BADANIA I DIAGNOSTYKA POJAZDÓW. Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy

Transkrypt

1 Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu: BADANIA I DIAGNOSTYKA POJAZDÓW Ćwiczenie nr: BiDP - 7 Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy Kod przedmiotu: MHBM2S23002, MHBM2N23002 Instrukcję opracował: dr hab. inż. Zbigniew Kamiński Białystok 2016

2 CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest: zapoznanie się z budową i zasadą działania pneumatycznych układów hamulcowych przyczep i hamulców bębnowych oraz metodyką prowadzenia badań doświadczalnych procesów przejściowych w powietrznym obwodzie przenoszącym. SPIS TREŚCI 1. WPROWADZENIE Budowa i zasada działania pneumatycznych mechanizmów uruchamiających hamulce pojazdu Budowa i zasada działania hamulca bębnowego METODYKA POMIARÓW Zapoznanie się z budową stanowiska Przygotowanie stanowiska Przebieg pomiarów OPRACOWANIE I ANALIZA WYNIKÓW POMIARÓW Przykładowe wyniki WYMAGANIA BHP SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA PYTANIA KONTROLNE LITERATURA... 8 PROTOKÓŁ POMIAROWY... 9 Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 2

3 1. WPROWADZENIE LABORATORIUM BADAŃ I DIAGNOSTYKI POJAZDÓW 1.1. Budowa i zasada działania pneumatycznych mechanizmów uruchamiających hamulce pojazdu. Pneumatyczne mechanizmy uruchamiające hamulce moŝna podzielić na jednoobwodowe i dwuobwodowe (rys.1). W pierwszych instalacja pneumatyczna jest wspólna dla wszystkich kół pojazdu, w dwuobwodowych natomiast występują układy tylnej oraz przedniej osi i sterowane są jednym podwójnym zaworem co powoduje, Ŝe w przypadku uszkodzenia jednego obwodu drugi obwód działa prawidłowo i niezaleŝnie. Układ ten jest o wiele bezpieczniejszy, dlatego we współczesnych samochodach stosuje się wyłącznie układy dwuobwodowe, chociaŝ są one droŝsze od jednoobwodowych. a) b) Rys. 1. Uproszczone schematy pneumatycznych mechanizmów uruchamiających hamulce samochodu: a) układ jednoobwodowy, b) układ dwuobwodowy: 1- spręŝarka; 2- zawór jednokierunkowy; 3-regulator ciśnienia; 4-zbiornik powietrza; 5- główny zawór sterujący; 6- siłowniki; 7-zawór uruchamiający hamulce przyczepy; złącze przewodu do instalacji hamulcowej przyczepy [7] Ze względu na sposób łączenia samochodu ( ciągnika ) z przyczepą mamy mechanizmy jednoprzewodowe (rys.1) i dwuprzewodowe (rys.2). W układach jednoprzewodowych do zasilania energią, jak i do sterowania układu hamulcowego pojazdu ciągnącego (przyczepy, naczepy), jest zastosowany jeden przewód podłączony do złącza 8. W mechanizmach dwuprzewodowych jeden przewód słuŝy do sterowania czyli uruchamiania zaworu sterującego hamulcami przyczepy (8b), natomiast drugi- do doprowadzania spręŝonego powietrza do zbiornika przyczepy (8a). Drugie rozwiązanie jest o wiele korzystniejsze, poniewaŝ podczas wielokrotnego, częstego powtarzanego hamowania w układzie hamulcowym przyczepy nie zmniejsza się wartość ciśnienia, poniewaŝ spręŝone powietrze jest doprowadzane do zbiornika czy pojazd hamuje czy teŝ nie. Zalety tej nie posiada układ jednoprzewodowy, w którym ciśnienie czynnika moŝe spaść do wartości nie zapewniającej skutecznego hamowania. Rys. 2. Uproszczony schemat dwuprzewodowego mechanizmu uruchamiającego hamulce samochodu:8a- złącze obwodu zasilania instalacji hamulcowej przyczepy; 8b- złącze obwodu uruchamiania hamulców przyczepy; 9- zawór odłączający układ hamulcowy przyczepy w przypadku nadmiernego spadku ciśnienia; 10- zawór przekaźnikowo-sterujący [7] Na podstawie przedstawionych pneumatycznych instalacji hamulcowych pojazdu moŝna w niej wyróŝnić zespoły (obwody) do zasilania w energię, do sterowania i jej przenoszenia. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 3

