多軸車輛加載檢測(cè)制動(dòng)臺(tái)參數(shù)的試驗(yàn)研究

交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院 劉元鵬，仝曉平

全國(guó)汽車維修標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) 王 平，張 旸

重中型貨運(yùn)車輛大多采用多軸結(jié)構(gòu)形式，受軸荷和臺(tái)架附著系數(shù)的影響，空載檢測(cè)難以反映多軸車輛裝載或滿載狀態(tài)時(shí)制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力。車輛安全相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，對(duì)三軸及三軸以上的多軸貨車，以及采用并裝雙軸或并裝三軸的掛車，根據(jù)各軸的功能，對(duì)部分軸應(yīng)在加載狀態(tài)下檢測(cè)加載軸制動(dòng)率和加載軸制動(dòng)不平衡率，一般采用滾筒反力式制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“滾筒制動(dòng)臺(tái)”）對(duì)被檢車軸進(jìn)行舉升。當(dāng)被檢軸頂起時(shí)，利用其他軸的重量對(duì)被檢軸實(shí)施加載，因此對(duì)加載式滾筒制動(dòng)臺(tái)提出了新的要求。為保證加載軸檢測(cè)的針對(duì)性和準(zhǔn)確性，本文通過(guò)理論計(jì)算分析和選擇多軸重型車輛進(jìn)行實(shí)車檢測(cè)，對(duì)加載式滾筒制動(dòng)臺(tái)的安裝方式和加載舉升高度等參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究與探討，希望能給讀者朋友一點(diǎn)啟示。

1 滾筒制動(dòng)臺(tái)的測(cè)量原理

滾筒制動(dòng)臺(tái)主要由左、右兩套相同的車輪制動(dòng)力測(cè)試單元和一套指示、控制裝置組成，其中車輪制動(dòng)力測(cè)試單元由框架臺(tái)體、驅(qū)動(dòng)裝置、滾筒機(jī)構(gòu)、舉升裝置、測(cè)力裝置等組成。每一個(gè)車輪制動(dòng)力測(cè)試單元設(shè)置一對(duì)主、副滾筒，當(dāng)檢測(cè)車輛制動(dòng)性能時(shí)，被檢車輛駛上滾筒制動(dòng)臺(tái)，車輪置于主、副滾筒之間，每個(gè)滾筒的兩端分別用軸承座支承在框架上，且保持兩滾筒軸線平行，滾筒相當(dāng)于一個(gè)活動(dòng)的路面，用來(lái)支承被檢車輛的車輪，并承受和傳遞制動(dòng)力，通過(guò)測(cè)定作用在測(cè)力滾筒上車輪制動(dòng)力的反力進(jìn)而得到車輪制動(dòng)力。檢測(cè)重中型多軸車輛的滾筒制動(dòng)臺(tái)，承載軸荷應(yīng)在10 t級(jí)以上。

圖1所示為被檢車輪在滾筒制動(dòng)臺(tái)上的受力情況，依據(jù)力學(xué)平衡原理，列平衡方程

圖1 被檢車輪在滾筒制動(dòng)臺(tái)上的受力情況

式（1）和式（2）中，α為安置角，φ為滾筒滑動(dòng)附著系數(shù)，其中安置角α為

式（3）中，L為滾筒中心距，D為被檢車輪直徑，d為滾筒直徑。

由式（1）和式（2）解得

受安置角α、滾筒滑動(dòng)附著系數(shù)φ、車輪滾動(dòng)的水平推力F（與非檢測(cè)車輪的制動(dòng)性能有關(guān)）等3個(gè)因素影響，當(dāng)安置角α、滾筒滑動(dòng)附著系數(shù)φ、水平推力F增加時(shí)，滾筒制動(dòng)臺(tái)所能提供的附著力相應(yīng)增大。安置角α與被檢車輪直徑D、滾筒中心距L、滾筒直徑d有關(guān)，當(dāng)被檢車輪直徑D、滾筒直徑d減小，滾筒中心距L增大時(shí)，則安置角α增大。

為防止檢測(cè)制動(dòng)力時(shí)整車出現(xiàn)滑移，保障受檢車輪不脫離前滾筒，即N1≥0，且F=0，則可推得：sinαφcosα≥0，即tgα≥φ。當(dāng)滾筒滑動(dòng)附著系數(shù)φ=0.7時(shí)，則對(duì)應(yīng)的理論安置角α為35°。

