Вдосконалення електропневматичних апаратів гальмівного приводу автотранспортних засобів

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ

УНІВЕРСИТЕТ

УДК 629.3.02-592-523:681.527.35

ВДОСКОНАЛЕННЯ ЕЛЕКТРОПНЕВМАТИЧНИХ АПАРАТІВ ГАЛЬМІВНОГО ПРИВОДУ АВТОТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ

Спеціальність 05.22.02 - Автомобілі та трактори

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Михалевич Микола Григорович

Харків 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, професор Клименко Валерій Іванович Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідуючий кафедрою автомобілів.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Бажинов Олексій Васильович Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідуючий кафедрою автомобільної електроніки.

кандидат технічних наук, доцент Мандрика Володимир Ростиславович Національний технічний університет НТУ «ХПІ», доцент кафедри автомобіле- та тракторобудування.

Захист відбудеться: «18» листопада 2009 р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розісланий «15» жовтня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Наглюк І.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. При сучасному рівні конкуренції на ринку автоперевізників, а також збільшенні середньої швидкості руху і кількості автотранспортних засобів (АТЗ) на дорогах, щільність транспортного потоку суттєво зросла. Все це вимагає швидкої реакції не тільки від водія, але і від автомобіля. Рух з дистанцією суттєво меншою за безпечну, збільшення повної маси автомобілів і автопоїздів, а також швидкість їхнього руху потребує безпомилкового контролю над транспортним засобом у будь-якій ситуації. Виникає проблема підвищення швидкодії не тільки робочої гальмівної системи, але й аварійної.

На сьогодні пневматичний гальмівний привід (ПГП) практично вичерпав можливості що до зменшення часу спрацьовування. При збереженні його структури, що склалася, найбільший розвиток в світі одержав електропневматичний гальмівний привід (ЕПГП). Його використання дозволяє суттєво підвищить швидкодію, а також дає можливість застосовувати самостійні або комплексні електронні системи, які підвищують ефективність і безпеку гальмування АТЗ.

Відсутність вітчизняного надійного і простого зразка електропневматичного гальмівного приводу створює труднощі для розвитку, відповідно до світових тенденцій, вітчизняних автоагрегатних і автоскладальних підприємств. Вирішення цієї проблеми є актуальним завданням для науки і виробництва.

Актуальність теми. Україна має величезний потенціал і досвід у виробництві апаратів для пневматичного гальмівного приводу тягачів і причепів. Такі заводи як Полтавський агрегатний завод, Волчанський агрегатний завод поставляють свою продукцію не тільки українським виробникам транспортних засобів, але і в країни СНД. Проте відсутність в Україні впродовж останніх десяти років робіт, направлених на створення та удосконалення ЕПГП активізувало просування на вітчизняний ринок таких фірм як KNORR-BREMSE і WABCO. Світові лідери з виробництва апаратів для пневматичних і електропневматичних гальмівних систем починають захоплювати відповідні сегменти ринку. Це позначається і на вартості АТЗ у цілому і на обсягах виробництва пневматичних апаратів вітчизняними заводами. Тому створення конструкції електропневматичного гальмівного приводу, який зможе конкурувати із зарубіжними аналогами, а також перевершувати їх за надійністю і вартістю є актуальним завданням для України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до Постанови Кабінету Міністрів України №39 від 26 січня 1994 року «Про організацію виробництва міських автобусів великої місткості », а також відповідно до планів НДР кафедри автомобілів ХНАДУ за комплексними темами: «Системне проектування та конструювання транспортних засобів, що забезпечують необхідну безпеку дорожнього руху», «Теоретичні і експериментальні дослідження електропневматичного гальмового приводу автотранспортних засобів» №0198U005036, «Розробка теоретичних основ синтезу елементів електропневматичного приводу гальм, об'єднаного з АБС», «Теоретичні й експериментальні дослідження електропневматичного гальмового приводу автотранспортних засобів, об'єднаного з антиблокувальною гальмовою системою» №0101U005210, «Обґрунтування закономірностей побудови структурних модулів електропневматичного гальмівного приводу», «Рішення зв'язаних задач газової та електродинаміки в електропневматичних апаратах машинобудування» №0103U001442. Роль автора в науково-дослідних роботах полягає у розробці і дослідженні електропневматичного гальмівного приводу з двомагістральним захисним клапаном.

