Стенды для определения тяговых показателей автомобиля
Из средств диагностики тяговых показателей автомобиля наибольшее распространение получили стенды силового типа, позволяющие, не только определить мощностные показатели автомобиля, но и создавать постоянные нагрузочные режимы, необходимые для определения топливной экономичности автомобиля.
Стенд для определения тяговых показателей автомобиля состоит из рамы и барабанов, двух пар роликов, один из которых соединен с нагрузочным устройством, а другой поддерживает блок контрольно-измерительных приборов и вентилятор для охлаждения двигателя. В качестве нагрузочных устройств применяются гидравлический и индукторный тормозные механизмы.
На данном стенде измеряются скорость, сила тяги на ведущих колесах, параметры разгона и выбега автомобиля, расход топлива (при наличии расходометра) на различных режимах. Кроме этого на стенде можно выполнить необходимые регулировки.
Автомобиль устанавливают на барабаны стенда (рис. 3.7.1) колесами ведущей оси (трехосные автомобили устанавливаются колесами средней оси, а для колес задней оси в конструкции данных стендов предусматриваются специальные поддерживающие ролики).
Рис. 3.7.1. Стенд для проверки тяговых показателей автомобилей: 1 — рама с беговыми барабанами; 2 — двигатель-тормоз; 3 — пульт управления; 4 — бак для топлива; 5 — расходомер; 6 — реостат; 7 — вентилятор; 8 — упор
Первый оператор, находящийся в кабине автомобиля, выводит автомобиль на заданный скоростной режим, второй оператор, находящийся у стенда, увеличивает нагрузку на ведущем барабане, первый оператор увеличивая подачу топлива поддерживает заданную скорость. При достижении максимального тягового усилия на ведущих колесах автомобиля дальнейшее увеличение нагрузки на стенде приводит к падению скорости, что и определяет максимальное тяговое усилие.
Для определения топливной экономичности автомобиля на стенде создаются различные режимы работы (скорость движения автомобиля на прямой передаче и нагрузка на барабаны стенда), расход топлива определяется с помощью расходомера.
Диагностические стенды по типу рабочего органа могут быть платформенные и барабанные.
Тяговые стенды для общей диагностики автомобиля и контроля его тягово-экономических показателей
Тяговые стенды (или иначе стенды контроля тяговых качеств автомобиля — СТК) роликового (барабанного) типа имитируют движение автомобиля с различными скоростными режимами и режимами нагружения двигателя. На стендах тестируются:
· Комплексные параметры: мощность на ведущих колесах, тяговое усилие на ведущих колесах, линейная скорость на окружности колеса (скорость автомобиля), расход топлива, время (путь) разгона, выбега.
· Элементные параметры (с добавлением дополнительных приборов): частота вращения коленчатого вала, пробуксовка сцепления, исправность спидометра, неисправности трансмиссии и др.
Диагностирование и контроль ведутся в режимах максимальной тяговой силы (крутящего момента), максимальной скорости.
Принцип действия тяговых стендов заключается в том, что движущие силы и мощность, развиваемые двигателем автомобиля и приведенные к его колесам, уравновешиваются силами тормозных устройств стенда и фиксируются с помощью специальных силоизмерительных устройств. Кроме этого, в стенде измеряются и другие параметры движения автомобиля.
Тяговые стенды состоят из следующих частей, изготовленных в виде отдельный изделий и соединенных между собой энергетическими и информационными связями (кабелями и воздуховодами): силовой шкаф, измерительная стойка с пультом управления и приборами регистрации параметров, вентиляторная установка для обдува радиатора автомобиля, система воздухоподготовки, одно или два опорно-роликовых блока. Для отвода отработавших газов от автомобиля используются система шлангового отсоса или передвижного местного отсоса зонтового типа, которые в комплектацию стенда не входят.
Современные СТК разнообразны по принципиальной схеме и режимам нагружения, режимам диагностирования, конструктивному исполнению и приборному оснащению и др. Их классификация по обобщенным признакам дана в таблице 4.2.
Нагружение ведущих колес автомобиля в силовых стендах осуществляется за счет применения тормозного устройства. В качестве тормоза используются устройства, позволяющие менять в широких пределах тормозное усилие. Чаще всего для этой цели применяются вихревые электродинамические и гидродинамические тормозные устройства, реже электродвигатели, работающие в генераторном режиме.
В инерционных стендах для нагружения ведущих колес использованы в качестве маховых масс массы роликов (барабанов) и специальные тяжелые маховики, соединенные с роликами стенда через редуктор.
В стендах с комбинированным нагружением применяются как тормозные устройства, так и маховики.
В соответствии со способом нагружения автомобиля диагностирование на стендах ведется либо в скоростном, либо в нагрузочном режимах. Скоростной режим реализуется с помощью инерционных маховых масс в процессе разгона системы автомобиль — стенд. Нагрузочный режим осуществляется в силовых стендах. Для этого режима характерно постоянство скорости движения автомобиля и тормозных сил, развиваемых стендом.
По типу опоры колес одной оси автомобиля на барабаны (ролики) стенды бывают трех видов — однобарабанные, двухбарабанные и четырехбарабанные (по два барабана на каждое колесо). Стенды с последним типом опорных устройств нашли наибольшее применение. В стендах для легковых автомобилей наибольшее применение нашли моноблочные конструкции опорных роликов (барабанов).
2. Средства технического диагностирования
2.1. Тяговые стенды
Классификация. Тяговые стенды составляют основу диагностических постов Д-2 углубленного диагностирования автомобиле o Они предназначены для определения мощности и тягового усилия на ведущих колесах автомобилей, времени разгона и выбега в задаваемых интервалах скоростей, для определения потерь мощности в трансмиссии и оценки исправности спидометров диагностируемых автомобилей. Кроме того, тяговые стенды позволяют проводить эффективное прослушивание и осмотр агрегатов трансмиссии в процессе их работы.
Основными признаками классификации тяговых стендов являются способ нагружения, тип диагностируемого автомобиля и число одновременно диагностируемых ведущих мостов автомобиля.
По типу диагностируемых автомобилей различают стенды для легковых, грузовых автомобилей и автобусов. Основными показателями здесь являются реализуемые тяговая сила (мощность), скорость и нагрузка на ось. Иногда эти стенды могут быть универсальными, т. е. предназначенными для нескольких типов автомобилей.
По типу одновременно диагностируемых мостов различают стенды для диагностирования автомобилей с одним, двумя и более ведущими мостами.
Таблица 2.1. Технические характеристики тяговых стендов
Устройство стендов. Основными составляющими тяговых стендов являются (рис. 2.1) опорное устройство (основное и для некоторых конструкций также дополнительное), стационарный пульт управления и индикации, вентилятор обдува радиатора, устройство для отвода отработавших газов, пульт дистанционного управления стендом. Кроме того, в состав стенда входят страховочные устройства, устройство для поверки стенда и др. Технические характеристики отечественных тяговых стендов и стендов ведущих зарубежных фирм, приведены в табл. 2.1. Из числа выпускаемых в стране тяговых стендов широко применяют модели К-485, 4817, 4819, КИ-8937, КИ-8960 (табл. 2.2).
Рис. 2.1. Схема тягового стенда: 1 — вентилятор, 2 — пульт управления и индикации, 3 — барабаны опорного устройства, 4 — устройство для отвода отработавших газов
Стенд-485 (рис. 2.2) включает в себя устройство I автоматического регулирования скорости при измерении тяговой силы, схему II измерения времени разгона и выбега автомобиля, силоизмерительную систему III, блок питания IV. Кроме того, в схеме стенда имеются элементы защиты, управления и сигнализации.
Рис. 2.2. Функциональная блок-схема электрической части стенда К-485: 1 — устройство автоматического регулирования скорости, II — схема измерения времени, III — силоизмерительная система, IV — блок питания; 1 — тахогенератор, 2 — анализатор, 3 — сумматор, 4 — регулятор, 5 — управляемый выпрямитель, 6 — тормоз, 7 — указатель скорости, 8 — задатчик скорости, 9 — контактный прибор, 10 — блок преобразования, 11 — электронный секундомер, 12 — датчик силы, 13 — усилитель-преобразователь, 14 — стрелочный измерительный прибор
При вращении роликов стенда тахогенератор I вырабатывает напряжение, пропорциональное скорости. Сигнал с тахогенератора поступает на устройство I автоматического регулирования скорости, схему II измерения времени и на указатель скорости 7.
В устройстве автоматического регулирования скорости сигнал с тахогенератора формируется анализатором 2 и поступает на сумматор 3, на второй вход которого подается сигнал с задатчика скорости 8. На задатчике устанавливается скорость, при которой измеряется тяговая сила на колесах автомобиля.
Когда значения скорости на выходах анализатора и задатчика скорости уравняются, сумматор 3 вырабатывают сигнал управления, подаваемый на вход регулятора 4. Последний через управляемый выпрямитель 5 воздействует на тормоз.
Схема II измерения времени состоит из последовательно соединенных контактного прибора 9, блока преобразования IQ и электронного секундомера 11. Контактный прибор представляет собой стрелочный микроамперметр с двумя подвижными указателями, каждый из которых может устанавливаться на любое деление шкалы прибора. Эти указатели используют при запуске и остановке секундомера для измерения времени разгона и выбега автомобиля.
Таблица 2.2. Технические и метрологические характеристики тяговых стендов
Силоизмерительная система III состоит из датчика силы тензорезисторного типа, усилителя-преобразователя и стрелочного измерительного прибора. Датчик силы 12 измеряет тяговую силу на колесах автомобиля, которая пропорциональна реактивному моменту на статоре тормоза.
Стенды моделей 4817 (рис. 2.3) и 4819 имеют блок-схему, включающую механическую часть 1 стенда для двухосных автомобилей, дополнительный блок II роликов для трехосных автомобилей, унифицированную для всех типов стендов систему III измерения и управления, дополнительный блок IV диагностирования ГМП автобусов.
Основное и дополнительное опорные устройства состоят из рабочих 3 и поддерживающих (холостых) 5 и 7 пар роликов. Рабочие ролики основного опорного устройства связаны с маховиком нагружающим устройством 8 и датчиком 2 частоты вращения. Для обеспечения свободного заезда и выезда автомобиля на стенде предусмотрены подъемники 4 и 6 колес автомобиля, Балансирно подвешенный статор нагружающего устройства опирается рычагом на датчик 9 измерителя тягового усилия. В качестве нагрузочного устройства применен двухдисковый «вихревой тормоз» с воздушным охлаждением (из разработанного ряда электродинамических нагрузочных устройств), имеющий максимальной тормозной момент 1 кН•м для стенда модели 4817 и 2 кН•м для стенда модели 4819. Маховик 1 служит для определения потерь в трансмиссии методом выбега, а также для имитации момента инерции при определении времени разгона автомобиля.
Электрическая часть стендов различных модификаций содержит идентичные по конструкции и характеристикам системы.
Система измерения частоты вращения роликов стенда включает датчик 2 частоты вращения, преобразователь 11 частоты в унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока и стрелочный указатель 22. В качестве датчика частоты вращения использованы серийно выпускаемый индуктивный датчик модели 143847 (135843
Система измерения тягового усилия на колесах автомобиля состоит из датчика 9, нормирующего преобразователя 10, функционального преобразователя 12 и стрелочного указателя 21 Функциональный преобразователь 12 служит для уменьшения погрешности измерения тягового усилия посредством учета механических и вентиляционных сопротивления в элементах стенда. В качестве датчика 9 использован серийно выпускаемый тензорезисторный датчик типа 1778 ДСТ.
Блок 16 измерения мощности на колесах обрабатывает два аналоговых сигнала (частоту вращения и тяговое усилие). Результаты измерения усилия или мощности на колесах определяют по стрелочному указателю, который включают переключателем 18.
Стрелочные указатели 21 и 22 с увеличенным диаметром шкалы (250 мм) облегчают считывание показаний с больших расстояний.
Автоматические системы регулирования частоты вращения роликов стенда и тягового усилия идентичны и отличаются только каналами обработки сигнала обратной связи. В их комплект входят задатчик 13, с помощью которого устанавливают необходимые режимы испытаний, регулятор 15 и тиристорный преобразователь 20, который управляет током возбуждения в обмотках нагружающего устройства.
Для безопасной работы на стенде предусмотрено устройство защитных блокировок. Оно не допускает включения подъемника или переключения режима испытаний при вращающихся колесах, а также обеспечивает плавное нарастание нагрузки на колесах автомобиля при резком повороте оператором ручки задатчика (предотвращает возможность выбрасывания автомобиля со стенда). В электрическую часть стенда входит также встроенный блок контроля.
Модификация (4819А) стенда для трехосных грузовых автомобилей включает функциональные блоки I, II и III. Особенностью конструкции стенда является схема роликового агрегата с тремя парами роликов, из которых только одна пара рабочая, а две холостые. Такое расположение роликов позволяет испытывать на стенде отечественные грузовые автомобили всех моделей при фиксированном положении роликов. Отсутствие подвижного роликового агрегата и наличие только одного нагрузочного устройства существенно упрощает конструкцию стенда, снижает его металлоемкость.
В модификации 4819B имеется блок контроля ГМП для измерения запоминания и индикации значений скорости движения в моменты автоматического переключения передач. Блок состоит датчиков 24-26 моментов переключения ГМП (количество датчиков соответствует числу передач), логического устройства 27 блоков 28-31 памяти, которые получают сигналы при переключении ГМП с 1-й на 2-ю, со 2-й на 3-ю передачи и т. д. и переключателя 32. Логическое устройство 27 по заданному алгоритму обрабатывает сигналы датчиков 24-26 включения ГМП и формирует команду «запоминание» для соответствующего блока 28-31. В момент переключения ГМП переключатель 32 частоты вращения подает соответствующий сигнал на цифровой указатель 23.
Обычно тяговые стенды рассчитывают на реализацию максимально возможного тягового усилия при испытании автомобиля на прямой передаче, хотя стенды могут осуществлять измерения и на промежуточных передачах КПП.
Стенды с опорой колеса на два ролика небольшого диаметра имеют ряд преимуществ по сравнению с однобарабанными стендами, например меньшую металлоемкость, большую устойчивость. Однако режим испытаний на двухроликовом стенде сопровождается повышенной деформацией шин, что приводит к их интенсивному нагреву и изнашиванию. По ГОСТ 26899-86 минимальный диаметр роликов равен 240 мм.
Из пневмокинематической схемы стенда К-485 видно, что опорное и нагрузочное устройства (рис. 2.4) размещены на общей раме о, Передние (рабочие) ролики 4, 6 здесь соединены между собой муфтой 5, а один из них посредством другой муфты 7 соединен с индукторным тормозом 8.
Рис. 2.4. Пневмокинематическая схема стенда К-485: 1 — тахогенератор, 2, 5, 7 — муфты, 3 — рама, 4, 6, 12, 16 — ролики, Я — индукторный тормоз, 9 — кронштейн, 10 — датчик усилия, 11 — реле скорости; 13 — площадка подъема автомобиля, 14 — пневмоподъемник, 15 — тормозная колодка, 17 — золотник, 18 — трубопровод, 19 — узел подготовки воздуха
Индуктор электродинамического тормоза состоит из корпуса, выполненного в виде сварной конструкции, стальных полюсов с полюсными наконечниками, обмоток возбуждения и картера тормоза. Корпус индуктора является и корпусом всего тормоза, через который тормозное усилие передается на измерительную систему. Всего в индукторе восемь полюсов, выполненных из магнитомягкой стали. Рабочий зазор (1-3 мм) между полюсами индуктора и якорями регулируется набором стальных кольцевых прокладок.
Основными функциями, которые должен обеспечивать пульт управления и индикации тягового стенда, являются управление стендом одним оператором (в том числе с рабочего места водителя), автоматическое поддержание задаваемых скорости и нагрузки, измерение параметров (всех или отдельных), приведенных в табл. 2 3, обеспечение в перспективе работы стенда в комплекте с ЭВМ и в режиме диагностирования, задаваемой ЭВМ.
Таблица 2.3. Параметры, измеряемые на тяговых стендах и погрешности их измерения
Средства для определения тяговых показателей автомобиля
При испытаниях автомобиля на тяговом стенде можно проверить работу редуктора, моторного тормоза, спидометра, счётчика пройденного пути, тахометра и оценить техническое состояние ходовой части автомобиля по параметрам шума, вибрации и нагрева отдельных агрегатов. Все большее применение находят портативные электронные цифровые приборы.
По способу нагружения двигателя и трансмиссии автомобиля тяговые стенды подразделяют на три типа: инерционные, в которых нагружение осуществляется вращающимися массами роликов и других элементов тягового стенда, кинематически связанных с роликами; силовые, в которых нагружение осуществляется тормозными устройствами, кинематически связанными с роликами; инерционно-силовые, в которых нагружение выполняется вращающимися массами и тормозным устройством одновременно.
Тяговые стенды используют для диагностирования легковых автомобилей и автомобилей, созданных на их базе; грузовых автомобилей; автобусов; нескольких типов автомобилей (универсальные).
По числу одновременно диагностируемых ведущих мостов различают тяговые стенды для автомобилей с одним, двумя и более ведущими мостами.
Переносные приборы для определения мощности двигателя предназначены для оценки тягово-экономических показателей автомобиля по величине углового ускорения коленчатого вала в режиме свободного разгона двигателя. Они классифицируются по способу питания (от аккумуляторной батареи автомобиля, от внешней сети, комбинированные), по виду индикации (аналоговая цифровая, смешанная, дисплей), по типу применяемого датчика частоты вращения (индуктивный, пьезоэлектрический, генератор автомобиля).
Расходомеры топлива предназначены для определения мгновенного расхода топлива, суммарного или на единицу пути. Наиболее распространены объёмные, массовые, ротаметрические, ультразвуковые и другие расходомеры.
Газоанализаторы должны обеспечить измерение содержания в отработавших газах окиси углерода (СО), двуокиси углерода (СО2) и углеводородов (СН). В ряде случаев расходомеры топлива входят в состав тяговых стендов.
Тяговый динамометрический стенд состоит из опорного устройства с двумя парами барабанов (роликов), приборной стойки с контрольно-измерительными приборами.
В комплект стенда входят пульт дистанционного пульта управления, вентилятор для обдува радиатора двигателя диагностируемого автомобиля, устройства для отвода отработавших газов, узла подготовки воздуха для обеспечения его подачи в воздушную систему стенда, устройства для предотвращения произвольного съезда автомобиля с роликов стенда при испытании. Сюда же входит лазерный или цветной принтер. На стенде предусмотрена возможность вывода информации на дисплей компьютера.
В качестве нагрузочного устройства в настоящее время наиболее широко применяется гидравлический или индукторный тормоз. Проверка работы системы питания диагностируемого автомобиля осуществляется на стенде путем измерения расхода топлива на холостом ходу и под нагрузкой с помощью не входящего в комплект стенда расходомера топлива.
Стенды тяговых качеств обеспечивают измерение скорости, колесной мощности (силы тяги на ведущих колесах), параметров разгона и выбега, а в комплекте с расходомером топлива – расхода топлива на различных нагрузочных и скоростных режимах и проведение соответствующих регулировок. Стенды снабжаются автоматической системой поддержания заданного нагрузочного и скоростного режимов в процессе проведения диагностирования автомобиля.
По режимам диагностирования (скоростному и нагрузочному) различают два вида стендов тяговых качеств (СТК) – силовой и инерционный. Кроме того, существуют комбинированные стенды, на которых диагностирование проводят в разгонном и в постоянном режимах.
Опорно-приводное устройствостенда представляет собой раму с беговыми барабанами под одну или две ведущие оси автомобиля. Наиболее распространенными являются опорно-приводные устройства с двумя барабанами под каждое ведущее колесо автомобиля (рис. 1, II). Опорно-приводные устройства снабжают тормозами и подъемниками, расположенными между барабанами, для обеспечения съезда автомобиля со стенда.
Рис.1. Типы опорно-приводных устройств:
I – однобарабанное; II – двухбарабанное под каждое колесо ведущей оси;
III – двухбарабанное под колеса ведущей оси;
1– колесо автомобиля; 2 – барабан стенда
 | Рис. 2. Схема сил, действующих на колесо автомобиля на стенде |
Для стальных гладких барабанов (коэффициент сцепления 
= 0,5) радиус барабана r6 принимают равным (0,5 – 0,7)·rк. Один из барабанов соединяют с измерителем скорости движения автомобиля (спидометром), другой – с нагрузочным устройством.
Нагрузочные устройстваслужат для создания заданного нагрузочного и скоростного режима работы диагностируемого автомобиля путем притормаживания барабанов, вращаемых его колесами. Оно состоит из балансирного тормоза или маховых масс. Первый тип нагрузочных устройств применяют для стендов силового типа, а второй – для инерционных стендов. Комбинированные стенды оснащают и балансирным тормозом и маховыми массами (рис. 3). Между тормозом и барабаном возможна установка редуктора.
Рис. 3. Типы нагрузочных устройств стендов:
I – балансирное; II – инерционное; III – балансирно-инерционное;
1 – маховик; 2 – тормоз (электродинамический, электрический,
гидравлический); 3 – ротор; 4 – датчик реактивного момента;
5 – барабан; 6 – колесо автомобиля
В силовых стендах (рис. 4,а) тяговых качествприменяют: гидравлический тормоз, электродвигатель переменного и постоянного тока, работающий в режиме генератора, и электродинамический тормоз.
Все перечисленные тормоза состоят из ротора, соединенного с беговым барабаном, и балансирно подвешенного статора.
Передача крутящего момента от ротора, жестко соединенного с барабанами, которые вращаются колесами автомобиля, к статору осуществляется в зависимости от вида нагрузочного устройства следующим образом: в гидравлическом тормозе – за счет затрат энергии на перемещение воды между статором и ротором; в электрическом – за счет преодоления сил взаимодействия между обмотками ротора электродвигателя и электромагнитным полем обмоток статора; в электродинамическом – за счет эффекта вихревых токов, возникающих в роторе при вращении его в магнитном поле катушек статора. Увеличение или уменьшение нагрузочного режима достигается в первом случае большим или меньшим заполнением гидротормоза водой, во втором и третьем – путем изменения силы тока в обмотках возбуждения статора.
Рис. 4. Схема стендов тяговых качеств:
а – силовой; б – инерционный:
1 – барабан; 2 – соединительная муфта;
3 – редуктор; 4 – нагрузочное устройство (электрический тормоз);
5 – датчик измерения нагрузки; 6 – подъемник; 7 – тахогенератор;
8 – ролик для замера схождения колес; 9 – цепь;
10 – маховик; 11 – карданное сочленение
В результате на статоре возникает реактивный момент, равный или пропорциональный крутящему моменту, развиваемому колесами автомобиля. Этот момент фиксируется при помощи датчика давления, на который опирается конец рычага балансирно подвешенного статора.
Сравнивая балансирные нагрузочные устройства по широте диапазона скоростных режимов, следует отдать предпочтение электродинамическому тормозу. Кроме того, этот вид нагрузочного устройства меньше остальных по габаритам и стоимости, прост в эксплуатации и экономичен в потреблении электроэнергии. Определенным преимуществом электрических тормозов является возможность использования их электродвигателей для измерения момента сопротивления трансмиссии автомобиля.
В инерционных стендах (рис. 4,б) в качестве маховых масс используют массы барабанов стенда и специальные маховики, соединенные с барабанами непосредственно или через редуктор. При разгоне барабанов ведущими колесами автомобиля маховые массы оказывают сопротивление, равное моменту инерции стенда. Чем больше колесная мощность автомобиля, тем меньше путьи время разгона инерционных масс в установленном диапазоне его скоростей.
Зная массу автомобиля, моменты инерции его колес, моменты инерции беговых барабанов и передаточные числа стенда, можно определить момент инерции маховика, а, следовательно, и его геометрические размеры. Если же стенд не имеет маховика и его роль исполняют беговые барабаны, то, решая уравнение относительно момента инерции беговых барабанов, можно определить массу беговых барабанов.
Измерительное устройствопредставляет собой стационарный или подвижной пульт с удобно наблюдаемыми индикаторами силы тяги, скорости, расхода топлива (для инерционных стендов пути или продолжительности разгона в установленном диапазоне скоростей автомобиля и пути его наката), а также органами управления стенда. Возможно автоматическое и дистанционное (параллельное) управление стендом с места водителя диагностируемого автомобиля.
Вентиляторстенда выполняют в виде передвижного агрегата, обеспечивающего дополнительное охлаждение двигателя испытуемого автомобиля. Для этого вентилятор устанавливают перед автомобилем и подают воздух на его радиатор.
Конструктивно опорное устройство тягового стенда состоит из блока роликов, устройство въезда и выезда, инерционных масс, нагрузочного устройства (для силовых инерционно-силовых стендов).
Конструкция блока роликов должна обеспечивать реализацию заданной тяговой силы на ведущих колёсах при испытании, устойчивое положение автомобиля на стенде в процессе испытания, возможность самостоятельного выезда автомобиля после окончания испытаний, не допускать повышенного износа шин при испытаниях.
Соблюдение этих требований зависит от схемы расположения роликов (симметричная или несимметричная), расположения рабочего ролика относительно колеса автомобиля (переднее или заднее), коэффициента сцепления между поверхностями шин и ролика, диметра роликов и расстояние между ними (диаметр роликов принимается равным 235, 262, 318, 320 мм).
Один из двух роликов опорного устройства является рабочим: он кинематически связан с нагрузочным устройством, второй ролик является холостым (свободным, поддерживающим).
Обычно тяговые стенды рассчитывают на реализацию максимально возможной тяговой силы при испытаниях автомобиля на прямой передаче.
Однако при необходимости на стенде могут проводиться испытания на любой передаче, и в этом случае стенд должен быть рассчитан на реализацию заданной тяговой силы, развиваемой на колёсах на этих передачах.
При выборе переднего ролика в качестве рабочего ролика можно реализовать большую тяговую силу, вследствие догружения переднего ролика.
Значение угла a в стендах для легковых автомобилей колеблются от 27 до 40°. Углы меньше 27° не обеспечивают устойчивость автомобиля, а углы больше 40° не используются по конструктивным соображениям (при больших расстояниях между роликами легковой автомобиль может касаться их днищем). Для этих значений угла a наибольшее значение коэффициента использования нагрузки будет при схеме с передним рабочим роликом, которая наиболее оптимальна и часто используется в тяговых стендах.
Условие устойчивого положения автомобиля на стенде характеризуется постоянством контакта шины с обоими (передним и задним) роликами в процессе испытания. Выполнение этого условия исключает возможность случайного выезда автомобиля со стенда под действием тяговой силы, а также ограничивает перемещение колёс ведущего поста, установленного на стенде, вдоль роликов (устойчивости в поперечном направлении).
Под действием тяговой силы автомобиль в процессе испытания пытается выехать со стенда в направлении движения, т.е. через передний ролик. Нормальная реакция заднего ролика при этом уменьшается. Для схем с передними рабочими роликами реакция второго ролика обращается в нуль при значениях угла a, соответствующих значению tga = j. При этом колесо теряет контакт с задним роликом и автомобиль может перекатиться через передний ролик и самопроизвольно съехать со стенда. Следовательно, неравенство tga ≥ j надо рассматривать как условие устойчивого (в продольном направлении) положения автомобиля на стенде с передним рабочим роликом.
Ролики левой и правой стороны стенда должны быть соосными (отклонение не более 1 мм); чтобы избежать скатывания автомобиля с роликов при поперечном перемещении ведущего моста, стенды обычно снабжаются отбойными роликами, установленными по краям рабочих роликов с одной или обеих сторон.
В конструкциях тяговых стендов применяются нагрузочные устройства гидравлического и электрического типа.
В качестве нагружающих устройств отечественных роликовых стендов наиболее распространены балансирные электрические машины постоянного или переменного тока, например, тормоза переменного тока в тяговых стендах КИ-4856, СТК-1 и др.
Наиболее совершенны и широко распространены в современных тяговых стендах электромагнитные дисковые тормоза с воздушным охлаждением. Конструкция такого тормоза представляет собой разноимённо полюсную электромашину (индукционный тормоз).
К основным преимуществам дискового тормоза относят высокую эффективность тормозного действия в широком диапазоне скоростей, простоту конструкции, отсутствие скользящих контактов и надёжность в работе, сравнительно малые размеры и массу при высокой тормозной мощности в кратковременных режимах работы.
Электродинамический дисковый тормоз, используемый в качестве нагрузочного устройства стенда, представляет собой относительно простую по конструкции индукционную электрическую машину, в которой механическая энергия превращается в электрическую, затем рассеивается в виде теплоты в активных элементах-якорях.
Тормоз состоит из неподвижного индуктора, создающего переменное полюсное магнитное поле, и вращающегося якоря, в котором происходит основное преобразование энергии.
Для повышения эффективности магнитной системы и увеличения рассеиваемой мощности дисковый электродинамический тормоз выполняется из одного неподвижного индуктора и двух якорей, закреплённых на валу и вращающихся вместе с ним.
Параметры, измеряемые на стенде, разделены на две группы:
— обязательные (мощность на ведущих колёсах; крутящий момент или тяговая сила; линейная скорость на окружности роликов; расход топлива);
— дополнительные (эффективная мощность двигателя; момент сопротивления; время или путь разгона (выбега); ускорение при разгоне; частота вращения коленчатого вала).
Параметры первой группы служат для проверки работоспособности, а параметры второй группы позволяют выполнить поиск неисправного агрегата или элемента автомобиля. Следует отметить, что измерение параметров эффективной мощности двигателя, момента сопротивления и линейной скорости на окружности роликов значительно расширяет диагностические возможности тяговых стендов и повышает эффективность их использования.
Анализ конструкций современных тяговых стендов и требований к ним позволяет в зависимости от принципа определения разделить все диагностируемые параметры на группы: для измерения силы, линейной скорости, или частоты вращения, и времени.
Тяговую силу измеряют обычным путём, определяя крутящий момент на валу роликов методом крутильного или балансирного динамометра.
При использовании метода балансирного динамометра качающийся статор (корпус или рама) нагрузочного устройства или специального редуктора через рычаг опирается на поперечный силоизмерительный преобразователь. В качестве преобразователей используют тензорезисторные датчики. Они используются в стендах производства РФ моделей 4817, 4819, К-485, К-496 и др.
Линейную скорость, или частоту вращения, на тяговых стендах измеряют обычным путём, определяя угловую скорость роликов, которая связана с линейной скоростью на окружности роликов следующим выражением:
В качестве первичных преобразователей угловой скорости используют тахогенераторы постоянного тока, индуктивные и фотоэлектрические датчики.
Для измерения временных интервалов в тяговых стендах используют электронные секундомеры, в которых в качестве времязадающих элементов применены кварцевые резонаторы или переменный ток. Управление секундомером осуществляется автоматически с помощью компараторов, вырабатывающих управляющие сигналы при достижении заданных скоростей.
Мощность на тяговых стендах непосредственно не измеряется, а вычисляется с помощью блока умножения, реализующего следующее выражение:
где N – мощность, кВт; Pк – тяговая сила, кН.
Устройства отводов газов, страховочные устройства. Наиболее простые по конструкции устройства отвода отработавших газов представляют собой зонд, устанавливаемый вблизи выхлопной трубы автомобиля и соединённый гибким шлангом с общей местной системой вытяжной вентиляции. Зонды иногда выполняются передвижными и регулируемыми по высоте. Зонд представляет собой круглые или плоские неопреновые газоприемные насадки для системы удаления выхлопных газов с патрубком для отбора проб на СО. Сопла имеют коническую форму и рассчитаны на применение со шлангами диаметром 75 – 100 мм.
Наиболее распространены гибкие металлоасбестовые рукава, присоединяемые на время испытания к выхлопной трубе автомобиля. Рукав снабжён специальным наконечником, облегчающим присоединение и закрепление его на конце выхлопной трубы. В наконечнике имеется отверстие с заглушкой для введения в выхлопную трубу зонда газоанализатора. Другой конец рукава соединяется с системой вентиляции.
Устройства удаления выхлопных газов типов «Краб» и КДУ (дистанционно-управляемая катушка) предназначены для эффективного удаления выхлопных газов от автомобилей и иной техники, имеющих двигатели внутреннего сгорания, работающих в помещении.
Возможны различные варианты исполнения (термостойкость, радиус обслуживания, диаметр воздуховода). Все устройства снабжены насадками, закрепляемыми на выхлопную трубу и имеющими отборник проб СО; устройства могут быть укомплектованы вентилятором.
Страховочные устройства повышают безопасность проведения испытаний на стенде.
К ним относятся упорные башмаки, входящие в комплект стенда. Их устанавливают впереди колёс не ведущего моста, т.к. автомобиль под действием тяговой силы стремится выкатиться со стенда. Иногда вместо упорных башмаков в конструкцию стенда включают упоры с механическим приводом, выполняющие те же функции. Роль страховочных устройств выполняют отбойные ролики, препятствующие перемещению автомобиля вдоль опорных роликов, также прочные ремни безопасности.
На инерционном стенде мощностные показатели автомобиля определяют по продолжительности (или пути) разгона беговых барабанов на прямой передаче в интервале заданных скоростей. Расход топлива измеряют при разгоне и при установившемся постоянном режиме без нагрузки.
Диагностирование автомобилей и регулирование их топливной экономичности и токсичности связано с применением тяговых стендов, мотор-тестеров, расходомеров топлива и газоанализаторов. Средства технического диагностирования являются основным технологическим оборудованием постов диагностики АТП, СТОА.
Фирма «MAHA» (Maschinenbau Haldenwang GmbH» (Германия) и предлагает полный комплекс необходимого сертифицированного оборудования для проведения Государственного техосмотра,а также оказывает помощь в подготовке документов для Аккредитации станций Техосмотра в Госсдандарте.
Комплекс оборудования для прохождения Техосмотра, управляемый компьютером, проверяет техническое состояние грузовых, легковых автомобилей, и имеет в своем составе совмещенные роликовые тормозные стенды с нагрузкой на ось 3,5-20 т с весами, пневмодатчиками и датчиками, регистрирующими время срабатывания; детекторы люфтов с нагрузкой на ось 3,5-20 т; приборы проверки фар всех видов транспорта с фотометром; газоанализаторы, дымомеры с универсальным датчиком оборотов и датчиком температуры масла; шумомеры электронные; люфтомеры
После проведения диагностики производится единая распечатка всех результатов техосмотра.
Линия проверки технического состояния автомобилей «входной приемки» нового поколения модели NTS 8xx имеет новую электронику и новое программное обеспечение VISIO, позволяющая подключать газоанализатор «EMMA», устройство для проверки света фар «HLT 650» и распечатывать все результаты измерений в одном протоколе.
Функционально расширяемая, модульная линия контроля «NUSSBAUM» может быть смонтирована для комплексного сервисного и диагностического центра, AWN-совместимость и привязка к базе данных клиентов оптимизируют процесс диагностики.
Полностью автоматизированный процесс контроля выполняет всю программу. На экране поэтапно появляется вся последовательность проверки с подсказками на русском языке, каждый шаг может быть в любое время повторно вызван при помощи пульта дистанционного управления (опция).
Компетентность. Полученные результаты легко понятны из протокола с цветными изображениями. Таким образом, создается база для объективной оценки и согласования с клиентом профессионально составленного протокола проведения работ.
Программное обеспечение позволяет проводить диагностику и выводить печатный протокол в соответствии с требованиями ГОСТ 51709-2001.
Тестер увода колеса. Подвеска колеса освобождается от нагрузки посредством подвижных пластин и запускается автоматический контроль. Отклонение увода колеса замеряется подвижной пластиной как смещение в м/км. Измерение происходит за короткое время во время прямого движения осей автомобиля.
Тестер подвески колес. Посредством вибрации измерительных пластин симулируются неровности дороги на различных скоростях. Замер сцепления с дорогой производится постоянно по всем параметрам. Минимальная величина сцепления показывается в процентах согласно принципу EUSAMA или BOGE. Это значение дает окончательное заключение безопасности поездки на этом автомобиле.
Контроль токсичности выхлопных газов. При помощи прибора контроля выхлопных газов «ЕММА» могут проверяться бензиновые и дизельные двигатели по новейшей технологии. Кроме того, прибор предлагает проведение подробного измерения, анализа результатов и оценки состояния выхлопа. Программное обеспечение позволяет автовладельцу провести быстро и просто регулировку двигателя и гарантировать оптимальную экономичную эксплуатацию транспортного средства.
Эта линия даёт возможность работать в сети AWN или собственной сети при наличии программного обеспечения VISIO для офиса, где сохраняются данные клиентов; возможно подключение другого программного обеспечения VISIO для оптимизации процесса диагностики автомобиля.
Роликовые агрегаты стенда для грузового варианта снабжены гидроподъемником с функцией блокировки роликов, с двумя электродинамическими тормозами, раздельные или цельные роликовые агрегаты.
В настоящее время в нашей стране и за рубежом выпускаются следующие модели тяговых стендов: К-487, К-409, К-496, 4817, 4819, КИ-8946, КИ-4856, КИ-8937, КИ-8960, RAM-CIII, SUN (США), «Dynatest-122» (Германия), 8630, «Бем Мюллер» (Франция).
В конструкцию стендов входят вентилятор обдува радиатора, пульт управления стенда, основное опорное устройство, дополнительное опорное устройство (только в стенде 4819 для трёхосных автомобилей), устройство для отвода отработавших газов, выполненное в виде поворотного короба или раструба.
Динамометрический мобильный стенд модели VT-4/В4 позволяет тестировать автомобили с приводом на четыре колеса, оборудованные современной системой дифференцированного распределения момента вращения между осями с механической синхронизацией передней и задней осей. Электронная система стенда позволяет выполнять точные замеры параметров автомобилей с приводом на одну ось, оборудованные самой современной системой контроля тяги, которая предусматривает, чтобы все колеса во время езды (во время замера) находились в движении.
Стенд инерционный, замер производится под нагрузкой, с имитацией дорожных условий движения, а также при постоянной частоте вращения роликов привода стенда. Стенд укомплектован датчиком давления наддува, вентилятором охлаждения, вытяжным вентилятором, трубопроводами отвода выхлопных газов, электромагнитными тормозами.
Мощностной динамометрический стенд модели «Dynapack 6033 4WD»представляет собой революционную технологию, позволяющую производить замеры мощностных и тяговых характеристик автомобилей, исключая погрешности присущие традиционным роликовым динамометрическим стендам.
При испытании автомобиля на стенде снимают следующие характеристики:
двигателя:
— характеристика крутящего момента;
— характеристика работы турбины;
— характеристика качества смеси (лямбда);
— характеристики температурных режимов впуска и выпуска;
Трансмиссии:
— характеристика работы каждого дифференциала в отдельности;
— характеристика работы электронных дифференциалов.
Отсутствие шины заменяется использованием адаптера (переходной муфты), который обеспечивает прямое сцепление с мощностными блоками (Power Absorption Units). В связи с этим при тестировании не может происходить бокового увода шины, нет сопротивления качения и нет риска, что машина сойдет со стенда на высокой скорости. Температура шины, давление, сцепление, и т. д. являются переменными, которые могут изменяться не только от движения к движению, но и во время самого движения.
С учетом этих неизвестных переменных данные барабанных стендов имеют высокий предел погрешности. Очевидно, будет лучше, если эти переменные будут устранены, то, что и достигнуто на стенде «Dynapack».
Во время тестов на стенде можно создать ускорение транспортного средства по различным законам, что бы смоделировать определенное условие движения автомобиля на дороге. Несколькими простыми нажатиями клавиши стенд позволяет заставить транспортное средство быстро или медленно ускориться, подниматься в гору или нечто среднее. Управление стендом с помощью дистанционного пульта.