Politechnika Warszawska

Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych

Laboratorium zespołów podwozia i elektronicznych systemów bezpieczeństwa.

Temat: Stanowiskowe badanie mechanizmów hamulcowych.

Gr 4.1, zespół 3

Rok akademicki 2012/13

Osoby wykonujące ćwiczenie:

1. Gorzała Mateusz

2. Kurkus Łukasz

3. Lipiarz Piotr

4. Wesołowski Piotr

5. Zając Piotr

6. Zieliński Andrzej

Warszawa XII.2012

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie na stanowisku podstawowych zależności

charakteryzujących funkcjonowanie mechanizmu hamulcowego, w szczególności zależności

miedzy ciśnieniem w układzie uruchamiającym hamulce i prędkością początkową a momentem hamowania, opóźnieniem i drogą hamowania. Ponadto, ocenie będą podlegać takie wielkości, jak: współczynnik tarcia i temperatura pary ciernej oraz przełożenie wewnętrzne mechanizmu.

1. Opis stanowiska badawczego.

Ćwiczenie zostanie przeprowadzone na stanowisku badawczym, którego schemat przedstawiono na rysunku poniżej.

a) schemat uproszczony

b) schemat szczegółowy

W skład stanowiska wchodzą:

· hydrauliczny dwuobwodowy układ uruchamiający hamulce, wyposażony w zespół pompy

hamulcowej,

· obecnie zabudowany mechanizm hamulca tarczowego (3); opcjonalnie może zostać

dodatkowo zabudowany hamulec bębnowy (4);

· układ inercyjny dla prób hamowania hamulcami (3) oraz (4), składający sie; z masy

wirującej (20), rozpędzanej przed próba silnikiem elektrycznym (1). Moment

bezwładności masy (20) dobrany jest w taki sposób, aby energia kinetyczna tej masy

(zamieniana na ciepło w procesie hamowania) była w przybliżeniu równa energii

odbieranej przez hamulec jednego koła podczas hamowania rzeczywistym pojazdem.

Masa (20) połączona jest z silnikiem (1) za pomocą sprzęgła jednotarczowego (19), a z

hamulcami (3) oraz (4) bezpośrednio wałem;

· mechanizm włączania, składający sie z siłownika pneumatycznego (5), zasilanego ze

zbiornika sprężonego powietrza i działającego na tłoczek pompy hamulcowej tak jak

pedał hamulca, układ (17) sterowania silnikiem elektrycznym (1), ręczne zawory

odcinające (7) i (8). Powietrze do zbiornika dostarczane jest przez sprężarkę. Dodatkowo

zbiornik wyposażony jest w zawór upustowy;

· układ pomiarowy, składający sie z: czujników siły (9) oraz (10) wraz ze wzmacniaczami

pomiarowymi (12) i (13), czujnika (15) prędkości obrotowej masy hamowanej (20) wraz

z tarcza (2), czujnika temperatury tarczy hamulcowej - pirometru (16),

elektropneumatycznego zaworu proporcjonalnego (18) - pełniącego również role czujnika

ciśnienia w siłowniku (5). Sygnały z poszczególnych czujników są rejestrowane w funkcji

czasu poprzez układ akwizycji danych komputera stanowiska pomiarowego.

