Badania obwodu pneumatycznego z korektorem siły hamowania pojazdu

Transkrypt

1 ARCHIWUM MOTORYZACJI,. - (008) Badania obwodu neuatycznego z korektore siły haowania ojazdu JAROSŁAW CZABAN, MIKOŁAJ MIATLUK Politechnika Białostocka W racy rzedstawiono etodyk wyznaczania i identyfikacji charakterystyk statycznych i dynaicznych zaworu korygujcego sił haowania Otrzyane wyniki wykorzystano w obliczeniach dynaicznych obwodu haulcowego saochodu ciarowego z zawore korygujcy sił haowania. Przedstawiono wykresy rzebiegu cinie w rónych unktach obwodu haulcowego.. Wst Pneuatyczne układy haulcowe stosowane s głównie w autobusach, saochodach ciarowych oraz saochodach ciarowych z rzyczeai i naczeai o duej ładownoci. Podczas eksloatacji takich saochodów wartoci nacisków na osie oraz ołoenie rodka asy zieniaj si w szeroki zakresie. Zwizane jest to cile z wielkoci i charaktere obcienia oraz z intensywnoci haowania ojazdu. W celu uzyskania wysokiej skutecznoci haowania i zachowania statecznoci ruchu stosuje si w tych ojazdach autoatyczne regulatory oraz korektory siły haowania. Przykłade zaworu korygujcego sił haujc osi rzedniej ojazdu wyosaonego w neuatyczny układ haulcowy ojazdu jest zawór rodukowany w POLMO Praszka (rys.a). Zadanie jego jest redukcja siły haowania osi rzedniej odczas haowania i szybkie odowietrzenie siłowników odczas odhaowania. Zawór korygujcy uoliwia dolnozakresowe obnienie cinienia (rys. b) w siłownikach haulcowych w stosunku do cinienia odawanego rzez główny zawór haulcowy, zaewnia to zniejszenie zuycia echanizów haujcych odczas najczciej wystujcych haowa czciowych. Uiejscowienie zaworu korygujcego w układzie haulcowy rzedstawiono na rysunku c. Cele racy jest dowiadczalne okrelenie charakterystyki statycznej oraz charakterystyk rzeływowych zaworu korygujcego sił haowania. Znajoo tych charakterystyk jest niezbdna do doboru zaworu oraz okrelenia jego usytuowania w dowolny ojedzie.

2 J. Czaban, M. Miatluk a) b) c) Rys.. Zawór korygujcy []: a) Budowa : - rzyłcze sterujce, rzyłcze siłowników, odowietrznik, zawór, trzie zaworów, 6 rzelot do odowietrznika, 7 tłok, 8 sryna, 9 dwustoniowy tłok, b) Charakterystyka statyczna, c) Tyowe uiejscowienie zaworu w układzie haulcowy. Fig.. Regulating (correcting) valve 97 00: a) Construction: control connector, connector of cylinders, vent, valve, valves ste, 6 assage to vent, 7 iston, 8 sring, 9 two-stage iston, b) Static characteristics, c) Tyical location of valve in braking syste.. Badania charakterystyki statycznej zaworu W celu wyznaczenia charakterystyki statycznej autoatycznego regulatora sił haowania skonstruowano stanowisko, którego scheat rzedstawiono na rysunku. Wyznaczenie charakterystyki badanego eleentu oliwe jest rzy odowiedni sterowaniu rzeływe owietrza zaworai i. Sterowanie zaworai uoliwia syste kouterowy orzez układ. Syste został naisany w rodowisku Delhi