Наукова новизна. Вперше, за допомогою розробленої математичної моделі, досліджена динаміка сумісної роботи електромагнітного клапана і пневматичних елементів ЕПГП. Удосконалено відомий метод із зосередженими параметрами шляхом введення додатково функцій зміни знаку, визначення температури та коефіцієнта опору, що позбавляє від необхідності рішення почергово двох систем рівнянь (окремо для наповнення та спорожнення об'єму). У результаті експериментальних і теоретичних досліджень доповнений перелік факторів що впливають на точність регулювання мембранними модуляторами. Уточнені та узагальнені вимоги до статичної характеристики ЕПГП, а саме введено вимогу забезпечення бортової нерівномірності гальмівних сил згідно правилам ЄЕК ООН. Уточнені вимоги за яких забезпечується відповідність контура ЕПГП параметрам АТЗ. електропневматичний гальмівний привід релейний

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що розроблена математична модель дозволяє враховувати в роботі ЕПГП динаміку спрацьовування електромагнітних клапанів, періодичне наповнення і спорожнення порожнини модулятора і частини трубопроводу при монотонному наповненні або спорожненні гальмівної камери. Запропонована схема ЕПГП і його алгоритму керування дозволяє знизити витрату робочого тіла, а також діагностувати вихід з ладу контура аварійної гальмівної системи. Розроблений двомагістральний захисний клапан для електропневматичного гальмівного приводу забезпечує автоматичне включення захисного контура при виході з ладу робочої гальмівної системи. Відсутність в ньому електричних елементів виключає його вихід з ладу через порушення в роботі електроустаткування та електроніки. Алгоритм роботи дозволяє зменшити гальмівний шлях АТЗ.

Особистий внесок здобувача. Теоретичні та експериментальні дослідження виконані особисто автором. Автору належать: результати аналізу існуючих конструкцій ЕПГП [1]; математична модель ЕПГП за допомогою якої вирішені сумісно рівняння електро- та газової динаміки [3]; розроблена конструкція двомагістрального захисного клапана [2, 4]; розроблена конструкція вдосконаленого модулятора тиску [4]; схема аварійної гальмівної системи ЕПГП [2]; результати експериментальних досліджень роботи модулятора тиску та аварійного контурі ЕПГП [4].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації і робота в цілому доповідалися і одержали позитивну оцінку на:

- міжнародній науково-технічній конференції «Перспективні напрями розвитку конструкції автомобіля » (м. Харків, ХНАДУ, 26.10.2001 р.);

- XXXVIII міжнародній науково-технічній конференції «Безпека автотранспортних засобів». (м. Дмітров, Московська обл., 20.06.2002 р.);

- десятій науково-технічній міжнародній конференції «Транспорт, екологія - стійкий розвиток» (м. Варна, Технічний університет Варни, 14.05.2004 р.);

- шостому міжнародному науково-технічному семінарі «Перспективи розвитку автомобіле- та тракторобудування» (м. Харків, НТУ «ХПІ», 20.04.2007 р.);

- міжнародному науковому симпозіумі «Автотракторобудування - 2009» (м. Москва, МГТУ «МАМИ», 25.04.2009 р.);

- 66-й - 73-й науково-технічних і науково-методичних сесіях ХНАДУ (м. Харків, ХНАДУ, 2002-2009 рр.).

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в 5 наукових роботах, зокрема 4 в спеціалізованих виданнях, що входять до переліку ВАК України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, додатків і списку використаних джерел. Повний обсяг роботи складає 219 сторінки, зокрема, 142 рисунки на 101 сторінці, 5 таблиць на 5 сторінках, 5 додатків на 25 сторінках. Список використаних джерел складається з 167 найменувань на 19 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі стисло розглянуто стан питання у галузі розробок ЕПГП, обґрунтовано актуальність роботи, визначені мета і задачі дослідження, вказані основні наукові результати, наведені відомості про публікації і апробацію основних положень, показана практична цінність одержаних результатів.

У першому розділі проаналізовано еволюційний розвиток електронних систем управління пневматичним гальмівним приводом, розглянуті тенденції розвитку функцій ЕПГП. Обґрунтуванням доцільності застосування електропневматичного гальмівного приводу, а також створенням, дослідженням і випробуванням його елементів займались такі вчені як: Фрумкін А.К., Попов А.І., Rex R., Нужний В.В., Альокса М.М., Гецович Є.М., та ін. На основі їх робіт і сучасних серійних зразків ЕПГП був проведений аналіз конструкцій модуляторів тиску для антиблокувальної системи і ЕПГП. Зазначено відсутність універсального рішення прийнятного для керування гальмівними механізмами любої осі АТЗ. На основі аналізу роботи контурів аварійної гальмівної системи ЕПГП встановлено, що вихід з ладу електромагнітного роз'єднувального клапана, який керує роботою аварійного контура, приведе до виключення з роботи працездатної робочої гальмівної системи. Проаналізовано існуючі математичні моделі, що описують роботу електромагнітного клапана і динаміку пневматичного гальмівного приводу. Зазначено відсутність математичного опису процесів що відбуваються у релейних ЕПГП побудованих на основі мембранного модулятора тиску. Розглянуті типові системи автоматичного регулювання (САР) і реалізовані алгоритми керування ЕПГП. Визначені недоліки описаних алгоритмів і сформовані задачі дослідження.

