BiDP-7 - Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn

Wydział Mechaniczny
Politechniki Białostockiej
Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu:
BADANIA I DIAGNOSTYKA POJAZDÓW
Ćwiczenie nr: BiDP - 7
Badanie pneumatycznego układu hamulcowego
ciągnika i przyczepy
Kod przedmiotu:
MHBM2S23002, MHBM2N23002
Instrukcję opracował: dr hab. inż. Zbigniew Kamiński
Białystok 2016
LABORATORIUM BADAŃ I DIAGNOSTYKI POJAZDÓW
Temat: Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy
CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest: zapoznanie się z budową i zasadą działania pneumatycznych układów hamulcowych
przyczep i hamulców bębnowych oraz metodyką prowadzenia badań doświadczalnych procesów przejściowych w powietrznym obwodzie przenoszącym.
SPIS TREŚCI
1. WPROWADZENIE .......................................................................................................................... 3
1.1. Budowa i zasada działania pneumatycznych mechanizmów uruchamiających hamulce pojazdu...... 3
1.2. Budowa i zasada działania hamulca bębnowego ......................................................................... 4
2. METODYKA POMIARÓW ................................................................................................................ 5
2.1. Zapoznanie się z budową stanowiska......................................................................................... 5
2.2. Przygotowanie stanowiska ........................................................................................................ 6
2.3. Przebieg pomiarów ................................................................................................................... 7
3. OPRACOWANIE I ANALIZA WYNIKÓW POMIARÓW ........................................................................ 7
3.1. Przykładowe wyniki................................................................................................................... 7
4. WYMAGANIA BHP .......................................................................................................................... 8
5. SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA ..................................................................................................... 8
6. PYTANIA KONTROLNE .................................................................................................................. 8
7. LITERATURA ................................................................................................................................. 8
PROTOKÓŁ POMIAROWY ...................................................................................................................... 9
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
2
LABORATORIUM BADAŃ I DIAGNOSTYKI POJAZDÓW
Temat: Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy
1.
WPROWADZENIE
1.1. Budowa i zasada działania pneumatycznych mechanizmów uruchamiających hamulce pojazdu.
Pneumatyczne mechanizmy uruchamiające hamulce moŜna podzielić na jednoobwodowe i dwuobwodowe (rys.1). W pierwszych instalacja pneumatyczna jest wspólna dla wszystkich kół pojazdu, w dwuobwodowych natomiast występują układy tylnej oraz przedniej osi i sterowane są jednym podwójnym zaworem co
powoduje, Ŝe w przypadku uszkodzenia jednego obwodu drugi obwód działa prawidłowo i niezaleŜnie. Układ
ten jest o wiele bezpieczniejszy, dlatego we współczesnych samochodach stosuje się wyłącznie układy dwuobwodowe, chociaŜ są one droŜsze od jednoobwodowych.
a)
b)
Rys. 1. Uproszczone schematy pneumatycznych mechanizmów uruchamiających hamulce samochodu: a) układ jednoobwodowy, b)
układ dwuobwodowy: 1- spręŜarka; 2- zawór jednokierunkowy; 3-regulator ciśnienia; 4-zbiornik powietrza; 5- główny zawór sterujący; 6- siłowniki; 7-zawór uruchamiający hamulce przyczepy; złącze przewodu do instalacji hamulcowej przyczepy [7]
Ze względu na sposób łączenia samochodu ( ciągnika ) z przyczepą mamy mechanizmy jednoprzewodowe
(rys.1) i dwuprzewodowe (rys.2). W układach jednoprzewodowych do zasilania energią, jak i do sterowania
układu hamulcowego pojazdu ciągnącego (przyczepy, naczepy), jest zastosowany jeden przewód podłączony
do złącza 8.
W mechanizmach dwuprzewodowych jeden przewód słuŜy do sterowania czyli uruchamiania zaworu sterującego hamulcami przyczepy (8b), natomiast drugi- do doprowadzania spręŜonego powietrza do zbiornika
przyczepy (8a). Drugie rozwiązanie jest o wiele korzystniejsze, poniewaŜ podczas wielokrotnego, częstego
powtarzanego hamowania w układzie hamulcowym przyczepy nie zmniejsza się wartość ciśnienia, poniewaŜ
spręŜone powietrze jest doprowadzane do zbiornika czy pojazd hamuje czy teŜ nie. Zalety tej nie posiada
układ jednoprzewodowy, w którym ciśnienie czynnika moŜe spaść do wartości nie zapewniającej skutecznego
hamowania.
