關(guān)于客車在反力式轉(zhuǎn)鼓制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)制動(dòng)力不合格的研究

1、關(guān)于客車在反力式轉(zhuǎn)鼓制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)制動(dòng)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(dòng)車檢測(cè)站使用反力式轉(zhuǎn)鼓制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)汽車的制動(dòng)性能，由于其檢測(cè)能力的問題致使一些制動(dòng)力合格的汽車被檢測(cè)為不合格。本文通過某實(shí)例客車在試驗(yàn)臺(tái)上的受力分析找出了其制動(dòng)力檢測(cè)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(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，制動(dòng)性能，受力分析，試驗(yàn)中圖分類號(hào)：U461.31引言汽車制動(dòng)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(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件的規(guī)定，制動(dòng)性能的檢測(cè)分為道路試驗(yàn)檢測(cè)和臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)。受道路條件所限，機(jī)動(dòng)車檢測(cè)站通常用臺(tái)架試驗(yàn)檢測(cè)代替道路試驗(yàn)檢測(cè)，其測(cè)試條件固定，重復(fù)性好，結(jié)構(gòu)簡單，所需驅(qū)動(dòng)功率小，操作安全性好。但是，該設(shè)備的檢測(cè)能力本身存在一些問題，致使檢測(cè)站不能提供出真實(shí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)。我們將結(jié)合某實(shí)例客車對(duì)反力式轉(zhuǎn)鼓制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量真實(shí)性進(jìn)行研究。2某客車臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)我們?cè)诜戳κ睫D(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)對(duì)某客車做了制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)，得出了該客車在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)性能的數(shù)據(jù)如表1。表1 客車轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)制動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù) Tab.1 Testing data of coach in brake testing platfo

3、rm軸重(KG 最大制動(dòng)力(N 檢測(cè)軸 左右左右制動(dòng)率(%不平衡率 前軸后軸整車重量：10326KG 整車最大制動(dòng)力：55850N 整車制動(dòng)率：54.08% 由檢測(cè)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(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件中對(duì)臺(tái)架試驗(yàn)的要求（制動(dòng)力總和與整車載荷之比大于或等于60%）。我們對(duì)該客車制動(dòng)器制動(dòng)力矩進(jìn)行了理論計(jì)算，并且通過試驗(yàn)對(duì)其制動(dòng)器制動(dòng)力矩進(jìn)行了測(cè)量，得出的結(jié)論是該客車制動(dòng)器提供的制動(dòng)力完全能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)GB7258-2004機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件中對(duì)臺(tái)架試驗(yàn)的要求。因此，我們有必要對(duì)反力式轉(zhuǎn)鼓制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行研究。663反力式滾筒制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)原理該類

4、型的制動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的制動(dòng)力承受裝置（如圖1）由兩副滾筒組成，每副滾筒由一個(gè)主動(dòng)滾筒、一個(gè)從動(dòng)滾筒和一個(gè)輔助滾筒組成。主動(dòng)滾筒和從動(dòng)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(cè)量時(shí)，將被檢測(cè)車輪置于兩個(gè)滾筒上，用電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)滾筒帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)。當(dāng)車輪制動(dòng)時(shí)，車輪給滾筒一個(gè)與旋轉(zhuǎn)方向相反的力，該力通過電動(dòng)機(jī)、杠桿傳給測(cè)力秤，并由測(cè)力秤的指示表顯示出來。當(dāng)制動(dòng)力達(dá)到一定值后被測(cè)車輪在滾筒合力作用下向后滑移（或向上跳動(dòng)），此時(shí)輔助滾筒彈起，電機(jī)斷電，測(cè)量結(jié)束，測(cè)力秤的指示表顯示出的數(shù)值為該車輪的制動(dòng)力大小。 圖1 轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)

5、簡圖Fig.1 Graphic of brake testing platform4檢測(cè)某客車的受力分析4.1檢測(cè)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(tái)兩滾筒間的受力分析。1 圖2 檢測(cè)前軸制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力達(dá)到一定值后被測(cè)車輪向后移動(dòng)，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(tái)測(cè)得的前輪最大制動(dòng)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(tái)兩滾筒間的受力分析。1 圖3 檢測(cè)后軸制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)力達(dá)到一定值后被測(cè)車輪向后移動(dòng)，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(tái)測(cè)得的后輪最大制動(dòng)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(tái)測(cè)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(tái)檢測(cè)的理論值如表2。表2 臺(tái)架檢測(cè)制動(dòng)力及制動(dòng)率理論值 Tab.2 Estimate