4 W normie PN-ISO 611[12] zespoły te zdefiniowane są w sposób następujący: Zespół zasilający- to część układu hamulcowego słuŝąca do dostarczania, regulacji i, jeśli to konieczne, przetwarzania energii niezbędnej do hamowania. Zespół zasilający kończy się w miejscu, gdzie zaczyna się zespól przenoszący, tj. gdzie róŝne obwody układów hamulcowych, łącznie z obwodami ewentualnych urządzeń dodatkowych, są zabezpieczone albo od strony zespołu zasilającego, albo poszczególne obwody jeden od drugiego. Zespół sterujący- to część układu hamulcowego, która inicjuje działanie i steruje skutecznością tego układu. Zespól sterujący zaczyna się w miejscu uruchamiania, na które bezpośrednio działa kierowca i w miejscu, w którym sygnał sterujący jest podawany do układu hamulcowego, kiedy kierowca nie działa bezpośrednio, lub kiedy układ uruchamiany jest bez jego udziału. Kończy się natomiast w miejscu, w którym rozdzielana jest energia niezbędna do wytworzenia siły uruchamiającej lub, w którym część energii jest skierowana do sterowania tą siłą. Zespól przenoszący- to część układu hamulcowego, przenosząca energie rozdzieloną przez zespół sterujący. Zaczyna się w miejscu, w którym kończy się zespól sterujący lub w którym kończy się zespół zasilający, zaś kończy się w miejscu, w którym zaczynają się mechanizmy hamujące. Do najwaŝniejszych elementów obwodu przenoszącego naleŝą: - urządzenia do magazynowania spręŝonego powietrza (zbiorniki), - zawory główne hamulcowe, zwrotne, przekaźnikowe, przyspieszające, odwadniające, korygujące; - siłowniki hamulcowe z hamulcami bębnowymi lub tarczowymi, - przewody i złącza Budowa i zasada działania hamulca bębnowego Rys. 3. Bębnowy mechanizm hamulcowy [12]: 1- bęben hamulcowy; 2- szczęki hamulcowe z okładzina cierną; 3- rozpieracz; 4- siłownik pneumatyczny; 5- trzpień tłoczyska; 6- spręŝyna; I, II, III- etapy przemieszczenia trzpienia 5 Typowy hamulec bębnowy został pokazany na rysunku 3. Bęben hamulcowy 1 obracający się wraz z piastą koła jest hamowany poprzez dociskanie do niego szczek hamulcowych 2. Mechaniczny rozpierak 3 dociska szczęki hamulcowe do powierzchni wewnętrznej bębna 1. Rozpierak obraca się podczas wymuszenia, które powoduje siłownik pneumatyczny 4. Obrót rozpieraka moŝe równieŝ wymuszać inny mechanizm uruchamiający hamulce np.: hydrauliczny lub mechaniczny. Dźwignia rozpieraka jest wyposaŝona w mechanizm automatycznej regulacji luzu pomiędzy okładzinami szczęk a bębnem. Powoduje to uzyskanie duŝej sprawności działania hamulca. Przemieszczenie trzpienia 5 moŝna podzielić na trzy etapy. Pierwszy etap oznaczony jest cyfrą I, w którym to ruch trzpienia pokonuje opór spręŝyny 6 i przesuwa szczęki hamulca w ramach ich luzu, który jest konieczny do unikania ocierania szczęk o bęben po odhamowaniu. Drugi etap polega na pokonaniu niewielkiej odległości wynikającej z niewielkiego luzu, który jest podczas kaŝdego hamowania wywierany przez mechanizm samoregulacji mechanizmu hamulcowego. Podczas dalszego ruchu trzpienia 5 (etap trzeci) powodowany jest docisk szczęk do bębna i zwiększenie momentu tarcia w hamulcach. Aby rozłoŝyć jednakowo naciski szczęk na powierzchnię bębna lub zbliŝyć je do wartości jednostkowych stosuje się układy (rys.4): Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 4