Rys. 2. Uproszczony schemat dwuprzewodowego mechanizmu uruchamiającego hamulce samochodu:8a- złącze obwodu zasilania
instalacji hamulcowej przyczepy; 8b- złącze obwodu uruchamiania hamulców przyczepy; 9- zawór odłączający układ hamulcowy
przyczepy w przypadku nadmiernego spadku ciśnienia; 10- zawór przekaźnikowo-sterujący [7]
Na podstawie przedstawionych pneumatycznych instalacji hamulcowych pojazdu moŜna w niej wyróŜnić
zespoły (obwody) do zasilania w energię, do sterowania i jej przenoszenia.
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
3
LABORATORIUM BADAŃ I DIAGNOSTYKI POJAZDÓW
Temat: Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy
W normie PN-ISO 611[12] zespoły te zdefiniowane są w sposób następujący:
Zespół zasilający- to część układu hamulcowego słuŜąca do dostarczania, regulacji i, jeśli to konieczne,
przetwarzania energii niezbędnej do hamowania. Zespół zasilający kończy się w miejscu, gdzie zaczyna się
zespól przenoszący, tj. gdzie róŜne obwody układów hamulcowych, łącznie z obwodami ewentualnych urządzeń dodatkowych, są zabezpieczone albo od strony zespołu zasilającego, albo poszczególne obwody jeden
od drugiego.
Zespół sterujący- to część układu hamulcowego, która inicjuje działanie i steruje skutecznością tego układu. Zespól sterujący zaczyna się w miejscu uruchamiania, na które bezpośrednio działa kierowca i w miejscu,
w którym sygnał sterujący jest podawany do układu hamulcowego, kiedy kierowca nie działa bezpośrednio, lub
kiedy układ uruchamiany jest bez jego udziału. Kończy się natomiast w miejscu, w którym rozdzielana jest
energia niezbędna do wytworzenia siły uruchamiającej lub, w którym część energii jest skierowana do sterowania tą siłą.
Zespól przenoszący- to część układu hamulcowego, przenosząca energie rozdzieloną przez zespół sterujący. Zaczyna się w miejscu, w którym kończy się zespól sterujący lub w którym kończy się zespół zasilający,
zaś kończy się w miejscu, w którym zaczynają się mechanizmy hamujące.
Do najwaŜniejszych elementów obwodu przenoszącego naleŜą:
- urządzenia do magazynowania spręŜonego powietrza (zbiorniki),
- zawory główne hamulcowe, zwrotne, przekaźnikowe, przyspieszające, odwadniające, korygujące;
- siłowniki hamulcowe z hamulcami bębnowymi lub tarczowymi,
- przewody i złącza.
1.2. Budowa i zasada działania hamulca bębnowego
Rys. 3. Bębnowy mechanizm hamulcowy [12]: 1- bęben
hamulcowy; 2- szczęki hamulcowe z okładzina cierną;
3- rozpieracz; 4- siłownik pneumatyczny; 5- trzpień tłoczyska; 6- spręŜyna; I, II, III- etapy przemieszczenia trzpienia 5
Typowy hamulec bębnowy został pokazany na rysunku 3. Bęben hamulcowy 1 obracający się wraz z piastą
koła jest hamowany poprzez dociskanie do niego szczek
hamulcowych 2. Mechaniczny rozpierak 3 dociska
szczęki hamulcowe do powierzchni wewnętrznej bębna
1. Rozpierak obraca się podczas wymuszenia, które
powoduje siłownik pneumatyczny 4. Obrót rozpieraka
moŜe równieŜ wymuszać inny mechanizm uruchamiający
hamulce np.: hydrauliczny lub mechaniczny. Dźwignia
rozpieraka jest wyposaŜona w mechanizm automatycznej regulacji luzu pomiędzy okładzinami szczęk a bębnem. Powoduje to uzyskanie duŜej sprawności działania
hamulca.
Przemieszczenie trzpienia 5 moŜna podzielić na trzy
etapy. Pierwszy etap oznaczony jest cyfrą I, w którym to
ruch trzpienia pokonuje opór spręŜyny 6 i przesuwa
szczęki hamulca w ramach ich luzu, który jest konieczny
do unikania ocierania szczęk o bęben po odhamowaniu.
Drugi etap polega na pokonaniu niewielkiej odległości
wynikającej z niewielkiego luzu, który jest podczas kaŜdego hamowania wywierany przez mechanizm samoregulacji mechanizmu hamulcowego. Podczas dalszego
ruchu trzpienia 5 (etap trzeci) powodowany jest docisk
szczęk do bębna i zwiększenie momentu tarcia w hamul-
cach.