10、of braking force and braking rate in brake testing platform車輛型號(hào) 前軸制動(dòng)力（N ）后軸制動(dòng)力（N ）前軸制動(dòng)率(% 后軸制動(dòng)率(% 整車制動(dòng)率(% 某客車 以上結(jié)果與我們?cè)谠囼?yàn)中取得的數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：前軸制動(dòng)率比較吻合，后軸制動(dòng)率較理論值偏小。故以下主要分析后軸制動(dòng)率比較低的原因。4.2檢測(cè)時(shí)整車受力分析（力平衡）在檢測(cè)過程中，當(dāng)被測(cè)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(cè)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(cè)后軸制動(dòng)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(dòng)力；2F G 整車載荷；N 非測(cè)試車輪（前輪）承受的支持力；x F 非測(cè)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(dòng)力檢測(cè)的過程中，滾筒施加之力的合力會(huì)給測(cè)試車輪一個(gè)向后移動(dòng)的趨勢(shì)，而非被測(cè)車輪與地面的靜摩擦力可以阻礙測(cè)試車輪向后移動(dòng)。其大小由下式計(jì)算： x F ' N F x = (16 ' 非測(cè)試車輪與地面的附著系數(shù) 為了防止制動(dòng)力矩達(dá)到最大值之前測(cè)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(gè)非被測(cè)車輪與試驗(yàn)臺(tái)路面的附著系數(shù)稱為非被測(cè)車輪要求附著系數(shù)。由(18式可知，非被測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試車輪為后輪時(shí)，非被測(cè)車輪與試驗(yàn)臺(tái)路面的附著系數(shù)要大于或等于0.65才能測(cè)得后軸最大制動(dòng)力。20' 因此，對(duì)于我們研究的實(shí)例客車，在測(cè)試車輪制動(dòng)力時(shí)，被測(cè)車輪不離開前滾筒的條件為非被測(cè)車

14、輪與試驗(yàn)臺(tái)路面的附著系數(shù)大于或等于0.65，而大多數(shù)檢測(cè)站試驗(yàn)臺(tái)路面的附著系數(shù)(=0.40.5都達(dá)不到這個(gè)條件，從而導(dǎo)致被測(cè)車輪為后輪時(shí)無法測(cè)得其最大制動(dòng)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(cè)車輪附著力我們?cè)谵D(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的水泥路面上粘貼了兩張膠皮（左右各一張），在檢測(cè)時(shí)讓非被測(cè)車輪（前輪）停在膠皮上，增大了非測(cè)試車輪與地面的附著系數(shù)，其目的是使被測(cè)車輪不離開前滾筒。第1次試驗(yàn)為非被測(cè)車輪（前輪）停在試驗(yàn)臺(tái)路面，第2次試驗(yàn)為非被測(cè)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(tái)制動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù) Tab.3 Testing d

15、ata of test 1 in brake testing platform 軸重(KG 最大制動(dòng)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(dòng)率：54.08% 65.7 53.9 整車制動(dòng)率：57.62% ' 試驗(yàn)序號(hào) 檢測(cè)軸 制動(dòng)率(% 第 1 次:整車重量：10327KG 整車最大制動(dòng)力：55850N 第 2 次:整車重量：10329KG 整車最大制動(dòng)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(cè)試車輪與地面的附著系數(shù) 增大以后， 后輪制動(dòng)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?cè)谠囼?yàn)的時(shí)候?qū)囕喎艢猓瑢⑶拜啔鈮簭?8 Kg 降為 7Kg，這樣不但可以增大測(cè)試車 輪與滾筒的接觸面積， 而且可以增大非測(cè)試車輪與地面的接觸面積， 使非測(cè)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(tái)制動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù) Tab.4 Testing data of test 4 in brake testing p

17、latform 軸重(KG 最大制動(dòng)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(hào) 檢測(cè)軸 制動(dòng)率(% 右 1742 3642 1751 3673 左 10350 16660 10890 20550 右 12140 16700 12650 20070 69.7 47.0 整車制動(dòng)率：54.08% 72.8 57.2 第 1 次:整車重量：10327KG 整車最大制動(dòng)力：55850N 第 2 次:整車重量：10338KG 整車最大制動(dòng)力：64160N 整車制動(dòng)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(dòng)力都有明顯的 增加，整車制動(dòng)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(dòng)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(cè)車輪為后輪時(shí)，由于 前橋載荷過低，而試驗(yàn)臺(tái)路面過于光滑，故前輪的附著力過低，不足以阻止被測(cè)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(cè)車輪脫離前滾筒， 從而使測(cè)得的后橋制動(dòng)力 遠(yuǎn)小于后橋?qū)嶋H制動(dòng)力， 最終出現(xiàn)整車制動(dòng)力經(jīng)轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)不合格。 對(duì)此我們的建議是： 1、增大試驗(yàn)臺(tái)路面與車輪的附著系數(shù)，以加大非被測(cè)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(tái)，力求檢

19、測(cè)時(shí)達(dá)到最佳安置角，以取得較好的檢測(cè)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(cè)量其最大制動(dòng)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(cè) 試中汽車向后移動(dòng)。 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(tái)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(cè)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(cè)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(dòng)試驗(yàn)臺(tái)的測(cè)試性能J中國公路學(xué)報(bào)，1997，10（2）：105-122 6 GB7258-2004機(jī)動(dòng)

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