5 - układ simplex, w którym dwie szczęki współbieŝna i przeciwbieŝna są rozpierane tłoczkami umieszczonymi we wspólnym cylinderku. Naciski jednostkowe obu szczęk są jednakowe, - układ duplex, w którym obydwie szczeki są rozpierane oddzielnymi rozpieraczami i pracują jako współbieŝne, - układ samowzmacniający, w którym dolne końce obydwu szczęk są połączone łącznikiem nie związanym z tarczą hamulcow ą (tzw. szczęki pływające), co sprawia, Ŝe pomimo iŝ rozpieracz działa podobnie jak w układzie simplex, podczas hamowania szczęka współbieŝna jest pociągana przez obracający się bęben i za pośrednictwem łącznika dociska dodatkowo szczękę współbieŝną. Dzięki temu naciski jednostkowe obydwu szczęk są niemal jednakowe, pod względem wartości zbliŝone do nacisków jednostkowych szczęki współbieŝnej w układzie simplex. a) b) c) Rys. 4. Układy szczęk hamulców bębnowych: a) układ simlex; b) układ duplex; c) układ samowzmacniający [7] 2. METODYKA POMIARÓW Zastosowana metoda badań dynamicznych układu przenoszącego z bębnowym mechanizmem hamulcowym polega na zarejestrowaniu procesów przejściowych zachodzących w obwodzie podczas hamowania. Proces przejściowy jest to taki proces, w czasie którego odpowiedź układu przechodzi z jednego stanu ustalonego do drugiego stanu ustalonego. Badanie procesów przejściowych jest szczególnie istotne w układach hamulcowych ze względu na bezpieczeństwo ruchu. Badania te przeprowadza się w celu określenia czasu reakcji układu. Przeprowadzone badania czasu reakcji układu przenoszącego polegać będą na rejestrowaniu zmian ciśnienia w obwodzie, przemieszczenia i siły na mechanizmie uruchamiającym hamulec bębnowy Zapoznanie się z budową stanowiska Stanowisko wyposaŝone jest w stację przygotowania spręŝonego powietrza 1 oraz zawory odcinające kulowe 2,3,4. Zbiornik 12 o pojemności 40 dm 3 napełniany do ciśnienia 5 bar słuŝy do zasilania siłownika 14. Zbiornik 8 o pojemności 20 dm 3 stanowiący część instalacji ciągnika napełniany jest do wartości ciśnienia 5,8 bar. Do kontroli ciśnienia w zbiorniku słuŝy manometr 9. Układ ciągnika zastąpiono urządzeniem odtwarzającym wzorcowy impuls ciśnieniowy układu ciągnika. Sterowanie zaworem 10 uruchamiającym hamulce przyczepy realizowane jest za pomocą siłownika pneumatycznego 14 dwustronnego działania zasilanego ze zbiornika 12 i sterowanego ciśnieniem powietrza ze zbiornika 8. Regulacja dławika 11 umoŝliwia zróŝnicowanie szybkości działania siłownika 14, a co za tym idzie szybkości działania zaworu 10 (podczas szybkiego i wolnego hamowania i odhamowywania). Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 5

