關(guān)于客車在反力式轉(zhuǎn)鼓制動試驗(yàn)臺檢測制動力不合格的研究

1、關(guān)于客車在反力式轉(zhuǎn)鼓制動試驗(yàn)臺檢測制動力不合格的研究楊柳1，錢立軍1，熊良平2 合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)汽學(xué)院，合肥（230009）12安徽安凱汽車股份有限公司，合肥（230051）E-mail ：摘 要：目前，國內(nèi)絕大多數(shù)機(jī)動車檢測站使用反力式轉(zhuǎn)鼓制動試驗(yàn)臺檢測汽車的制動性能，由于其檢測能力的問題致使一些制動力合格的汽車被檢測為不合格。本文通過某實(shí)例客車在試驗(yàn)臺上的受力分析找出了其制動力檢測不合格的原因，并經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證了這一點(diǎn)，最后提出了解決建議。關(guān)鍵詞：反力式轉(zhuǎn)鼓制動試驗(yàn)臺，制動性能，受力分析，試驗(yàn)中圖分類號：U461.31引言汽車制動系統(tǒng)是保證汽車安全行駛的重要裝置。依照國家標(biāo)準(zhǔn)GB7258-20

2、04機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件的規(guī)定，制動性能的檢測分為道路試驗(yàn)檢測和臺架試驗(yàn)檢測。受道路條件所限，機(jī)動車檢測站通常用臺架試驗(yàn)檢測代替道路試驗(yàn)檢測，其測試條件固定，重復(fù)性好，結(jié)構(gòu)簡單，所需驅(qū)動功率小，操作安全性好。但是，該設(shè)備的檢測能力本身存在一些問題，致使檢測站不能提供出真實(shí)的檢測數(shù)據(jù)。我們將結(jié)合某實(shí)例客車對反力式轉(zhuǎn)鼓制動試驗(yàn)臺測量真實(shí)性進(jìn)行研究。2某客車臺架試驗(yàn)數(shù)據(jù)我們在反力式轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺對某客車做了制動試驗(yàn)臺試驗(yàn)，得出了該客車在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺制動性能的數(shù)據(jù)如表1。表1 客車轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺制動檢測數(shù)據(jù) Tab.1 Testing data of coach in brake testing platfo

3、rm軸重(KG 最大制動力(N 檢測軸 左右左右制動率(%不平衡率 前軸后軸整車重量：10326KG 整車最大制動力：55850N 整車制動率：54.08% 由檢測報(bào)告可以看到，上述客車未能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB7258-2004機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件中對臺架試驗(yàn)的要求（制動力總和與整車載荷之比大于或等于60%）。我們對該客車制動器制動力矩進(jìn)行了理論計(jì)算，并且通過試驗(yàn)對其制動器制動力矩進(jìn)行了測量，得出的結(jié)論是該客車制動器提供的制動力完全能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB7258-2004機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件中對臺架試驗(yàn)的要求。因此，我們有必要對反力式轉(zhuǎn)鼓制動試驗(yàn)臺進(jìn)行研究。663反力式滾筒制動試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)原理該類

4、型的制動試驗(yàn)臺的制動力承受裝置（如圖1）由兩副滾筒組成，每副滾筒由一個主動滾筒、一個從動滾筒和一個輔助滾筒組成。主動滾筒和從動滾筒由碳鋼制成，滾筒的3, 2外圓周上粘有熔燒鋁釩土砂粒，其附著系數(shù)一般在0.8左右，也有的滾筒外圓周開有縱向矩形槽。當(dāng)測量時(shí)，將被檢測車輪置于兩個滾筒上，用電機(jī)通過減速器驅(qū)動滾筒帶動車輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)車輪制動時(shí)，車輪給滾筒一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的力，該力通過電動機(jī)、杠桿傳給測力秤，并由測力秤的指示表顯示出來。當(dāng)制動力達(dá)到一定值后被測車輪在滾筒合力作用下向后滑移（或向上跳動），此時(shí)輔助滾筒彈起，電機(jī)斷電，測量結(jié)束，測力秤的指示表顯示出的數(shù)值為該車輪的制動力大小。 圖1 轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺

5、簡圖Fig.1 Graphic of brake testing platform4檢測某客車的受力分析4.1檢測時(shí)整車受力分析（力矩平衡）圖2為客車前輪置于反力式轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺兩滾筒間的受力分析。1 圖2 檢測前軸制動力時(shí)前輪受力分析圖Fig.2 Graph of front wheel force Analysis以后輪與地面接觸為轉(zhuǎn)動中心, 根據(jù)力矩平衡原理可得：G b =' (1N L +r tan cos +(' 2N L -r tan cos -(' 1F L +r tan sin +r (cos 1 -1+ (' 2F L -r tan sin -r

6、(cos 1 -1 (1 ' ，分別為前后滾筒作用于前輪的法向反力；1N ' 2N ' 1F ，' 分別為前后滾筒作用于前輪的切向力，即制動力；2F G整車載荷b a L , , 分別為軸距，質(zhì)心到前軸距離和質(zhì)心到后軸距離當(dāng)制動力達(dá)到一定值后被測車輪向后移動，輔助滾筒彈起，電機(jī)斷電（=0），根據(jù)力矩平衡原理可得： 1N 5, 4G b =(' 2N L -r tan ）cos + (' 2F L -r tan sin -r (cos 1 -1 (2 假設(shè)車輪與滾筒間的附著條件充分利用，且兩滾筒附著系數(shù)相同，則' ' , '

7、 ' 2211N F N F = (3 把(3式代入(2式可得：L r L Gb N (cos tan /(' 2+= cos /(sin tan r r r + (4 由(4 式可得試驗(yàn)臺測得的前輪最大制動力為：' ' 22max N F F =前L r L Gb (cos tan /(+= cos /(sin tan r r r +(5圖3為客車后輪置于反力式轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺兩滾筒間的受力分析。1 圖3 檢測后軸制動力時(shí)后輪受力分析圖Fig.3 Graph of rear wheel force Analysis以前輪與地面接觸為轉(zhuǎn)動中心, 根據(jù)力矩平衡原理可得：

8、G a =(1N L -r tan cos +(2N L +r tan cos -(1F L +r tan sin -r (cos 1 -1+ (2F L -r tan sin +r (cos 1 -1 (6 式中： 1N ，分別為前后滾筒作用于后輪的法向反力；2N 1F ，分別為前后滾筒作用于后輪的切向力，即制動力；2F G整車載荷b a L , , 分別為軸距，質(zhì)心到前軸距離和質(zhì)心到后軸距離當(dāng)制動力達(dá)到一定值后被測車輪向后移動，輔助滾筒彈起，電機(jī)斷電（=0），根據(jù)力矩平衡原理可得： 1N 5, 4G a =(2N L +r tan ）cos + (2F L -r tan sin +r (c

9、os 1 -1 (7假設(shè)車輪與滾筒間的附著條件充分利用，且兩滾筒附著系數(shù)相同，則2211, N F N F = (8 把(8式代入(7式可得：L r L Ga N (cos tan /(2+= cos /(sin tan r r r + (9 由(9 式可得試驗(yàn)臺測得的后輪最大制動力為：=22max N F F 后L r L Ga (cos tan /(+ cos /(sin tan r r r +(10假設(shè)車輛在試驗(yàn)過程中能達(dá)到最佳附著條件，且試驗(yàn)臺測量準(zhǔn)確，那么由(5式和(10式我們可以計(jì)算出車輛在試驗(yàn)臺檢測的理論值如表2。表2 臺架檢測制動力及制動率理論值 Tab.2 Estimate

10、of braking force and braking rate in brake testing platform車輛型號 前軸制動力（N ）后軸制動力（N ）前軸制動率(% 后軸制動率(% 整車制動率(% 某客車 以上結(jié)果與我們在試驗(yàn)中取得的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)：前軸制動率比較吻合，后軸制動率較理論值偏小。故以下主要分析后軸制動率比較低的原因。4.2檢測時(shí)整車受力分析（力平衡）在檢測過程中，當(dāng)被測車輪為后輪時(shí)，整車的受力除了，以及以外，還要加上非被測車輪與地面的靜摩擦力，圖4為整車受力分析如下： 1F 1N 2F 2N N x F 1圖4 檢測后軸制動力時(shí)整車受力分析圖Fig.4 Graph o

