Проектирование стендов для проверки мощности автомобилей

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 7Следующая ⇒

Стенды проверки мощности (СПМ) (рис. 11, 12) предназначены для оценки тяговых качеств автомобилей при их диагностировании. Кроме того, в процессе испытании автомобиля на СПМ можно измерять расход топлива, оценивать уровень шумов и вибрации двигателя и трансмиссии. Некоторые СПМ позволяет определять техническое состояние агрегатов трансмиссии путем оценки в них потерь механической энергии. Так как в процессе движения автомобиля по роликам стенда передние колеса неподвижные и отсутствует сопротивление встречного потока воздуха, на ведущих колесах создается избыток мощности, поглощаемый нагружателем стенда.

Рис. 11. Классификация стендов

Рис. 12. Стенд проверки мощности:

1 – беговой ролик; 2 – нагружатель; 3 – датчик крутящего момента;

4 – инерционная масса; 5 – тахогенератор; 6 – выталкиватель колес;

7 – колесоотбойник.

Конструкция нагружателя позволяет измерятъ поглощаемую мощностъ, являющуюся основным комплекным параметром технического состояния автомобиля. В качестве нагружателей могут использоваться гидравлические, электрические или вихревые тормоза, а также инерционные массы. В последнем случае оценка мощности, подводимой к колесам, производится по косвенным параметрам – времени или пути разгона автомобиля.

СПМ проектируется обычно по схеме, представленной на рис. 13.

Рис. 13. Стенд для проверки мощности двигателя:

1 – вентилятор; 2 – пульт управления;

3 – дистанционный пульт управления; 4 – отвод отработавших газов;

5 – беговые спаренные барабаны с нагрузочным устройством; 6 – упоры

Для предотвращения проскальзывания колеса относительно роликов, их диаметр принимает в пределах 0,35...0,40 от диаметра колеса, но не менее 240 мм, так как при дальнейшем уменьшение диаметра равно возрастает сопротивление качению колеса.

Для удобства обработки сигналов датчиков пути в скорости желательно, чтобы один оборот ролика соответствовал пути автомобиля длиной в 1 м. Поэтому стенды для диагностирования больших моделей грузовых автомобилей и автобусов имеет ролики с диаметров 318 мм. СПМ легковых автомобилей имею ролики меньшего диаметра.

Длина роликов l_p (рис. 14) зависит от конструктивных параметров шин и степени универсальности стенда:

. (1)

Расстояние между роликами:

(2)

Здесь В _н – наибольшая наружная колея; В _вн – наименьшая внутренняя колея; а = (100…150) мм – запас по длине.

Рис. 14. К расчету основных размеров стенда

Рис. 15. Схема взаимодействия колеса и роликов СПМ

При испытании автомобиля на стенде, если неправильно выбрано расстояние L (рис. 15), произойдет отрыв колеса от заднего ролика и автомобиль выедет со стенда. Чтобы этого не произошло, должно выполняться условие:

, (3)

где – коэффициент сцепления колес с роликами; f – коэффициенты сопротивления качения колес по поверхности пола и роликам.

Если выразить силы через G _кз и принять, что

, то (4)

(5)

Подставив выражение (5) в уравнение (4) и разделив обе части неравенства на G _кз с os a, можно получить:

или

Учитывая, что 2f _р в 10...15 раз меньше , то приближено можно принять, что

. (6)

Если = 0,5, то . Практически =30°. Тогда расстояние между осями роликов:

, (7)

где R _к и R _p – соответственно, радиусы колеса и ролика. Однако стенд должен быть оборудован выталкивателем колес (см. рис. 5).

Ход подъемника выталкивателя:

где

, (8)

h = 20...30 мм – гарантированный зазор.

Часто в качестве исполнительных механизмов подъемников используются пневмоподушки от подвески автобусов. Подъёмная сила выталкивателя должна быть больше силы веса, приходящейся на колесо. Иногда выталкиватели конструктивно объединяют с тормозом, блокирующим ролики в момент выезда автомобиля. В этом случае сила на штоке исполнительного механизма:

, Н , (9)

где – коэффициент трения между тормозной накладкой и роликом.

Для уменьшения силы Р колодки располагают под некоторым углом к вертикальной оси (рис. 15).

Тогда:

, Н . (10)

В расчетах = 0,5, а = (0,28..,0,62), в зависимости от материала антифрикционных накладок. Накладки от тормозных механизмов автомобилей, в состав которых входит коротковолокнистый асбест, наполнители в виде оксида цинка, железного сурика и связующие синтетические смолы, обеспечивают = 0,3...0,35.

Площадь накладки F определяется исходя из удельного давления Р _о

, мм² (11)

где Р _о = 0,15…0,25 Н/мм².

Если площадь получается большой, используют тормоза без накладок. При этом в расчетах = 0,15, а Р _о = 50 Н/мм². В ряде случаев, когда сила на дополнительном механизме получается слишком большой, используют специальные тормозные устройства в виде зубчатых дисков, сидящих на одном валу с роликом и затормаживаемых отдельным исполнительным механизмом (рис. 17). Часто, в качестве исполнительного механизма, используют тормозные камеры, например, от автомобилей ЗИЛ-130.

Рис. 16. К расчету хода подъемника:

а - подъемник опущен; б - подъемник поднят.

