BEZPIECZE STWO POJAZDÓW SPECJALNYCH UKŁADY HAMULCOWE PRZEMYSŁAW SIMI SKI

Transkrypt

1 BEZPIECZE STWO POJAZDÓW SPECJALNYCH UKŁADY HAMULCOWE PRZEMYSŁAW SIMI SKI Streszczenie Składow wpływaj c na całokształt poziomu bezpiecze stwa pojazdu wojskowego jest bezpiecze stwo ruchu. Elementem bezpiecze stwa ruchu jest sprawno układu hamulcowego. Z uwagi na realizacj ró norodnych funkcji wynikaj cych z obszaru zastosowania pojazdów specjalnych wymagania dla skuteczno ci układów hamulcowych musza by adekwatne. Z tego wzgl du zachodzi potrzeba rozszerzenia standardowych programów bada. Artykuł opracowany w ramach realizacji projektu NCBIR DOBR-BIO4/021/13355/2013. Słowa kluczowe: pojazdy specjalne, pojazdy wojskowe, bezpiecze stwo, układ hamulcowy 1. Wprowadzenie Układ hamulcowy ma zasadnicze znaczenie je li chodzi bezpiecze stwo pojazdów. Szczegółowe kryteria jakie powinny spełnia układy hamulcowe oraz warunki bada zawarto w regulaminie ECE nr 13. Regulamin ten okre la warunki uzyskania homologacji dla układu hamulcowego. Nie mniejsze znaczenie dla bezpiecze stwa ma układ hamulcowy pojazdu specjalnego. Szczególnie dotyczy to pojazdów wojskowych. Przypominaj c [7, s. 13], e w wojsku samochodem specjalnym okre la si samochód wyposa ony w dodatkowe urz dzenia, które pozwalaj mu wykonywa okre- lone prace. Takim samochodami wojsku s np.: wozy ewakuacji technicznej, wozy dowodzenia, d wigi samojezdne, wozy bojowe, samochody po arnicze itp. Ponadto wyró nia si samochody specjalizowane. Samochód specjalizowany to samochód z nadwoziem przystosowany do przewozu okre lonych rodzajów ładunków lub przewozu w okre lony sposób np.: samochody do przewozu amunicji, radarów, cysterny, laboratoria itp. Rozporz dzenie [8] wyró nia tak e pojazdy u ywane do celów specjalnych, czyli takie, które przewiduje si wykorzystywa dora nie do okre lonych prac po ich przystosowaniu (np. monta urawia, opancerzonej kabiny itp.) lub te bez przygotowania do wykonywania zada pomocniczych o specjalnym przeznaczeniu dla SZ (np. przewo enie amunicji, transport robota saperskiego, holownik samolotów, transport czołgów itp.). Wojskowe pojazdy specjalne nie podlegaj obowi zkowym badaniom homologacyjnym w tym badaniom układów hamulcowych. Jednak zawsze podczas bada prototypu dopuszczaj cych pojazd do eksploatacji w WP sprawdzana jest skuteczno układu hamulca roboczego w próbie typu 0 i 1 zgodnie z przytoczonym powy ej regulaminem nr 13. Istotn cech podlegaj c ocenie jest tak e stateczno ruchu podczas hamowania. Mimo to z uwagi na funkcjonalno oraz znaczne zró nicowanie warunków pracy w porównaniu do pojazdów ogólnego przeznaczenia powy sze próby mog okaza si niewystarczaj ce. W artykule podj to si zaprojektowania bada uwzgl dniaj cych specyfik pojazdów specjalnych.

