三種汽車制動(dòng)臺(tái)的適航審定

三種汽車制動(dòng)臺(tái)的適航審定

目前，中國的汽車檢驗(yàn)部門使用滑動(dòng)臺(tái)來測試汽車的驅(qū)動(dòng)性能，主要包括滾式滑動(dòng)臺(tái)和平式滑動(dòng)臺(tái)。根據(jù)滾式鼓勵(lì)臺(tái)的形狀，滾式導(dǎo)向臺(tái)可分為低速齒槽式鼓勵(lì)臺(tái)和高速粘質(zhì)式鼓勵(lì)臺(tái)。這三種制動(dòng)臺(tái)具有不同的檢測狀態(tài)、不同的受力情況和不同的適用車型,通過受力分析,對(duì)這三種制動(dòng)臺(tái)的檢測特點(diǎn)進(jìn)行分析,有助于完善滾筒和平板制動(dòng)臺(tái)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與檢定標(biāo)準(zhǔn),也有助于正確理解檢測中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象和檢測結(jié)果,對(duì)完善不同車型制動(dòng)性能臺(tái)試檢測標(biāo)準(zhǔn)限值也有所幫助和參考。1車輪抱死及制動(dòng)力檢測值三種制動(dòng)臺(tái)的車輛檢測狀態(tài)不同,滾筒式屬于車輛靜態(tài)檢測,平板式屬于車輛動(dòng)態(tài)檢測。在滾筒式制動(dòng)臺(tái)上檢測制動(dòng)力,由于制動(dòng)臺(tái)主滾筒對(duì)制動(dòng)車輪的正壓力和切向摩擦力的作用,被檢車軸會(huì)有向上和向后的運(yùn)動(dòng)趨勢,所測車輪一般脫離副滾筒。當(dāng)非檢測車輪制動(dòng)力很小即水平約束力較小時(shí),會(huì)出現(xiàn)車輛向后滾移的現(xiàn)象。車輛在齒槽式滾筒制動(dòng)臺(tái)上檢測,如果車輪抱死,制動(dòng)力檢測值受車輛軸荷和滾筒附著系數(shù)的限制,當(dāng)車輪已抱死不向后滾移時(shí),車輪隨齒槽間歇轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生有規(guī)律的上下振動(dòng),此時(shí),制動(dòng)力檢測值呈現(xiàn)有規(guī)律的波動(dòng)。車輛在粘砂滾筒制動(dòng)臺(tái)上檢測車輪抱死時(shí),為了防止?jié)L筒嚴(yán)重剝傷輪胎,必須設(shè)置第三滾筒,用來比較主滾筒與被測車輪的線速度,測出二者間的滑移率,當(dāng)滑移率達(dá)到設(shè)定值后關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電機(jī)。粘砂滾筒的表面線速度比齒槽滾筒表面線速度大,在駐車制動(dòng)力檢測中,后輪抱死在齒槽滾筒上向后純滾動(dòng),所測駐車制動(dòng)力是車輛向后和后軸向上的滾動(dòng)阻力,當(dāng)后軸荷相對(duì)前軸荷較輕時(shí),所測駐車制動(dòng)力會(huì)小于整車質(zhì)量的20%;在粘砂滾筒制動(dòng)臺(tái)上,車輛會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向后的加速度,駐車檢測制動(dòng)力較大,大于整車質(zhì)量的20%。平板式制動(dòng)臺(tái)是在車輛行駛制動(dòng)中檢測制動(dòng)力,能模擬車輛行駛制動(dòng)時(shí)的重量前移,相比靜態(tài)軸荷,前軸動(dòng)態(tài)軸荷增加,后軸動(dòng)態(tài)軸荷相應(yīng)減少。其制動(dòng)力檢測值同樣受動(dòng)態(tài)輪荷和平板表面附著系數(shù)的限制,由于重量前移,檢測的前軸制動(dòng)力相對(duì)靜態(tài)前軸荷的比值遠(yuǎn)大于后軸制動(dòng)力相對(duì)靜態(tài)后軸荷的比值。車輛滿載在平板式制動(dòng)臺(tái)上檢測制動(dòng)力最符合車輛行駛制動(dòng)時(shí)的實(shí)際工況。