У другому розділі досліджена конструкція експериментального зразка контура ЕПГП (рис. 1), створена з метою проведення серії пошукових експериментів. Метою пошукового експерименту було експериментальне встановлення функціональних зв'язків між елементами САР у контурі ЕПГП з мембранним модулятором тиску і відомими алгоритмами регулювання. У ході експериментальних досліджень визначалася динамічна, статична і витратна характеристики гальмівного приводу, а також досліджувалася робота модулятора в режимі широтно імпульсної модуляції (ШІМ). Статична і динамічна характеристики визначалися при різних варіантах установки датчика зворотного зв'язку (ЗЗ) САР. Варіант №1 - датчик ЗЗ встановлений у гальмівній камері. Варіант №2 - датчик ЗЗ встановлений у трубопроводі між гальмівними камерами і модулятором тиску на відстані 0,6 м від модулятора. Варіант №3 - датчик ЗЗ встановлений у порожнині модулятора.

У ході експерименту була всебічно досліджена робота контура ЕПГП внаслідок чого виявлені процеси, що впливають на якість роботи приводу і потребують детального вивчення.

У результаті аналізу осцилограм перехідних процесів, визначених під час пошукового експерименту, був зроблений висновок про необхідність доопрацювання існуючих математичних моделей, що описують роботу пневматичного гальмівного контура, з метою їх адаптації до особливостей роботи ЕПГП.

Динаміка наповнення ЕПГП оцінювалася в двох режимах:

- визначення реакції САР ЕПГП на ступінчасту зміну задавального сигналу до його максимального значення (U_з = U_max);

- визначення швидкодії ЕПГП при натисненні на педаль гальма відповідно до нормативних вимог.

При визначенні реакції на ступінчасту зміну задавального сигналу динаміка наповнення контура ЕПГП не залежить від місця установки датчика ЗЗ лише при підвищенні тиску до максимального значення у ресивері (рис. 2 а).

У решті випадків (рис. 2 б), фіксувалися значні коливання тиску, як в гальмівній камері, так і в трубопроводі після модулятора тиску. Характер зміни тиску в трубопроводі за модулятором свідчить про те, що САР встигає переключити модулятор на зниження тиску повітря, що веде до перевитрати робочого тіла.

Аналіз осцилограм зміни тиску (рис. 3 а) показав, що якість роботи ЕПГП на впусканні і випуску істотно відрізняється. Під час визначення кривих зміни тиску (див. рис. 3а) застосовувався алгоритм керування з попередженням спрацьовування клапанів, що обчислюється залежно від швидкості наростання сигналу ЗЗ. Датчик ЗЗ встановлений в порожнині модулятора тиску. Виявити причину такої різниці у якості роботи вдалося після проведення серії пошукових експериментів. У ході експериментів досліджувалася робота впускного мембранного клапана при подачі на обмотку електромагніта ШІМ (рис. 3 б).

За результатами експериментальних даних можна відзначити покращання якості регулювання пов'язане з неповним спорожненням підсилювальної порожнини впускного мембранного клапана модулятора.

У третьому розділі складена розрахункова схема контура ЕПГП (рис. 4) і записані системи рівнянь динаміки пневматичного контура і електромагнітного клапана, що дало можливість вперше для гальмівного контура вирішити спільно загальну систему рівнянь і тим самим точніше описати роботу каскаду посилення і контура ЕПГП в цілому.

Рівняння, що стосуються руху повітря в контурі (1), (2) ЕПГП допрацьовані шляхом об'єднання тих рівнянь, що описують наповнення і спорожнення контура.

Результатом доопрацювання стала можливість розрахувати наповнення і спорожнення різних ділянок контура ЕПГП при монотонному наповненні або спорожненні гальмівної камери. Як показали пошукові експерименти, такі режими характерні для релейного контура ЕПГП.

де - показник адіабати; - універсальна газова постійна; - температура перед входом в гальмівну камеру; - витрата повітря при наповненні і спорожненні гальмівної камери; - температура повітря в гальмівній камері;- об'єм гальмівної камери; - тиск повітря в гальмівній камері;- тиск повітря в трубопроводі перед гальмівною камерою; - функція витрати при наповненні гальмівної камери; - функція витрати при спорожненні гальмівної камери;- визначається за формулою; - коефіцієнт опору;- функція витрати при наповненні і спорожненні гальмівної камери.

Опис роботи електромагнітного клапана за допомогою системи диференціальних рівнянь (3), дозволило аналізувати його роботу в різних режимах, у тому числі і при подачі на обмотку електромагніта широтно-імпульсної модуляції (ШІМ).