1. Zestawienie pomiarów:

Moment śr	Moment max	Czas hamowania [s]	ciśnienie [Mpa]	obroty początkowe [obr/min]	temperatura początkowa [◦C]	temperatura średnia [◦C]	temperatura maksymalna [◦C]
Zmiania ciśnienia
0,072	0,092	1,6	0,1	577	77,15	78,22	79,35
0,298	0,357	7,64	0,2	567	79,59	97,24	107,91
0,543	0,619	4,08	0,3	555	80,81	107,4	117,43
0,808	0,875	2,73	0,4	543	75,2	110,9	116,94
1,08	1,155	2,04	0,5	534	79,35	124,06	130,86
Zmiana obrotów
0,192	1,02	1,28	0,4	54	80,32	77,2	81,79
0,581	1,028	0,96	0,4	128	78,37	81,01	84,96
0,88	0,996	1,06	0,4	224	77,88	85,84	89,11
0,887	1,025	1,26	0,4	263	77,88	88,82	92,29
0,88	1,001	1,52	0,4	321	76,42	90,09	94,48
0,872	0,981	1,78	0,4	372	77,39	94,59	98,88
0,85	0,955	2,06	0,4	423	80,81	102,86	108,89
0,851	0,951	2,32	0,4	474	81,05	107,18	114,75
0,86	0,948	2,5	0,4	519	78,13	108,56	117,43
0,879	0,97	2,7	0,4	570	80,57	117,99	128,17
Zmiana temperatury
0,885	1,008	2,7	0,4	577	52	87,34	96,19
0,916	0,993	2,6	0,4	570	75,2	111,09	121,09
0,923	1,025	2,58	0,4	570	95,46	133,92	143,8
0,925	1,049	2,56	0,4	570	113,77	153,45	163,57
0,914	1,04	2,6	0,4	570	130,13	171,5	181,15
0,909	1,046	2,6	0,4	570	144,78	187,28	197,27
0,912	1,043	2,6	0,4	570	159,91	202,54	213,13
0,917	1,041	2,58	0,4	564	174,07	216,54	227,05
0,92	1,037	2,58	0,4	570	186,77	229,65	240,48
0,922	1,034	2,58	0,4	570	200,2	243,32	254,39
0,917	1,023	2,58	0,4	570	212,89	257,22	267,33
0,917	1,013	2,58	0,4	570	224,61	268,65	279,79
0,919	1,005	2,58	0,4	570	237,3	281,71	292,72
0,91	0,994	2,6	0,4	570	248,54	294,06	307,13
0,894	0,966	2,66	0,4	570	259,03	306,84	319,09
0,871	0,937	2,72	0,4	570	283,69	333,75	347,41
0,856	0,948	2,76	0,4	570	297,12	348,7	362,3
0,841	0,934	2,82	0,4	577	312,99	366,31	379,88
0,825	0,919	2,86	0,4	564	329,35	384,9	400,39
0,811	0,928	2,92	0,4	570	348,14	404,71	419,19
0,814	0,94	2,92	0,4	577	367,43	424,6	441,41

1. Przykładowy tok obliczeń:

Prędkość obrotowa:

$$\omega = n*\frac{2\pi}{60}$$

gdzie:

n - liczba obrotów na minutę

Przykład:

$$\omega = 577\lbrack\frac{\text{obr}}{\min}\rbrack*\frac{2\pi}{60} = 60,39\lbrack\frac{\text{rad}}{s}\rbrack$$

Prędkość liniowa:

V = ω * r_d

gdzie:

ω - prędkość obrotowa

r_d - jakiś fajny promień

Przykład:

$$V = 60,39\lbrack\frac{\text{rad}}{s}\rbrack*0,268\lbrack m\rbrack = 16,19\lbrack\frac{m}{s}\rbrack$$

Droga hamowania:

$$s_{h} = \frac{V_{0}t_{h}}{2}$$

gdzie:

V₀ - prędkości pojazdu w chwili rozpoczęcia hamowania

t_h - czas hamowania, upływający od rozpoczęcia hamowania do zatrzymania hamowanej masy

Przykład:

$$s_{h} = \frac{16,19\lbrack\frac{m}{s}\rbrack*1,6\lbrack s\rbrack}{2} = 12,95\lbrack m\rbrack$$

Opóźnienie hamowania:

$$a_{h} = \frac{V_{0}}{t_{h}}$$

Przykład:

$$a_{h} = \frac{16,19\lbrack\frac{m}{s}\rbrack}{1,6\lbrack s\rbrack} = 10,12\lbrack\frac{m}{s^{2}}\rbrack$$

Ciśnienie w pompie hamulcowej:

$$p = p_{s}*{(\frac{d_{s}}{d_{p}})}^{2}$$

gdzie:

d_s - średnica tłoka w siłowniku pneumatycznym

d_p - średnica tłoczka w pompie hamulcowej

p_s - zmierzone ciśnienie w siłowniku pneumatycznym

Przykład:

$$p = 0,1\lbrack MPa\rbrack*10^{6}*\left( \frac{0,1\left\lbrack m \right\rbrack}{0,0237\left\lbrack m \right\rbrack} \right)^{2} = 1780341\lbrack Pa\rbrack$$