通過(guò)以上對(duì)被檢車輪的受力分析，可以得出以下4點(diǎn)內(nèi)容。

（1）適當(dāng)增大安置角α對(duì)檢測(cè)車輪最大制動(dòng)力是有利的，但并不是越大越好。因?yàn)榘仓媒窃龃髸r(shí)車輛輪胎相對(duì)變形增大，遲滯損失增加，滾筒帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)的附加轉(zhuǎn)矩增大，影響檢測(cè)精度，同時(shí)增加車輪駛離滾筒的難度。研究統(tǒng)計(jì)表明，國(guó)內(nèi)外滾筒制動(dòng)臺(tái)實(shí)際設(shè)計(jì)的安置角一般為22°～25°。

（2）汽車制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力大小受道路路面附著系數(shù)制約，其最大值不可能超過(guò)路面附著力。滾筒制動(dòng)臺(tái)檢測(cè)到的最大制動(dòng)力，在車輪與滾筒附著良好的狀態(tài)下，應(yīng)等于受檢車輪在滾筒制動(dòng)臺(tái)上的附著力Fφ。

（3）滾筒直徑d和滾筒中心距L的大小，對(duì)制動(dòng)臺(tái)性能有較大的影響。增大滾筒直徑有利于改善滾筒與車輪之間的附著狀態(tài)，使檢測(cè)過(guò)程更加接近實(shí)際制動(dòng)狀況，但滾筒直徑越大，同樣的制動(dòng)力所產(chǎn)生的制動(dòng)器摩擦力矩Tμ就越大，必須相應(yīng)增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率。隨著滾筒直徑增大，兩滾筒間的中心距也需要相應(yīng)增大，才能保證合適的安置角，這將使?jié)L筒制動(dòng)臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸增大，制造成本也相應(yīng)提高。

根據(jù)財(cái)務(wù)部下發(fā)文件中對(duì)研發(fā)支出做的定義，可以分為三方面。從階段性來(lái)講，研發(fā)支出在產(chǎn)生過(guò)程中，企業(yè)應(yīng)當(dāng)根據(jù)會(huì)計(jì)政策的規(guī)定嚴(yán)格分類為研發(fā)階段支出和開(kāi)發(fā)階段支出；從內(nèi)容上來(lái)說(shuō)，研發(fā)支出包括企業(yè)內(nèi)部在研究與開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品或技術(shù)的過(guò)程中，研發(fā)人員的薪酬福利以及在此過(guò)程中研發(fā)用地的租賃費(fèi)用和因研發(fā)支出資金產(chǎn)生的借款費(fèi)用等，從研發(fā)活動(dòng)來(lái)說(shuō)，研發(fā)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)收益，是以盈利為目的而進(jìn)行的技術(shù)創(chuàng)新行為。同時(shí)伴隨著極高的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)性，可以看作是一項(xiàng)投資行為，且不同于證券市場(chǎng)的股票，其會(huì)計(jì)確認(rèn)和計(jì)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為同一，會(huì)計(jì)處理較為困難。

（4）實(shí)際檢測(cè)制動(dòng)力時(shí)，若滾筒表面線速度較低，將影響所檢車輪制動(dòng)力的上升速度，也會(huì)延長(zhǎng)制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間。若與制動(dòng)采樣時(shí)間不能很好匹配，將影響所檢車輪制動(dòng)力。因此，在確定滾筒表面線速度時(shí)，需要考慮制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間對(duì)它的影響。

2 滾筒制動(dòng)臺(tái)的安裝高度

如圖2所示，以制動(dòng)性能良好的三軸重型貨車（雙轉(zhuǎn)向軸）為例，若滾筒制動(dòng)臺(tái)常規(guī)安裝（即水平安裝，此時(shí)副滾筒上母線與地平面在一個(gè)水平面上），由于第一轉(zhuǎn)向軸受到第二轉(zhuǎn)向軸和后軸的部分架空作用，即車輪下母線在制動(dòng)臺(tái)兩滾筒上相對(duì)地平面有一個(gè)下沉量H，導(dǎo)致在兩滾筒上附著的軸荷質(zhì)量減小，使得檢測(cè)到的最大制動(dòng)力和軸制動(dòng)率減小（相對(duì)水平稱重），造成軸制動(dòng)性能檢測(cè)誤判。類似情況還有牽引車及并裝軸半掛車在牽引車拖掛下的檢測(cè)，被檢軸的軸荷和整車的附著軸荷質(zhì)量也會(huì)減小，從而影響了整車制動(dòng)率檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

