Режимы стендовых испытаний для экспресс оценки долговечности тормозных накладок микроавтобусов семейства ГАЗ



В работе приведены результаты расчета режимов торможения микроавтобусов ГАЗель ГАЗ 3221 (маршрутных такси) для ускоренных стендовых испытаний фрикционных накладок передних тормозных механизмов.

Основная масса маршрутных такси — это микроавтобусы ГАЗель ГАЗ-3221 и их модификации. Эксплуатационные режимы маршрутных такси, обусловленные частыми посадками высадками пассажиров, требуют обеспечение надежности работы тормозного управления. К числу деталей тормозной системы, определяющих техническое состояние автомобиля по требованиям безопасности, относятся накладки тормозных колодок. Накладки проверяются на прочность и долговечность. Если испытания на прочность кратковременны, то долговечность накладок проверяется длительными испытаниями на износ в объеме пробега до ТО-1 (не менее 10000 км). Поэтому разработка типовых режимов ускоренных стендовых испытаний на износ колодок маршрутных такси является актуальной и имеет практическую ценность. Требования к испытаниям изложены в ГОСТе 30480–97 “Методы испытаний на износостойкость”, который устанавливает общие требования к испытаниям на износостойкость на различных стадиях жизненного цикла изделий.

Исходные данные для режимов торможения получены по результатам исследования режимов движения такси на маршруте № 20 ДЦ — ТЗР — ДЦ. Общая протяженность данного маршрута составляет 34 км. Данный маршрут был разбит на три участка.

I участок: ДЦ — пл. Ленина (3,0 км), колонное движение, маневр затруднен из-за высокой плотности транспортного потока в центре города, большим количеством перекрестков, светофоров и пешеходных переходов. II участок: пл. Ленина — ул. Штеменко (8,5 км), свободное движение транспортного потока, свобода маневра ограничена правилами дорожного движения. III участок: ул. Штеменко — ТЗР (5,5 км), групповое движение транспортного потока, маневр ограничен движением по одной полосе, большим количеством перекрестков, светофоров и пешеходных переходов.

Расчеты проводились в следующем порядке по участкам:

Определение временных и скоростных характеристик торможения: общее время торможения, количество торможений до остановки, длительность торможений до остановки, средняя начальная скорость торможения до остановки, интервалы скоростей притормаживания и время притормаживания, табл. 1 и 2.

Таблица 1

Характеристики режима торможения при движении от ДЦ до ТЗР

Наименование параметров	I участок	II участок	III участок
Количество торможений на 1 км	2,3	2,0	3,2
Время торможения до остановки от общего времени торможений, %	82	67	80
Среднее время торможения до остановки, с	7,7	8,9	14,1
Средняя начальная скорость торможения до остановки, км / ч	33,3	45,0	43,1

Таблица 2

Среднее время притормаживания иего доля от общего времени торможения по участкам при движении от ДЦ до ТЗР (с /%)

Интервалы скоростей торможения	I участок	II участок	III участок
От 70 до 40 км / ч		10,3 / 18	9 / 4
От 50 до 20 км / ч		12 / 15	12,3 / 16
От 30 до 20 км / ч	10 / 18		

Определение силовых характеристик торможения, температурного режима и пути трения накладок: тормозные моменты на тормозном диске, давления, действующие во фрикционной паре накладка — тормозной диск, поверхностная температура, удельная работа сил трения, путь трения на 1 км маршрута. При расчете использовались следующие параметры автомобиля: полная масса 3500 кг, площадь накладки (типа ТИИР-250) 5256 мм², коэффициент трения по диску 0,35, радиус колеса (модель 175К16С) 345 мм [1]. Расчеты момента торможения, силы давления, действующей на накладки, и удельной работы трения выполнялись по методике, изложенной в работе П. П. Лукина, Г. А. Гаспарянц, В. Ф. Родионова [2].

Момент торможения может быть найден по формуле (1)

, (1)

где F' — сила торможения на колесах.

Принимая во внимание, что торможение осуществляется в основном за счет работы передних тормозных механизмов, формула (1) для режима торможения “до остановки” на одно колесо примет вид (2)

, (2)

где V_{T —} средняя начальная скорость до торможения;

t_{T —} среднее время торможения;

r _ср — радиус приложения на диск равнодействующей сил трения;

m _a — масса автомобиля.

С другой стороны тормозной момент на тормозном диске равен

, (3)

отсюда

, (4)

где f — коэффициент трения тормозных накладок по диску, принят

равным 0,35;

N — суммарная сила прижатия накладки к диску.

Давление p = , действующее во фрикционной паре накладка — тормозной диск, не должно превышать допускаемого значения 0,8–1,2 МПа [3].

Удельная работа трения

, (5)

где V₁ — скорость автомобиля в начале торможения;

V₂ — скорость автомобиля в конце торможения;

F_ — суммарная площадь всех фрикционных накладок.

Тормозной путь определяем по формуле

, (6)

где n — количество торможений на 1 км пути в интервале скоростей V₁-V₂.

Путь трения на 1 км пути S* равен

, (7)

где S_H — путь, пройденный накладкой;

S — длина участка.