6 Rys. 5. Schemat stanowiska badawczego dla układu przenoszącego z bębnowym mechanizmem hamulcowym: 1- stacja spręŝonego powietrza; 2,3,4- zawór odcinający kulowy 8410; 5- trójnik; 6,7- reduktor ciśnienia;8- zbiornik powietrza 20 dcm 3 ; 9- manometr; 10- zawór hamulcowy 4248 typu inwersyjnego; 11-dławik; 12- zbiornik spręŝonego powietrza 40 dcm 3 ; 13- tłok siłownika pneumatycznego; 14- siłownik pneumatyczny; 15- złącze przewodów (ciągnik-przyczepa); 16- przewód gumowy ze wzmocnieniem tekstylnym 17- przetworniki ciśnienia MBS; 18- zbiornik przyczepy 20dcm 3 ; 19- zawór sterujący przyczepy 4411; 20,21- siłownik hamulcowy tłokowy; 22- siłomierz CL 14; 23- czujnik przemieszczeń; 24- mechanizm uruchamiający hamulec bębnowy; 25- hamulec bębnowy; 26- moduł kontrolno pomiarowy LC ; 27- komputer; W wyniku odpowietrzenia przewodu 16 łączącego ciągnik z przyczepą w zaworze hamulcowym przyczepy 19 otwarte zostaje połączenie zbiornika powietrza 18 przyczepy z regulatorem siły hamowania w zaworze hamulcowym przyczepy 19. SpręŜone powietrze napływa do siłowników hamulcowych 20 i 21 co powoduje przesunięcie mechanizmu uruchamiającego 24 i dociśnięcie szczęk hamulcowych w hamulcu ciernym bębnowym 25. Sygnały pochodzące z przetworników ciśnienia 17, siły 22 i przemieszczenia 23 są wzmacniane i kierowane do rejestratora sygnałów 26 współpracującego z komputerem 27 Wyniki pomiarów wyświetlane są na ekranie monitora w postaci przebiegów napięć. Wyniki te rejestrowane są przez program MULT v4.08, który współpracuje z kartą kontrolną-pomiarową LC Przygotowanie stanowiska Przed zasadniczym pomiarem naleŝy wykonać następujące czynności: przeprowadzić skalowanie przetworników ciśnienia oraz czujnika przemieszczeń; połączyć elementy układu hamulcowego badanej przyczepy wkręcając w odpowiednie miejsca obwodu (rys.5) przetworniki ciśnienia 17 oraz czujnik przemieszczeń 23 i siłomierz 26 siłownika hamulcowego 21; dokonać regulacji siłowników hamulcowych przyczepy na 1/3 skoku roboczego i ustawić regulator siły hamowania w pozycji Ŝądanego obciąŝenia; Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 6

7 połączyć za pomocą złącza 15 przyczepę z układem odtwarzającym wzorcowy impuls ciśnieniowy układu ciągnika; podłączyć źródło spręŝonego powietrza ze stanowiskiem za pomocą szybkozłącza; sprawdzić pewność i szczelność połączeń całego układu; podłączyć przetworniki ciśnienia, przetwornik siły oraz czujnik przemieszczeń z kartą analogową przetworników i komputerem; uruchomić program Mult v4.08; przeprowadzić pomiar próbny w celu dobrania czasu próbkowania oraz liczby punktów pomiarowych (badania przeprowadzono dla 4096 próbek i czasu próbkowania 5ms, 15ms) wykonać pomiar wstępny niezbędny do zerowania przetworników ciśnienia przy panującym we wszystkich objętościach ciśnieniu atmosferycznym; ustalić liczbę powtórzeń pomiarów; odczytać z barometru i termometru ciśnienie absolutne i temperaturę otoczenia; 2.3. Przebieg pomiarów Pomiary przeprowadza się w następującej kolejności: napełnić zbiornik 8 do ciśnienia 6 bar ustawiając Ŝadne ciśnienie za pomocą reduktora ciśnienia 7 sprawdzać ciśnienie panujące w zbiorniku 8 za pomocą manometru 9 ustawić na reduktorze 6 ciśnienie 5,8 bar dokonać nastawy zaworu dławiącego 6 w odpowiednim połoŝeniu po zahamowaniu, czyli ustaleniu się ciśnienia w siłownikach oraz pełnego zadziałania hamulca bębnowego 25 układ odhamować odkręcając zawór kulowy 4 co spowoduje ujście powietrza z układu do atmosfery wyświetlić zarejestrowane przebiegi napięć w oknie programu Mult, w celu sprawdzenia prawidłowości pomiaru; zapisać wyniki w formacie tekstowym ascii (.asc) opracować statystycznie w arkuszu kalkulacyjnym wyniki badań, sprawdzić jednorodność wyników pomiarów odrzucając w razie konieczności pomiary odstające; sporządzić charakterystyki zmian ciśnienia w układzie podczas hamowania i odhamowywyania oraz przebiegi zarejestrowanych wartości siły i przemieszczenia siłownika hamulcowego; z otrzymanych charakterystyk procesów przejściowych odczytać czasy reakcji obwodu przenoszącego dla czasu pełnego uruchomienia hamulców t=0,2s. Wyniki pomiarów zestawić w protokole pomiarowym. wyznaczyć w arkuszu kalkulacyjnym Excel wartości czasów reakcji zaworu sterującego hamulcami i siłowników hamulcowych.. 3. OPRACOWANIE I ANALIZA WYNIKÓW POMIARÓW 3.1. Przykładowe wyniki Przykładowa otrzymana charakterystyka procesów przejściowych w układzie przenoszącym hamulcowym przyczepy podczas hamowania i odhamowania pokazana jest na rys. 6 Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 7