(3)

де Ф - магнітний потік, Вб; х - переміщення якоря, м; U - напруга, В; n - число витків в обмотці електромагніту; R_а - опір, Ом; i - поточне значення струму, А; m - маса рухомих частин, кг; Р_пр - сила протидії руху якоря, Н;- початковий робочий зазор, м; k - постійна, залежна від конфігурації магнітного ланцюга електромагніта.

Розрахунок гідравлічних опорів контура ЕПГП дозволив ввести дані в модель і одержати криві зміни тиску під час роботи контура ЕПГП. Моделювання роботи контура під час подачі на обмотку електромагніта ШІМ дозволило одержати залежність часу відкритого стану мембранного клапана від параметрів подачі ШІМ електричного сигналу на обмотку електромагніта (рис. 5).

У четвертому розділі описані елементи вдосконаленого контура ЕПГП і їх функціональні зв'язки. Проаналізовані динамічні властивості експериментального ЕПГП, визначено можливість застосування відповідного алгоритму керування. За результатами моделювання динаміки сумісної роботи електромагнітного клапана та мембрани було виявлено, що на швидкодію мембранного клапана суттєвий вплив роблять: перепад тиску на мембрані, при якому вона спрацьовує; межі зміни тиску в підсилювальній порожнині і швидкість наростання тиску в підсилювальній порожнині (яка визначається умовним діаметром електромагнітного клапана та об'ємом підсилювальної порожнини). Всі ці фактори були враховані у вдосконаленій конструкції модулятора. Як показали розрахунки і експериментальні дослідження умови роботи впускного і випускного мембранних клапанів виявилися неоднаковими, чим обґрунтована різна точність при впусканні і випуску повітря з гальмівної камери (див. рис. 3 а). На одну з поверхонь випускної мембрани постійно впливає атмосферний тиск, на відміну від впускної. Цим пояснюється вищий рівень тиску в підсилювальній порожнині впускної мембрани, що спричиняє її пізніше переміщення. Якщо межа спрацьовування випускної мембрани складає 50 - 150 кПа, то для впускної мембрани ця величина дорівнює 500 - 700 кПа.

Очевидно, що випускна мембрана при наповненні підсилювальної порожнини від атмосферного тиску спрацює швидше. Після визначення рівнів тиску, що приводять до переміщення кожної мембрани, було обмежено мінімальний тиск у підсилювальній порожнині впускної мембрани величиною 350 - 450 кПа. Такий рівень тиску дозволяє скорочувати час на заповнення підсилювальної порожнини повітрям. Граничне значення перепаду тиску після якого починається рух мембрани знаходиться нижче максимального тиску у ресивері (800 кПа) тому випускний канал підсилювальної порожнини впускної мембрани було з'єднано з проточною порожниною модулятора. Таким чином знизилися витрати робочого тіла бо повітря із підсилювальної порожнини направляється у контур ЕПГП. Подальший аналіз роботи каскаду посилення на математичній моделі дозволив визначити ще один шлях підвищення швидкодії мембранного клапана, збільшення прохідного перерізу електромагнітного клапана. Моделювання роботи впускної і випускної мембран з електромагнітними клапанами, у яких різний умовний діаметр, ще раз підтвердило актуальність обмеження мінімального тиску в підсилювальній порожнині впускного клапана і дозволило вибрати оптимальний прохідний переріз електромагнітного клапана, а також їх кількість, що забезпечує максимальну швидкодію мембрани (рис. 6). Це відбувається за рахунок того що декілька електромагнітних клапанів зберігають малий хід якоря, а сумарний перетин групи клапанів збільшується.

Обмеження мінімального тиску в підсилювальній порожнині має і негативні наслідки для роботи модулятора тиску. Із збільшенням цього тиску підвищується мінімальна напруга, при якій електромагнітний клапан залишається працездатним. Позитивний результат у збільшенні швидкодії впускної мембрани дала установка зворотного клапана в канал, що зв'язує напірну порожнину модулятора з підсилювальною порожниною впускної мембрани. Таке рішення дозволяє позбавитися падіння тиску в підсилювальній порожнині в результаті синхронного зниження тиску в напірній порожнині модулятора під час процесу впускання. У розробленому ЕПГП використовувався вдосконалений алгоритм керування контуром, направлений на покращання трьох параметрів роботи контура. Перший - зменшення ступеня підвищення тиску при заповненні контура повітрям під час плавного переміщення педалі гальма (див. рис. 3 а). Другий - усунення перевитрати робочого тіла при перерегулюванні сигналу ЗЗ в результаті перемикання модулятора на випуск повітря (див. рис. 2. б). Третій - підвищення швидкодії за рахунок попереднього підвищення тиску в гальмівній камері відразу після торкання педалі гальма. Цим досягається вибірка зазорів у гальмівних механізмах.

Основним елементом контура аварійної гальмівної системи в розробленому електропневматичному гальмівному приводі є двомагістральний захисний клапан для ЕПГП.

Особливістю його конструкції є відсутність електричних клапанів, керованих електронним блоком керування. Це дозволяє виключити вихід з ладу захисного контура або його мимовільне спрацьовування через порушення в роботі електричних елементів захисного клапана або перебої в електроживленні.

Оцінка сумісності розробленого модулятора з АТЗ використовувалася методика запропонована Нужним В.В. Але вона вдосконалена автором роботи шляхом урахування допустимої бортової нерівномірності і опису параметрів контура не узагальненою характеристикою (як пропонував Нужний В.В.), а параметрами, що описують окремі ділянки контура, які відповідають за якість його роботи.

Перше - забезпечення комфортабельності службових гальмувань, використовуючи нечутливість людського організму до змінення уповільнення (може бути виражена лінійною або степеневою залежністю), яке записується рівнянням:

(4)

де - допустима зміна гальмівної сили i-ої осі АТЗ яка визначає допустиме змінення уповільнення, Н; - допустима зміна тиску в i-му контурі гальмівного приводу, МПа; - коефіцієнт перетворення гальмівного механізму та колеса i-ої осі Н/МПа; - маса АТЗ, кг;- допустима зміна уповільнення, м/с².

Друге - забезпечення можливості регулювання тиску під час гальмування на льоду при мінімальному коефіцієнті зчеплення коліс з дорогою. У роботах попередніх дослідників ця сходинка визначається як різниця між тиском блокування коліс при мінімальному зчепленні з дорогою і тиском початку зростання гальмівного моменту. Наявність двох модуляторів на одній осі допускає їх асинхронну роботу через що необхідно ввести третє обмеження - згідно з ДСТУ UN/ECE R 13-07,08:2002 допустима бортова нерівномірність тиску для будь-якої осі не повинна перевищувати 25 % від більшої величини в діапазоні від 2 м/с² і більше, а також не перевищувати значення, відповідне 25 %, при уповільненні 2 м/с² і менше.

Після детального дослідження процесу зміни тиску в контурі релейного ЕПГП (рис. 7) в методику, запропоновану Нужним В.В., введено додаткову нерівність (5), що обмежує величину ступеня тиску.

, (5)

де - допустима величина ступеня тиску, МПа; - час відкритого стану мембранного клапана; - темп зростання тиску у трубопроводі між гальмівною камерою і модулятором, МПа/с; - коефіцієнт вирівнювання тиску.

У результаті розрахунків для вантажного автомобіля загального призначення четвертого класу ЗІЛ - 431410 згідно з усіма трьома обмеженнями визначення ступінчастості ЕПГП допустимі значення уставок тиску матимуть вигляд (рис. 8 a, 8 б).

Реальний рівень приросту уповільнення відповідний досягнутому рівню відкритого стану впускного клапана визначається залежністю

, (6)

а з урахуванням наповнення гальмівної камери

, (7)

де - коефіцієнт вирівнювання тиску i - го контура; - темп наростання тиску в трубопроводі за модулятором, МПа/с; - темп наростання тиску в гальмівній камері, МПа/с.

Як видно з рис. 8 а) та 8 б) усі три критерії по черзі визначають допустиме значення зміни тиску у контурі ЕПГП залежно від рівня уповільнення та розташування вісі автомобіля. Слід зазначити що для модулятора який забезпечує тільки осьове регулювання тиску допускається не враховувати обмеження 2 (див. рис. 8 а та 8 б).

Узагальненою характеристикою сумісності модулятора і АТЗ за всіма трьома обмеженнями можна вважати допустимий час відкритого стану мембранного клапана модулятора (рис. 8 в та 8 г).

а) та б) - допустимі значення уставок тиску для задньої осі порожнього та навантаженого автомобіля відповідно; в) та г) - допустимий час відкритого стану клапана контура передньої осі порожнього та навантаженого АТЗ відповідно; 1 - за умови забезпечення комфортабельності; 2 - за умови допустимої бортової нерівномірності; 3 - за умови здатності регулювання тиску на льоду; 4 - реальне значення Т_{відкр. cтану min}

Найбільш складно забезпечити комфортабельне гальмування передньою віссю АТЗ. Для неї не завжди вдається забезпечити умову (5). Цим пояснюється застосування в гальмівних системах фірми WABCO для керування гальмівними камерами задньої осі одного релейного електропневматичного модулятора, а для керування гальмівними камерами передньої вісі комбінації з квазіпропорційного модулятора ЕПГП і релейних модуляторів АБС.

Наповнюючи контур ЕПГП уставками тиску, що не перевищують допустимої величини, одержимо квазіпропорційну статичну характеристику (уповільнення - зусилля на педалі гальма).

У п'ятому розділі описано проведення експериментальних досліджень і виконано аналіз їх результатів. У ході експериментальних досліджень були визначені декілька робочих характеристик гальмівного приводу на нерухомому автомобілі. Ці характеристики дозволили оцінити ефективність удосконалень внесених автором у конструкцію апаратів і алгоритм керування контуром ЕПГП.

Витратна характеристика - визначалася шляхом багатократного, різкого, повного натиснення на гальмівну педаль при відключеному компресорі. Багатократне, плавне натиснення на гальмівну педаль, що забезпечує не монотонне наповнення гальмівних камер, характеризує додаткові втрати тиску повітря, пов'язані з роботою підсилювальних порожнин і перемикання клапанів модулятора на скидання тиску в результаті перерегулювання. У обох варіантах визначення витратної характеристики падіння тиску в ресивері знаходилося в допустимих межах. Експериментальний контур ЕПГП втрачає працездатність при надлишковому тиску в ресивері 0,15 МПа, що відбувається після 46 повних спрацьовувань. Застосування у алгоритмі керування «часу вирівнювання тиску» дозволяє разом з підвищенням точності (що потребує зменшення зони нечутливості) зменшити витрати запасів повітря у ресивері на 4,6…7,7% при відключеному джерелі стислого повітря та плавному переміщені педалі гальма.

Динамічна характеристика - визначалася при різкому натисненні і відпуску педалі гальма (рис. 9).

Порівняльний аналіз наповнення і спорожнення гальмівних камер з ЕПГП і ПГП показує збільшення швидкодії на 0,1 с для впускання і 0,15 с для випуску повітря з гальмівних камер. При початковій швидкості гальмування 60 км/год таке збільшення швидкодії дає скорочення гальмівного шляху на 1,5 м. Це відбувається за рахунок швидшого приведення в дію гальмівних механізмів в період руху АТЗ із швидкістю близькою до початкової швидкості гальмування. Додатковим резервом скорочення гальмівного шляху є попереднє приведення гальмівних механізмів в робоче положення після переміщення штока гальмівної камери і вибору зазорів гальмівного механізму. Застосування попереднього наповнення гальмівної камери для приведення в дію гальмівного механізму на стадії торкання педалі гальма дозволяє збільшити швидкодію додатково на 0,03 с без збільшення темпу наростання уповільнення. Таке підвищення тиску дозволяє скоротити гальмівний шлях при екстреному гальмуванні додатково на 0,5 м при початковій швидкості гальмування 60 км/год. Таким чином, сумарне зменшення гальмівного шляху складає 2 м, що є значним покращанням для одиночного АТЗ. Статична характеристика - це залежність тиску в гальмівній камері від переміщення педалі гальма (рис. 10). Статична характеристика ЕПГП представляє площу, обмежену кривими, які описують ступені зміни тиску, що визначають точність регулювання.

У порівнянні зі статичними характеристиками які отримані під час пошукового експерименту характеристики визначені після удосконалення модулятора (рис. 10) забезпечують поліпшення точності регулювання на 7,4…13,9%. На рис. 10 б, можна спостерігати процес попереднього підвищення тиску до 0,05 МПа при 2% переміщення педалі гальма. Оцінка працездатності двомагістрального захисного клапана проводилася при стендових і дорожніх випробуваннях у складі контура аварійної гальмівної системи ЕПГП. При проведенні досліджень визначалися його швидкодія, мінімальний тиск, при якому клапан утримує захисний контур у закритому стані, а також час приведення захисного контура в дію.

Проведені випробування показали, що захисний клапан практично не робить впливу на час наповнення гальмівної камери, що узгоджується з розрахунковими даними. Різниця в часі при наповненні гальмівної камери із захисним клапаном і без нього лежить в межах 0,01-0,025 с. Загальний час спрацьовування ЕПГП від моменту натиснення на педаль гальма і до наповнення 75 % максимального тиску гальмівної камери складає 0,28-0,3 с, а час розгальмовування гальмівної камери 0,33-0,35 с.

Сумісність двомагістрального захисного клапана з контуром ЕПГП забезпечується гарантованим закриттям захисного клапана до наростання тиску в контурі аварійної гальмівної системи. Для встановлення цього факту в контурі аварійної гальмівної системи був встановлений датчик тиску. Тиск у контурі робочої гальмівної системи ЕПГП наростає швидше, ніж тиск у контурі аварійної гальмівної системи (рис. 11). Використання алгоритму з попереднім підвищенням тиску в гальмівній камері забезпечує закриття захисного клапана ще до початку зростання тиску в гальмівному крані.

Аварійною характеристикою контура ЕПГП є зміна тиску в гальмівній камері при несправності якого-небудь елемента гальмівного приводу (рис. 12). Для імітації аварійної ситуації в електронний блок керування була запрограмована тестова програма. Робота програми імітувала несправність, яка еквівалентна виходу з ладу будь-якого з електромагнітів або відсутність напруги в бортовій мережі. В процесі гальмування програмним способом електронний блок керування переводив модулятор у режим спорожнення гальмівних камер після досягнення максимального тиску повітря (рис. 12). Гальмівна педаль залишалася натиснутою, за рахунок чого тиск в контурі аварійної гальмівної системи підтримувався на заданому водієм рівні. Після падіння тиску в гальмівній камері до мінімального тиску 0,02 МПа захисний клапан перемикався в режим роботи аварійної гальмівної системи і гальмівні камери починали заповнюватися з контура аварійної гальмівної системи. У цілях безпеки гальмування передньою віссю здійснювалося контуром ПГП, тиск в якому змінювався синхронно з тиском у контурі аварійної гальмівної системи ЕПГП.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз стану питання показав, що на серійних зразках ЕПГП під час виходу з ладу електромагнітного клапана який блокує аварійний контур порушується працездатність робочої гальмівної системи.

2. Розроблена математична модель, що включає динамічну модель електромагнітного клапана, показала збіг з експериментальними даними на 90%. Подальше вдосконалення моделі можливо якщо урахувати коливальний характер вирівнювання тиску повітря в контурі релейного ЕПГП.

3. Визначена залежність часу спрацювання мембрани від основних параметрів електромагнітного клапана:

- умовного діаметра електромагнітного клапана (з урахуванням оптимальної індуктивності електромагніта);

- напруги живлення;

- кількості електромагнітних клапанів у одному каскаді посилення;

- тиску повітря яке діє з обох сторін електромагнітного клапана.

4. Вдосконалена конструкція модулятора має швидкодію 0,008 с та забезпечує час відкритого стану клапана 0,0065 с. Швидкодія модулятора визначається:

- об'ємом підсилювальної порожнини;

- прохідними перерізами електромагнітних клапанів та їх швидкодією;

- величиною обмеження тиску в підсилювальній порожнині;

- перепадом тиску що діє на різні функціональні поверхні мембрани.

5. Розроблений двомагістральний захисний клапан забезпечує автоматичне спрацьовування аварійної гальмівної системи ЕПГП і виводить АТЗ на початковий рівень уповільнення через 0,55с після виходу з ладу робочої гальмівної системи. Запропонована конструкція аварійної гальмівної системи з двомагістральним захисним клапаном не мають електричних компонентів які впливають на її працездатність.

6. Експериментально підтверджена сумісність, працездатність та ефективність розроблених контурів робочої і аварійної гальмівної системи.

7. Ефективність гальмування одиночного АТЗ:

- робочою гальмівною системою зросла на 2...10 % (залежно від початкової швидкості гальмування);

- аварійною гальмівною системою зросла у 1,5…2 рази по відношенню до нормативної.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Туренко А. Н. Конструкции существующих электропневмоприводов и их недостатки / А. Н. Туренко, В. И. Клименко, В. А. Богомолов, Н. Г. Михалевич // Автомобильный транспорт. [Сб. науч. трудов]. 2001. №7-8. С. 209 - 211.

2. Туренко А. Н., Работа электропневмопривода в аварийном режиме / А. Н. Туренко, В. И. Клименко, В. А. Богомолов, С. Я. Ходырев, Н. Г. Михалевич // Вестник ХГАДТУ. [Сб. науч. трудов]. 2002. № 17. С. 26-27.

3. Туренко А. Н. Алгоритмы управления электропневматическими модуляторами давления / А. Н. Туренко, В. И. Клименко, В. А. Богомолов, С. Я. Ходырев, Н. Г. Михалевич // Автомобильный транспорт. [Сб. науч. трудов]. 2003. № 13. С. 157-159.

4. Клименко В. И. Экспериментальные исследования динамики электропневматического тормозного привода / В. И. Клименко, Н. Г. Михалевич, А. А. Чебан, А. Н. Красюк // Автомобильный транспорт. [Сб. науч. трудов]. 2005. №16. С. 156-158.

АНОТАЦІЯ

Михалевич М.Г. Вдосконалення електропневматичних апаратів гальмівного приводу автотранспортних засобів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.02 - автомобілі та трактори. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2009.

Дисертація присвячена вдосконаленню процесу гальмування електропневматичним гальмівним приводом, розробці математичної моделі, що дозволяє сумісно вирішувати рівняння електро- та газової динаміки. Математична модель на основі методу із зосередженими параметрами, запропонованого О.В. Герц, була адаптована автором для розрахунків релейного ЕПГП. Всебічно досліджена робота контура ЕПГП та каскаду посилення модулятора тиску. Удосконалена методика визначення відповідності модулятора транспортному засобу. Узагальнені і уточнені вимоги до статичної характеристики в частині введення вимоги забезпечення бортової нерівномірності гальмівних сил згідно з правилами ЄЕК ООН.

У результаті теоретичних та експериментальних досліджень були запропоновані та реалізовані вдосконалення в конструкції модулятора тиску та в алгоритмі керування контуром ЕПГП.

Ключові слова: електропневматичний гальмівний привід, статична характеристика, аварійна гальмівна система, модулятор, мембрана, електромагнітний клапан, електро- і газова динаміка.

АННОТАЦИЯ

Михалевич Н.Г. Совершенствование электропневматических аппаратов тормозного привода автотранспортных средств. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 - автомобили и тракторы. - Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков 2009.

Диссертация посвящена усовершенствованию процесса торможения электропневматическим тормозным приводом.

На основании анализа переходных процессов определённых во время проведения поискового эксперимента были предложены пути совершенствования конструкции модулятора давления, конструкции контура аварийной тормозной системы и алгоритма управления контуром электропневматического тормозного привода. Теоретические исследования проводились с использованием метода с сосредоточенными параметрами, предложенного Е.В. Герц, который был адаптирован автором для расчётов релейного электропневматического тормозного привода. В результате математического моделирования были подтверждены предположения выдвинутые во время поискового эксперимента. Предложенные усовершенствования нашли отражение в конструкции модулятора давления, а именно: 1 - установка обратного клапана между напорной полостью модулятора и усилительными полостями мембранных клапанов, 2 - установка клапана ограничения давления, предотвращающего полное опорожнение усилительной полости впускной мембраны, 3 - установка двух электромагнитных клапанов управляющих впускной мембраной.

В алгоритм управления добавлены дополнительные границы, которые вместе с зоной нечувствительности образуют коридор, в котором электромагнитные клапана работают по законам широтно-импульсной модуляции. Это обеспечивает минимальное повышение давления при плавном перемещении педали тормоза. Дополнение алгоритма управления таким параметром, как «время выравнивание давления» позволило снизить расход воздуха исключив эффект открытия выпускного клапана модулятора при перерегулировании.

В результате математического моделирования процессов в контуре электропневматического тормозного привода впервые совместно решены уравнения динамики электромагнитного клапана и пневматической части привода. Усовершенствованна методика определения соответствия модулятора транспортному средству. Обобщены и уточнены требования к статической характеристике в части введения требования обеспечения бортовой неравномерности тормозных сил согласно правилам ЕЭК ООН.

Результаты математического моделирования получили экспериментальное подтверждение. Внесённые усовершенствования показали хорошее качество работы. Проведенные испытания предложенной конструкции контура аварийной тормозной системы показали её высокую эффективность. Внедрение в статическую характеристику предварительного повышения давления, обеспечивающего выборку зазоров тормозного механизма, позволило сократить тормозной путь в среднем на 0,5 метра, а в сравнении с пневматическим тормозным приводом на 2 метра.

Ключевые слова: электропневматический тормозной привод, статическая характеристика, аварийная тормозная система, модулятор, мембрана, электромагнитный клапан, электро- и газовая динамика.

ABSTRACT

Mikhalevich N.G. The perfection electropneumatic device of the brake drive vehicles. - a Manuscript.

Thesis on competition degree Candidate of Engineering Sciences in specialty 05.22.02 - automobiles and tractors. - Kharkiv National Automobile and Highway University, Kharkov, 2009.

The Thesis is dedicated to improvement of the process of the braking electropneumatic brake drive, development to mathematical model, which allows together to solve the equations electro- and gas dynamic. The mathematical model on base of the method with concentrated parameter, offered by E.V. Hertz, was adapted by author for calculation relay-type electropneumatic brake drive. All-round explored functioning (working) the sidebar electropneumatic brake drive and cascade of the reinforcement of the modulator of the pressure. The perfection methods of the determination of the correspondence to of the modulator transport facility. They are generalized and elaborated requirements to steady-state feature by way of the entering the provision on-board unevenness of brake power according to rule EEK UNO.

As a result theoretical and experimental studies were offered and marketed improvements in designs of the modulator of the pressure and in algorithm of management sidebar electropneumatic of the brake drive.

The Keywords: electropneumatic brake drive, steady-state feature, emergency brake system, modulator, membrane, electromagnetic valve, electro- and gas track record.

Размещено на Allbest.ru