Стенд для диагностики тормозной системы автомобиля
Виды стендов и методы испытания тормозных систем
Согласно действующим стандартам применяют два основных метода диагностирования тормозных систем — дорожный и стендовый. Для них установлены следующие контролируемые параметры:
Существует несколько видов стендов и приборов, использующих различные методы и способы измерения тормозных качеств:
Статические силовые стенды
Статические силовые стенды для диагностирования тормозов автомобиля представляют собой роликовые или платформенные устройства, предназначенные для проворачивания «срыва» заторможенного колеса и измерения прикладываемой при этом силы. Такие стенды могут иметь гидравлический, пневматический или механический привод. Измерение тормозной силы возможно при вывешенном колесе или при его опоре на гладкие беговые барабаны. Недостатком статического способа диагностирования тормозов является неточность результатов, вследствие чего не воспроизводятся условия реального динамического процесса торможения.
Инерционные платформенные стенды
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. Такие стенды иногда используются на предприятиях автотехобслуживания для входного контроля тормозных систем или экспресс-диагностирования транспортных средств.
Инерционные роликовые стенды
Инерционные роликовые стенды имеют ролики, которые могут иметь привод от электродвигателя или от двигателя автомобиля. В последнем случае ведущие колеса автомобиля приводят во вращение ролики стенда, а от них с помощью механической передачи — и передние (ведомые) колеса.
После установки автомобиля на инерционный стенд 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 (лентами) 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.
Тормозной путь определяют по частоте вращения роликов стенда, фиксируемой счетчиком, или по продолжительности их вращения, измеряемой секундомером, а замедление — угловым деселерометром.
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.
Силовые роликовые стенды
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-редуктра 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.
Следует отметить, что по совокупности своих свойств именно силовые роликовые стенды являются наиболее оптимальным решением как для диагностических линий станций техобслуживания, так и для диагностических станций, проводящих гостехосмотр.
Современные силовые роликовые стенды для проверки тормозных систем могут определять следующие параметры:
Данные контроля выводятся на дисплей в виде цифровой или графической информации. Результаты диагностирования могут выводиться на печать и храниться в памяти компьютера в базе данных диагностируемых автомобилей.
Рис. Данные контроля тормозной системы автомобиля: 1 — индикация проверяемой оси; ПО — рабочий тормоз передней оси; СТ — стояночная тормозная система; ЗО — рабочий тормоз задней оси
Результаты проверки тормозных систем могут выводиться также на приборную стойку.
Динамику процесса торможения можно наблюдать в графической интерпретации. График показывает тормозные силы (по вертикали) относительно усилия на педали тормоза (по горизонтали). На нем отражены зависимости тормозных сил от усилия нажатия на педаль тормоза как для левого колеса (верхняя кривая), так и для правого (нижняя кривая).
Рис. Приборная стойка тормозного стенда
Рис. Графическое отображение динамики процесса торможения
С помощью графической информации можно наблюдать также разницу в тормозных силах левого и правого колес. На графике показано соотношение тормозных сил левого и правого колес. Кривая торможения не должна выходить за границы нормативного коридора, которые зависят от конкретных нормативных требований. Наблюдая характер изменения графика, оператор-диагност может сделать заключение о состоянии тормозной системы.
Рис. Значения тормозных сил левого и правого колес
Стенды проверки тормозной системы
Наибольшее распространение получила комплексная диагностика тормозов, когда измеряют общие параметры процесса торможения: тормозной путь, суммарную тормозную силу и ее распределение между колесами автомобиля. Определение тормозных качеств автомобилей производится на роликовых и платформенных стендах. В процессе испытания на стендах определяют следующие параметры: тормозную силу на колесах левой и правой сторон, синхронность торможения колес одной оси и эффективность торможения. Силы торможения, действующие на каждое колесо, складывают и определяют полную силу торможения. Допускается различие в силах торможения, действующих на колеса одной оси, не более 15 % значения большей силы. Испытания проводятся на ненагруженном автомобиле.
Полноценная диагностика тормозов реально возможна только при стендовых испытаниях. Для стендовых испытаний установлены следующие параметры: общая удельная тормозная сила; время срабатывания тормозной системы; коэффициент неравномерности тормозных сил колес оси. Дополнительные параметры для автопоезда: коэффициент совместимости звеньев автопоезда; асинхронность времени срабатывания тормозного привода.