2表面附著系數(shù)d對(duì)車輛后軸在滾筒制動(dòng)臺(tái)行車制動(dòng)檢測進(jìn)行受力分析,設(shè)車輛空載,前、后軸車輪都抱死,前后車軸在同一水平面,后輪剛離開副滾筒(見圖1)。系統(tǒng)受力設(shè)定為平面一般力系,對(duì)前輪支點(diǎn)O取矩∑M0=0,則設(shè)車輪檢測的最大制動(dòng)力與該車輪輪荷之比為滾筒當(dāng)量附著系數(shù)φd。聯(lián)立解式(1)～(3),后輪的滾筒當(dāng)量附著系數(shù):φd2=φ/[(cosα+φsinα)+(sinα+φ-φcosα)×R/L]同理,對(duì)前輪檢測進(jìn)行整車受力分析,可得前輪的滾筒當(dāng)量附著系數(shù):φd1=φ/[(cosα+φsinα)-(sinα+φ-φcosα)×R/L]由于(sinα+φ-φcosα)×R/L>0,所以φd1>φd2,即檢測前輪制動(dòng)力相對(duì)前輪輪荷的比值大于后輪制動(dòng)力相對(duì)后輪輪荷的比值。粘砂滾筒當(dāng)量附著系數(shù)與滾筒表面附著系數(shù)基本符合這種穩(wěn)定關(guān)系。當(dāng)角度α一定時(shí),滾筒當(dāng)量附著系數(shù)φd隨滾筒表面附著系數(shù)φ的增大而增大。當(dāng)φ值一定時(shí),后輪檢測過程中,α越小,則φd越大,當(dāng)α等于零時(shí),后輪中心與滾筒中心連線垂直于地面,φd最大,φd=φ,即滾筒當(dāng)量附著系數(shù)等于滾筒附著系數(shù)。齒槽式制動(dòng)臺(tái)由于其特殊的檢測附著機(jī)理,φd與φ并不完全具有上述公式的對(duì)應(yīng)關(guān)系,φd不僅與φ和α有關(guān),與齒槽尺寸和轉(zhuǎn)速參數(shù)也有關(guān)。檢測時(shí)通常車輪抱死,車輪有規(guī)律地上下振動(dòng),沖擊輪荷作用在滾筒齒尖上的是一個(gè)瞬間沖擊力,這個(gè)沖擊力使檢測制動(dòng)力峰值增大很多,一般可使前軸檢測制動(dòng)力達(dá)到前軸荷的85%,后軸檢測制動(dòng)力達(dá)到后軸荷的75%。盡管粘砂式滾筒的表面附著系數(shù)大于齒槽式滾筒的表面附著系數(shù),然而,在對(duì)比試驗(yàn)中,齒槽式滾筒當(dāng)量附著系數(shù)通常等于或大于粘砂式滾筒當(dāng)量附著系數(shù)。車輛在平板式制動(dòng)臺(tái)上制動(dòng),車輪抱死或?qū)⒁罆r(shí),同一時(shí)刻前、后車輪的制動(dòng)力分配,前輪為:Pt1=(G1+Ga×g×φ0×h/L)×φ0后輪為:Pt2=(G2-Ga×g×φ0×h/L)×φ0式中:Pt1、Pt2分別為前、后車輪制動(dòng)力(N);G1、G2分別為靜止時(shí)前、后軸荷(N);Ga為汽車總質(zhì)量(kg);φ0為車輪在平板制動(dòng)臺(tái)上的同步附著系數(shù),通常為0.4～0.6;h為汽車質(zhì)心高度;L為軸距;g為重力加速度,g=9.8m/s2。設(shè)空載車輛G1≈G2,則Pt1遠(yuǎn)大于Pt2,但整車制動(dòng)力和Pt1+Pt2=(G1+G2)×φ0,由此可知,平板式制動(dòng)臺(tái)僅改變了汽車前、后軸檢測制動(dòng)力的比值,并沒有提高整車制動(dòng)力和的檢測值,提高前軸檢測制動(dòng)能力是以降低后軸檢測制動(dòng)能力為代價(jià)的。如果前、后軸左右車輪不在同一時(shí)刻取樣,而是單獨(dú)取各車輪的最大值,則檢測制動(dòng)力和會(huì)相對(duì)增大,前、后軸檢測制動(dòng)力受整車制動(dòng)減速度的影響。3制動(dòng)臺(tái)適用性分析乘用車的靜態(tài)重量,一般前軸荷大于后軸荷,加之制動(dòng)時(shí)重量前移,所以,設(shè)計(jì)前軸制動(dòng)力遠(yuǎn)大于后軸制動(dòng)力。而大部分貨車采用前、后軸制動(dòng)力固定比值的制動(dòng)形式,考慮滿載時(shí)后軸較重,小型貨車設(shè)計(jì)前、后軸制動(dòng)力比為1∶1,中、大型貨車設(shè)計(jì)后軸制動(dòng)力大于前軸制動(dòng)力。