycznym czujnikiem położenia osi. 2. Czas narastania ciśnienia w dwóch zbiornikach głównych oraz zbiorniku wyrównawczym jest poprawny i wynosi 160 s. 3. Badania laboratoryjne potwierdziły zarówno prawidłową pracę regulatora ciśnienia, który utrzymuje ciśnienie w zbiorniku głównym (6-8 bar) jak i prawidłową szczelność podzespołów pneumatycznych układu PEBS. 4. Uzyskane wyniki wskazują na celowość kontynuowania badań i przystąpienia do prób drogowych zestawu pojazdów badawczych PIMR. 5. Pozytywne wyniki tych badań pozwolą na przystąpienie do kolejnych prób drogowych i poligonowych zestawu pojazdów badawczych PIMR-BE podczas transportu Zestawu Pojazdów Gąsienicowych. Streszczenie W artykule omówiono wyniki wstępnych badań laboratoryjnych wersji układu hamulcowego PIMR-EBS, z nowym modulatorem EBS 24V oraz elektrycznym czujnikiem położenia osi, którą zamontowano na specjalizowanej naczepie NGS-10 sprzęganej z IVECO Daily D35 4x4 - samochodem badawczym PIMR. Zestaw pojazdów jest przeznaczony do załadunku i transportu innowacyjnego Zestawu Pojazdów Gąsienicowych, który został zaprojektowany do prac związanych z ochroną terenów wodno-błotnych położonych w Parkach Narodowych. Wyniki wstępnych badań laboratoryjnych potwierdziły prawidłową pracę nowej wersji układu hamulcowego PEBS. Dla zestawu badawczego pojazdów drogowych czas reakcji układu hamulcowego wynosi 0,53 s, a dla samej naczepy 0,33 s. Czas napełniania zbiorników powietrza wynosi 160 s, szczelność układu jest właściwa (0,4% spadku ciśnienia na złączu diagnostycznym). Wyniki badań nowej wersji układu hamulcowego wskazują na celowość przebadania naczepy NGS-10 w testach drogowych. Prace wykonano w ramach projektu WND-POIG /09. Preliminary laboratory tests of a new version of the PIMR-EBS braking system mounted in a specialized trailer NGS-10 Abstract The article presents the results of preliminary laboratory tests of the PIMR-EBS version of the braking system, with the new modulator EBS 24V and electrical position sensor, which is mounted on a specialized gooseneck trailer NGS-10. The gooseneck trailer is coupled with PIMR s research truck IVECO Daily D35 4x4. This research road unit is designed to load and transport the innovative Tracked Vehicles Unit (TVU), which was built to work on wetlands, especially on protected areas of the national parks. The results of initial laboratory tests confirmed the correct operation of the new version of the braking system PEBS. For research road unit reaction time is 0.53 s and for alone gooseneck trailer is 0.33 s. Time to fill air tanks is 160 s, leaks is correct (0.4% pressure drop in the diagnostic socket). The preliminary tests results of the new version of the PIMR-EBS braking system allows to move to the next stage of road research tests of the gooseneck trailer NGS-10. The research and development works were funded by the project No. WND-POIG /

9 BIBLIOGRAFIA 1. Dubowski A.P., Zembrowski K., Karbowski R., Rakowicz A., Weymann S., Wojniłowicz Ł.: Opracowanie modeli, budowa i wstępne badania zespołu gąsienicowego dla pojazdów gąsienicowych. Autobusy-Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe, nr 3/ Dubowski Adam P., Zembrowski Krzysztof, Pawłowski Tadeusz, Vicente Nuno, Rakowicz Aleksander, Wojnilowicz Łukasz, Weymann Sylwester, Karbowski Radosław: Naczepa NGS-10 do transportu zestawów pojazdów gąsienicowych. TRANSCOMP 2013, ISSN TTS nr 10/ Dubowski Adam P., Zembrowski Krzysztof, Weymann Sylwester, Rakowicz Aleksander, Wojnilowicz Łukasz, Karbowski Radosław: Zestawy pojazdów gąsienicowych - wstępne trakcyjne badania terenowe. TRANSCOMP 2013, ISSN TTS nr 10/ Dubowski A.P., Grzelak J., Pawłowski T., Rakowicz A., Weymann S., Zembrowski K.: Nowy elektropneumatyczno-hydrauliczny układ hamulcowy dla lekkich i średnich zestawów drogowych. VII Konferencja Naukowo-Techniczna: Logistyka, Systemy transportowe, Bezpieczeństwo w transporcie, LOGITRANS 2010, Politechnika Radomska, Logistyka-nauka, artykuły recenzowane, czasopismo Logistyka nr 2/ Patent P pt.: Układ elektryczno-pneumatyczny do sterowania pneumatycznohydraulicznym zespołem wykonawczym i pracą hamulców, zwłaszcza lekkich i średnich naczep i przyczep samochodowych (Decyzja UPRP o udzielenia patentu: ). 6. Projekt badawczy NR WND_POIG /09 pt.: Zintegrowana technologia ochrony obszarów wodno-błotnych przed sukcesją roślinności powodującej degradację środowiska przyrodniczego, kierownik projektu dr inż. Krzysztof Zembrowski, Projekt rozwojowy nr N R /2008 pt.: System transportowy oparty na zastosowaniu nowych sposobów sprzęgania zestawów drogowych oraz innowacyjnym układzie sterowania hydraulicznych hamulców w holowanych pojazdach, kierownik projektu dr inż. Adam Dubowski, Dexter Axle ( ) 9. National Instruments Regulamin nr 13 Europejskiej Komisji Gospodarczej Organizacji Narodów Zjednoczonych (EKG ONZ) Thomas WABCO Polska