3 Badania obwodu neuatycznego z korektore siły haowania ojazdu i oarty na standardowych bibliotekach dołczonych do karty MC. Uoliwia on autoatyczn realizacj oiarów i akwizycj danych Badania zaworu rzerowadzono w zakresie cinie 0-9 barów rejestrujc cinienie wejciowe oraz cinienie wyjciowe. Badania owtórzono 6 razy. Na rysunku rzedstawiono rzykład zidentyfikowanego rzebiegu =f( ). Składa si on z siediu czci: I, II, IIIa naełnianie zbiorników 6 i 8 (roces haowania ojazdu) oraz IIIb, IV, V, VI orónianie zbiorników (roces odhaowania). Przedstawiony rzebieg aroksyowano nastujcyi liniai rostyi: = A i + B i Wystujce w równaniach wsółczynniki A i B i scile zalene od wyiarów wewntrznych regulatora. Wyniki identyfikacji charakterystyk oraz rednie wartoci otrzyanych wsółczynników dla oszczególnych rostych rzedstawiono w tabeli. U U U V V 6 Rys.. Scheat stanowiska badawczego: srarka, regulator cinienia LPR-/-0,,,9, 6 zawór elektroagnetyczny, zawór dławicy, 6, 8 zbiornik owietrza, 7 badany regulator, 0,, rzetwornik cinienia P RVA/0B, układ zasilania rzetworników cinienia, kouter EMC z kart oiarow MC, urzdzenie sterujce zaworai. Fig.. Schee of the stand: coressor, regulator of ressure LPR,,,9,6 electroagnetic valve, throttle valve, 6,8 receiver, 7 regulator being exained, 0,, ressure converter P, adission syste (feeder, feeding syste) of ressure converters, couter EMC with easuring card MC, valves control syste.

4 J. Czaban, M. Miatluk [MPa] IIIb IV IIIa VI I V II [MPa] Rys.. Zarejestrowana charakterystyka statyczna zaworu (rzedstawiono co 0 unkt). Fig.. Obtained static characteristic of valve (each 0th oint is resented). Tabela. Wyniki identyfikacji charakterystyki statycznej zaworu Table. Identification results of static characteristic of valve Wartoci wsółczynników Nr rostej A B I II IIIa IIIb IV V VI Badania charakterystyk rzeływowych zaworu Eleenty stosowane w układach haulcowych, takich jak: rzewody, zawory, regulatory, filtry, złczki charakteryzuj si objtoci wewntrzn oraz rzewodnoci. Przewodno ta oe by wartoci stał lub zienn. Do bada regulatora zastosowano etod oracowan w Katedrze Pojazdów Saochodowych Politechniki Białostockiej [,, 6], w której wykorzystano zaleno oisujc asowe natenie rzeływu owietrza rzez dysz []: Q = ( µ A) v ϕ ax ( σ kr ) ϕ( σ ) () R T

5 Badania obwodu neuatycznego z korektore siły haowania ojazdu gdzie: (µa) rzewodno (efektywne ole rzeływu) [ ], T teeratura owietrza rzed oore [K], σ - stosunek cinienia za oore do cinienia rzed oore (rys.), ϕ(σ) bezwyiarowa funkcja rzeływu, R stała gazowa, dla owietrza R=87, [J/(kg K)], v rdko rozchodzenia si dwiku w nieruchoy gazie v = κ R T, κ wsółczynnik adiabaty, ϕ ax (σ kr ) warto aksyalna funkcji teoretycznej Saint Venanta i Wantzela: κ + ax = κ ϕ ( σ ) = 0, 78 κ + W etodzie tej, w celu uroszczenia stanowiska, rzyjto koncecj oiaru o- redniego na odstawie rzebiegu cinienia w koorze naełnianej oraz rzed badany eleente (rys. ). Równanie stanu gazu w koorze 8 o stałej objtoci V odczas jej adiabatycznego naełniania rzyjuje osta: d V d Q = = () RT gdzie: cinienie w koorze 8. Wykorzystujc równania () i () otrzyano równanie róniczkowe: d ( ) ( ) = A v ϕ ax σ kr ϕ () V RT W racach [, 6] osłuono si owyszy równanie do kouterowej identyfikacji wartoci µa oraz araetrów funkcji rzeływu ϕ(σ) na odstawie dowiadczalnie zarejestrowanych rzebiegów cinie d i d w trakcie rzeływu owietrza z koory do koory 6. W rzyadku korektora siły haowania naley dodatkowo identyfikowa funkcj oisujc zian oornoci µa(σ) co oe znacznie wydłuy czas oblicze lub wrcz unieoliwi uzyskanie stabilnego rozwizania. Proble ona znacznie uroci stosujc teoretycznie lub ekseryentalnie okrelone funkcje rzeływu [, 6]. Przyjujc funkcj rzeływu roonowan rzez Miatluka i Awtuszko [] w ostaci: σ ϕ( σ ) =,, σ równanie (), dla teoretycznie okrelanego rzebiegu cinienia t w koorze V oraz dowiadczalnie okrelonego cinienia d wystujcego rzed badany regulatore, rzyjuje osta: d t gdzie: σ =. d t σ d, ( A( σ )) v ϕ ax ( σ ) () V, σ RT = kr

