В стендовых условиях расход топлива зависит от коэффициента сопротивления качению ведущих колес на беговых барабанах, осевой нагрузки на ведущие колеса, механических, вентиляционных и гидравлических потерь в механизмах стенда, тормозной силы, развиваемой стендом. При больших скоростях диагностирования на стенде расход топлива меньше, чем в дорожных условиях, так как не учитываются потери топлива на преодоление сопротивления воздуха.
Стенд с беговыми барабанами состоит из роликового узла, включающего в себя беговые барабаны, тормозное устройство и инерционные массы; колонки с контрольно-измерительной аппаратурой; пульта управления; установки для отсоса отработавших газов. Дополнительно в состав стенда могут входить вентилятор, расходомер топлива, секундомер, самописец для записи диаграммы силы и мощности, развиваемой автомобилем на ведущих колесах. Стенд позволяет воспроизводить режимы работы двигателя и трансмиссии, близкие к дорожным.
Для проверки автомобиль устанавливают ведущими колесами на барабаны стенда, ведущие колеса приводят во вращение эти барабаны, преодолевая тормозной момент, создаваемый тормозным (нагрузочным) устройством стенда.
Тормозной момент задается в зависимости от требуемой нагрузки на ведущие колеса. В стендах для проверки тягово-экономических показателей легковых автомобилей применяются электродинамические, гидравлические и очень редко фрикционные тормозные устройства. Наиболее перспективными являются электродинамические (индукторные) тормозные устройства, в которых тормозной эффект достигается взаимодействием стационарного магнитного поля статора с магнитным полем вихревых токов, возникающих в роторе. Электродинамический тормоз обладает хорошей эксплуатационной надежностью и тормозными характеристиками, хорошо компонуется с современными схемами стендов.
Фрикционные тормозные устройства не обладают требуемой стабильностью тормозного действия, особенно при проверке на режимах максимальной поглощаемой мощности. Вследствие этого фрикционный тормоз в современных конструкциях динамометрических стендов широко не применяется. Все меньше используются и стенды с гидравлическими тормозными устройствами.
Барабанные стенды для диагностирования автомобилей по мощностным и экономическим показателям делятся на три группы: инерционные, мощностные и комбинированные.
В инерционных стендах в качестве нагрузочного устройства применены маховые массы, кинематически связанные с беговыми барабанами. В мощностных (тяговых) стендах в качестве нагрузочного устройства используются балансирно подвешенные тормоза (чаще индукторного типа, электрические переменного или постоянного тока, гидравлические и другого типа машины). Комбинированные стенды имеют приводные нагрузочные устройства (тормоза) и маховые массы.
Наличие в стенде инерционных масс позволяет только приблизительно оценить техническое состояние трансмиссии по величине выбега ведущих колес автомобиля. Подключение инерционных масс к роликам осуществляется с помощью рычагов. При этом оператор в зависимости от массы проверяемого автомобиля подключает тот или иной маховик. В более сложных стендах эта операция осуществляется автоматически. В некоторых стендах за счет применения электронных управляющих устройств задают нужный режим нагрузки, используя обычные тормозные устройства. Однако этот способ не получил пока дальнейшего распространения из-за сложности, высокой стоимости и низкой надежности оборудования такого типа.
Барабанные стенды для диагностирования автомобилей по мощностным и экономическим показателям должны:
- 1. Удовлетворять общим требованиям ГОСТ 25176—82.
- 2. Обеспечивать измерение параметров, приведенных в табл. 2.1.
- 3. Автоматически поддерживать режимы нагрузки и измерения, не препятствовать выполнению контрольных и регулировочных работ на диагностируемом автомобиле, отвечать правилам безопасного проведения работ и требованиям пожарной безопасности.
2.1. Диагностические параметры и погрешности их измерения на барабанных мощностных стендах
Наименование параметра | Предел допускаемой основной погрешности измерения на стендах типа, % | ||
инерционные | мощностные | комбинированные | |
Линейная скорость на окружности барабана, м/с | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
Тяговое усилие на ведущих колесах, кН | — | 3,0 | 3,0 |
Мощность на ведущих колесах, кВт | 3,0 | 3,0 | 3,0 |
Расход топлива, л/с | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
Сила, затрачиваемая на прокручивание колес и трансмиссии, кН | — | 3,0 | 3,0 |
Время (путь) разгона (выбега), с | 1,0 | — | 1,0 |
Ускорение (замедление) при разгоне (выбеге), м/с2 | 3,0 | — | — |
Частота вращения коленчатого вала, мин-1 | — | 2,0 | 2,0 |
При разработке конструкций современных динамометрических стендов большое внимание уделяется вопросам повышения удобства и безопасности работы на стенде. С этой целью стенды оснащают целым рядом дополнительных приспособлений и устройств, в том числе дистанционными пультами управления, подъемными платформами и блокировочными устройствами для облегчения выезда автомобиля со стенда; вентиляторами, ограничительными роликами для предотвращения случайного выбрасывания автомобиля со стенда и для проверки автомобилей с управляемыми ведущими мостами. Все это позволяет сократить время проверки автомобиля и повысить производительность стенда.