Еще одним диагностическим параметром является усилие на рабочем органе привода тормозной системы.
На сегодняшний день существует несколько методов испытания и видов стендов: испытания на силовых роликовых тормозных стендах; испытания на инерционных роликовых тормозных стендах; испытания на платформенных тормозных стендах.
Существующие средства технической диагностики тормозов (СТДТ) можно классифицировать по пяти признакам: по использованию сил сцепления колеса с опорной поверхностью; по месту установки; по способу нагружения; по режиму движения колеса; по конструкции опорного устройства.
Все СТДТ подразделяют на две большие группы:
По степени подвижности или месту установки СТДТ подразделяются на стационарно устанавливаемые (стенды); переносные, подключенные к автомобилю на момент диагностирования; настроечные, используемые как дополнительное оборудование автомобиля.
По способу нагружения различают силовые и инерционные стенды. Силовые стенды первой группы по режиму движения колеса на стенде могут быть с частичным проворачиванием колеса и с полным проворачиванием колеса. Первый режим, как правило, характерен для платформенных стендов, а второй — для всех остальных.
По конструкции опорных устройств стенды подразделяются на площадочные, роликовые и ленточные; с вывешиванием осей колес и без вывешивания осей.
Силовые платформенные стенды обладают целым рядом существенных недостатков, исключающих их широкое применение. Например, при испытании не учитывается влияние скорости движения на коэффициент трения скольжения и динамические воздействия в тормозной системе. Результаты измерений во многом зависят от положения колес на площадке стенда, от состояния опорной поверхности и протекторов колес. Измеряется лишь усилие сдвига с места заторможенных колес.
Платформенные инерционные стенды, имеющие подвижные (одну общую на каждую сторону или под каждое колесо) площадки, по сравнению с силовыми платформенными стендами более совершенны, так как полнее учитывают динамику действия тормозных сил в реальных условиях. Для замеров используется инерция автомобиля, поэтому собственный привод не нужен. Однако эти стенды обладают рядом существенных недостатков: потребность в месте для разгона автомобиля, снижение уровня безопасности работ при диагностировании, низкая точность и достоверность диагностической информации.
Платформенный инерционный стенд предназначен для общего экспресс-диагностирования тормозных систем автомобиля. Он состоит из четырех подвижных платформ с рифленой поверхностью, на которые автомобиль наезжает колесами со скоростью 6. 12 км/ч, останавливаясь с резким торможением. Под влиянием возникающих при этом сил инерции автомобиля и сил трения между шинами и поверхностью площадок происходит перемещение платформы, пропорциональное тормозной силе, воспринимаемое жидкостным, механическим или электронным датчиком и фиксируемое измерительными приборами, расположенными на пульте.
Большинство стендов для диагностирования тормозов имеет роликовое опорное устройство. Из них наиболее широко используют стенды, основанные на силовом методе диагностирования, который позволяет определять тормозные силы каждого колеса при задаваемом усилии нажатия на педаль, время срабатывания тормозного привода, оценивать состояние рабочих поверхностей тормозных накладок и барабана, эллипсность барабанов и т. п. Большинство этих стендов при принудительном прокручивании заторможенных колес автомобиля имитирует скорость движения 2. 5 км/ч (редко до 10 км/ч), однако, как показали исследования при малых скоростях (менее 5 км/ч для гидропривода и 2 км/ч для пневмопривода), создаваемые на стендах тормозные силы больше реальных, действующих в дорожных условиях. С увеличением скорости достоверность диагностирования этого параметра возрастает, но следует учитывать, что применение быстроходного привода роликов требует пропорционального увеличения мощности электродвигателей и значительного повышения стоимости стенда.
Испытания на платформенных стендах проверки тормозов получили широкое распространение в основном за счет своей дешевизны. Однако при испытаниях на инерционных стендах в процессе торможения колесо совершает как минимум более одного оборота, поэтому оценивается вся поверхность торможения тормозного механизма. Кроме того, в платформенных 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 слишком интенсивное торможение (по вышеприведенным причинам) искажает реальную физическую картину торможения автомобиля. ГОСТ 25478—91 требует проведения каждого измерения по тормозам не менее двух раз, т. е. должна обеспечиваться повторяемость проведения испытаний в аналогичных условиях. При испытании же на платформенных стендах начальная скорость задается водителем и может изменяться в широких пределах. При испытаниях на платформенных стендах проверки тормозов начальная скорость автомобиля не соответствует требованиям Правил дорожного движения и ГОСТ 25478—91, а значит, значение кинетической энергии меньше требуемого для правильной оценки тормозной системы, и максимального усилия на педали тормоза для гашения этой энергии не требуется. Таким образом, при испытаниях на платформенных стендах получаются завышенные значения по удельной тормозной силе и заниженные — по усилиям на органах привода тормозных систем.
