Układy aktywnej regulacji ciśnienia w oponach przegląd rozwiązań

Transkrypt

1 POLASIK Jakub 1 WALUŚ Konrad J. 2 Układy aktywnej regulacji ciśnienia w oponach przegląd rozwiązań WSTĘP Pojazdy samochodowe dzielą się na kilka grup: samochody osobowe, dostawcze, ciężarowe i autobusy oraz pojazdy specjalne. Pierwsze trzy grupy po przebudowie również mogą spełniać warunki pojazdu do zastosowań specjalistycznych. We wszystkich grupach możemy wyszczególnić pojazdy terenowe fabrycznie przystosowane do poruszania się po drogach nie utwardzonych a niektóre również w ciężkim terenie. W celu efektywniejszego pokonywania niesprzyjającego terenu w pojazdach terenowych stosuje się odpowiednie ogumienie, które charakteryzuje się większym rozmiarem oraz głębszym bieżnikiem, co zapewnia szybkie oczyszczanie się opon. W efekcie czego opona zapewnia nam większą przyczepność. Podczas poruszania się pojazdem samochodowym ciśnienie w ogumieniu ma znaczny wpływ na trakcję, kierowalność pojazdu, opory toczenia, zużycie paliwa oraz jednostkowy nacisk na nawierzchnię. Im ciśnienie jest większe, tym pole kontaktu opony z nawierzchnią się zmniejsza. Jeżeli natomiast zaczniemy zmniejszać ciśnienie pole kontaktu zwiększy się, przez co zwiększamy trakcję a w koleinach przy zastosowaniu opon z bieżnikiem na bokach opony zwiększamy przyczepność w koleinach. Zapotrzebowanie na możliwość zdalnej regulacji ciśnienia w ogumieniu spowodował zaprojektowanie i opcjonalne wprowadzenie w pojazdach w/w systemu. 1. SYSTEM CTIS System CTIS (Central Tire Inflation System) to układ centralnej regulacji ciśnienia kół pojazdu. Głównym elementem układu jest kompresor, który może być zasilany silnikiem elektrycznym lub może pobierać moment obrotowy z paska klinowego. W pierwszym przypadku mamy możliwość regulacji ciśnienia podczas gdy silnik jest wyłączony, natomiast w drugim warunkiem pracy jest uruchomiona jednostka napędowa pojazdu. Kolejnym elementem jest akumulator pneumatyczny. Rys.1. Widok panelu sterującego systemem CTIS w pojeździe wojskowym [1] 1 Politechnika Poznańska; Wydział Maszyn Roboczych i Transportu; Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn; Poznań; ul. Piotrowo 3 tel.: ; fax.: ; polasik@interia.eu 2 Politechnika Poznańska; Wydział Maszyn Roboczych i Transportu; Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn; Poznań; ul. Piotrowo 3 tel.: ; fax.: ; konrad.walus@put.poznan.pl 5368

2 Rys.2. Widok kompresorów zasilających system CTIS, napędzany paskiem klinowym (po lewej), napędzany silnikiem elektrycznym (po prawej)[2,3] Dobierany jest on proporcjonalnie do objętości opon i zakresu zmiany ciśnienia w ogumieniu bez uruchomienia kompresora. Powietrze jest transportowane do kół zbrojonymi przewodami gumowymi lub wykonanymi z PCV. W zależności od złożoności układu oraz tego czy ciśnienie jest zmieniane dla wszystkich kół na jednakowe czy też dla poszczególnych kół oddzielnie zainstalowane są elektrozawory z rozdzielaczami pneumatycznymi sterowane przez sterownik PLC układu. W zależności od konstrukcji układu przeniesienia napędu rozróżniamy dwie możliwości dostarczenia sprężonego powietrza do wnętrza koła. Pierwszy z nich stosowany jest gdy układ napędowy pojazdu wyposażony jest w mosty napędowe z dodatkowymi przekładniami zwiększającymi prześwit. Rys.3. Widok zasilania opony sprężonym powietrzem w pojeździe o układzie przeniesienia napędu wyposażonym w zwolnice [4] Dzięki zastosowaniu dodatkowej przekładni walcowej oś koła nie znajduje się współ osiowo z wałem napędowym co umożliwia wykonanie otworu w piaście koła i przeprowadzenie przewodu sprężonego powietrza. Przy wylocie wykorzystuje się adapter obrotowy z uszczelnieniem dzięki któremu obracające się koło względem nieruchomego adaptera zapobiega uszkodzeniu się przewodu. Przy zastosowaniu układu centralnego pompowania kół zaleca się stosowanie obręczy skręcanych, które dopuszczają poruszanie się pojazdu z bardzo małym ciśnieniem zapobiegając obróceniu się opony względem obręczy. 5369