Рис. 17. Варианты конструкций тормозов роликов:

а - тормоз совмещен с подъемником; б - тормоз выполнен в виде стопора.

Подшипники роликов и инерционной массы рассчитываются по динамической грузоподъемности:

, (12)

где Р – эквивалентная нагрузка; = 3 для шариковых и = 3,33 для роликовых подшипников; а ₁ – коэффициент надежности, обычно а ₁=1; а ₂ – обобщенный коэффициент влияния качества металла и условий эксплуатации; L –ресурс, млн. об.

В опорах применяют двухрядные сферические самоустанавливающиеся подшипники, исключающие нарушение нормальных условий работы при прогибе длинных валов и перекосах при монтаже. Для них а ₂ = 0,5...0,6.

Расчет эквивалентной нагрузки ведется по формуле:

, Н

где z – число опор роликов стенда; K _б – коэффициент безопасности; К _т – температурный коэффициент.

Если нагрузка с умеренными толчками, то K _б = 1,3...1,5. Так как температура подшипников стенда при работе не превышает 100 °С, К _т= 1.

Ресурс рассчитывается исходя из средней частоты вращения роликов при V = 60 км/ч для грузовых автомобилей и V = 90 км/ч для легковых автомобилей.

(13)

где Т – продолжительность смены; n _см= 1...1,5 – число рабочих смен в сутки, D _рг = 253 или 305 дней работы в году; К _и = 0,3...0,4 – коэффициент использования стенда; А = 7 лет – срок службы стенда.

Должно соблюдаться условие:

Если для блокировки роликов в момент выезда автомобиля используются фрикционные тормоза, создающие большие усилия, нормальные к поверхности ролика, подшипники следует проверить на статистическую грузоподъемность.

Параметром нагружателя стенда определяют решением уравнения мощностного баланса относительно мощности, поглощаемой нагружателем:

(14)

где N _e – мощность двигателя автомобиля, определяемая по внешней скоростной характеристике; N _ва – мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных агрегатов автомобиля; N _тр – потери мощности в трансмиссии; N _f – потери мощности на трение качения колес по роликам стенда; N _ст – потери мощности в механизмах стенда. На первом этапе расчета формируется массив данных в виде таблицы (табл. 1).

Таблица 1

Образец таблицы для формирования массива данных,

используемые при расчете мощности нагружателя стенда

Наименование параметра	Значение параметра при скорости, км/ч
Наименование параметра	50	60	70	80
n_дв, об/мин
N_е, л.с.
N_ва, л.с.
……
N_х, л.с.

Для расчета нагружателя СПМ грузовых автомобилей и автобусов скорость берется в четырех точках внешней скоростной характеристики: 50, 60, 70, 80 км/ч, а легковых - 60, 80, 100, 120 км/ч.

Частота вращения коленчатого вала двигателя:

(15)

где V – скорость автомобиля, км/ч; i _o – передаточное отношение главной передачи.

, л.с. , (16)

где N _м – максимальная мощность по паспорту, л.с.; n _N – частота вращения коленчатого вала, соответствующая максимальной мощности, об/мин; а, b, с – коэффициенты.

Для дизельных двигателей а = 0,67; b = 1,33; с = 1,0. Для бензиновых двигателей а = b = с = 1.

Мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных агрегатов:

, л.с. (17)

Потери мощности в агрегатах трансмиссии:

(18)

где – КПД трансмиссии

где = 0,98^k-0,97^m-0,99ⁿ.

Здесь k, m, n – соответственно число пар циклических шестерен, конических и карданных шарниров в трансмиссии при включении прямой передаче.

Потери мощности на преодоление сил трений качения:

, л.с. . (19)

Для практических расчетов можно применять, что f_р не зависит от скорости и составляет:

при ,

при .

Потери мощности в механизмах стенда:

, л.с. (20)

где n _р – частота вращения роликов стенда, об/мин.

По результатах расчета (табл. 1) строят зависимость N _х = f(n _р) формирует характеристику нагружателя. Так как в процессе работы нагружателя происходит нагрев обмоток и металла, его эффективность снижается. Поэтом мощность нагружателя берется с 20 % запасом:

(21)

Используя результаты расчета мощности, поглощаемой нагружателем, по формуле

, Нм (22)

определяют тормозной момент.

Инерционная масса стенда рассчитывается исходя из равенства кинетических энергий, запасаемых при разгоне автомобиля на дороге и на стенде.

При движении на дороге:

, Дж (23)

где m – масса автомобиля, кг; J _k – момент инерции всех колес автомобиля, кг·м²; – угловая скорость колес, 1/с; V – скорости автомобиля, м/с.

При движении на стенде:

, Дж (24)

где J _k _з – момент инерции задних колес, кг·м²; J _р – момент инерции всех роликов стенда, кг·м²; J _м – момент инерции инерционных масс, кг·м²; , , – соответственно угловые скорости колес, роликов и масс, 1/с.

Так как W _g = W _c , то

(25)

В формуле (25) можно заменить:

(26)

где i _рм – передаточное отношение между роликом и инерционной массой. Часто для уменьшения металлоемкости инерционной массы ее подключают к роликам стенда через ускоряющую цепную передачу с передаточным отношением 0,5...0,3.

После подстановка (26) в (25) и преобразования можно получить равенство:

(27)