Путь, пройденный накладкой, равен

. (8)

Результаты расчетов приведены в табл. 3 и 4. [4]

Таблица 3

Статические, временные исиловые характеристики режима торможения маршрутного такси от ДЦ до ТЗР при полной остановке

Характеристики режима торможения по участкам	Мтор,	N, H	p, МПа	L уд 104,	St, м	SH, м	S*, м/км
I	262,8	3003,4	0,57	712	106,8	38,7	12,9
II	307,2	3510,9	0,67	1301	334,5	121,2	14,3
III	186,2	2128,0	0,40	1193	371,8	134,7	24,5

Таблица 4

Статические, временные исиловые характеристики режима притормаживания маршрутного такси от ДЦ до ТЗР

Характеристики режима торможения по участкам иинтервалам скоростей		М тор,	N, H	p, МПа	Lуд 104,	St, м	SH, м	S*, м/км
I	70–40, км/ч							
	50–20, км/ч							
	30–20, км/ч	60,8	695	0,13	321	62,4	22,6	7,5
II	70–40, км/ч	177,0	2023	0,38	2119	441,2	159,9	18,8
	50–20, км/ч	151,9	1736	0,33	1349	264,4	95,8	11,3
	30–20, км/ч							
III	70–40, км/ч	202,5	2314	0,44	2119	117,7	42,6	7,7
	50–20, км/ч	148,2	1687	0,32	1349	422,4	153,0	27,8
	30–20, км/ч							

Построение и анализ графиков движения маршрутного такси на 1 км пути (в виде усредненного графика зависимости скорости автомобиля от времени, рис.1, 2 и 3).

Рис. 1. Усредненные режимы движения автомобиля на 1 км пути на I участке (в направлении ДЦ — ТЗР). Цифрами указаны давления во фрикционной паре (МПа)

Рис. 2. Усредненные режимы движения автомобиля на 1 км пути на II участке (в направлении ДЦ — ТЗР). Цифрами указаны давления во фрикционной паре (МПа)

Рис. 3. Усредненные режимы движения автомобиля на 1 км пути на III участке (в направлении ДЦ — ТЗР). Цифрами указаны давления во фрикционной паре (МПа)

Анализ графиков (см. рис. 1,2,3) показывает, что на 1 км маршрута такси:

– на I участке тормозит до полной остановки 2 раза, притормаживает 1 раз с 30 до 20 км/ч. Время торможения 18,4 с, что составляет 15 % от общего времени проезда 1 км маршрута;

– на II участке тормозит до полной остановки 1,4 раза, притормаживает 2 раза с различными интервалами скоростей. Время торможения 19,2 с, что составляет 19 % от общего времени проезда 1 км маршрута;

– на III участке тормозит до полной остановки 2,4 раза, притормаживает 2 раза с различными интервалами скоростей. Время торможения 42,9 с, что составляет 29 % от общего времени проезда 1 км маршрута.

Исключив время разгона и равномерного движения, получим соответствующее ускорение режима проведения стендовых испытаний. Коэффициент ускорения К_у рассчитывается по формуле (9):

, (9)

где T_общ, T_р, T_{Д —} соответственно: общее время, время разгона и время равномерного движения.

При этом во время испытаний значения температуры во фрикционной паре не должны превышать 100–120 ⁰С. Значения коэффициентов ускорения приведены в табл. 5, режимы ускоренных испытаний — в табл. 6.

Таблица 5

Значения коэффициентов ускорения для соответствующих участков маршрута внаправлении ДЦ— ТЗР.

Участок маршрута	Коэффициент ускорения
I	6,7
II	5,3
III	3,4

Таблица 6

Режимы стендовых испытаний для экспресс-оценки долговечности тормозных накладок эквивалентные пробегу 3 км вгородских условиях

№участка	p, МПа	t, с	Sт, м/км
I	0,57	7,7	35,6
	0,13	3,0	20,8
	0,57	7,7	35,6
II	0,67	6,3	39,3
	0,38	3,4	51,9
	0,33	3,2	31,1
	0,67	6,3	39,3
III	0,40	11,2	67,6
	0,44	1,4	21,4
	0,40	11,2	67,6
	0,32	7,9	76,8
	0,40	11,2	67,6

Анализ табличных данных показывает, что режим испытаний эквивалентен движению на 3 км маршрута с торможениями до полной остановки 7 раз, притормаживанием 5 раз с различными интервалами скоростей. Коэффициент ускорения К_у при этом будет равен 5,1.

Режим проведения стендовых испытаний можно еще ускорить, если иметь экспериментально определенную зависимость износостойкости материала накладок от температуры.

Литература:

1. Автомобили семейства “ГАЗель” // Руководство по эксплуатации 3302–3902010 РЭ. — Н. Новгород, ОАО “ГАЗ”, 2001, — 165 с.
2. Лукин П. П., Гаспарянц Г. А., Родионов В. Ф. Конструирование и расчет автомобиля. — М.: Транспорт, 1984, — 290 с.
3. Александров М. П. Тормозные устройства: справочник. — М.: Транспорт, 1985,-356 с.
4. Tujrin, S., Boyko, G., Revin, A., Fedotov, V. Research to longevity brake lines on the exploitations (2015) Transport Problems, 10 (2), pp. 75–81.