6 6 J. Czaban, M. Miatluk Badania korektora siły haowania rzerowadzono dla rónych wartoci cinie ocztkowych i w celu srawdzenia zian wartoci rzewodnoci dla rónych warunków ocztkowych oraz wyznaczenia wartoci σ z, rzy której nastuje zaknicie rzeływu. W kady unkcie dowiadczenia wykonano o 0 owtórze oiarów rejestrujc rzebiegi d, d i d. Przebieg funkcji oornoci µa(σ) załoono w ostaci: A σ < σ ( σ ) = dla 0 z A 0 dla σ z σ (σ z <= ) () gdzie: σ z stosunek cinie wystujcych za i rzed regulatore rzy który nastuje zaknicie rzeływu, µa rzewodno. Paraetry µa, σ z identyfikowano nuerycznie etod bezgradientow oszukiwa rostych Hooka-Jeevesa, inializujc wyraenie: ( di ti ) i= a do osignicia zadanej dokładnoci oblicze. W kady kroku iteracji równanie róniczkowe () rozwizywano etod Fehlberga. Do identyfikacji wykorzystano własny rogra i rocedury nueryczne zawarte w racy []. Stoie doasowania krzywej cinienia d rejestrowanego i teoretycznego t oceniano na odstawie wsółczynnika korelacji R. We wszystkich rzyadkach otrzyano wartoci R wiksze od Przykładowe rzebiegi rejestrowanych cinie wraz z rzebiegie teoretyczny rzedstawiono na rysunku..00 [MPa] d d d t t [s] Rys.. Zarejestrowane rzebiegi dowiadczalne cinie d, d, d, oraz rzebieg teoretyczny t (rzedstawiono co 0-ty unkt). Fig.. Registered exeriental runs of ressures d, d, d, and theoretical run of ressure t (each 0th oint is resented).

7 Badania obwodu neuatycznego z korektore siły haowania ojazdu 7 Otrzyane wartoci µa, σ z dla oszczególnych wartoci ocztkowych cinie i uredniono i rzedstawiono w tabeli. Nastnie okrelono etod aroksyacji redniokwadratowej zalenoci zidentyfikowanych araetrów w funkcji σ z : A σ =.66 0 σ.07 0 σ ( R = 0.90 (6) ( z ) z z ) Ze wzgldu na ałe wartoci zian funkcji A ( σ ) z, do celów odelowania rocesów rzejciowych w neuatycznych układach haulcowych wyosaonych w badany zawór, ona rzyj wartoredni rzewodnoci µa =.78x0 - [ ]. Tabela. rednie wartoci identyfikowanych araetrów. Table. Average values of identified araeters. P [MPa] P [MPa] L. µa x0 - [ ] σ z Zaleno zian funkcji ( ) A σ dla rónych wartoci σ z wraz z wartociredni A rzedstawiono na rysunku. z