11、f vehicle force Analysis由力平衡原理，可得：x 方向：(-sin +(+）cos 1N 2N 1F 2F = (11 x F y 方向：（+）cos -（-）sin 1N 2N 1F 2F N G = (12 1N ，分別為前后滾筒作用于后輪的法向反力；2N 1F ，分別為前后滾筒作用于后輪的切向力，即制動力；2F G 整車載荷；N 非測試車輪（前輪）承受的支持力；x F 非測試車輪（前輪）受到的靜摩擦力；假設(shè)車輪與滾筒間的附著條件充分利用，且兩滾筒附著系數(shù)相同，則2211, N F N F = (13 把(13式分別代入(11式、(12式可得+=(cos cos (s

12、in(1x F N G N 1(2/sinsin 2+ (14 =(cos cos (sin(2x F N G N 1(2/sinsin 2+ (15 在進(jìn)行制動力檢測的過程中，滾筒施加之力的合力會給測試車輪一個向后移動的趨勢，而非被測車輪與地面的靜摩擦力可以阻礙測試車輪向后移動。其大小由下式計(jì)算： x F ' N F x = (16 ' 非測試車輪與地面的附著系數(shù) 為了防止制動力矩達(dá)到最大值之前測試車輪向后滑移脫離前滾筒，要求0，即1N +=(cos cos (sin(1x F N G N 01(2/sinsin 2+ (17 把(16 式代入(17式化簡可得：sin (co

13、s cos (sin1(' +G (18 這個非被測車輪與試驗(yàn)臺路面的附著系數(shù)稱為非被測車輪要求附著系數(shù)。由(18式可知，非被測車輪要求附著系數(shù)與載荷分配、滾筒與車輪附著系數(shù)以及安置角有關(guān)。檢測時(shí)，安置角越大，載荷分配越趨近于均勻(即前后載荷比為1:1，非被測車輪要求附著系數(shù)的值越小。我們研究的實(shí)例客車，取/G =0.333，N =，=0.800，代入(18式求解可得最佳附著系數(shù)0.65，即當(dāng)測試車輪為后輪時(shí)，非被測車輪與試驗(yàn)臺路面的附著系數(shù)要大于或等于0.65才能測得后軸最大制動力。20' 因此，對于我們研究的實(shí)例客車，在測試車輪制動力時(shí)，被測車輪不離開前滾筒的條件為非被測車

14、輪與試驗(yàn)臺路面的附著系數(shù)大于或等于0.65，而大多數(shù)檢測站試驗(yàn)臺路面的附著系數(shù)(=0.40.5都達(dá)不到這個條件，從而導(dǎo)致被測車輪為后輪時(shí)無法測得其最大制動力。' ' 5試驗(yàn)驗(yàn)證為了驗(yàn)證這一點(diǎn)我們做了以下實(shí)驗(yàn)：試驗(yàn)一：增大非被測車輪附著力我們在轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺的水泥路面上粘貼了兩張膠皮（左右各一張），在檢測時(shí)讓非被測車輪（前輪）停在膠皮上，增大了非測試車輪與地面的附著系數(shù)，其目的是使被測車輪不離開前滾筒。第1次試驗(yàn)為非被測車輪（前輪）停在試驗(yàn)臺路面，第2次試驗(yàn)為非被測車輪（前輪）停在膠皮上。試驗(yàn)結(jié)果如表3。' 表 3 試驗(yàn)一轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺制動檢測數(shù)據(jù) Tab.3 Testing d

15、ata of test 1 in brake testing platform 軸重(KG 最大制動力(N 左 第1次 前軸 后軸 第2次 前軸 后軸 1485 3458 1480 3443 右 1742 3642 1746 3660 左 10350 16660 10150 19110 右 12140 16700 11060 19200 69.7 47.0 整車制動率：54.08% 65.7 53.9 整車制動率：57.62% ' 試驗(yàn)序號 檢測軸 制動率(% 第 1 次:整車重量：10327KG 整車最大制動力：55850N 第 2 次:整車重量：10329KG 整車最大制動力：59