Aby rozłoŜyć jednakowo naciski szczęk na powierzchnię bębna lub zbliŜyć je do wartości jednostkowych
stosuje się układy (rys.4):
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
4
LABORATORIUM BADAŃ I DIAGNOSTYKI POJAZDÓW
Temat: Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy
- układ simplex, w którym dwie szczęki – współbieŜna i przeciwbieŜna – są rozpierane tłoczkami umieszczonymi we wspólnym cylinderku. Naciski jednostkowe obu szczęk są jednakowe,
- układ duplex, w którym obydwie szczeki są rozpierane oddzielnymi rozpieraczami i pracują jako współbieŜne,
- układ samowzmacniający, w którym dolne końce obydwu szczęk są połączone łącznikiem nie związanym z
tarczą hamulcow ą (tzw. szczęki pływające), co sprawia, Ŝe pomimo iŜ rozpieracz działa podobnie jak w
układzie simplex, podczas hamowania szczęka współbieŜna jest pociągana przez obracający się bęben i za
pośrednictwem łącznika dociska dodatkowo szczękę współbieŜną. Dzięki temu naciski jednostkowe obydwu
szczęk są niemal jednakowe, pod względem wartości zbliŜone do nacisków jednostkowych szczęki współbieŜnej w układzie simplex.
a)
b)
c)
Rys. 4. Układy szczęk hamulców bębnowych: a) układ simlex; b) układ duplex; c) układ samowzmacniający [7]
2.
METODYKA POMIARÓW
Zastosowana metoda badań dynamicznych układu przenoszącego z bębnowym mechanizmem hamulcowym polega na zarejestrowaniu procesów przejściowych zachodzących w obwodzie podczas hamowania.
Proces przejściowy jest to taki proces, w czasie którego odpowiedź układu przechodzi z jednego stanu
ustalonego do drugiego stanu ustalonego. Badanie procesów przejściowych jest szczególnie istotne w układach hamulcowych ze względu na bezpieczeństwo ruchu. Badania te przeprowadza się w celu określenia
czasu reakcji układu.
Przeprowadzone badania czasu reakcji układu przenoszącego polegać będą na rejestrowaniu zmian ciśnienia w obwodzie, przemieszczenia i siły na mechanizmie uruchamiającym hamulec bębnowy.
2.1. Zapoznanie się z budową stanowiska
Stanowisko wyposaŜone jest w stację przygotowania spręŜonego powietrza 1 oraz zawory odcinające kulowe 2,3,4.
Zbiornik 12 o pojemności 40 dm3 napełniany do ciśnienia 5 bar słuŜy do zasilania siłownika 14. Zbiornik 8 o
pojemności 20 dm3 stanowiący część instalacji ciągnika napełniany jest do wartości ciśnienia 5,8 bar. Do kontroli ciśnienia w zbiorniku słuŜy manometr 9.
Układ ciągnika zastąpiono urządzeniem odtwarzającym wzorcowy impuls ciśnieniowy układu ciągnika.
Sterowanie zaworem 10 uruchamiającym hamulce przyczepy realizowane jest za pomocą siłownika pneumatycznego 14 dwustronnego działania zasilanego ze zbiornika 12 i sterowanego ciśnieniem powietrza ze zbiornika 8.
Regulacja dławika 11 umoŜliwia zróŜnicowanie szybkości działania siłownika 14, a co za tym idzie – szybkości działania zaworu 10 (podczas szybkiego i wolnego hamowania i odhamowywania).
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
5
LABORATORIUM BADAŃ I DIAGNOSTYKI POJAZDÓW
Temat: Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy
Rys. 5. Schemat stanowiska badawczego dla układu przenoszącego z bębnowym mechanizmem hamulcowym: 1- stacja spręŜonego powietrza; 2,3,4- zawór odcinający kulowy 8410; 5- trójnik; 6,7- reduktor ciśnienia;8- zbiornik powietrza 20 dcm3; 9- manometr;
10- zawór hamulcowy 4248 typu inwersyjnego; 11-dławik; 12- zbiornik spręŜonego powietrza 40 dcm3; 13- tłok siłownika pneumatycznego; 14- siłownik pneumatyczny; 15- złącze przewodów (ciągnik-przyczepa); 16- przewód gumowy ze wzmocnieniem tekstylnym 17- przetworniki ciśnienia MBS; 18- zbiornik przyczepy 20dcm3; 19- zawór sterujący przyczepy 4411; 20,21- siłownik hamulcowy tłokowy; 22- siłomierz CL 14; 23- czujnik przemieszczeń; 24- mechanizm uruchamiający hamulec bębnowy; 25- hamulec bębnowy; 26- moduł kontrolno pomiarowy LC-011-1612; 27- komputer;
W wyniku odpowietrzenia przewodu 16 łączącego ciągnik z przyczepą w zaworze hamulcowym przyczepy
19 otwarte zostaje połączenie zbiornika powietrza 18 przyczepy z regulatorem siły hamowania w zaworze
hamulcowym przyczepy 19. SpręŜone powietrze napływa do siłowników hamulcowych 20 i 21 co powoduje
przesunięcie mechanizmu uruchamiającego 24 i dociśnięcie szczęk hamulcowych w hamulcu ciernym bębnowym 25.