С точки зрения рациональной организации диагностических работ проверку тяговых показателей автомобиля целесообразно сочетать с контролем расхода топлива. Для этого многие стенды комплектуются расходомерами топлива. Расходомеры могут быть непосредственно встроены в колонку с измерительными приборами стенда либо быть самостоятельными устройствами. Применяются, как правило, объемные расходомеры топлива, которые позволяют измерить суммарный расход топлива в литрах на единицу пробега. Наличие расходомеров в динамометрических стендах целесообразно и с точки зрения получения достоверных результатов, так как для проверки расхода топлива должны быть созданы самые разнообразные режимы работы двигателя автомобиля. Вместе с тем подсоединение расходомеров к двигателю и сам процесс измерения занимают сравнительно много времени, что снижает производительность стенда. Создание автоматических расходомеров и оснащение автомобилей встроенными датчиками расхода топлива позволит быстро контролировать этот важнейший параметр автомобиля в процессе эксплуатации.
Рис. 2.2. Пневмогидравлическая схема стенда К-409М: 1 - тахогенератор, 2 - гидротормоз, 3, 5 - ролики, 4 - подъемный механизм, 6 - пневмоцилиндры подъемного механизма, 7 - пневмоцилиндры вытяжного устройства, 8 - вытяжное устройство, 9 - распределитель воздуха, 10 - узел подготовки воздуха, 11 - реле торможения, 12 - насос, 13 - датчик усилия, 14 - рычаг гидротормоза, 15 - дроссель, 16 - магистраль циркуляции воды в системе «гидротормоз - бак»
В табл. 2.2 приведены основные показатели стендов, применяемых на СТО страны. Из их числа для проверки тягово-экономических показателей легковых автомобилей наиболее широко применяется стенд К-409М (рис. 2.2). На нем обеспечивается измерение тяговой силы, скорости, времени разгона и выбега автомобиля. Стенд состоит из роликового узла с двумя парами беговых барабанов, гидротормоза с системой измерения, пульта управления, с контрольно-измерительными приборами (в том числе и пульта дистанционного управления), вентилятора, вытяжного устройства для отвода отработавших газов и башмаков (упоров) для предотвращения произвольного съезда автомобиля с роликов стенда при диагностировании.
2.2. Стенды для проверки тягово-экономических показателей автомобилей
Модель | Допустимая нагрузка на ось, кН | Измеряемые параметры | Диаметр роликов, мм | ||||||
имитируемая скорость автомобиля | мощность | крутящий момент | расход топлива | время | частота вращения роликов | число оборотов роликов | |||
К-487 (СССР)1 | 14,7 | + | + | — | — | + | + | + | 318 |
4819А (СССР)1 | 19,6 | + | + | + | — | + | 318 | ||
4817 (СССР)1 | 15 | + | + | + | — | + | — | — | 318 |
К-409М (СССР)2 | 19,6 | + | — | + | + | + | — | — | 313 |
К-485 (СССР)1 | 19,6 | + | + | + | + | + | + | 285 | |
DF-255 (Англия)2 | 19,6 | + | + | + | + | — | + | + | 313 |
105 (Дания)2 | 19,6 | + | + | + | — | — | 318 | ||
HPWO-150 (ПНР)2 | 19,6 | + | + | — | + | — | — | + | 318 |
Dynatest-122 (ФРГ)1 | 19,6 | + | + | — | + | — | + | 262 |
1. Комбинированное электродинамическое нагрузочное устройство.
2. Гидротормоз.
Передние ролики 3 стенда — рабочие; соединены между собой и с гидротормозом 2 через втулочно-пальцевые муфты. При воздействии реактивного тормозного момента корпус гидротормоза 2 поворачивается (угол поворота корпуса пропорционален задаваемой нагрузке) и через кронштейн воздействует на силоизмерительный датчик 13. Сигнал с датчика передается на соответствующий индикатор пульта управления стенда.
Частота вращения барабанов (колес автомобиля или скорости автомобиля) измеряется тахогенератором /, соединенным с валом гидротормоза через кулачковую муфту.
Пневматический подъемный механизм 4 стенда, предназначенный для торможения роликов и подъема колес автомобиля при заезде и съезде автомобиля со стенда, состоит из двух пневмоцилиндров 6 с аппаратурой управления, площадки и двух тормозных колодок. Для предотвращения случайного стопорения роликов во время диагностирования в схеме стенда предусмотрено реле торможения 11.
Описанный стенд отличается нестабильностью работы под нагрузкой, низкой точностью измерения и постановки диагноза. Эти недостатки устранены в тяговом стенде К-485.
Тяговый стенд К-485 предназначен для диагностирования легковых автомобилей измерением тяговых качеств с имитацией дорожных сопротивлений и скорости автомобиля. Диагностирование проводится в автоматизированном и ручном режимах.
