Стенд для диагностирования тормозной системы автомобиля и АБС (конструкторский раздел дипломного проекта)

СОДЕРЖАНИЕ

3. Конструкторская часть
3.1 Обоснование конструкторской разработки
3.2 Наименование и область применения…
3.3 Цель и назначение разработки…
3.4 Расчёт основных элементов стенда
3.4.1 Геометрические параметры роликов
3.4.2 Расстояние между осями роликов одной секции стенда
3.4.3 Скорость вращения автомобильного колеса
3.4.4 Максимально возможная тормозная сила, реализуемая на стенде
3.4.5 Расчёт выталкивателя колёс
3.4.6 Подбор мотор – редуктора
3.4.7 Подбор муфты
3.4.8 Подбор шпонки
3.4.9 Расчёт цепной передачи
3.4.10 Расчёт механизма перемещения платформы
3.4.11 Расчёт болтового соединения…
3.4.12 Расчёт сварного соединения
3.4.13 Прочностной расчёт…
3.4.14 Подбор подшипника


3 Конструкторская часть

3.1 Обоснование конструкторской разработки
Тормозная система является неотъемлемой частью любого автомобиля. Безопасность движения автомобилей с высокими скоростями в значительной степени определяется эффективностью действия тормозов.
Чем эффективнее действие тормозов, тем выше безопасная скорость, которую может допустить водитель. Торможение необходимо не только для быстрой остановки автомобиля при внезапном появлении препятствия, но и как средство управления скоростью движения автомобиля. Поэтому диагностированию работоспособности тормозной системы нужно уделять особое внимание. Согласно действующему в РФ ГОСТ Р 51709 – 2001 применяются два метода диагностирования тормозных систем автомобилей – дорожный и стендовый методы.
Для данных методов устанавливаются следующие контролируемее параметры:
• при проведении дорожных испытаний – тормозной путь,
установившееся замедление, устойчивость при торможении, время срабатывания тормозной системы, уклон дороги, на котором должно неподвижно удерживаться транспортное средство (ТС);
• при проведении стендовых испытаний – общая удельная
тормозная сила, коэффициент неравномерности (относительная неравномерность) тормозных сил колёс одной оси, усилие на педали тормоза, овальность или бочкообразность тормозных барабанов и тормозных дисков соответственно.
 На сегодняшний день существует несколько видов стендов и приборов для проведения диагностики тормозной системы ТС:
• статические силовые роликовые стенды;
• инерционные платформенные стенды;
• инерционные роликовые стенды;
• силовые роликовые стенды;
• деселерометры.
Статические силовые роликовые стенды представляют собой
роликовые устройства, предназначенные для проворачивания («срыва») заторможенного колеса и измерения прикладываемой при этом силы. По физике процесса он аналогичен испытанию стояночной тормозной системы на уклоне. Недостатком статического способа диагностирования тормозной системы ТС является неточность результатов, так как не воспроизводятся условия реального динамического процесса торможения [5].
Принцип действия инерционного платформенного стенда основан на измерении сил инерции (от поступательно и вращательно движущихся масс), возникающих при торможении автомобиля и приложенных в местах контакта колес с динамометрическими платформами.

Рисунок 3.1 – Схема инерционного платформенного стенда: 1 – площадки стенда; 2 – датчик; 3 – ролик; 4 – колесо; 5 – пружина

