Федеральное агентство по образованию Восточно-Сибирский государственный технологический университет
Определение характе...
11 downloads
248 Views
222KB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
Федеральное агентство по образованию Восточно-Сибирский государственный технологический университет
Определение характеристик эластичной шины на стенде при торможении
методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу “Теория автомобиля” направление 653300 «Эксплуатация наземного транспорта» специальности 150200 “Автомобили и автомобильное хозяйство” и 230100 “Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)”
2 А.В. Быков “Определение характеристик эластичной шины на стенде при торможении”, методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу “Теория автомобиля”. 12с., рис. 4, табл. 1, Улан-Удэ, 2005 г.
В методических указаниях излагаются основы силового баланса и динамики торможения автомобильного колеса с эластичной шиной. Даны методики экспериментального определения радиуса качения в функции изменения нормальной нагрузки, а также выходных характеристик эластичной шины в функции проскальзывания при ее качении без увода в тормозном режиме. Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 150200 “Автомобили и автомобильное хозяйство” и ” и 230100 “Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)”. Ключевые слова: Автомобиль, теория, шины, торможение, проскальзывание, качение, колесо
Составитель: Быков А.В.
Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2005
© Восточно-Сибирский государственный технологический университет, 2005 г.
4 1. Теоретические предпосылки определения характеристик эластичной шины при ее качении в тормозном режиме по жесткой опорной поверхности без увода
3 СОДЕРЖАНИЕ 1.
Теоретические предпосылки определения характеристик эластичной шины при ее качении в тормозном режиме по жесткой опорной поверхности без увода
4
2.
Конструкция стенда с беговым барабаном для исследования выходных характеристик эластичных шин
6
3.
Определение радиуса качения колеса rко для случая его качения в ведомом режиме без увода
8
4.
Определение выходных характеристик эластичной шины при качении в тормозном режиме без увода
9
5.
Построение графиков
10
Характеристики эластичной шины при ее качении в тормозном режиме по жесткой опорной поверхности представляются в виде зависимостей удельных или абсолютных значений силовых параметров в функции изменения проскальзывания S. Поэтому для рассмотрения этих зависимостей воспользуемся схемой сил и моментов, действующих на колесо при его торможении на жесткой опорной поверхности, представленной на рис.1.1.
Рис. 1.1 Схема сил, действующих на колесо автомобиля при его торможении на жесткой опорной поверхности. В соответствии со схемой (рис.1.1) уравнение динамики качения эластичного колеса в тормозном режиме запишем в виде: (1.1) Fx = M т / rk 0 + F f + F j = Fт + F f + F j где: Мт - тормозной момент, действующий на колесо от тормозного механизма; Fт – продольная сила колеса Ff – сила сопротивления качению эластичного колеса; Fj – сила инерции колеса rко – радиус качения колеса в ведомом режиме (силовой радиус);
5 Учитывая, что Fx=Rx и что в режиме торможения, продольная реакция опорной поверхности ограничена сцеплением, максимальный тормозной момент, который реализуется колесом:
M т max = ( Rx − F f )rk 0 + J k ×
dω k dt
6
(1.2)
Rx – продольная реакция опорной поверхности на действие тормозной силы; Jк – момент инерции колеса относительно оси его вращения; ωк – угловая частота вращения колеса. Следует помнить, что:
M j = Jk ×
dω k dt
(1.3)
представляет собой инерционный момент Мj , возникающий в момент изменения угловой частоты вращения колеса. Анализируя уравнение (1.2) динамики качения эластичного колеса в тормозном режиме, отметим еще две его особенности. Во-первых, второе слагаемое (Ff rко) представляет собой величину второго порядка малости по сравнению с остальными слагаемыми. Во-вторых, произведение продольной реакции опорной поверхности Rx на радиус качения колеса в ведомом режиме rко есть ни что иное, как момент сцепления колеса с опорной поверхностью Мϕ : M ϕ = Rk × rко (1.4) характер изменения которого определяет коэффициент сцепления колеса с опорной поверхностью ϕ , поскольку: Rx = Rz × ϕ (1.5) C учетом вышеизложенного, получим упрощенное уравнение динамики качения эластичного колеса в тормозном режиме: (1.6) M j = M т − Mϕ
Рис. 1.2 График моментов действующих на тормозящее колесо в функции изменения проскальзывания. 2. Конструкция стенда с беговым барабаном для исследования выходных характеристик эластичных шин Для исследования динамики торможения автомобильного колеса с эластичной шиной в стендовом зале кафедры создан уникальный стенд с беговым барабаном. Привод стенда осуществляется от электрического асинхронного двигателя.