圖 2 三軸重型貨車（雙轉(zhuǎn)向軸）在水平安裝滾筒制動(dòng)臺(tái)上車輪狀態(tài)示意

因此，需要規(guī)范重型滾筒制動(dòng)臺(tái)的安裝方式，即：副滾筒上母線應(yīng)高于地平面，適當(dāng)增加被檢軸軸心高度，使多軸車被檢軸的車輪下母線略高于地平面，可以增加附著軸荷質(zhì)量，符合車輛實(shí)際狀態(tài)，能有效解決多軸車的制動(dòng)檢測(cè)問(wèn)題。

多軸車多為重型車輛，車輪直徑一般為900 mm～1 200 mm。研究表明，車輛空載時(shí)，當(dāng)車輪直徑為1 000 mm時(shí)，在地面上轉(zhuǎn)向輪靜力半徑減小約20 mm，驅(qū)動(dòng)輪（并裝兩車輪）靜力半徑減小約10 mm。

當(dāng)不同直徑的車輪位于兩滾筒之間時(shí)，考慮主、副滾筒高度差的影響，車輪下母線至副滾筒上母線的高度H為

根據(jù)《滾筒反力式汽車制動(dòng)檢驗(yàn)臺(tái)》（GB/T 13564—2005）的規(guī)定選擇滾筒制動(dòng)臺(tái)，滾筒直徑為245 mm，主、副滾筒高度差為30 mm。由式（3）和式（5）可以計(jì)算不同直徑的車輪，在不同滾筒中心距下，車輪下母線至副滾筒上母線的高度H，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所列。

以重型多軸車輛車輪直徑為1 000 mm時(shí)產(chǎn)生的H來(lái)確定副滾筒上母線相對(duì)地平面的安裝高度，以車輪直徑為1 200 mm時(shí)產(chǎn)生的H來(lái)驗(yàn)算和控制其車輪軸心不宜過(guò)高。根據(jù)上述計(jì)算，當(dāng)滾筒中心距為460 mm時(shí)，副滾筒上母線高出地平面40 mm（誤差控制在0 mm～5 mm），可確保直徑為900 mm～1 200 mm的車輪軸心相對(duì)地平面上升約10 mm，相對(duì)相鄰車輪軸心上升約20 mm（按相鄰車輪靜力半徑減小10 mm計(jì)算）。綜上可知滾筒直徑越大，車輪軸心上升高度越大；主、副滾筒高度差越大，車輪軸心上升高度也越大。

當(dāng)副滾筒上母線安裝高度增加至40 mm時(shí)，加載制動(dòng)臺(tái)只需要舉升1次即可完成加載檢測(cè)；當(dāng)副滾筒上母線與地平面平齊時(shí)，加載檢測(cè)需要進(jìn)行2次舉升。

表1 不同直徑車輪下母線至副滾筒上母線的高度H

表2 雙轉(zhuǎn)向軸四軸貨車舉升高度對(duì)軸荷的影響

3 加載制動(dòng)舉升高度

為了驗(yàn)證加載制動(dòng)舉升高度對(duì)靜態(tài)軸荷的影響，現(xiàn)進(jìn)行以下試驗(yàn)。

（1）雙轉(zhuǎn)向軸四軸貨車試驗(yàn)。選擇雙轉(zhuǎn)向軸四軸貨車，水平測(cè)取空載軸荷，第一軸軸荷為3 241 kg；第二軸軸荷為3 232 kg；第三軸軸荷為3 309 kg；第四軸軸荷為3 161 kg。在滾筒制動(dòng)臺(tái)上，按不同的舉升高度測(cè)取各軸靜態(tài)軸荷，測(cè)得的各軸靜態(tài)軸荷見(jiàn)表2所列。試驗(yàn)結(jié)果表明，雙轉(zhuǎn)向軸四軸貨車的第一、二軸（轉(zhuǎn)向軸）的靜態(tài)軸荷隨舉升高度增加而大幅增加，第三、四軸（雙后軸）為平衡軸，隨著舉升高度的增加，其靜態(tài)軸荷變化不大。

（2）雙后軸三軸貨車試驗(yàn)。選擇雙后軸三軸貨車，在滾筒制動(dòng)臺(tái)上，當(dāng)舉升高度分別為40 mm、100 mm時(shí)，測(cè)得的各軸靜態(tài)軸荷見(jiàn)表3所列。試驗(yàn)結(jié)果表明，雙后軸三軸貨車的所有軸的靜態(tài)軸荷隨舉升高度增加變化相對(duì)較小。