 Данный стенд имеет ряд недостатков, например, при испытаниях и на роликовых тормозных стендах в процессе торможения колесо совершает как минимум более одного оборота, поэтому оценивается вся поверхность торможения тормозного механизма. Кроме того, на платформенных тормозных стендах, ввиду малых начальных скоростей торможения (по условиям безопасности) и интенсивного, быстрого торможения (из – за ограниченности тормозного пути, который определяется длиной тормозных площадок), торможение осуществляется на части поверхности торможения тормозного механизма, что неприемлемо с точки зрения оценки безопасности автомобиля. И, наконец, слишком интенсивное торможение (по вышеприведённым причинам) искажает реальную физическую картину торможения автомобиля.
Ещё одним недостатком является трудность обеспечения повторяемости проведения испытаний в аналогичных условиях, согласно требованиям ГОСТ Р 51709 – 2001, требует проведения каждого измерения по тормозам не менее двух раз.
При испытаниях на платформенных тормозных стендах начальная скорость автомобиля не соответствует требованиям Правил дорожного движения и ГОСТ Р 51709 – 2001, а это значит, что кинетическая энергия меньше той, что требуется для правильной оценки тормозной системы. В силу этого не потребуется максимального усилия на педали тормоза для гашения этой энергии. Таким образом, при испытаниях на платформенных тормозных стендах получаются завышенные значения по удельной тормозной силе и заниженные по усилиям на органах привода тормозных систем [5].
Принцип действия инерционных роликовых стендов основан на том, что после установки автомобиля на ролики инерционного стенда линейную скорость колес доводят до 50…70 км/ч и резко тормозят, одновременно разобщая все каретки стенда путем выключения электромагнитных муфт. При этом в местах контакта колес с роликами стенда возникают силы инерции, противодействующие тормозным силам. Через некоторое время вращение барабанов стенда и колес автомобиля прекращается. Пути, пройденные каждым колесом автомобиля за это время (или угловое замедление барабана), будут эквивалентны тормозным путям и тормозным силам.
Метод, реализуемый инерционным роликовым стендом, создает условия торможения автомобиля, максимально приближенные к реальным. Но в силу высокой стоимости стенда, недостаточной безопасности, трудоемкости и больших затрат времени, необходимого для диагностирования, стенды такого типа нерационально использовать при проведении диагностирования на автопредприятиях и при гостехосмотре [5].

Рисунок 3.2 – Принципиальная кинематическая схема роликового узла инерционного тормозного стенда: 1 – маховик; 2 – ролики; 3 – передача (цепная, ременная и др.); 4 – электромагнитная муфта; 5 – редуктор; 6 – электродвигатель

Силовые роликовые стенды с использованием сил сцепления колеса с роликом позволяют измерять тормозные силы в процессе его вращения со скоростью 2…10 км/ч. Вращение колес осуществляется роликами стенда от электродвигателя. Тормозные силы определяют по реактивному моменту, возникающему на статоре мотор – редуктора стенда при торможении колес.
Роликовые тормозные стенды позволяют получать достаточно точные результаты проверки тормозных систем. При каждом повторении испытания они способны создать условия (прежде всего скорость вращения колес), абсолютно одинаковые с предыдущими, что обеспечивается точным заданием начальной скорости торможения внешним приводом. Кроме того, при испытании на силовых роликовых тормозных стендах предусмотрено измерение так называемой «овальности» — оценка неравномерности тормозных сил за один оборот колеса, т.е. исследуется вся поверхность торможения.
При испытании на роликовых тормозных стендах, когда усилие передается извне (от тормозного стенда), физическая картина торможения не нарушается. Тормозная система должна поглотить поступающую извне энергию даже несмотря на то, что автомобиль не обладает кинетической энергией.
Есть еще одно важное условие — безопасность испытаний. Самые безопасные испытания — на силовых роликовых тормозных стендах, поскольку кинетическая энергия испытуемого автомобиля на стенде равна нулю. В случае отказа тормозной системы при дорожных испытаниях или на площадочных тормозных стендах вероятность аварийной ситуации очень высока.


Рисунок 3.3 – Опорно – воспринимающее устройство силового роликового стенда: 1,5,7,10 – ролики; 2,9 – мотор – редукторы; 3,8 – тензометрические датчики; 4,11 – следящие ролики; 6 – рама

Современные силовые роликовые стенды для проверки тормозных систем могут определять следующие параметры:
• по общим параметрам транспортного средства и состоянию
тормозной системы – сопротивление вращению незаторможенных колес, неравномерность тормозной силы за один оборот колеса, массу, приходящуюся на колесо, массу, приходящуюся на ось;
• по рабочей и стояночной тормозным системам – наибольшую
тормозную силу, время срабатывания тормозной системы, коэффициент неравномерности (относительную неравномерность) тормозных сил колес оси, удельную тормозную силу, усилие на органе управления [5].
 Для измерения величины замедления автомобиля при торможении в дорожных условиях применяют приборы, называемые деселерометрами. Их укрепляют в кабине, на полу или ветровом стекле на присосках. Чувствительным элементом многих деселерометров служит инерционная масса (груз или жидкость), перемещение которой пропорционально замедлению.
Работа простейшего прибора основана на принципе перемещения в нем подвижной массы (маятника) под действием силы инерции, возникающей при торможении автомобиля. Смещение маятника находится в пропорциональной зависимости от замедления автомобиля.


Рисунок 3.4 – Деселерометр: 1 – ось маятника; 2 – присоски; 3 – винт фиксации стоек; 4 – винт фиксации корпуса; 5 – ручка возврата; 6 – фиксирующая стрелка; 7 – контрольная риска

 Дорожные испытания с помощью деселерометров имеют, в целом, те же недостатки, что и испытания на инерционных платформенных стендах [5].
Таким образом, получается, что по совокупности своих свойств именно роликовые стенды являются наиболее оптимальным решением, как для диагностических линий СТО, так и для оборудования пунктов инструментального контроля.
В данном дипломном проекте рассмотрена конструкция силового роликового стенда.
Испытательный стенд работает следующим образом:
1. Перед началом испытаний посредством подвижной платформы стенд
настраивается на нужную базу испытуемого автомобиля. Затем осуществляется въезд автомобиля на стенд;
2. Производится запуск двигателя внутреннего сгорания, а мотор – редуктор приводит во вращение опорные ролики подвижной и неподвижной платформ, а через них и испытуемые колеса автомобиля до заданной скорости 5 – 20 км/ч;
3. Далее осуществляется «движение» с постоянной скоростью ;
4. Осуществляется нажатие на педаль тормоза с заданным усилием по команде, передаваемой на монитор водителя системой управления;
5. Измеряется тормозная сила посредством датчика сил на моделируемом колесе;
6. По характеру изменения тормозной силы на моделируемом колесе определяется работоспособность антиблокировочной системы (ABS) на данном колесе.

3.2 Наименование и область применения
Роликовый тормозной стенд относится диагностическому гаражному оборудованию, предназначенному для диагностирования тормозной системы автомобиля.

Рисунок 3.5 – Стенд силовой роликовый. Общий вид:
1 – подвижная платформа; 2 – неподвижная платформа; 3 – фундамент; 4 – пара опорных роликов; 5 – следящий ролик; 6 – мотор – редуктор; 7 – цепная передача; 8 – рычаг; 9 – датчик сил; 10 – датчик скорости ролика; 13 – монитор водителя; 15,16,17,18 – частотный регулируемый привод; 19 – датчик усилия на педали тормоза; 20 – контроллер; 21 – персональный компьютер


Рисунок 3.6 – Кинематическая схема привода стенда: 1 – мотор – редуктор; 2 – цепная передача; 3 – беговые ролики; 4 – муфта; 5 – рычаг; 6 – датчик измерения усилия

3.3 Цель и назначение разработки
Данная конструкция разрабатывается на основании патента
№ 2431814 С1 от 08.02.2010г.
 При разработке конструкции подъемника особое внимание уделяется на:
• уменьшению общей массы стенда путем проведения точного
прочностного расчета и применения полых рамных конструкций, что приведет к снижению усилий при его монтаже – демонтаже;
• применение стандартных узлов и деталей, а также упрощение
конструкцию, что позволит уменьшить затраты и трудоемкость работ по техническому обслуживанию и ремонту стенда;
• обеспечение высокой прочности, жесткости и устойчивости
конструкции стенда, что прямо связано с безопасностью работы ремонтных рабочих и высокой стоимостью обслуживаемых автомобилей;
• обеспечение безотказной работы механизма и его электропривода в
условиях частого использования стенда;
• использование дешевых материалов для уменьшения стоимости
изделия.

В конструкторском разделе проекта произведен расчет тормозного роликового стенда. Были произведены необходимые расчеты для определения прочностных характеристик стенда, нагрузок. Произведен расчет и подбор основных элементов конструкции.
Разработанный тормозной стенд имеет следующие технические характеристики:
• мощность электропривода – 4 х 7,5 кВт;
• максимальная нагрузка на ось – 1650 кг;
• скорость измерения – 5 км/ч;
• длина колёсной базы – 2460 – 2780 мм;
• колея – 1435 – 1560 мм.