Стенд включает в себя помимо общепринятых устройств (опорного, пультов управления и индикации и т. п.). цифропечатающее устройство и устройство вывода информации на ЭВМ. Проверка работы системы питания диагностируемого автомобиля осуществляется измерением расхода топлива на холостом ходу и под нагрузкой. Для этого в комплект стенда входит расходомер топлива. Потери на качение и в трансмиссии определяются измерением времени свободного качения автомобиля (выбега) от заданной скорости.
Конструктивно стенд состоит из опорного устройства (рис. 2.3) с двумя парами роликов 4, 6, 12, 16, приборной стойки с контрольно-измерительными приборами, дистанционного пульта управления, вентилятора для обдува радиатора двигателя диагностируемого автомобиля, устройства для отвода отработавших газов, узла 19 подготовки воздуха для обеспечения подачи воздуха в воздушную систему стенда, колодок для предотвращения произвольного съезда автомобиля с роликов стенда в период испытаний.
Рис. 2.3. Пневмокинематическая схема стенда К-485: 1 - тахогенератор; 2, 5, 7 - муфты; 3 - рама; 4, 6, 12, 16 - ролики; 8 - индукторный тормоз; 9 - кронштейн; 10 - датчик усилия; 11 - реле скорости; 13 - площадка подъема автомобиля; 14 - пневмоподъемник; 15 - тормозная колодка; 17 - золотник; 18 - Трубопровод; 19 - узел подготовки воздуха
Все элементы стенда размещены на раме опорного устройства. Передние ролики 4 и 6 (рабочие) соединены через муфты 2 и 5 между собой и с электротормозом. Электротормоз состоит из роторов и статора, который под действием реактивного момента поворачивается в сторону вращения роторов, воздействуя через кронштейн 9 на силоизмерительный датчик 10. Измерение частоты вращения роликов производится с помощью тахогенератора 1.
Пневматический подъемный механизм 14 стенда состоит из площадки 13, двух пневмоцилиндров и двух тормозных колодок. Подъемный механизм предназначен для подъема автомобиля и торможения вращения роликов.
Блок-схема стенда (рис. 2.4) включает устройство I автоматического регулирования скорости при измерении тяговой силы, силоизмерительную систему III, схему II измерения времени (разгона и выбега) автомобиля, блок питания IV. Кроме того, в схеме стенда имеются элементы защиты, управления и сигнализации.
Рис. 2.4. Блок-схема стенда К-485: I - устройство автоматического регулирования скорости; II - схема измерения времени; III - силоизмерительная система; IV - блок питания; 1 - тахогенератор, 2 - анализатор, 3 - сумматор, 4 - регулятор, 5 - управляемый выпрямитель, 6 - тормоз, 7 - указатель скорости, 8 - задатчик скорости, 9 - контактный прибор, 10 - блок преобразования, 11 - электронный секундомер, 12 - чик силы, 13 - усилитель-преобразователь, 14 стрелочный измерительный прибор
При вращении роликов стенда тахогенератор I вырабатывает напряжение, пропорциональное скорости. Сигнал с тахогенератора поступает на выходы устройства I автоматического регулирования скорости, схемы II измерения времени и на указатель 7 скорости, проградуированный в единицах скорости движения автомобиля.
В устройстве автоматического регулирования скорости сигнал с тахогенератора формируется в анализаторе 2 и поступает на сумматор 3, на второй вход которого подается сигнал с задатчика (блока задавания) скорости 8. На задатчике устанавливается скорость, при которой измеряется тяговая сила на колесах автомобиля.
Когда значения сигналов на выходах анализатора и задатчика скорости уравниваются, сумматор 3 вырабатывает сигнал управления, подаваемый на вход регулятора 4. Последний через управляемый выпрямитель 5 воздействует на тормоз, который тормозит ролики стенда.
Если скорость автомобиля начинает возрастать, то увеличивается ток и соответственно тормозной момент. Если скорость автомобиля падает, то уменьшается ток и соответственно снижается тормозной момент. Таким образом автоматически поддерживается постоянная (заданная) скорость автомобиля.
Схема измерения времени состоит из последовательно соединенных контактного прибора 9, блока преобразования 10 и электронного секундомера 11. Контактный прибор представляет собой стрелочный микроамперметр с двумя подвижными указателями, каждый из которых может устанавливаться на любое деление шкалы прибора. Эти указатели используются для запуска и остановки секундомера.
Управление контактным прибором производится сигналом, снимаемым с тахогенератора. При совмещении стрелки прибора во время измерения скорости с одним из указателей выдается сигнал на пуск или остановку секундомера.
Силоизмерительная система состоит из датчика силы тензорези-сторного типа, усилителя-преобразователя ПА-1 и стрелочного измерительного прибора. Датчик силы 12 измеряет тяговую силу на колесах автомобиля. Тяговая сила выражается реактивным моментом на статоре тормоза, возникающим при торможении, через рычаг тормоза, который воздействует на датчик силы.
Оптимальная работа стендов с беговыми барабанами обеспечивается при использовании в комплексе с расходомерами топлива и специализированными приборами для диагностирования двигателей. Стенды занимают большую производственную площадь (до 30 м2) и могут быть эффективно использованы на СТО большой мощности.