Содержание к диссертации
Введение
1.0. Состояние вопроса и задачи исследования 7
1.1. Обоснование необходимости регулирования тормозных сил на мостах автотракторных поездов 7
1.2. Способы регулирования тормозных сил и классификация их регуляторов 19
1.3. Электронные системы регулирования тормозных сил 32
2.0. Теоретические исследования регулирования тормозных сил с высоким быстродействием тормозного привода двухзвенного тракторного поезда 39
2.1. Состояние разработки вопросов динамики торможения тракторного поезда 39
2.2 Математическая модель процесса торможения двухзвенного тракторного поезда с электропневматическим тормозным приводом и регулированием тормозных сил на осях прицепа 51
2.3 Результаты теоретических исследований влияния электро пневматического тормозного привода с регулированием тормозных сил на динамику торможения двухзвенного тракторного поезда (МГЗ-80+2ПТС-6) 66
3.0. Методика экспериментальных исследований 75
3.1. Цель и общая программа исследования 75
3.2. Выбор рациональной схемы электопневматического при -вода с регулированием тормозных сил 76
3.3. Программа,методика и объект лабораторных испытаний... 87
3.4. Программа,методика и объект дорожных испытаний 98
4.0. Результаты экспериментальных исследований 119
4.1. Результаты лабораторных испытаний 119
4.2. Результаты дорожных исследований 147
Заключение 163
Литература 165
- Способы регулирования тормозных сил и классификация их регуляторов
- Математическая модель процесса торможения двухзвенного тракторного поезда с электропневматическим тормозным приводом и регулированием тормозных сил на осях прицепа
- Выбор рациональной схемы электопневматического при -вода с регулированием тормозных сил
- Результаты дорожных исследований
Введение к работе
В настоящее время во всех развитых странах выпускаются энергонасыщенные тракторы, которые позволяют значительно повысить эффективность использования тракторных поездов для перевозки грузов. Высокие транспортные скорости делают применение тракторного транспорта эффективным не только на внутрихозяйственных, но и на дальних перевозках. С повышением транспортных скоростей и грузоподъемности тракторных поездов, а также с выходом их на дороги с интенсивным движением, особое значение приобретает безопасность движения и, в частности, эффективность тормозной системы. От тормозных свойств зависит не только безопасность движения, но и степень реализации скоростных возможностей. В связи с этим задача дальнейшего улучшения тормозных свойств тракторных поездов является одной из наиболее актуальных. Для решения этой задачи необходимо обеспечить высокое быстродействие и синхронность торможения звеньев поезда при одновременном рациональном распределении тормозных сил между их мостами и следящим действием тормозного привода. Выполнение такой комплексной задачи связано с большими трудноетями, так как известными способами достичь такого торможения невозможно.
Одним из наиболее перспективных направлений совершенствования тормозных систем многозвенных тракторных поездов является применение электронных автоматических систем управления тормозным приводом, с помощью которых можно получить близкий к оптимальному процесс торможения, многозвенного тракторного поезда.
Целью диссертации является и на защиту выносится разработка и исследование на основе использования средств электронной автоматики следящего электропневматического тормозного привода много-
звенного тракторного поезда, обеспечивающего регулирование тормозных сил на осях прицепов и синхронное торможение его звеньев с высоким быстродействием тормозного привода.
Для достижения поставленной цели в диссертации обоснованы и предложены принципиально новые конструкции электропневматического тормозного привода тракторного поезда, которые с помощью электронного блока управления обеспечивают указанные требования.
Кафедрой "Тракторы" Белорусского политехнического института проводится комплекс работ по улучшению динамики торможения тракторных поездов, и данная работа является составной частью проводимых исследований.
В первой главе обоснована необходимость регулирования тормозных сил на осях прицепного состава, проанализирован ряд работ по исследованию эффективности и устойчивости движения при торможении, проведен обзор типов регуляторов и методов регулирования тормозных сил, предложена классификация регуляторов тормозных сил и определены задачи исследования.
Во второй главе проведены теоретические исследования электропневматического однопроводного и двухпроводного тормозного привода двухзвенного тракторного поезда, оборудованного регуляторами тормозных сил на осях прицепа.