Роликовые тормозные стенды. Роликовые тормозные стенды (рис. 3.5) позволяют получать более точные результаты. При каждом повторении испытания они способны обеспечить условия (прежде всего скорость вращения колес) абсолютно одинаковые с предыдущими, что обеспечивается точным заданием начальной скорости торможения внешним приводом. К тому же при испытании на силовых роликовых тормозных стендах предусмотрено измерение так называемой «овальности» — неравномерности тормозных сил за один оборот колеса, при этом исследуется вся поверхность торможения. Кроме того, 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 кинетиче-
Рис. 3.5. Роликовый тормозной стенд
ской энергией. Аналогичные рассуждения можно привести для оценки усилия нажатия на приводные органы тормозных систем. Есть еще одно важное условие — безопасность испытаний. С этой точки зрения 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 платформенных тормозных стендах вероятность аварийной ситуации очень высока. Кроме того, ГОСТ 25478—91 ограничивает усилие на педали привода рабочего тормоза и органа управления стояночным тормозом. Эта величина, с точки зрения теории торможения, определяет усилия в исполнительных механизмах тормозной системы, необходимые для гашения кинетической энергии замедляющегося автомобиля. Подводя итог, можно сказать, что платформенные тормозные стенды пригодны для входной экспресс-диагностики на СТОА, но не для углубленной.
В состав любого роликового стенда входят две основные части: опорно-приводное устройство (ОПУ) и измерительное устройство (НУ). Роликовые стенды хороши для автомобилей с приводом на одну ось. Для полноприводных автомобилей такая проверка может дать существенную погрешность, что обусловлено особенностями их трансмиссий. Полноприводные машины бывают с постоянным и отключаемым приводом на вторую ось. Во втором случае необходимо отключить полный привод. Наибольшую сложность представляют машины с постоянным полным приводом. Наличие постоянной связи между всеми четырьмя колесами приводит к тому, что тормозной момент с одного колеса передается на другое в соответствии со степенью блокировки межосевого и межколесного дифференциалов. Например, межосевой дифференциал типа Тогееп, установленный на АисН
Оиайго, имеет коэффициент блокировки около 30 %. Соответственно, колеса одной оси будут на 30 % затормаживать колеса другой оси даже при ненажатой педали тормоза, а межколесный дифференциал поделит этот момент поровну между правым и левым колесами. При этом относительная величина разницы тормозных сил на колесах уменьшится, и результат измерений не будет отражать реального положения вещей.
Для избежания этой ошибки при работе с полноприводными автомобилями применяется система, в которой барабаны вращаются в разные стороны. При этом вал трансмиссии остается неподвижным, а вращение колес происходит за счет действия дифференциала. Замер при этом следует производить дважды, поскольку действие тормозов при вращении колес вперед и назад может различаться. Поэтому вначале замеряется тормозной момент на одном колесе, а затем на втором. Для достижения большей точности измерения применяют специальный датчик силы воздействия на педаль тормоза.
Кроме дифференциалов повышенного трения, в полноприводных автомобилях нашли широкое применение вязкостные муфты. Они также осуществляют передачу момента с одной оси на другую, но степень их блокировки зависит от разности скоростей вращения валов. Вследствие этого измерение тормозных сил на таких автомобилях следует производить на малых скоростях, когда действие тормозного момента от муфты невелико.
Недостаток роликовых стендов — пятно контакта шины с роликом относительно небольшого диаметра и существенно отличается от пятна контакта при движении по ровному асфальту. Соответственно, и результаты измерения ниже реально достижимых. Поэтому на стендах применяются по два ролика на каждое колесо.
Инерционные тормозные стенды. Инерционные тормозные стенды (рис. 3.6) создают условия торможения автомобиля, максимально приближенные к реальным. Стенд состоит из двух подвижных платформ 1 с рифленой поверхностью. На платформы со скоростью 6. 12 км/ч наезжает автомобиль, останавливаясь при резком торможении. Под влиянием силы инерции Р и сил трения между шинами и поверхностями платформ происходит перемещение платформ, пропорциональное тормозной силе. Это перемещение воспринимается датчиками 3 и фиксируется измерительными приборами.