2 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 70, Zagro enie bezpiecze stwa pojazdu specjalnego Dla poszczególnych rodzajów bezpiecze stwa wpływ układu hamulcowego na bezpiecze stwo globalne załogi przedstawiono na rys. 1. Mo na wskaza kilka rodzajów zagro e dla układu hamulcowego pojazdu specjalnego. Rys. 1. Rodzaje bezpiecze stwa pojazdu wojskowego wpływaj ce na bezpiecze stwo globalne załogi ródło: opracowanie własne. Cz sto wersje specjalne pojazdów wojskowych powstaj na podwoziach wcze niej wdro onych do eksploatacji. Wówczas zabudowa specjalistycznych urz dze o du ych gabarytach i masie prowadzi do znacznego zwi kszenia wysoko ci poło enia rodka masy. Powoduje to problemy podczas intensywnego hamowania. Zwi kszaj si dynamiczne obci enia poszczególnych osi, co sprawia trudno ci w rozdziale sił. Odci ane osie tylne podczas hamowania łatwo ulegaj zablokowaniu, co powoduje zarzucenie pojazdu. Przy wysoko poło onym rodku masy i du ym momencie bezwładno ci bryły ko czy si to niekiedy jego wywróceniem. Dowiodły tego badania i analizy [1, s. 2098]. Hamulce o współczynniku rozdziału sił hamowania K=1,148 dla badanego pojazdu bez systemu ABS, nie s w stanie zapewni wymaganej skuteczno ci hamowania (opó nienie 5m/s 2 ), ze wzgl du na blokowanie kół osi tylnych przy opó nieniu 4,4 m/s 2 ( utrata stateczno ci). Maksymalny mo liwy do zastosowania współczynnik K wynosi od 1,77 do 1,95 (stała korekcja w układach sterowania hamulców od =0 do maksimum). Dla K=1,77, graniczna wyznaczona intensywno hamowania na szorstkiej nawierzchni (bez zrywania przyczepno ci) wynosi 0,55. W badaniach uzyskano współczynnik intensywno ci hamowania 0,56 do 0,59. Jak wykazano istnieje mo liwo uzyskania wymaganej skuteczno ci układu hamulcowego przy zachowaniu stateczno ci pojazdu, poprzez wyznaczenie optymalnego rozdziału sił hamowania na drodze analitycznej jednak jest to rozwi zanie techniczne o znacznie gorszych własno ciach ni stosowanie układów ABS. Pojazdy specjalne w wojsku mog realizowa zadania w zagro eniu oddziaływaniem przeciwnika. W ród pojazdów nara onych na zniszczenie wra liwych układów i systemów, od których jednocze nie wymaga si wysokiego poziomu, wspomnianych, głównych cech, s np. transportery opancerzone. Oddziaływanie rodków ra enia mo e doprowadzi do niesprawno ci układu hamulcowego. Ponadto bardzo intensywna lub nieprawidłowa eksploatacja, mo e doprowadzi do przyspieszonego zu ycia elementów roboczych. Uznano wobec tego za zasadne przeprowadzenie bada symulacyjnych wpływu niesprawnego układu hamulcowego na zachowanie pojazdu w ruchu krzywoliniowym [5]. Podczas hamowania awaryjnego, dla zestawu danych adekwatnych dla pojazdu klasy Rosomak, dało si zauwa y, e niedopuszczenie do zablokowania kół oraz sprawno

3 94 Przemysław Simi ski Bezpiecze stwo pojazdów specjalnych układy hamulcowe układu hamulcowego wpływaj na ruchliwo pojazdu. W tym wypadku jest to zdolno do zatrzymania pojazdu na zadanym krzywoliniowym torze jazdy. Mo e to mie znaczenie w sytuacji omijania przeszkody i dynamicznej jazdy w warunkach zagro enia bojowego. Rola sprawnego układu hamulcowego nabiera znaczenia wraz z obni eniem współczynnika przyczepno ci. Blokowanie kół w ruchu krzywoliniowym przyczynia si do zwi kszenia tendencji do przechodzenia w prostoliniowy tor jazdy lub po lizg boczny. Wyniki bada symulacyjnych mog stanowi podstaw do podj cia decyzji o stosowaniu ABS, regulacji jego modulatora, czy tez doboru korektora siły hamowania pomi dzy osiami. W oparciu o wyniki mo na budowa programy szkoleniowe (scenariusze) dla kierowców pojazdów specjalnych, je li ich szkolnie nie zawiera elementów techniki jazdy w sytuacjach krytycznych [5,s.399]. Kolejne badania symulacyjne [6] pozwoliły na analiz zagro enia uszkodzeniem układu hamulcowego w ruchu prostoliniowym dla zmiennych rodzajów nawierzchni.podczas hamowania prostoliniowego na nawierzchni betonowej, dla zestawu danych adekwatnych dla pojazdu klasy transporter opancerzony 8x8, daje si zauwa y, e najwi ksze opó nienie, a zarazem najkrótszy czas hamowania uzyskuje si dla pojazdu ze sprawnym układem hamulcowym i z wył czonym ABS. Dochodzi wówczas do zablokowania kół tylnej osi. Podczas hamowania prostoliniowego na nawierzchni oblodzonej, pojazd z wył czonym ABS i sprawnym układem hamulcowym uzyskuje nieznacznie (1,2 s) dłu szy czas hamowania. Opó nienie posiada liniowy przebieg, inaczej ni podczas pracy modulatora ABS. Jednak w przypadku niesprawnego układu z wył czonym układem ABS wyst piło 7 metrowe odchylenie od prostoliniowego toru jazdy[6, s.89 90]. W przypadku krytycznej sytuacji jak jest hamowanie na łuku drogi, zarówno dla nawierzchni betonowej i oblodzonej najkorzystniejsza sytuacj jest wariant z pracuj cym ABS i sprawnym układem hamulcowym. Nie dochodzi wówczas do zablokowania kół osi IV i III co pozwala na zachowanie kierowalno ci. Dla wariantu z wył czonym układem ABS i niesprawnym układem hamulcowym oraz dla wariantu z wł czonym ABS i sprawnym układem hamulcowym, przy oblodzonej nawierzchni dochodzi do utraty stateczno ci poprzecznej. Bardzo cz sto zdarza si, e hamulce pojazdów specjalnych pozbawionych układu ABS nie s zdolne do osi gni cie wysokich warto ci skutecznego opó nienie (powy ej 4,5 m/s 2 ) ze wzgl du na blokowanie kół. Blokowanie kół przyczynia si tak e do zwi kszenia tendencji do utraty prostoliniowego toru jazdy [6, s.89 90]. Innym rodzajem zagro enia dla całego procesu hamowania jest kwestia czynników psychofizycznych oddziaływani a pojazdu. W przypadku uwzgl dnienia specyfiki militarnej wpływ czynników psychofizycznych mo e zosta nasilony. Realizacja zada o charakterze logistycznym i bojowym, wymusza zastosowanie pojazdów specjalnych lub przeznaczonych do celów specjalnych. Ich konstrukcja wynika ze specyfiki wykonywanych prac lub zada militarnych. Uzasadnionym jest fakt braku obowi zku homologacji układów i systemów w pojazdach militarnych, gdy ich budowa wynika ci le z realizowanej funkcji. W ten sposób budowane s pojazdy o do zró nicowanej konstrukcji. Mo na zauwa y, e ten odmienny układ konstrukcyjny mo e powodowa : ograniczon ilo miejsca, zaciemnienie przedziału kierowania, du e siły na elementach sterowania, znaczn ilo elementów sterowania i wska ników pracy, ograniczon widoczno (wpływ urz dze optycznych), zwi kszony poziom hałasu, podwy szon lub zbyt nisk temperatur wn trza, wibracje elementów [2]. Na rysunku nr 2 przedstawiono przykładowy wpływ długo ci drogi hamowania ze wzgl du na czas reakcji.

4 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 70, Rys. 2. Ró nica [m] w długo ci przebytej drogi zatrzymania mi dzy czasem reakcji t r1=0,82 s i t r1=0,32s ródło: [3]. 3. Projekt bada układu hamulcowego dla wojskowego pojazdu specjalnego Kluczowe dla bezpiecze stwa pojazdów specjalnych mog okaza si sytuacje drogowe wynikaj ce z ich funkcji i konstrukcji. Do takich sytuacji mo na zaliczy brodzenie lub pływanie oraz jazd po drogach górskich. Sytuacje te stawiaj specyficzne wymagania dla układów hamulcowych. Do tej pory nie poddawano weryfikacji układów hamulcowych dla takich warunków. Projekt bada eksperymentalnych w tym zakresie zakłada prowadzenie bada według rozszerzonego w stosunku do dotychczasowego standardu bada, algorytmu rys. 3. Badanie po pokonaniu przeszkody wodnej. Elementy wykonawcze układu hamulcowego powinny zosta całkowicie zanurzone w wodzie na okres min. 30 minut. Po wyje dzie z zanurzenia pojazd powinien zosta rozp dzony do pr dko ci 40 km/h na równej i sztywnej nawierzchni. Po osi gni ciu zało onej pr dko ci nale y wykona prób hamowania pojazdem wciskaj c pedał hamulca przez 60 sekund. Nast pnie rozp dzi pojazd ponownie do pr dko ci 40 km/h. Wykona 8 cykli hamowania. W trakcie badania nale y rejestrowa : pr dko, opó nienie, przebyt drog. Rezultaty nale y porówna z wynikami osi gni tymi w warunkach suchych. Kryterium oceny wynik badania uznaje si za pozytywny je li zdolno do osi gni cia pełnej skuteczno ci hamowania powraca po 8 cyklach hamowania wykonywanych w okresie 10 minut. Na rysunku nr 4 przedstawiono pojazd specjalny podczas brodzenia. Tego typu przeszkody powoduj nawet chwilowy zanik siły hamowania.

5 96 Przemysław Simi ski Bezpiecze stwo pojazdów specjalnych układy hamulcowe Rys. 3. Algorytm prowadzenia bada układu hamulcowego w poje dzie specjalnym ródło: opracowanie własne.

6 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 70, Rys. 4. Pokonywanie przeszkody wodnej powoduje spadek skuteczno ci układu hamulcowego. Powrót do skuteczno ci nominalnej powinien nast pi jak najszybciej ródło: WITPiS. Badania w warunkach górskich Badania układu hamulcowego w warunkach górskich. Badanie nale y przeprowadzi na odcinku drogi o długo ci minimum 1500 m i nachyleniu od 5 do 10%. Podczas jazdy w dół nale y hamowa pojazdem od pr dko ci 60 km/h do jego zatrzymania, cyklicznie a do osi gni cia podnó a wzniesienia. W ci gu hamowania pojazdem jego skuteczno, okre lona rednio rozwini tym opó nieniem, nie powinna by ni sza ni : 5 m/s 2 dla pojazdów o masie do 6000 kg, 4,5 m/s 2 dla pojazdów o masie do kg oraz 3,0 m/s 2 dla pojazdów o masie powy ej kg. Na rysunku nr 5 przedstawiono pojazd specjalny podczas wjazdu na wzniesienie. Jazda w warunkach górskich jest powodem du ego obci enia cieplnego układu i w konsekwencji spadku skuteczno ci układu hamulcowego.

7 98 Przemysław Simi ski Bezpiecze stwo pojazdów specjalnych układy hamulcowe Rys. 5. Pojazd specjalny podczas pokonywania wzniesienia. Zanik siły hamowania mo e doprowadzi do utraty kontroli nad pojazdem ródło: WITPiS. Badania w niskich temperaturach. Test ten prowadzi si w celu zapewnienia wła ciwego działania ruchomych elementów układu hamulcowego w ekstremalnych zimnych warunkach. Pojazd nale y kondycjonowa w temperaturze 30 C przez okres min. 24 h. Kryterium jest to, e elementy układy hamulcowe funkcjonuj w sposób zadowalaj cy w temperaturze powietrza otaczaj cego wyznaczonych w planie badania dla ka dego konkretnego pojazdu bez uszkodzenia uszczelki, lub ruchomych cz ci. 4. Podsumowanie Podniesienie b d utrzymanie poziomu bezpiecze stwa wymaga prac rozwojowych zawieraj cych zarówno elementy koncepyjno analityczne, prace konstrukcyjne jak i skuteczn weryfikacje eksperymentaln. Dobór metod badawczych powinien podlega modyfikacji w zale no ci od wymaga dla pojazdów. Zwłaszcza dla pojazdów specjalnych. Jako efekt ko cowy zaproponowano metodyk bada układów hamulcowych pojazdów specjalnych, która przyczyni si do poprawy poziomu bezpiecze stwa.

8 Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 70, Bibliografia 1. Grzesiak J., Kupicz W., Simi ski P., Mo liwo poprawy skuteczno ci układu hamulcowego w pojazdach specjalnych pozbawionych ABS, Logistyka, nr 6/ Karwowska E. Analiza układów hamulcowych samochodów ci arowych. Obliczenia parametrów hamowania prostoliniowego. Materiały niepublikowane. Suwałki Karwowska E., Simi ski P., Analiza wpływu czasu postrzegania na długo drogi zatrzymania przez pryzmat czynników psychofizycznych. Artykuł zgłoszony do Archiwum Motoryzacji. 4. Simi ski P., Ogólny model bezpiecze stwa pojazdu wojskowego. Artykuł zgłoszony do czasopisma Logistyka. 5. Simi ski P., Wpływ niesprawno ci układu hamulcowego na zachowanie si pojazdu specjalnego w czasie hamowania awaryjnego w ruchu krzywoliniowym, Prace naukowe Politechniki Warszawskiej, Transport z.96/ Simi ski P., Wpływ niesprawno ci układu hamulcowego na zachowanie si transportera opancerzonego w czasie hamowania, Zeszyty WSOWL d nr 4(170)/ Simi ski P. (Red.), Rozwój rodków transportu w SZ RP. Bel Studio Warszawa Rozporz dzenie MON i SWiA z 9 czerwca 2005 r. w sprawie dopuszczenia do ruchu pojazdów specjalnych i pojazdów u ywanych do celów specjalnych. SAFETY OF SPECIAL VEHICLES BRAKING SYSTEMS Summary Component affecting the overall level of security is the security of the military vehicle movement. Safety element is the efficiency of the braking system. Due to the implementation of various functions arising from the use of special purpose vehicles, the requirements for effectiveness of the brakes must be adequate. For this reason, there is a need to extend standard research programs. Keywords: special vehicles, military vehicles, safety, braking system Przemysław Simi ski Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej Ul. Okuniewska 1, Sulejówek przemyslaw.siminski@witpis.eu