（3）由牽引車拖掛的并裝三軸掛車試驗(yàn)。選擇由牽引車拖掛的并裝三軸掛車，在滾筒制動(dòng)臺(tái)上，按不同的舉升高度測(cè)取各軸的靜態(tài)軸荷，通過(guò)計(jì)算軸荷比（即加載軸荷與水平稱重軸荷之比），得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線如圖3所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，并裝各軸的軸荷隨舉升高度增加而增加，加載舉升初期，軸荷比增長(zhǎng)較快；當(dāng)舉升高度為200 mm（副滾筒上母線距地平面高度）以上時(shí)，軸荷比接近于最大狀態(tài)，并呈現(xiàn)緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。

表3 雙后軸三軸貨車舉升高度對(duì)軸荷的影響

圖3 并裝三軸軸荷比試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線

4 結(jié)語(yǔ)

綜合以上試驗(yàn)研究結(jié)果，可以得到以下結(jié)論。

（1）用于檢驗(yàn)多軸及并裝軸車輛的滾筒制動(dòng)臺(tái)應(yīng)符合以下條件：當(dāng)滾筒直徑為245 mm，滾筒中心距為460 mm，主、副滾筒高度差為30 mm時(shí)，副滾筒上母線與地平面的高度差為40 mm～45 mm。當(dāng)滾筒中心距增大或減小10 mm時(shí)，副滾筒上母線與地平面的高度差相應(yīng)增大或減小2 mm；當(dāng)主、副滾筒高度差減小10 mm時(shí)，副滾筒上母線與地平面的高度差相應(yīng)增大4 mm。

（2）加載制動(dòng)臺(tái)的舉升高度不同，測(cè)得的軸荷也不同，舉升高度誤差會(huì)對(duì)制動(dòng)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。當(dāng)滾筒制動(dòng)臺(tái)副滾筒上母線與地平面的高度差為40 mm時(shí)，一次舉升高度200 mm即可實(shí)現(xiàn)加載檢測(cè)，在不小于50%額定承載質(zhì)量負(fù)荷下，加載制動(dòng)臺(tái)的舉升高度誤差不大于5 mm。

（3）在舉升狀態(tài)時(shí)，被檢車輪附著重量增大。對(duì)于三軸及三軸以上的貨車和并裝雙軸或并裝三軸掛車，加載制動(dòng)檢測(cè)合格，說(shuō)明其制動(dòng)器具有合格的制動(dòng)效能，而車輪制動(dòng)力為車輪附著重量與附著系數(shù)的乘積，空載制動(dòng)檢測(cè)只是車輪附著重量減小，行車制動(dòng)效能仍為合格，無(wú)需進(jìn)行空載檢測(cè)。

（4）在最大舉升高度條件下，對(duì)于雙轉(zhuǎn)向軸四軸貨車，應(yīng)對(duì)第一、二軸（轉(zhuǎn)向軸）進(jìn)行加載制動(dòng)檢測(cè)，而對(duì)第三、四軸（雙后軸）進(jìn)行舉升加載制動(dòng)檢測(cè)意義不大。同理，對(duì)于雙轉(zhuǎn)向軸三軸貨車，只需對(duì)第一、二軸（轉(zhuǎn)向軸）進(jìn)行舉升加載制動(dòng)檢測(cè)；對(duì)于雙后軸三軸貨車的所有軸，進(jìn)行舉升加載制動(dòng)檢測(cè)意義不大；對(duì)于并裝軸車輛，應(yīng)對(duì)所有并裝軸進(jìn)行舉升加載制動(dòng)檢測(cè)。

（5）被檢軸在最大舉升高度為100 mm時(shí)，其相鄰軸的附著重量沒(méi)有明顯減小，不適合采用空氣懸架軸的加載制動(dòng)檢測(cè)，故加載制動(dòng)檢測(cè)舉升高度應(yīng)不小于200 mm，使被檢軸的相鄰軸接近或完全脫離地面，從而增大被檢軸的靜態(tài)軸荷，可解決采用空氣懸架車輛的加載檢測(cè)問(wèn)題。此時(shí)，應(yīng)對(duì)多軸及并裝軸車輛的所有軸進(jìn)行加載檢測(cè)。