Średni promień tarcia:

$$r_{sr} = \frac{2}{3}*\frac{{r_{z}}^{3} - {r_{w}}^{3}}{{r_{z}}^{2} - {r_{w}}^{2}}$$

gdzie:

r_z, w- zewnętrzny, wewnętrzny promień powierzchni tarcia

Przykład:

r_sr = 0, 086[m]

Współczynnik μ_h:

$$\mu_{h} = \frac{2M_{h}}{\pi r_{sr}d^{2}\text{pη}}$$

gdzie:

M_h - zmierzony moment tarcia

r_sr - średni promień tarcia

d - średnica tłoczka zacisku hamulca tarczowego

p - ciśnienie w pompie hamulcowej

η - sprawność mechanizmu hamulcowego (η ≅ 0, 98)

Przykład:

$$\mu_{h} = \frac{2*72\lbrack Nm\rbrack}{\pi*0,086\lbrack m\rbrack*\left( 0,054\left\lbrack m \right\rbrack \right)^{2}*1780341\lbrack Pa\rbrack*0,98} = 0,10\lbrack - \rbrack$$

Przełożenie wewnętrzne:

$$i_{w} = \frac{M_{h}}{r_{sr}F_{r}}$$

gdzie:

F_r - siła rozpierająca (ściskająca w hamulcu tarczowym)

Przykład:

$$i_{w} = \frac{72\lbrack Nm\rbrack}{0,086\lbrack m\rbrack*4075,31\lbrack N\rbrack} = 0,21\lbrack - \rbrack$$

Siła rozpierająca:

$$F_{r} = \frac{\pi d^{2}}{4}p$$

Przykład:

$$F_{r} = \frac{\pi{*(0,054\left\lbrack m \right\rbrack)}^{2}}{4}*1780341\lbrack Pa\rbrack = 4075,308\lbrack N\rbrack$$