16、520N 由上述試驗(yàn)結(jié)果我們可以清晰地看到，當(dāng)非測試車輪與地面的附著系數(shù) 增大以后， 后輪制動力有明顯的增加，增幅達(dá) 14.8% 試驗(yàn)二：降低前輪氣壓 我們在試驗(yàn)的時(shí)候?qū)囕喎艢?，將前輪氣壓?8 Kg 降為 7Kg，這樣不但可以增大測試車 輪與滾筒的接觸面積， 而且可以增大非測試車輪與地面的接觸面積， 使非測試車輪與地面的 附著系數(shù) ' 增加。第 1 次試驗(yàn)為車輪正常氣壓（8Kg）試驗(yàn)，第 2 次試驗(yàn)為降低前輪氣壓后 （7Kg）試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表 4。 表 4 試驗(yàn)二轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺制動檢測數(shù)據(jù) Tab.4 Testing data of test 4 in brake testing p

17、latform 軸重(KG 最大制動力(N 左 第1次 前軸 后軸 第2次 前軸 后軸 1485 3458 1482 3432 試驗(yàn)序號 檢測軸 制動率(% 右 1742 3642 1751 3673 左 10350 16660 10890 20550 右 12140 16700 12650 20070 69.7 47.0 整車制動率：54.08% 72.8 57.2 第 1 次:整車重量：10327KG 整車最大制動力：55850N 第 2 次:整車重量：10338KG 整車最大制動力：64160N 整車制動率：62.05% 由上述試驗(yàn)結(jié)果我們可以清晰地看到， 當(dāng)前輪氣壓降低以后， 前后輪制

18、動力都有明顯的 增加，整車制動力增幅達(dá) 14.88%。 6結(jié)論及建議 綜上所述，由于國內(nèi)絕大多數(shù)客車都采用發(fā)動機(jī)后置的布置方案，導(dǎo)致出現(xiàn)前橋載荷 過低后橋載荷過大這種載荷分配不均勻的情況。在這種情況下，當(dāng)被測車輪為后輪時(shí)，由于 前橋載荷過低，而試驗(yàn)臺路面過于光滑，故前輪的附著力過低，不足以阻止被測車輪在滾筒 切向力的作用下產(chǎn)生向后的宏觀位移， 導(dǎo)致被測車輪脫離前滾筒， 從而使測得的后橋制動力 遠(yuǎn)小于后橋?qū)嶋H制動力， 最終出現(xiàn)整車制動力經(jīng)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺檢測不合格。 對此我們的建議是： 1、增大試驗(yàn)臺路面與車輪的附著系數(shù)，以加大非被測車輪與地面間的靜摩擦力； 2、盡量采用滾筒中心矩可調(diào)的試驗(yàn)臺，力求檢

19、測時(shí)達(dá)到最佳安置角，以取得較好的檢測效 果； 3、適當(dāng)調(diào)整載荷分配比例，避免出現(xiàn)前后軸載荷分配嚴(yán)重不合理； -6- 4、如果要測量其最大制動力的真實(shí)值，可以采用前后橋加載的方法或者通過鋼繩防止在測 試中汽車向后移動。 參考文獻(xiàn) 1 余志生汽車?yán)碚揗，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000。 2 謝懷暄汽車安全臺檢必讀M，上海：上海交通大學(xué)出版社，1989。 3 陳煥江汽車檢測與診斷M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001。 4 曹家喆現(xiàn)代汽車檢測診斷技術(shù)M，北京：清華大學(xué)出版社，2003。 5 葛在反力式制動試驗(yàn)臺的測試性能J中國公路學(xué)報(bào)，1997，10（2）：105-122 6 GB7258-2004機(jī)動

20、車安全運(yùn)行技術(shù)條件S北京：國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2003。 A study on disqualification of the certain coach in brake force testing on anti-strength rolling brake testing platform Yang Liu 1 , Qian Lijun 1 , XiongLiangping 2 2 Hefei University of Technlolgy, Hefei (23009 Anhui Ankai Automobile Limited Company, Hefei (230051 Abstract 1 The anti-strength rolling brake t