根據(jù)不同車型的特點(diǎn),結(jié)合制動(dòng)臺(tái)的檢測特點(diǎn),可以確定三種制動(dòng)臺(tái)的適用車型。由于乘用車空載與滿載的質(zhì)量相差不是很大,所以,平板式制動(dòng)臺(tái)最適合于空載乘用車制動(dòng)力檢測,其檢測前、后軸制動(dòng)力比值與設(shè)計(jì)比值最接近。由于貨車空載與滿載整車質(zhì)量相差較大,如貨車空載在平板式制動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行檢測,其檢測前、后軸制動(dòng)力比值與設(shè)計(jì)比值相差很大,如果由于檢測原因?qū)π蘩砗途S護(hù)造成貨車制動(dòng)力前緊后松的誤導(dǎo),將導(dǎo)致貨車滿載行駛制動(dòng)性能的嚴(yán)重惡化。滾筒式制動(dòng)臺(tái)較適用于客車和貨車制動(dòng)力檢測,其檢測前、后軸制動(dòng)力比值比較接近于客車和貨車前、后軸制動(dòng)力設(shè)計(jì)比值,前軸滾筒當(dāng)量附著系數(shù)與后軸相比較大,也符合優(yōu)先保證前軸制動(dòng)的原則,在保證整車制動(dòng)力和的限值下,在檢測能力上并未放松和忽視后軸的制動(dòng)性能。滾筒式制動(dòng)臺(tái)同樣也適合于乘用車的檢測,既能測出后軸的實(shí)際制動(dòng)力,又能檢測出較大的前軸制動(dòng)力,如前軸檢測制動(dòng)力偏低造成整車制動(dòng)力和不合格,可方便地增加前軸荷進(jìn)行檢測。三種制動(dòng)臺(tái)性能比較見表1。4標(biāo)準(zhǔn)限值的確定在GB/T13564-2005《滾筒反力式汽車制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)》中,對(duì)制動(dòng)臺(tái)檢測能力的滿量程沒有準(zhǔn)確定義,沒有規(guī)范各額定承載質(zhì)量相應(yīng)的額定驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率,用滾筒附著系數(shù)單一參數(shù)的檢驗(yàn)代替制動(dòng)臺(tái)綜合參數(shù)滾筒當(dāng)量附著系數(shù)的檢驗(yàn),而且滿負(fù)荷和超負(fù)荷的試驗(yàn)操作性極差,有些粘砂滾筒制動(dòng)臺(tái)檢測能力很低(如速度2.5km/h、額定承載質(zhì)量10t的制動(dòng)臺(tái),采用2×7.5kW的電機(jī);額定承載質(zhì)量13t或15t的制動(dòng)臺(tái),采用2×11kW的電機(jī)),無法滿足檢測要求。所以,對(duì)滾筒制動(dòng)臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)提出如下建議:1)定義制動(dòng)臺(tái)額定驅(qū)動(dòng)力F=0.6Mg(M為額定承載質(zhì)量),單邊額定驅(qū)動(dòng)力為0.6Mg/2,單邊驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率P=0.3Mgv/(3600ηB)(v為滾筒表面線速度,為2.5km/h;η為臺(tái)架傳動(dòng)系效率,η=0.95;B為電機(jī)額定扭矩過載系數(shù))。因制動(dòng)力檢測是瞬態(tài)沖擊負(fù)荷,應(yīng)該也必須充分利用電機(jī)的過載能力,參考國外額定承載質(zhì)量10000kg、電機(jī)功率2×11kW推算,F/2=0.6×10000×9.8/2=29400N,B=29400×2.5/(3600×0.95×11)=1.954,如超負(fù)荷試驗(yàn)達(dá)到額定驅(qū)動(dòng)力的125%,B=1.954×1.25=2.44,超過了電機(jī)的堵塞扭矩。所以,在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)明確不同額定承載質(zhì)量制動(dòng)臺(tái)的相應(yīng)電機(jī)功率,從而避免小功率大承載質(zhì)量的不合格產(chǎn)品。滿量程定義為1.2額定驅(qū)動(dòng)力,此時(shí)的電機(jī)扭矩應(yīng)小于堵塞扭矩。另外,要求電機(jī)控制停動(dòng)滑移率大于(n0-n1)/n0(n0為電機(jī)同步轉(zhuǎn)速,n1為電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速),防止出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降率代替車輪滾筒滑移率、車輪與滾筒尚未出現(xiàn)滑移就停動(dòng)電機(jī)而造成錯(cuò)檢(制動(dòng)力偏小,不合格)的現(xiàn)象。當(dāng)達(dá)到滑移率時(shí),應(yīng)延時(shí)0.3s后再停動(dòng)電機(jī),確保檢測車輪最大制動(dòng)力;當(dāng)一邊車輪停動(dòng)電機(jī),另一邊延時(shí)0.5s后可自動(dòng)停動(dòng)電機(jī)。齒槽式滾筒車輪制動(dòng)力檢測時(shí)間更長一些,但滾筒表面線速度很低,通常不存在電機(jī)功率過小的問題,電機(jī)扭矩過載儲(chǔ)備余量較大。2)取消滾筒附著系數(shù)φ的試驗(yàn),增加當(dāng)量滾筒附著系數(shù)φd的試驗(yàn)。因?yàn)?齒槽滾筒臺(tái)架的φd≥φ,粘砂滾筒臺(tái)架的φd≤φ,而標(biāo)準(zhǔn)限值為φ不小于0.7,對(duì)于粘砂滾筒(φ≈0.85)來說該限值偏小,對(duì)于齒槽滾筒(φ≈0.65)來說該限值偏大。換言之,粘砂滾筒試驗(yàn)φ大于等于0.7合格,有可能檢測能力太小,滿足不了臺(tái)架的檢測要求;齒槽滾筒試驗(yàn)φ小于0.7不合格,而實(shí)際上通常完全可以滿足臺(tái)架的檢測要求。所以,限值φ≥0.7是不合理的,尤其對(duì)齒槽滾筒極不合理。φd試驗(yàn)方法:選擇試驗(yàn)車輛并加載,使其后軸質(zhì)量與制動(dòng)臺(tái)額定承載質(zhì)量相當(dāng),而且前、后輪制動(dòng)性能良好,在制動(dòng)臺(tái)上檢測后軸制動(dòng)力,如能達(dá)到0.65,而且左右車輪的φd差值符合限值要求,則說明該制動(dòng)臺(tái)的檢測能力、各種參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電機(jī)功率等均滿足制動(dòng)臺(tái)制動(dòng)力檢測要求,而且大大提高了操作性。例如,額定承載10t的制動(dòng)臺(tái),可用12m長的臥鋪客車后軸進(jìn)行檢驗(yàn)(后軸重9t多,再在車廂最后面坐幾個(gè)人即可達(dá)到后軸重10t)。3)取消主、副滾筒上母線的高度差。為保證多軸車的車輪對(duì)滾筒的附著正壓力不減小,允許主、副滾筒上母線高于地面40～50mm。5軸荷和前軸制動(dòng)力限值的確定GB7258-2004《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》表6“臺(tái)試檢驗(yàn)制動(dòng)力要求”第a款,要求用平板制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)檢驗(yàn)乘用車時(shí)按動(dòng)態(tài)軸荷計(jì)算。GB21861-2008《機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》第D.2款指出,乘用車軸荷取左、右輪制動(dòng)力最大時(shí)刻所分別對(duì)應(yīng)的左、右輪荷之和。對(duì)乘用車前軸制動(dòng)力限值要求偏高,車輛空載臺(tái)架檢測,操作規(guī)范為部分油壓和部分氣壓以及部分踏板行程和部分踏板力,留有余量用于滿載制動(dòng)。乘用車和工具貨車前軸制動(dòng)力與前軸動(dòng)態(tài)軸荷百分比達(dá)到55%,則已經(jīng)接近車輛滿載所要求的制動(dòng)力。所以,空載乘用車在平板式制動(dòng)臺(tái)上檢測前軸制動(dòng)力限值應(yīng)為不小于55%6基車和單車制動(dòng)