3 Rys.4. Widok i elementy składowe obręczy zapobiegającej obracaniu się opony względem jej [5] Drugą z możliwości dostarczenia sprężonego powietrza do opony jest poprowadzenie przewodu na zewnątrz obrysu karoserii pojazdu do obrotowego adaptera mocowanego do piasty koła z którego poprowadzony jest przewód do zaworu obręczy. Wadą tego rozwiązania są elementy wystające poza karoserię pojazdu, co zgodnie z ustawą prawo o ruchu drogowym wymaga zastosowania poszerzeń nadkoli o wielkości najbardziej wysuniętego punktu obrysu. Istnieje również możliwość uszkodzenia wystających przewodów podczas jazdy w terenie i utratę ciśnienia oponach. Obrotowy adapter jest wyposażony w zawór bezpieczeństwa, który załącza się w momencie nagłego spadku ciśnienia. Rys.5. Widok ciężarówki rajdowej z zainstalowanym systemem CTIS oraz doprowadzeniem powietrza za pomocą zewnętrznego przewodu [6] 5370

4 Rys.6. Widok głowicy obrotowej, ciśnienie doprowadzane jest przez wydrążoną piastę, calość zabezpieczona osłoną[7] Kolejną możliwością dostarczenia sprężonego powietrza do koła jest zastosowanie obrotowego adaptera w osi piasty oraz specjalistycznej obręczy w której jedno z ramion jest wydrążone. Dzięki elastycznemu połączeniu adaptera i otworu w piaście nie instalujemy elementów wystających poza obrys koła co wydłuża żywotność systemu i zmniejsza ryzyko przypadkowych uszkodzeń. Rys.7. Doprowadzenie sprężonego powietrza z głowicy obrotowej przez wydrążone ramię w obręczy[8] 2. ANALIZA UKŁADÓW CENTRALNEGO POMPOWANIA I PODSUMOWANIE Wachlarz rozwiązań układu centralnego pompowania kół jest szeroki ze względu na dużą liczbę rozwiązań konstrukcyjnych układów napędowych pojazdów. Rozwiązanie zasilania kompresora poprzez 12V silnik elektryczny ze względu na proste podłączenie najczęściej stosowane jest w pojazdach terenowych osobowych oraz dostawczych. System ten nie wymaga ingerencji w układ mechaniczny osprzętu jednostki napędowej pojazdu. Układ z kompresorem zasilanym poprzez pasek klinowy wykorzystywany jest najczęściej w pojazdach ciężarowych oraz w pojazdach do zastosowań militarnych gdzie czas napompowania opony i mobilność poruszania się po zróżnicowanym terenie ma największe znaczenie. Układy napędzane paskiem klinowym z powodzeniem stosowane są w samochodach rajdowych biorących udział w wyścigach długodystansowych takich jak rajd Paryż Dakar. 5371