В третьей главе изложены программа и методика лабораторных и дорожных испытаний, описание разработанных конструкций электропневматического тормозного - привода с регулированием тормозных сил на мостах тракторного поезда, а также комплекса измерительно-регистрирующей аппаратуры.
В четвертой главе представлены результаты лабораторных и дорожных испытаний, приведена сравнительная оценка различных вариантов однопроводного и двухпроводного электропневматического тор-
мозного привода тракторного поезда.
Лабораторные исследования проводились на стендовом оборудовании кафедры "Тракторы", имитирующем тормозной привод трехзвен-ного тракторного поезда в составе трактора класса 14 кН и двух прицепов 2-ЇЇТС-4, а дорожные исследования тракторного поезда МТЗ-80 + 2ПТС-6 - на экспериментальной базе цеха испытаний Минского тракторного завода.
Глубокую благодарность автор выражает сотрудникам кафедры "Тракторы" Белорусского политехнического института, руководителю к.т.н., доценту Богдану Н.В., заслуженному деятелю науки и техники БССР, доктору технических наук, профессору Гуськову В.В. Специальную благодарность автор приносит старшему научному сотруднику, к.т.н. Саркисян Э.В. за оказанную помощь в проведении настоящих исследований.
Способы регулирования тормозных сил и классификация их регуляторов
Вышеописанные положения позволяют отметить, что наиболее перспективным на транспортных средствах является использование регуляторов тормозных сил, которые осуществляют статическое или динамическое регулирование тормозных сил по осевому возмущению.
Статическое или динамическое регулирование тормозных сил может быть осуществлено различными способами. Первый и самый простой путь регулирования заключается в изменении водителем усилия на тормозной педали, исходя из субъективной оценки сцепления колес с дорогой. Опытные водители при торможении на скользских дорогах иногда добиваются успеха, применяя импульсное торможение, т.е. быстро блокируя и разблокируя колеса (лучше всего тормозить на грани блокирования, но практически это невозможно). Способ этот ненадежен, так как слишком многое зависит от квалификации и внимания водителя, быстроты изменения внешних условий и т.п.
Таким образом, можно констатировать, что выбор нужной величины тормозных сил путем регулирования давления в приводе водителем малоэффективен из-за изменения нормальных осевых нагрузок. Очевидно, что этот недостаток можно преодолеть, меняя в соответствии с изменением условий торможения (в том числе и нормальных осевых нагрузок) распределение тормозных сил.
Статическое регулирование тормозных сил осуществляется по статической нагрузке, приходящейся на оси транспортного средства, путем ограничения максимального значения (отсечное регулирование) или установлением постоянного соотношения (лучевое регулирование) осевых тормозных сил / 14, 25 /. Статическое регулирование производится ступенчатым (ручным или автоматическим регулятором), который имеет три или четыре положения, соответствующих определенным загрузкам прицепа.
Статическое регулирование обеспечивает только постоянное распределение тормозных сил между осями для данного состояния загруженности автомобиля и может менять соотношение тормозных сил (т.е. отношение текущей тормозной силы к максимальной) лишь в соответствии с изменением статической нагрузки.
Этот способ регулирования имеет ряд существенных недостатков, заложенных в самом принципе, которые не учитывают дорожных условий и перераспределения осевых нагрузок под действием сил инерции. В силу отмеченных недостатков статическое регулирование тормозных сил широкого распространения не получило. другим способом является регулирование в зависимости от замедления транспортного средства. В этом случае осуществляется динамическое регулирование тормозных сил, учитывающее только перераспределение нормальных реакций, по мостам транспортного средства.
Существует регулирование в зависимости от скольжения колес за счет выравнивания их угловых скоростей. Такой способ регулирования достигается путем перераспределения части момента отстающих колес одной оси на забегающие колеса другой оси через межосевой привод. При этом угловые скорости колес выравниваются. Блокирование колес при полном использовании сцепного веса в этом случае будет происходить одновременно. При этом способе регулирования система не реагирует на изменение массы транспортного средства, а только учитывает динамическое перераспределение нормальных реакций между осями, возникающее при торможении / 59 /.
Известен также способ регулирования тормозных сил в зависимости от изменения нормальной реакции. В этом случае учитывается как статическое изменение нормальной реакции на осях транспортного средства, так и ее динамическое перераспределение, возникающее при интенсивном торможении. В исследовательских фирмах западных стран, например, немецких: WeT(V»UOUb6,rfuofZH 0 О.ЄШЄН%дДіМі(ї. &BAJZ ШГЛИЙСКИХІ Л/ , 6IIRUAJ6I американских: ВЄКІОІК , вчвиєвлл- Мотоебщ итальянских: FIAт /80, 84, 87, 88, 90 / и в работах советских ученых: Бухарина Н.А., Брыкова А.С, Машенко А.Ф., Розанова В.Г., Демьяню-ка В.В., Генбом Б.Б., Метлюка Н.Ф. и др. / II, 15, 37, 38, 40, 41 / отмечается, что одним из наиболее доступных и эффективных способов рационального распределения суммарной тормозной силы между осями автомобиля и автопоездов, обеспечивающих близкое к оптимальному использованию сцепного веса и удовлетворяющих требованию сохранения устойчивости движения при торможении является применение динамических регуляторов тормозных сил.
В настоящее время известно большое количество систем регулирования тормозных сил, как гидравлических, так и пневматических, содержащих различные типы регуляторов, работающих по одному или двум параметрам. Если в приводы тормозов автомобилей включается клапан, уменьшающий давление в этом контуре только в зависимости от давления в главном цилиндре (гидравлический), то это системы с одним параметром. Если же клапан включается в зависимости от усилия торможения и нагрузки автомобиля, то это системы регулирования с двумя параметрами, которым и посвящена настоящая работа.
При конструировании регуляторов тормозных сил обычно полагают, что осевая тормозная сила fix пропорциональна давлению р в соответствующем контуре привода. Это значит, что рабочую характеристику регулятора можно строить в координатах p , / . Для типичных тормозных приводов, не имеющих регулятора, /%= К/0/ » где обычно И = I.
Математическая модель процесса торможения двухзвенного тракторного поезда с электропневматическим тормозным приводом и регулированием тормозных сил на осях прицепа
Для осуществления оптимального регулирования тормозных сил на колесах прицепа необходимо, чтобы давление воздуха в тормозных камерах этих осей соответствовали мгновенным значениям нормальных реакций, приходящихся на этио оси при торможении. Теоретические и экспериментальные исследования динамики торможения много -з венных тракторных поездов /6, 24, 68 /, а также выводы, вытекающие из предыдущих глав этой работы показывают, что на распределение тормозных сил оказывает влияние не только величина тормозных моментов на осях, но и время их нарастания. Следовательно, необходимо одновременное регулирование величины тормозной силы в зависимости от нагрузки, приходящейся на оси прицепных звеньев, -и времени нарастания тормозных сил. Этим самым можно достичь равенства удельных тормозных сил звеньев тракторного поезда как по величине, так и в каждый определенный промежуток времени, или создать такой режим торможения, при котором поезд находится в растянутом состоянии и обеспечивается определенная последовательность блокирования колес при любой загрузке прицепного состава, соответствующая наиболее устойчивому движению звеньев поезда.
При интенсивном нарастании тормозных сил, а, следовательно,и сил инерции, возникают колебания подрессоренной массы прицепа, оказывающие существенное влияние на мгновенные значения осевых нормальных реакций. При этом, вследствие инерционности колеба -тельной системы, может иметь место запаздывание изменения этих реакций относительно изменения суммарной тормозной силы. Большое влияние на мгновенные значения осевых нормальных реакций оказывают также колебания подрессоренной и неподрессоренной масс,обусловленные взаимодействием колес с неровностями дороги.
Чувствительным элементом системы регулирования тормозных сил является подвеска прицепа, которая реагирует на статическое и динамическое изменения нормальной реакции. При торможении на прогиб подвески оказывают влияние колебания подрессоренных и неподрес -соренных масс прицепа, возникающие в результате приложения тор -мозных сил, несинхронности торможения звеньев поезда, различных парциальных замедлений трактора и прицепа и неровностей дороги. Это оказывает влияние на работу регулятора тормозных сил, а следовательно, на давление воздуха в тормозных камерах прицепа.
При торможении тракторного поезда в тягово-сцепном устройстве возникают значительные знакопеременные силы, которые при определенных условиях могут вызвать складывание звеньев поезда и, следовательно, аварийную ситуацию. Величина и характер этих усилий зависит от многих факторов, главнымииз которых являются инерционные и упруго-диссипативные характеристики системы, синхронность и быстродействие срабатывания тормозного привода каждого звена тракторного поезда.
Дифференциальные уравнения, описывающие в режиме торможения взаимодействие звеньев тракторного поезда, состоящего из трактора МТЗ-80 и одного прицепа 2ПТС-6 будут иметь следующий вид:
Вследствие того, что у тракторов и прицепов в тягово-сцепном устройстве имеются упругие элементы, выполненные из резины,усилие Рем можно выразить следующими зависимостями / 24 /: где Кет - коэффициент демпфирования сцепного устройства трактора; т - коэффициент жесткости упругих элементов сцепного устройства трактора.
Наиболее Благоприятным с точки зрения устойчивости движения многозвенного тракторного поезда при торможении является такой режим, торможения, при котором усилия в тягово-сцепных устройствах звеньев поезда растягивающие / 58 /. Тогда необходимо выполнение условия где У.і,Хг... Xi - парциальное замедление звеньев поезда.
При торможении реальной тормозной системой! тракторного поезда добиться выполнения такого условия для любого момента времени торможения нельзя, так как существует синхронность срабатывания тормозов осей тракторного поезда и различный темп нарастания давления воздуха в тормозных камерах.
Выбор рациональной схемы электопневматического при -вода с регулированием тормозных сил
На основании анализа литературных источников, проведенного в 1-ой главе, был выявлен ряд существенных недостатков известных систем регулирования тормозных сил на мостах многозвенных транспортных средств и поставлены задачи исследования. В соответствии с ними необходимо выбрать наиболее рациональные варианты конст -рукций электропневматического привода с регулированием тормозных сил, отвечающие современным требованиям по быстродействию и синхронности срабатывания тормозов и устраняющие недостстки известных систем подобного типа /32, 60, 79 /. Одним из основных недостатков импульсных систем регулирования тормозным приводом,как уже отмечалось выше, является дополнительный расход воздуха из пневмосистемы при служебном торможении. Для исключения дополни -тельного расхода воздуха из ресивера прицепа была выбрана новая конструкция электропневматической тормозной системы при однопро-водном и двухпроводном исполнении серийного тормозного привода (рис. 3.1, 3.2).
Отличие состоит в изменении места расположения электромагнитного клапана, который предложили устанавливать в управляющей магистрали серийного пневматического тормозного привода. Управление клапаном осуществляется электронным блоком, представляющим собой широтно-импульсный модулятор (ШИМ), который соединен с датчиком перемещения тормозной педали 4 или с датчиком давления 13, выполненным в виде потенциометра с выключателем питания.Ре -гулирование тормозных сил на осях прицепа осуществляется механическими регуляторами тормозных сил, установленными в передний и задний контуры исполнительных магистралей.
Работа однопроводного электропневматического привода (рис.3.I) происходит следующим образом. При нажатии на педаль 3 тормозного крана 2 тягача давление в соединительной магистрали 5 начинает снижаться пропорционально перемещению тормозной педали. Одновременно через замкнутые контакты выключателя (на рисунке не показывается) электрическое питание подается к электронному блоку управления, а датчик 4 вырабатывает аналоговый электрический сигнал, пропорциональный перемещению тормозной педали 3.
Этот сигнал поступает на вход широтно-импульсного модулятора б, который преобразует его в серию импульсов, с длительностью, изменяющейся пропорционально перемещению тормозной педали, а следовательно,и интенсивности торможения тягача. Серия импуль -сов, несущая информацию об интенсивности торможения тягача,за -данную водителем, поступает на электромагнитный клапан 7. В нормальном положении, когда импульса нет, последний соединяет под -поршневую полость А воздухораспределителя 8 с соединительной магистралью. Когда на вход электромагнитного клапана 7 поступает очередной импульс, подпоршневая полость А воздухораспределителя с атмосферой, следовательно его поршень перемещается влево и в тормозные камеры 9 прицепа поступает сжатый воздух из ресивера 10. В результате в тормозных камерах 9 прицепа происходит нарастание давления пропорционально перемещению тормозной педали и с учетом перераспределения сцепного веса. Последнее обеспечивается регуляторами тормозных сил.
Оттормаживание происходит аналогичным образом. При отпускании тормовной педали 3 электрический сигнал от датчика 4 уменьшается, что ведет к пропорциональному уменьшению длительности импульсов, вырабатываемых широтно-импульсным модулятором. Следовательно подпоршневая полость А воздухораспределителя 8 все меньшее время будет соединяться через электромагнитный клапан 7 с атмосферой и большее время - с соединительной магистралью, в которой давление в период оттормаживания повышается. В результате поршень воздухо распределителя 8 будет перемещаться вправо, что приведет к падению давления в- тормозных камерах прицепа.
Таким образом, в режиме торможения дополнительный расход сжатого воздуха из ресивера прицепа сокращается за счет того, что с атмосферой соединяется не надпоршневая полость Г воздухораспределителя, как в работе /60 /, а полость А находящаяся под поршнем, которая не связана с ресивером прицепа ни в первой, ни во второй позиции электромагнитного клапана.
В случае агрегатирования прицепа с тягачом, оборудованным двухпроводным приводом управления тормозами прицепа (рис. 3.2), электропневматическая тормозная система содержит питающую магистраль и магистраль управления тормозами прицепа, ресивер, связанный посредством воздухораспределителя с тормозными камерами прицепа. Двухпозиционный электромагнитный клапан связан с ШИМ и установлен в магистрали управления. В первом (нормальном) положе -нии он соединяет вышеуказанную магистраль с надпоршневои полостью Г воздухораспределителя.
Работа такого электропневматического тормозного привода (рис. 3.2) происходит аналогично вышеописанной работе электропневматической системы прицепа, оборудованной серийным однопроводным приводом тормозов.
Основное отличие заключается в том, что электромагнитный клапан 7 ни в одном из своих положений с атмосферой не соединяется. При поступлении на его вход очередных электрических импульсов с выхода ШИМ, электромагнитный клапан соединяет надпоршневую по -лость Г воздухораспределителя с ресивером прицепа. При отсутствт вии импульсов электромагнитный клапан переходит в свое нормаль -ное положение, т.е. соединяет магистраль управления с надпоршневои полостью воздухораспределителя. Так как в режиме торможения при перемещении тормозной педали длительность импульсов соответ ственно увеличивается, а длительность пауз между импульсами уменьшается, то электромагнитный клапан будет находиться все большее время во втором положении и меньшее - в первом. В результате поршень воздухораспределителя под действием периодически поступаю -щего давления из ресивера прицепа будет передвигаться влево,что вызовет срабатывание тормозных механизмов прицепа. При этом регуляторы тормозных сил ограничат давление в тормозных камерах передней и задней оси прицепа в соответствии с приходящейся на оси нагрузкой во время торможения. В режиме оттормаживания работа двухпроводного электропневматического привода происходит аналогичным образом.
Необходимо также отметить, что датчик перемещения тормозной педали 4 (рис. 3.1, 3.2) в опытном приводе может быть заменен на датчик давления 13 и установлен либо на выходе тормозного крана тягача, либо на входе в магистраль управления тормозами прицепов около его соединительной головки. Последнее расположение датчика дает возможность агрегатировать прицеп, оборудованный электропневматическим тормозным приводом с любым тягачом, содержащим серийную тормозную систему без дополнительных элементов.
Результаты дорожных исследований
Результаты испытаний свидетельствуют о высокой эффективности электропневматической тормозной системы трактора МТЗ-80 в агрегате с прицепом 211ТС-6, оборудованным как однопроводным, так и двухпроводным тормозными приводами. Для сравнительной оценки ре -зультатов исследований дорожные испытания были проведены для трак-тороного поезда, оборудованного серийным и опытным приводами тормозов трактора и прицепа.
Полученные динамические характеристики (рис. 4.20,а,б) показывают, что при торможении тракторного поезда с номинальной нагрузкой время срабатывания серийного однопроводного тормозного привода прицепа с регуляторами тормозных сил (ЭРТС) составило 0,78 с, а электропневматического - 0,59 с. При снаряженном прицепе время срабатывания электропневматического тормозного привода оказалось равным 0,55 с для передней оси и 0,37 с для задней, что также меньше, чем для серийного привода. Повышение быстродействия при использовании электропневматической тормозной системы достигается за счет того, что влияние соединительной магистрали практически исключается.
Время срабатывания двухпроводного пневмопривода тормозов прицепа с номинальной загрузкой для передней оси составило 0,71 с, а для задней - 0,55 с. Как видно из рис. 4.20,6 это время сократилось при использовании электропневматического тормозного привода и составило для передней оси прицепа 0,57 с, а для задней -0,43 с.
В случае торможения тракторного поезда без РТС, время срабатывания тормозного привода поезда при оборудовании прицепа серийным однопроводным пневматическим приводом тормозов составило 0,71 с, а при оборудовании его электропневматическим тормозным приводом - 0,55 с (рис. 4.21,а). При двухпроводном тормозном приводе прицепа, время срабатывания серийной тормозной системы поезда составило 0,64 с, а электропневматической - 0,48 с (рис. 4.21,6).
Время срабатывания тормозной системы трактора во всех случаях оказалось равным 0,25 с при запаздывании около 0,05 с. Максимальное давление воздуха в тормозных механизмах достигало 0,68 Ша при номинальном давлении в ресивере 0,75 Ша.
При торможении тракторного поезда с серийным однопроводным пневматическим тормозным приводом прицепа время запаздывания последнего составило 0,15 с для передней оси с РТС и 0,13 с - без РТС.При использовании электропневматического тормозного привода прицепа время запаздывания сократилось и составило 0,08 с, с РТС и 0,07 с-без РТС. Аналогичный результат (сокращение времени запаздывания) получаги и при торможении тракторного поезда с прицепом, оборудованным двухпроводным тормозным приводом. Максимальное давление в тормозных камерах прицепа без использования РТС достигало в обоих случаях 0,64 Ша, а при использовании РТС оно было на 4...в % ниже указанного значения. Таким образом, из рис. 4.20-4.21 следует, что время срабатывания электропневматического однопроводного тормозного привода без РТС уменьшилось на 24 % по сравнению с серийными пневматическими и на 20 %t при использовании РТС. При электропневматическом двухпроводном тормозном приводе прицепа время срабатывания также уменьшилось по сравнению с серийным пневматическим на 25 %9 без РТС,и на 19 % с РТС.
Проведенные испытания позволили установить, что пневматическая тормозная система тракторного поезда (МГЗ-80+2ПТС-6) с однопровод-ным и двухпроводным серийными тормозными приводами прицепа по времени срабатывания не укладывается в требования ГОСТ 4364-81. Использование электропневматического тормозного привода тракторного поезда привело к значительному сокращению времени срабатывания тормозной системы, которое полностью соответствует нормативному.
Результаты испытаний показывают, что быстродействие привода тормозов оказывает существенное влияние на величину тормозного пути. На рис. 4.22,а приведена зависимость тормозного пути трак -торного поезда (МАЗ-80+2ПТС-6) от начальной скорости торможения как для электропневматического, так и для пневматического тормозных приводов с РТС. При начальной скорости 8,5 м/с тормозной путь для однопроводного пневматического привода составил 10,8 м, а для электропневматического привода при той же начальной скорости оказался равным 9,6 м, а для двухпроводного электропневматического -8,6 м.
Без применения РТС тормозной путь тракторного поезда для всех вариантов конструкций тормозного привода был меньше на 5...7 % по сравнению с результатами, полученными при испытании тракторного поезда с использованием РТС.
Похожие диссертации на Электропневматический тормозной привод, управляемый электронной системой с регулированием тормозных сил на осях многозвенного тракторного поезда