1. Zestawienie obliczeń:

Prędkość kątowa [rad/s]	Prędkość pojazdu Vo [m/s]	Droga hamowania [m]	opóźnienie hamowania [m/s^2]	Ciśnienie w pompie hamulcowej [MPa]	Współczynnik tarcia μh	Przełożenie wewnętrzne mechanizmu iw	Siła rozpierająca Fr [N]	Moment hamowania obliczony [Nm] *0.1
Zmiana ciśnienia
60,39267	16,18523	12,9481877	10,11577	1,78034147	0,10	0,21	4075,31	7,20
59,346	15,90473	60,756061	2,081771	3,56068294	0,22	0,42	8150,62	29,80
58,09	15,56812	31,7589648	3,815716	5,34102441	0,26	0,52	12225,93	54,30
56,834	15,23151	20,7910139	5,579308	7,12136588	0,29	0,58	16301,23	80,80
55,892	14,97906	15,2786371	7,342675	8,90170735	0,31	0,62	20376,54	108,00
Zmiana obrotów
5,652	1,514736	0,96943104	1,183388	7,12136588	0,07	0,14	16301,23	19,20
13,39733	3,590485	1,72343296	3,740089	7,12136588	0,21	0,41	16301,23	58,10
23,44533	6,283349	3,33017515	5,927688	7,12136588	0,32	0,63	16301,23	88,00
27,52733	7,377325	4,64771496	5,85502	7,12136588	0,32	0,63	16301,23	88,70
33,598	9,004264	6,84324064	5,923858	7,12136588	0,32	0,63	16301,23	88,00
38,936	10,43485	9,28701472	5,862274	7,12136588	0,32	0,62	16301,23	87,20
44,274	11,86543	12,221395	5,759918	7,12136588	0,31	0,61	16301,23	85,00
49,612	13,29602	15,4233786	5,731041	7,12136588	0,31	0,61	16301,23	85,10
54,322	14,5583	18,19787	5,823318	7,12136588	0,31	0,61	16301,23	86,00
59,66	15,98888	21,584988	5,921807	7,12136588	0,32	0,63	16301,23	87,90
Zmiana temperatury
60,39267	16,18523	21,8500668	5,994531	7,12136588	0,32	0,63	16301,23	88,50
59,66	15,98888	20,785544	6,149569	7,12136588	0,33	0,65	16301,23	91,60
59,66	15,98888	20,6256552	6,19724	7,12136588	0,34	0,66	16301,23	92,30
59,66	15,98888	20,4657664	6,245656	7,12136588	0,34	0,66	16301,23	92,50
59,66	15,98888	20,785544	6,149569	7,12136588	0,33	0,65	16301,23	91,40
59,66	15,98888	20,785544	6,149569	7,12136588	0,33	0,65	16301,23	90,90
59,66	15,98888	20,785544	6,149569	7,12136588	0,33	0,65	16301,23	91,20
59,032	15,82058	20,408543	6,132006	7,12136588	0,33	0,65	16301,23	91,70
59,66	15,98888	20,6256552	6,19724	7,12136588	0,33	0,66	16301,23	92,00
59,66	15,98888	20,6256552	6,19724	7,12136588	0,34	0,66	16301,23	92,20
59,66	15,98888	20,6256552	6,19724	7,12136588	0,33	0,65	16301,23	91,70
59,66	15,98888	20,6256552	6,19724	7,12136588	0,33	0,65	16301,23	91,70
59,66	15,98888	20,6256552	6,19724	7,12136588	0,33	0,66	16301,23	91,90
59,66	15,98888	20,785544	6,149569	7,12136588	0,33	0,65	16301,23	91,00
59,66	15,98888	21,2652104	6,010857	7,12136588	0,33	0,64	16301,23	89,40
59,66	15,98888	21,7448768	5,878265	7,12136588	0,32	0,62	16301,23	87,10
59,66	15,98888	22,0646544	5,793072	7,12136588	0,31	0,61	16301,23	85,60
60,39267	16,18523	22,8211809	5,739445	7,12136588	0,31	0,60	16301,23	84,10
59,032	15,82058	22,6234237	5,53167	7,12136588	0,30	0,59	16301,23	82,50
59,66	15,98888	23,3437648	5,475644	7,12136588	0,29	0,58	16301,23	81,10
60,39267	16,18523	23,6304426	5,542889	7,12136588	0,30	0,58	16301,23	81,40

1. Wykres S_h, a_h, M_h, μ_h(P)

2. Wykres S_h, a_h, M_h, μ_h(V_o)

3. Wykres S_h, a_h, M_h, μ_h(T)

4. Wykres i_w(μ_h)

5. Wnioski:

• Wykres ze zmiennym ciśnieniem:

1. Moment hamujący wzrasta proporcjonalnie do narastającego ciśnienia wytwarzanego przez pompę hamulcową.

2. Wpółczynnik tarcia wzrasta znacznie do poziomu 0,3 MPa po czym stabilizuje się w okolicach μ=0.3.

3. Droga hamowania powinna znacznie maleć wraz ze wzrostem ciśnienia, wyjątkiem jest punkt przy ciśnieniu 0.1 MPa, który najprawdopodobniej jest błędem pomiaru.

4. Opóźnienie wzrasta wraz ze zwiększeniem ciśnienia.

- Wykres ze zmienną prędkością początkową:

a) Droga hamowania zwiększa swoją wartość wraz ze wzrostem prędkości liniowej.

b) Przy prędkości ok 25 km/h stabilizuję się współczynnik tarcia, oraz moment hamujący co sprawia że w wyższych prędkościach mają charakterystykę zbliżoną do liniowej.

c) Opóźnienie hamowania od prędkości 25 km/h się stabilizuję i wynosi w przybliżeniu ok 5.5m/s^2

- Wykres wzrostu temperatury.

a) Wysoka temperatura nie ma znacznego wpływu na spadek opóźnienia hamowania.

b) Od temperatury ok 300 ◦C znacznie pogarszają się właściwości takie jak: współczynnik tarcia, co skutkuje zmniejszeniem się momentu hamującego, czego dalszą konsekwencją jest zwiększanie się drogi hamowania.

Przełożenie wewnętrzne mechanizmu jest liniowo proporcjonalne do współczynnika tarcia.