8 8 J. Czaban, M. Miatluk.. b a µa 0 - [ ] Rys.. Wykres zian wartoci µa (σ z ): a) µa (σ z ) =.66x0 - σ z -.07x0 - σ z +.786x0 - [ ] b) µa =.78x0 - [ ]. Fig.. Grah of value µa (σ z ) change: a) µa (σ z ) =.66x0- σ z -.07x0- σ z +.786x0- [ ] b) µa =.78x0 - [ ].. Modelowanie rocesów rzejciowych w układzie haulcowy Otrzyany rzebieg funkcji oornoci µa(σ) oraz charakterystyka statyczna regulatora uoliwiaj odelowanie rocesów rzejciowych w obwodzie haulcowy osi rzedniej ojazdu (rys..c). Scheat obliczeniowy tego obwodu rzedstawiono na rysunku 6. σ z V l (µa) V V V V (µa) (µa) (µa) (µa) 0 V 6 l l l 6 (µa) 6 Rys. 6. Scheat obliczeniowy obwodu haulcowego osi rzedniej ojazdu. Fig. 6. Calculative schee of braking contour of front axel of truck.

9 Badania obwodu neuatycznego z korektore siły haowania ojazdu 9 Na odstawie etody wzłów oraz równa asowych nate rzeływu rzez oory iejscowe [] zbudowano odel ateatyczny rocesów rzejciowych oisany nastujcyi równaniai: V d 0 0 = ( µ A) ν 0.6 ( µ A)ν 0.6 RT. RT. 0 V d = ( µ A) ν 0.6 RT. µ A( / ) ν 0.6 RT. V d = µ A( / ) ν 0.6 RT. ( µ A) ν 0.6 RT. V d = ( µ A) 6 ( µ A) ν 0.6 ( µ A) RT 6 ν 0.6 RT.. 6 ν 0.6 RT. + V d = ( µ A) ν 0.6 RT. V6 d6 6 = ( µ A) 6ν 0.6 RT. 6 gdzie: i cinienie w oszczególnych wzłach [Pa], V i objto eleentów układu [ ], V = V = A l /; V = A l /; V = A l / + A l / + A l /; V = A l / + V s ; V 6 = A l / + V s ; V s objto siłownika dla / aksyalnego skoku [ ], l i długo odcinków rzewodów układu haulcowego []. A ole rzekroju rzewodów [ ], A = d /, d rednica rzewodu [], (A) i rzewodno eleentu [ ], w rzyadku rzewodu, µ i A ( µ A) i = k l k(l i ) liczba jednoetrowych odcinków rzewodu o długoci l i w wydzielonej czci rzewodu na scheacie obliczeniowy (rys. 6), i wsółczynnik wydatku jednoetrowego odcinka rzewodu, i =0,. ( ) i

10 0 J. Czaban, M. Miatluk Przy układaniu równa załoono, e: - teeratura owietrza ozostaje stała i wynosi T = 7K, - ołczenia eleentów s idealnie szczelne, a rzewody idealnie sztywne, - objtoci koór siłowników neuatycznych s stałe i odowiadaj objtoci / aksyalnego skoku, - zaleno cinienia 0(t) wystujcego za zawore haulcowy wynosi: 0 ( t) = t + a dla t 0 t < t 0 ( t) dla t t = gdzie: aksyalne cinienie w obwodzie haulcowy, a cinienie atosferyczne, a = 0 [Pa], = 7 0 [Pa], t czas wzrostu cinienia na wyjciu zaworu haulcowego, t =0.s. Układ równa róniczkowych rozwizano w systeie Matlab-Siulink. Przyjto nastujce araetry układu haulcowego: l = [], l = [], l = l = [], V s = 0,7 0 - [ ], d = 0,0 []. Przykładowe rzebiegi cinie w oszczególnych wzłach obwodu rzedstawiono na rysunku 7. Na ich odstawie ona stwierdzi, e warto cinienia w siłownikach haulcowych osiga 7% swej wartoci asytotycznej w czasie krótszy ni 0,6 [s] [MPa] t [s] Rys. 7. Przebieg cinie w rónych unktach układu haulcowego. Fig. 7. Pressure run in different oints of braking syste.