Следует отметить, что характеристики процесса торможения колеса с целью их наглядности принято изображать в функции проскальзывания отпечатка шины относительно опорной поверхности - S:
S = 1−
ω k × rко V
(1.7)
где V - линейная скорость поверхности бегового барабана относительно оси вращения колеса.
Рис. 2.1 Схема стенда для исследования характеристик шин (вид спереди)
7
8 бающим моментом. Чувствительные тензодатчики регистрируют величину реакции Rх , а регистрирующее устройство (на рисунке не показано) позволяет наблюдать за ее изменением. Учитывая выражение (1.4) реакция Rх легко пересчитывается в момент сцепления колеса с опорной поверхностью Mϕ. 3. Определение радиуса качения колеса rко для случая его качения в ведомом режиме без увода Радиус качения колеса rко очень близок по своему абсолютному значению к силовому радиусу качения колеса определяемому в свободном режиме. Воспроизвести ведомый режим качения колеса значительно проще чем свободный, и сам процесс определения радиуса качения rко не представляет особых сложностей. Для этого обычно пользуются зависимостью:
rко =
Sk 2πn
(3.1)
Рис. 2.2 Схема стенда для исследования характеристик шин (вид сверху) Основой стенда беговой барабан 1 диаметром 2,8 м. В конструкцию входят также система привода бегового барабана, система нагружения колеса нормальной нагрузкой, система измерения продольной (тормозной) реакции, а также система нагружения колеса тормозным моментом. Система привода бегового барабана состоит из асинхронного электродвигателя 21, фрикционного сцепления 20, коробки перемены передач 19 и цепной передачи 18. Система нагружения колеса нормальной нагрузкой состоит из направляющего аппарата (состоящего из рычагов 5,7 и 8), нагружающего гидроцилиндра 9, а также нажимной пружины 6. При создании в гидроцилиндре давления жидкости его шток начинает перемещать нижний конец рычага 7 в направлении силы Ргц . При этом верхний конец рычага 7 начинает деформировать пружину 6, которая, в свою очередь, нагружает колесо 4 через рычаг 5 нормальной нагрузкой Rz. Положение рычага 5 и колеса 4 в пространстве устанавливается рычагом 8 и рамкой подвеса колеса 3, которая через подвижный шарнир жестко крепится к тензобалке 2. Система нагружения колеса тормозным моментом состоит из тормозного механизма барабанного типа, связанного с колесом карданной передачей 22. На валу карданной передачи 22 наклеены датчики измеряющие величину подводимого к колесу тормозного момента. Система измерения продольной реакции Рх состоит из рамки подвеса колеса 3 и тензобалки 2. При возникновении в пятне контакт колеса с поверхностью бегового барабана тормозной силы Fх, в направлении оси рамки 3 возникает реакция Rх стремящаяся нагрузить защемленную тензобалку изги-
где : Sк - путь, пройденный колесом за n оборотов при фиксированном значении нормальной нагрузки Rz . Определим значения радиуса rко для случая качения колеса по жесткой поверхности бегового барабана без увода. Для определения радиуса качения колеса rко необходимо: 1. Установить в шине давление воздуха 0,19 МПа; 2. При помощи гидроцилиндра нагрузить шину нормальной нагрузкой 500 Н (контроль нагрузки осуществлять по измерителю прогиба нажимной пружины); 3. Измерить свободный радиус колеса линейкой; 4. В центре пятна контакта шины мелом нанести на боковую поверхность шины риску начала отсчета пути пройденного колесом; 5. Напротив, на поверхности бегового барабана нанести вторую риску; 6. Медленно вращая руками беговой барабан провернуть колесо вокруг оси вращения ровно 10 раз; 7. Во время поворота колеса считать количество оборотов барабана; 8. Определить радиус качения колеса rко, учитывая, что путь, пройденный колесом по поверхности бегового барабана определяется по формуле: S k = 2π × nб × rб (3.2) где nб - количество оборотов сделанных беговым барабаном; rб - радиус бегового барабана (rб = 0,8 м); С учетом выражений (3.2) и (3.1) найти радиус качения rко. 9. Значение рассчитанного радиуса качения rко занести в отчет;