8 Obwód przenoszący hamulców przyczepy 7,00 ciśnienie [bar] 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 p3 - zawór sterujący p5 - zbiornik przyczepy p6 - regulator siły ham. p7 - siłownik przód p8 siłownik tył przemieszczenie tłoczyska siłownika [cm] siła na tłoczysku siłownika [10*4 N] 0,00 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 czas [s] Rys. 6. Procesy przejściowe w obwodzie przenoszącym hamulców przyczepy (T= 20ºC, pa= 1012 hpa) 4. WYMAGANIA BHP Osoby biorące udział w ćwiczeniu obowiązane są do: - przestrzegania przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy zgodnie z regulaminem prac na laboratorium, - wykonywać pomiary i badania w sposób zgodny z wydawanymi w tym zakresie poleceniami i wskazówkami przez prowadzącego, - niezwłocznie zawiadomić prowadzącego o zauwaŝonym w laboratorium wypadku lub zagroŝeniu wypadkiem, - współdziałać z prowadzącym w wypełnianiu obowiązków dotyczących BHP i P POś. 5. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać stronę tytułową, cel i zakres ćwiczenia, schemat stanowiska badawczego, charakterystyki zmian ciśnienia w zaworze uruchamiającym hamulce przyczepy, protokół pomiarowy i wnioski. 6. PYTANIA KONTROLNE - Narysować schemat pneumatycznego układu hamulcowego przyczepy jedno-/dwuprzewodowego, - Podstawowe zespoły układu hamulcowego. Rola i zadania, - Wymagania stawiane układom hamulcowym przyczep rolniczych - Metodyka sprawdzania czasu reakcji układu hamulcowego przyczepy, - Metodyka sprawdzania pojemności zbiornika spręŝonego powietrza. 7. LITERATURA 1. Orzełowski S.: Budowa podwozi i nadwozi samochodowych. WSiP, Warszawa Polska Norma PN-86/R Przyczepy rolnicze. Skuteczność działania hamulców. Wymagania i badania. 3. Polska Norma: PN-90/R Ciągniki, przyczepy i przyczepiane maszyny rolnicze. Powietrzny jednoprzewodowy układ przenoszący hamulców. Wymagania i badania. 4. Polska Norma: PN-76/S Skuteczność działania hamulców. Wymagania i badania. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 8

9 5. Polska Norma PN-ISO 611. Pojazdy drogowe. Hamowanie pojazdów drogowych i ich przyczep. Terminologia. 6. Prochowski L., śuchowski A.: Pojazdy Samochodowe. Samochody cięŝarowe i autobusy. WKiŁ, Warszawa Regulamin 13 Europejskiej Komisji Gospodarczej. PROTOKÓŁ POMIAROWY Instrukcja do zajęć laboratoryjnych 9

10 Białystok, dn Czas od początku ruchu pedału do momentu uzyskania 90% ciśnienia asymptotycznego w przewodzie sterującym Wydział Mechaniczny Politechniki Białostockiej Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn specjalność: pojazdy samochodowe PROTOKÓŁ POMIAROWY Ćwiczenie nr: Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy Wyznaczanie czasu reakcji hamulców przyczepy Wartość zmierzona Wartość dopuszczalna [s] 0,2 [s] Czas od początku ruchu pedału do momentu uzyskania 25% ciśnienia asymptotycznego w przewodzie sterującym Czas od początku ruchu pedału do momentu uzyskania 75% ciśnienia asymptotycznego w siłowniku hamulcowym Wartość zmierzona Wartość dopuszczalna Wartość zmierzona Wartość dopuszczalna [s] 0,4 [s] [s] 0,6 [s].. data wykonania ćwiczenia podpis prowadzącego