11 Badania obwodu neuatycznego z korektore siły haowania ojazdu Na rysunku 8 rzedstawiono rzykładowe rzebiegi cinie w siłownikach haulcowych w zalenoci od cinienia generowanego rzez główny zawór haulcowy. Przedstawione rzebiegi cinie anujcych w siłownikach haulcowych obrazuj, w jaki sosób zawór korygujcy redukuje cinienie 0 odawane rzez główny zawór haulcowy [MPa] t [s] Rys. 8. Przebieg cinie w siłownikach haulcowych osi rzedniej w zalenoci od cinienia generowanego rzez główny zawór haulcowy. Fig. 8. Pressure run in braking cylinders of front axel deending on ressure given through the ain braking valve.. Podsuowanie Strefa nieczułoci zaworu korygujcego sił haowania odgrywa istotn rol w ogólnej charakterystyce statycznej układu haulcowego w dwukierunkowy rocesie haowania-odhaowania. Sotykane w literaturze charakterystyki statyczne badanego zaworu nie zawieraj histerezy i dotycz wyłcznie saego rocesu haowania. Unieoliwia to okrelenie dokładnych charakterystyk statycznych całego układu haulcowego ojazdu w rocesie haowania-odhaowania. Otrzyane wyniki bada ozwalaj natoiast rzeanalizowa roces w całoci, a take dobra otyalne araetry zaworu w układzie haulcowy rónych ojazdów. Przy doborze tego zaworu naley równie uwzgldnia jego rzelotowo, która wływa na dynaiczne charakterystyki obwodu haulcowego, a ty say na szybko działania układu haulcowego. Przedstawiona w racy etoda bada uoliwia identyfikacj rzewodnoci (µa) autoatycznego regulatora sił haowania w zalenoci od wartoci cinienia owietrza w układzie. Uzyskane wyniki uoliwiaj rowadzenie oblicze dynaiki neu-

12 J. Czaban, M. Miatluk atycznych układów haulcowych z regulatore siły haowania, a w szczególnoci ich otyalizacji w celu odniesienia skutecznoci haowania, zaewnienia statecznoci ruchu i skrócenia czasu reakcji siłowników neuatycznych. Zarezentowana etoda oe by stosowana równie w badaniach innych tyów zaworów i regulatorów ojazdów saochodowych. Literatura [] BARON B., MARCOL A., PAWLIKOWSKI ST.: Metody nueryczne w Delhi. Helion, Gliwice 999. [] BIEDRZYCKI L.:Regulacja sił haowania w owietrznych układach haulcowych. Transort TM, nr, 99. [] KAMI SKI Z.: Ocena odeli ateatycznych charakterystyk rzeływowych oorów neuatycznych. Hydraulika i Pneuatyka nr, 00. [] ŁOMAKO D.M., STA CZYK T.L.; GRZYB J.: Pneuatyczne układy haulcowe w ojazdach saochodowych. Politechnika wietokrzyska, Kielce 00. [] MIATLUK M., AVTUŠKO V.: Dinaika nevatieskich i gidravlieskich rividov avtoobilej. Mašinostroenije. Moskva 980. [6] MIATLUK M, KAMI SKI Z, CZABAN J.: Characteristic features of the airflow of neuatic eleents of agricultural vehicles. Coission of Motorization and Power Industry in Agriculture, Vol., 00. [7] Katalog Wyrobów Polo Praszka 996. Research of the neuatic circuit with the roof-reader of the brake force of the vehicle S u a r y The aer resents the ethodic of getting and identification of static and dynaic characteristics of the corrector valve of the brake force. The obtained results were alied in dynaic calculations of the truck brake circuit with corrector valve of the brake force. Grahs of ressures changes in different oints of the brake circuit are resented. Wykonano w raach racy własnej W/WM//08