9 10. Последовательно определить значения радиуса качения rко для следующих значений нормальной нагрузки на колесо : 1000 Н, 1500 Н, 2000 Н, 2500 Н, 3000 Н, 3500 Н; 11. Используя полученные значения построить график зависимости радиуса качения rко от нормальной нагрузки на колесо Rz . 4. Определение выходных характеристик эластичной шины при ее качении в тормозном режиме без увода С целью экспериментального определения выходных характеристик эластичной шины в функции проскальзывания S (рис. 1.2) сначала необходимо получить зависимости двух силовых (Mт и Rx) , а также двух кинематических (ωк и ωб) параметров в функции времени. ( В данном случае ωб- угловая частота бегового барабана ). Для этого необходимо : 1. Установить в шине давление воздуха 0,19 МПа; 2. Подготовить к работе, тарировать и прогреть измерительную аппаратуру; 3. При помощи гидроцилиндра нагрузить шину заданной величиной нормальной нагрузки; 4. Пустить двигатель привода бегового барабана; 5. Выжать сцепление и включить третью передачу в КПП привода бегового барабана (что соответствует линейной скорости 20 м/с); 6. Плавно отпуская рычаг сцепления привести во вращение беговой барабан с прижатым колесом; 7. Включить измерительную аппаратуру в режим регистрации параметров и, с интервалом в долю секунды, выполнить пункт 8; 8. При помощи рычага главного тормозного цилиндра, расположенного в пультовой выполнить экстренное торможение колеса до полного блокирования и последующее его растормаживание; 9. Выполнить пересчет зависимостей Rx =f(t), ωк=f(t), в зависимость Mϕ=f(S), а зависимости Mт=f(t) и ωк=f(t), в зависимость Mт=f(S) и полученные зависимости построить в виде графика. Для обработки полученных зависимостей выразим линейную скорость V через угловую частоту вращения бегового барабана:
V = ωб × rб
ω ×r S = 1 − k ко ω б × rб
(4.2)
Входящие в выражение (4.2) радиусы rб и rко в условиях стенда можно считать константами. Угловая частота бегового барабана ωб в процессе торможения колеса также меняется очень мало и ее тоже можно считать константой. Из выражения (4.2) видно, что областью допустимых значений S для режима торможения является: 1 => S => 0 причем, для случая качения колеса в ведомом режиме S близко к нулю, а для случая полного блокирования колеса (когда ωк = 0) S = 1. 5. Построение графиков Построение графиков Mϕ=f(S), Mт=f(S) и ϕ=f(S) следует выполнять на основании обработки полученной осциллограммы процесса торможения колеса. Это делают в следующей последовательности: 1. С дискретностью 2 мм по оси (X) измерить на осциллограмме и занести в первую строку Таблицы 1 значения угловой частоты вращения колеса ωк . Определяя масштабный коэффициент пересчета графика зависимости ωк=f(t) помните, что линейная скорость бегового барабана V=20 м/с, а радиус качения колеса легко найти из ранее полученного графика; 2. Используя выражение (11) для каждого полученного значения ωк по известному значению ωб рассчитать проскальзывание S, а полученные результаты занести во вторую строку Таблицы 1; 3. С дискретностью 2 мм по оси (X) измерить на осциллограмме и занести в третью строку Таблицы 1 значения реализованного момента по сцеплению Mϕ; При определении величины масштабного коэффициента для графиков моментов следует учитывать, что оба они получены в едином масштабе и максимальная величина тормозного момента ограничена величиной 1200 Нм. 4. С той же дискретностью измерить на осциллограмме и занести в четвертую строку таблицы 1 значения тормозного момента Мт; 1
(4.1)
где ωб и rб соответственно угловая частота и радиус бегового барабана. Теперь подставим выражение для V в ( 1.7 ):
10
Угловая скорость колеса ωк Проскальзы-
2
3
4
Таблица 1. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... n . .
1
2
3
4
11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . .
12 n
Угловая скорость колеса ωк вание S Момент сцепления Мϕ Момент тормозной Мт Коэффициент сцепления ϕ
Определение характеристик эластичной шины на стенде при торможении
5. Используя значения Таблицы 1 построить оба графика зависимостей Mϕ=f(S) и Mт=f(S) на масштабно-координатной бумаге формата А4, при длине оси (Х)=180мм, а оси (У)=240мм. 6. Используя значения Таблицы 1 пересчитать значения момента по сцеплению Mϕ в значения коэффициента сцепления ϕ, учитывая, что: М ϕ = Rz × ϕ × rко (4.3) Полученные значения поместить в пятую строку таблицы 1. 7. Используя значения Таблицы 1 построить график зависимости ϕ=f(S) на масштабно-координатной бумаге формата А4, при длине оси (Х)=180мм, а оси (У)=240мм. 8. Измерить на графике ϕ=f(S) максимальное значение коэффициента сцепления ϕмах и определить величину проскальзывания, при которой оно наблюдается. Оба значения указать на графике ϕ= f(S). 9. Измерить значение коэффициента сцепления при заблокированном колесе ϕблок при S=0. Значение ϕблок указать на графике ϕ= f(S).
Составитель: Быков А.В.
Подписано в печать 14.02.2005 г.Формат 60×84 1/16. Усл. п. л. 0,7, уч.-изд.л. 0,6. Тираж 100 экз. Заказ № 15. Издательство ВСГТУ. Г.Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40, в. © ВСГТУ, 2005 г.