Sygnały pochodzące z przetworników ciśnienia 17, siły 22 i przemieszczenia 23 są wzmacniane i kierowane do rejestratora sygnałów 26 współpracującego z komputerem 27
Wyniki pomiarów wyświetlane są na ekranie monitora w postaci przebiegów napięć. Wyniki te rejestrowane są przez program MULT v4.08, który współpracuje z kartą kontrolną-pomiarową LC-011-1612.
2.2. Przygotowanie stanowiska
Przed zasadniczym pomiarem naleŜy wykonać następujące czynności:
– przeprowadzić skalowanie przetworników ciśnienia oraz czujnika przemieszczeń;
– połączyć elementy układu hamulcowego badanej przyczepy wkręcając w odpowiednie miejsca obwodu
(rys.5) przetworniki ciśnienia 17 oraz czujnik przemieszczeń 23 i siłomierz 26 siłownika hamulcowego 21;
– dokonać regulacji siłowników hamulcowych przyczepy na 1/3 skoku roboczego i ustawić regulator siły hamowania w pozycji Ŝądanego obciąŜenia;
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
6
LABORATORIUM BADAŃ I DIAGNOSTYKI POJAZDÓW
Temat: Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy
– połączyć za pomocą złącza 15 przyczepę z układem odtwarzającym wzorcowy impuls ciśnieniowy układu
ciągnika;
– podłączyć źródło spręŜonego powietrza ze stanowiskiem za pomocą szybkozłącza;
– sprawdzić pewność i szczelność połączeń całego układu;
– podłączyć przetworniki ciśnienia, przetwornik siły oraz czujnik przemieszczeń z kartą analogową przetworników i komputerem;
– uruchomić program Mult v4.08;
– przeprowadzić pomiar próbny w celu dobrania czasu próbkowania oraz liczby punktów pomiarowych (badania przeprowadzono dla 4096 próbek i czasu próbkowania 5ms, 15ms)
– wykonać pomiar wstępny niezbędny do zerowania przetworników ciśnienia przy panującym we wszystkich
objętościach ciśnieniu atmosferycznym;
– ustalić liczbę powtórzeń pomiarów;
– odczytać z barometru i termometru ciśnienie absolutne i temperaturę otoczenia;
2.3. Przebieg pomiarów
Pomiary przeprowadza się w następującej kolejności:
– napełnić zbiornik 8 do ciśnienia 6 bar ustawiając Ŝadne ciśnienie za pomocą reduktora ciśnienia 7
– sprawdzać ciśnienie panujące w zbiorniku 8 za pomocą manometru 9
– ustawić na reduktorze 6 ciśnienie 5,8 bar
– dokonać nastawy zaworu dławiącego 6 w odpowiednim połoŜeniu
– po zahamowaniu, czyli ustaleniu się ciśnienia w siłownikach oraz pełnego zadziałania hamulca bębnowego
25 układ odhamować odkręcając zawór kulowy 4 co spowoduje ujście powietrza z układu do atmosfery
– wyświetlić zarejestrowane przebiegi napięć w oknie programu Mult, w celu sprawdzenia prawidłowości pomiaru;
– zapisać wyniki w formacie tekstowym „ascII” (.asc)
– opracować statystycznie w arkuszu kalkulacyjnym wyniki badań, sprawdzić jednorodność wyników pomiarów
odrzucając w razie konieczności pomiary odstające;
– sporządzić charakterystyki zmian ciśnienia w układzie podczas hamowania i odhamowywyania oraz przebiegi zarejestrowanych wartości siły i przemieszczenia siłownika hamulcowego;
• z otrzymanych charakterystyk procesów przejściowych odczytać czasy reakcji obwodu przenoszącego
dla czasu pełnego uruchomienia hamulców t=0,2s. Wyniki pomiarów zestawić w protokole pomiarowym.
• wyznaczyć w arkuszu kalkulacyjnym Excel wartości czasów reakcji zaworu sterującego hamulcami i
siłowników hamulcowych. .
3.
OPRACOWANIE I ANALIZA WYNIKÓW POMIARÓW
3.1. Przykładowe wyniki
Przykładowa otrzymana charakterystyka procesów przejściowych w układzie przenoszącym hamulcowym
przyczepy podczas hamowania i odhamowania pokazana jest na rys. 6
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
7
LABORATORIUM BADAŃ I DIAGNOSTYKI POJAZDÓW
Temat: Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy
Obwód przenoszący hamulców przyczepy
7,00
6,00
p3 - zawór sterujący
p5 - zbiornik przyczepy
ciśnienie [bar]
5,00
p6 - regulator siły ham.
4,00
p7 - siłownik przód
3,00
p8 siłownik tył
przemieszczenie tłoczyska siłownika
[cm]
siła na tłoczysku siłownika [10*4 N]
2,00
1,00
0,00
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
czas [s]
Rys. 6. Procesy przejściowe w obwodzie przenoszącym hamulców przyczepy (T= 20ºC, pa= 1012 hPa)
4. WYMAGANIA BHP
Osoby biorące udział w ćwiczeniu obowiązane są do:
- przestrzegania przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy zgodnie z regulaminem prac na laboratorium,
- wykonywać pomiary i badania w sposób zgodny z wydawanymi w tym zakresie poleceniami i wskazówkami
przez prowadzącego,
- niezwłocznie zawiadomić prowadzącego o zauwaŜonym w laboratorium wypadku lub zagroŜeniu wypadkiem,
- współdziałać z prowadzącym w wypełnianiu obowiązków dotyczących BHP i P – POś.
5.
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać stronę tytułową, cel i zakres ćwiczenia, schemat stanowiska badawczego, charakterystyki zmian ciśnienia w zaworze uruchamiającym hamulce przyczepy, protokół
pomiarowy i wnioski.
6. PYTANIA KONTROLNE
- Narysować schemat pneumatycznego układu hamulcowego przyczepy jedno-/dwuprzewodowego,
- Podstawowe zespoły układu hamulcowego. Rola i zadania,
- Wymagania stawiane układom hamulcowym przyczep rolniczych
- Metodyka sprawdzania czasu reakcji układu hamulcowego przyczepy,
- Metodyka sprawdzania pojemności zbiornika spręŜonego powietrza.
7.
1.
2.
3.
4.
LITERATURA
Orzełowski S.: Budowa podwozi i nadwozi samochodowych. WSiP, Warszawa 2000.
Polska Norma PN-86/R-36400. Przyczepy rolnicze. Skuteczność działania hamulców. Wymagania i badania.
Polska Norma: PN-90/R-36123. Ciągniki, przyczepy i przyczepiane maszyny rolnicze. Powietrzny jednoprzewodowy układ przenoszący hamulców. Wymagania i badania.
Polska Norma: PN-76/S- 47000. Skuteczność działania hamulców. Wymagania i badania.
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
8
LABORATORIUM BADAŃ I DIAGNOSTYKI POJAZDÓW
Temat: Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy
5.
6.
7.
Polska Norma PN-ISO 611. Pojazdy drogowe. Hamowanie pojazdów drogowych i ich przyczep. Terminologia.
Prochowski L., śuchowski A.: Pojazdy Samochodowe. Samochody cięŜarowe i autobusy. WKiŁ, Warszawa 2004.
Regulamin 13 Europejskiej Komisji Gospodarczej.
PROTOKÓŁ POMIAROWY
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
9
Białystok, dn………………
Wydział Mechaniczny
Politechniki Białostockiej
Katedra Budowy i Eksploatacji Maszyn
specjalność: pojazdy samochodowe
PROTOKÓŁ POMIAROWY
Ćwiczenie nr:
Badanie pneumatycznego układu hamulcowego ciągnika i przyczepy
Wyznaczanie czasu reakcji hamulców przyczepy
Czas od początku ruchu pedału do
momentu uzyskania 90% ciśnienia
asymptotycznego w przewodzie
sterującym
Czas od początku ruchu pedału do
momentu uzyskania 25% ciśnienia
asymptotycznego w przewodzie
sterującym
Czas od początku ruchu pedału do
momentu uzyskania 75% ciśnienia
asymptotycznego w siłowniku hamulcowym
………………………………..
data wykonania ćwiczenia
Wartość zmierzona
……………………… [s]
Wartość dopuszczalna
0,2 [s]
Wartość zmierzona
……………………… [s]
Wartość dopuszczalna
0,4 [s]
Wartość zmierzona
……………………… [s]
Wartość dopuszczalna
0,6 [s]
……………………………
podpis prowadzącego