В силу дороговизны собственно стенда, недостаточной безопасности, трудоемкости и слишком большого времени, требую-
Рис. 3.6. Платформенный инерционный стенд: а — общий вид; б — принцип действия; 1 — подвижная платформа; 2 — пульт;
3 — датчик; 4 — колесо; 5 — возвратная пружина
щегося на диагностику, стенд рентабелен только в условиях крупных СТО А.
Тормозной стенд: виды, характеристики, принцип работы. Стенд для проверки тормозной системы автомобилей
Тормозная система автомобиля представляет собой сложный комплекс узлов и агрегатов, обеспечивающих одну из самых ответственных функций – своевременную остановку движения. Поэтому диагностика тормозов имеет большое значение в процессе эксплуатации транспортного средства. Подручными средствами в гаражных условиях выполнить качественную проверку данной системы не получится в силу технических ограничений. Но грамотное использование тормозного стенда позволит не только выявить очевидные неисправности устройства, но и произвести ремонт с заменой отдельных компонентов.
Общая конструкция стенда
Большинство моделей данного оборудования выполняются в виде платформенной базы с функциональными компонентами, электротехнической основой и цифровыми средствами контроля рабочего процесса. Конструкцию формируют металлические панели, удерживающие площадку для стоянки транспортного средства. Движение в наиболее распространенных барабанных моделях обеспечивает роликовая установка. Функциональные компоненты представляют собой стойку управления, светофор, комплекс датчиков, регулирующие положение штативы и программное обеспечение. В качестве опционального дополнения некоторые изготовители предлагают снабжать тормозной стенд аппаратами для создания отчетов (печатающие устройства), фундаментным каркасом, ограждающими конструкциями, информационными табло и другими приспособлениями. Специалисты в этом плане рекомендуют основное внимание уделять средствам, повышающим эргономику обращения с оборудованием.
Основные характеристики стенда
При выборе в первую очередь внимание уделяется параметрам конструкции. В частности, средние габариты составляют 3000 х 700 мм – соответственно, размеры по длине и ширине. Стойки управления имеют 600 х 400 мм в тех же параметрах, а также более 1000 мм по высоте. Далее определяется подходящая грузоподъемность. Сам по себе стенд для проверки тормозной системы автомобилей весит около 1 т, но в зависимости от модели может выдерживать груз до 10 т. То есть некоторые конструкции позволяют обслуживать и легковушки, и небольшие грузовики. Скорость движения обычно варьируется в пределах 2-4 км/ч – эти показатели можно рассматривать как начальную скорость торможения, имитируемую на платформе.
Не менее важен и спектр величин усилия на каждом колесе при обслуживании тормозным стендом. Характеристику по этому показателю можно представить так: 0-25 кН с погрешностью 3-5 %. Поскольку современные стенды работают с электротехническими аппаратами диагностики, следует продумать и оптимальное напряжение. Крупноформатные площадки для автосервисов подключаются к трехфазным сетям на 380 В, но если подбирается специализированный стенд для легковушки, то с большей вероятностью можно будет ограничиться линией на 220 В.
Принцип работы
После установки автомобиля на площадке оператор запускает оборудование. Далее в процесс включаются тензорезисторные датчики, которые фиксируют показатели реактивных моментов торможения. Регистрация усилия происходит на фоне поступления электрического сигнала, возникающего от мотора-редуктора. Пример действия системы можно продемонстрировать на роликовом агрегате. Как работает тормозной стенд этого типа? В ходе проскальзывания шин по барабанным установкам происходит отключение электропривода платформы, если момент противодействия колеса обеспечит нужное усилие. Если диски покажут установленные ранее значения проскальзывания, оба ролика на оси отключатся.
Важно отметить, что колеса могут проверяться в разных условиях. Как и на практике эксплуатации машины, поверхность контакта может быть сухой, мокрой или скользкой. Для каждого состояния роликовой поверхности присваиваются определенные показатели нормативов, при которых диски должны дать оптимальное тормозное усилие. Конкретные значения для гидравлических и пневматических систем фиксируются датчиками. Помимо этого, стенд тормозной может замерять усилие при прокручивании незаторможенного колеса. Данный показатель позволяет оценить состояние подшипников, уровень сопротивления в трансмиссии и величину зазоров между дисками и колодками.