5 wady zalety Tab.1. Porównanie cech sposobów zasilania systemu CTIS kompresor napędzany paskiem klinowym kompresor napędzany silnikiem elektrycznym - większa wydajność - krótszy okres oczekiwania - możliwość regulacji czasu pompowania kół poprzez zwiększenie obrotów silnika - w przypadku braku zakumulowanego ciśnienia w zbiorniku brak możliwości napompowania kół - awaria w skutek usterek mechanicznych paska, lub łożyska rolki napinacza unieruchamia układ - droższe przystosowanie pojazdu do zainstalowania tego rozwiązania - dodatkowe obciążenie dla silnika poprzez pasek klinowy wpływa na zwiększenie zużycia paliwa - możliwość napompowania kół podczas gdy silnik pojazdu nie pracuje - stałe obroty silnika elektrycznego pozwalają na oszacowanie czasu potrzebnego do pełnego napompowania kół pojazdu - mniejsza awaryjność - łatwość podłączenia do instalacji elektrycznej pojazdu - mniejsza wydajność - konieczność zainstalowania dodatkowego akumulatora o większej pojemności W obecnie stosowanych rozwiązaniach wykorzystuje się przewody wykonane z tworzyw sztucznych lub w oplocie stalowym w celu zwiększenia wytrzymałości i uniknięcia usterek. Sprężone powietrze do wnętrza koła może być doprowadzane na kilka sposobów. Jest to uzależnione od pojazdu, rodzaju kół oraz zainstalowanego układu przeniesienia napędu. Najłatwiejszym układem napędowym do zamontowania układu CTIS są zwolnice ze względu na dużą ilość miejsca i łatwe uszczelnienie układu. Rozwiązanie to w małym stopniu ingeruje w mechaniczną konstrukcję układu napędowego lecz jest narażone na uszkodzenia wystającego poza obrys pojazdu przewodu. Tab.2. Porównanie cech doprowadzenia sprężonego powietrza do wnętrza opony wady przewód - konieczność zastosowania głowicy zasilający obrotowej poprowadzony przez koło zębate zwolnicy przewód zasilający poprowadzony na zewnątrz pojazdu przewód zasilający poprowadzony w wale napędowym - częste uszkodzenia mechaniczne przewodu - konieczność zastosowania głowicy obrotowej - problemy z nieszczelnością układu - skomplikowane przystosowanie układu napędowego (podwyższenie kosztów) - osłabienie układu napędowego - konieczność zastosowania głowicy zalety - niski koszt wykonania - niskie koszty eksploatacji - możliwość zastosowania przewodu o większej średnicy (krótszy czas pompowania) - uniknięcie zerwań przewodu doprowadzającego 5372

6 koła doprowadzenie sprężonego powietrza przez wydrążone ramię obręczy obrotowej - znaczny koszt specjalistycznej wzmacnianej obręczy z wydrążonym ramieniem - skomplikowane przystosowanie układu napędowego (podwyższenie kosztów) - osłabienie układu napędowego - konieczność zastosowania głowicy obrotowej - uniknięcie zerwań przewodu doprowadzającego - łatwość uszczelnienia układu przez zminimalizowanie ilości połączeń przewodów Streszczenie Tereny po których mogą poruszać się pojazdy samochodowe są zróżnicowane. Od nawierzchni utwardzonych do ciężkiego terenu. Pojazdy do zastosowań specjalnych wyposażone są w system centralnego pompowania kół. Dzięki niemu mają możliwość poruszania się po zróżnicowanym terenie. Zwiększając ciśnienie możemy poruszać się po utwardzonych drogach publicznych. Zmniejszając ciśnienie opona rozlewa się co powoduje zwiększenie przyczepności poprzez większe pole kontaktu opony z nawierzchnią. Regulacja ciśnienia odbywa się z kabiny pojazdu. Układy możemy rozróżnić ze względu na konstrukcję układu przeniesienia napędu pojazdu. W zależności od zastosowania mamy do wyboru dwa rodzaje zasilania kompresora: silnikiem elektrycznym lub paskiem klinowym. Doprowadzenie sprężonego powietrza z akumulatora pneumatycznego odbywa się za pośrednictwem przewodów przez wydrążenie w piaście lub zewnętrznym przewodem. W artykule przedstawiono przegląd układów aktywnej regulacji ciśnienia w oponach. Słowa kluczowe: regulacja ciśnienia, pojazdy specjalne, system centralnego pompowania Active systems tire pressure control - an overview of solutions Abstract The grounds on which they can move motor vehicles are varied. Paved surface, rough terrain. Special purpose vehicles are equipped with a central tire inflation system. With it, you have the ability to navigate the diverse terrain. Increasing the pressure we move on paved public roads. Reducing tire pressure "poured out" which increases the adhesion by a larger field of contact with the ground. Pressure control is carried out from the cab of the vehicle. Systems can be distinguished due to the design of the vehicle powertrain. Depending on the application, we have a choice of two types of compressor power: an electric motor or a V-belt. Compressed air from the air accumulator is via wires through the hole in the hub or external cable. This article presents an overview of the active systems tire pressure regulation. Keywords: pressure control, special Vehicles, central inflating system BIBLIOGRAFIA 1. dostęp: podkowa.sklep.pl dostęp: dostęp: dostęp: dostęp: dostęp: dostęp: dostęp: