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(chē)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(chē)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(chē)輛裝載或滿(mǎn)載狀態(tài)時(shí)制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力。車(chē)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(chē),以及采用并裝雙軸或并裝三軸的掛車(chē),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(chēng)“滾筒制動(dòng)臺(tái)”)對(duì)被檢車(chē)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(chē)輛進(jìn)行實(shí)車(chē)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。
滾筒制動(dòng)臺(tái)主要由左、右兩套相同的車(chē)輪制動(dòng)力測(cè)試單元和一套指示、控制裝置組成,其中車(chē)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(chē)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(chē)輛制動(dòng)性能時(shí),被檢車(chē)輛駛上滾筒制動(dòng)臺(tái),車(chē)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(xiàn)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(chē)輛的車(chē)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(chē)輪制動(dòng)力的反力進(jìn)而得到車(chē)輪制動(dòng)力。檢測(cè)重中型多軸車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)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(chē)輪滾動(dòng)的水平推力F(與非檢測(cè)車(chē)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(chē)輪直徑D、滾筒中心距L、滾筒直徑d有關(guān),當(dāng)被檢車(chē)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(chē)出現(xiàn)滑移,保障受檢車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)輛輪胎相對(duì)變形增大,遲滯損失增加,滾筒帶動(dòng)車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)輪與滾筒附著良好的狀態(tài)下,應(yīng)等于受檢車(chē)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(chē)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(lèi)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(xiàn)速度較低,將影響所檢車(chē)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(chē)輪制動(dòng)力。因此,在確定滾筒表面線(xiàn)速度時(shí),需要考慮制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間對(duì)它的影響。
如圖2所示,以制動(dòng)性能良好的三軸重型貨車(chē)(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(xiàn)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(chē)輪下母線(xiàn)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?。ㄏ鄬?duì)水平稱(chēng)重),造成軸制動(dòng)性能檢測(cè)誤判。類(lèi)似情況還有牽引車(chē)及并裝軸半掛車(chē)在牽引車(chē)拖掛下的檢測(cè),被檢軸的軸荷和整車(chē)的附著軸荷質(zhì)量也會(huì)減小,從而影響了整車(chē)制動(dòng)率檢測(cè)的準(zhǔn)確性。
圖 2 三軸重型貨車(chē)(雙轉(zhuǎn)向軸)在水平安裝滾筒制動(dòng)臺(tái)上車(chē)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(xiàn)應(yīng)高于地平面,適當(dāng)增加被檢軸軸心高度,使多軸車(chē)被檢軸的車(chē)輪下母線(xiàn)略高于地平面,可以增加附著軸荷質(zhì)量,符合車(chē)輛實(shí)際狀態(tài),能有效解決多軸車(chē)的制動(dòng)檢測(cè)問(wèn)題。
多軸車(chē)多為重型車(chē)輛,車(chē)輪直徑一般為900 mm~1 200 mm。研究表明,車(chē)輛空載時(shí),當(dāng)車(chē)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(chē)輪)靜力半徑減小約10 mm。
當(dāng)不同直徑的車(chē)輪位于兩滾筒之間時(shí),考慮主、副滾筒高度差的影響,車(chē)輪下母線(xiàn)至副滾筒上母線(xiàn)的高度H為
根據(jù)《滾筒反力式汽車(chē)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(chē)輪,在不同滾筒中心距下,車(chē)輪下母線(xiàn)至副滾筒上母線(xiàn)的高度H,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所列。
以重型多軸車(chē)輛車(chē)輪直徑為1 000 mm時(shí)產(chǎn)生的H來(lái)確定副滾筒上母線(xiàn)相對(duì)地平面的安裝高度,以車(chē)輪直徑為1 200 mm時(shí)產(chǎn)生的H來(lái)驗(yàn)算和控制其車(chē)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(xiàn)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(chē)輪軸心相對(duì)地平面上升約10 mm,相對(duì)相鄰車(chē)輪軸心上升約20 mm(按相鄰車(chē)輪靜力半徑減小10 mm計(jì)算)。綜上可知滾筒直徑越大,車(chē)輪軸心上升高度越大;主、副滾筒高度差越大,車(chē)輪軸心上升高度也越大。
當(dāng)副滾筒上母線(xiàn)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(xiàn)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(chē)輪下母線(xiàn)至副滾筒上母線(xiàn)的高度H
表2 雙轉(zhuǎn)向軸四軸貨車(chē)舉升高度對(duì)軸荷的影響
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(chē)試驗(yàn)。選擇雙轉(zhuǎn)向軸四軸貨車(chē),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(chē)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(chē)試驗(yàn)。選擇雙后軸三軸貨車(chē),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(chē)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(chē)拖掛的并裝三軸掛車(chē)試驗(yàn)。選擇由牽引車(chē)拖掛的并裝三軸掛車(chē),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(chēng)重軸荷之比),得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)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(xiàn)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(chē)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(xiàn)
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(chē)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(chē)輪附著重量增大。對(duì)于三軸及三軸以上的貨車(chē)和并裝雙軸或并裝三軸掛車(chē),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(chē)輪制動(dòng)力為車(chē)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(chē)輪附著重量減小,行車(chē)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(chē),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(chē),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(chē)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(chē)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(chē)輛的加載檢測(cè)問(wèn)題。此時(shí),應(yīng)對(duì)多軸及并裝軸車(chē)輛的所有軸進(jìn)行加載檢測(cè)。