Роликовые модели стендов
Данная версия раскручивает колеса без необходимости включения двигателя. Барабанные установки сами приводятся в действие электроприводом, имитируя взаимодействие колес и дорожного полотна. В момент торможения датчики регистрируют остановку колодок с их замасливанием, после чего проверяют уровень биения дисков, выявляя подклинивания и прочие дефекты. Информация о произведенных испытаниях отражается на дисплее контролирующего устройства. Весь процесс диагностики может происходить в автоматическом режиме. От оператора требуется лишь завести автомобиль на роликовый тормозной стенд, а затем активировать нужный режим испытаний. К достоинствам такого оборудования относят возможность комплексной проверки тормозной системы с детальным анализом отдельных узлов, точность и экономность экспертизы.
Платформенные стенды
В плане конструкционного устройства это простейшие модели тормозных диагностических установок. Типовые версии представляют собой две плоские платформы с промежутком, равным колее расположения колес у целевого автомобиля. В сложном исполнении может предусматриваться и большее количество испытательных сегментов, что позволяет одновременно испытывать несколько машин. Например, в двухплатформенной модификации производится поочередная диагностика передней и задней оси. В дальнейшем система так же формирует отчет, на основе которого может выполняться замена тормозных дисков или коррекция определенных настроек. Как правило, полученные данные позволяют определить область проведения текущего ремонта. К примеру, на основании отчета механик может обновить смазку подшипников, заменить манжеты, предохранители или прокладки.
Особенности обкаточно-тормозных моделей
После ремонтных мероприятий система ДВС и тормозные агрегаты должны проходить период испытаний. Это своего рода обкатка с реальной нагрузкой в естественных условиях. Поскольку не всегда удается проводить подобные тесты на дороге, для них используют обкаточно-тормозной стенд, обеспечивающий оптимальную приработку деталей и узлов. В состав оборудования входит привод, нагрузочное устройство и асинхронный электродвигатель. В процессе обкатки, кроме функции тормоза, оцениваются показатели расхода топлива, стабильность снабжения агрегатов технической жидкостью, давление в системе смазки и т.д. После завершения рабочего сеанса формируется протокол с зафиксированными эксплуатационными показателями.
Современный функционал
Новейшие модели стендов широко обеспечиваются чувствительными электронными устройствами разного назначения. Уже в базовую комплектацию могут входить датчики опорных роликов, сенсоры редуктора, детекторы тормозного усилия и общий контроллер. Стойка управления, в свою очередь, позволяет организовывать автоматизированный рабочий режим, в котором оборудование сможет обслуживать технику в поточном режиме. Важно подчеркнуть, что системы пускателей не только реализуют диагностические задачи, но и выполняют защитные функции. Без участия оператора автоматизированный тормозной стенд для легковых автомобилей обеспечивает самоблокировку, отключает кнопки панели управления, активирует защитные реле и т.д. Но и диспетчер при необходимости может вмешиваться в процесс, подавая команды через удаленный пульт. Такая конфигурация взаимодействия с оборудованием применяется в профессиональных модификациях стендов.
Техобслуживание оборудования
При постоянной эксплуатации в сервисных центрах и мастерских требуется ежедневная ревизия стенда. Она включает профилактические, технические и диагностические мероприятия, направленные на выявление неисправностей, замену расходников и мелкие ремонтные операции. Например, частая замена тормозных дисков предполагает высокие нагрузки на платформы и барабанные устройства. Поэтому некоторые изготовители рекомендуют выполнять проверку конструкции и несущей базы после каждого испытательного сеанса. В зависимости от эксплуатационных нагрузок и характеристик самого стенда, капитальный ремонт может требоваться раз в месяц, полгода или год. Комплексное обслуживание включает работы по зачистке поверхностей, удаление следов ржавчины, а также проверку комплектности, надежности фиксирующих узлов и технического состояния конструкции.
В заключение
В выборе подходящего стенда учитывается множество факторов. Кроме характеристик целевого транспорта, следует также оценить условия эксплуатации оборудования. Как минимум, рассчитывается площадка для установки тормозного стенда и средства его энергоснабжения. Не стоит исключать и возможность будущего опционального дополнения конструкции. Расположением стойки контроллера дело редко ограничивается. Многофункциональные управляющие блоки, в частности, могут существенно расширить спектр диагностических операций, но также потребуют дополнительных мощностей и свободного пространства.