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双前桥台架检测制动性能不合格原因分析

近几年来,随着汽车运输业的迅速发展,一种新型车架结构的货车随处可见,运输业主们习惯地称这种车型为“前四后八”。MMM汽车设计网

该车型,双前桥都具有转向性,双后桥都是驱动桥,也就是驱动方式是8×4(图1),主要以解放、东风和欧曼等车型为主。MMM汽车设计网

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图1 “双前桥”汽车结构示意图MMM汽车设计网

笔者长期从事汽车检测工作,这种车型普及后不久就注意到一个问题:凡是这种车型,在检测制动性能时,双前桥的第一轴、第二轴的制动力和有一个共性,就是所测制动力和都偏低,很难达到国家标准。MMM汽车设计网

《GB7258-2004机动车运行安全技术条件》及《营运车辆综合性能要求和检验方法(18565-2001)》中规定:用汽车制动试验台检验车辆的制动性能,车辆空载时,第一轴的左右轮制动力和应大于或等于该轴轴荷的60%,整车的制动力总和应大于或等于整车重量的60%。而双前桥的第一轴、第二轴制动力和一般只能达到轴荷的50%左右。MMM汽车设计网

注意到这个问题后,笔者专门进行了一段时间的观察和粗略统计,发现该车型的第一轴和第二轴制动力和在轴荷的50%左右成正态分布,甚至更低。国标中虽然对总质量大于3500kg货车的第一轴以外的后轴制动力和没有直接作出要求,但第二轴的制动力和必定影响着整车总制动力和的评价。MMM汽车设计网

笔者随机跟踪几个该车型的检测过程,在发出检测指令后,引车员在规定的时间内正确操作,踩下制动踏板,制动性能检测系统工位机获取左右车轮的制动力增长曲线,并且取得了整个过程中的最大值,同时本人也注意到制动过程中左右轮胎都能够抱死。在仔细观察了该车型的车架结构之后,初步判断是制动试验台台架结构对于检测这种车型的双前桥存在缺陷。MMM汽车设计网

由于制动台举升器的下落,改变了被测轴的垂直轴荷,从而导致所测数据不准确。理论上说,任何多轴车辆的全部车轮如果都是单独地刚性悬挂在车架上,则在不平的道路上行驶时将不能保证所有车轮同时接触地面。当有弹性悬架而道路不平度较小时,虽然不一定出现车轮悬空的现象,但各个车轮间的垂直载荷分配比例会有很大改变。MMM汽车设计网

在车轮垂直载荷变小甚至为零时,则车轮对地面的附着力随之变小,甚至等于零。这也正是双前桥之所以设计成都具有转向功能的原因之一。为了更清晰详细地剖析这个问题,笔者做了1次细致有序的研究工作。MMM汽车设计网

1辆2005年3月出厂的东风EQ1290WJ重型厢式货车,驱动方式8×4,双前桥都是转向轴,第一轴钢板弹簧9片,第二轴钢板弹簧8片,第三、四轴均为10片,轴距参数是1950+4250+1300(单位:mm)。其轮胎气压、花纹均符合出厂要求。MMM汽车设计网

车辆以规定的速度驶过与地面在同一个水平面的轴重仪,测得表1中的轴重数据,整车的质量G=F1+F2+F3+F4。随后车辆的各轴依次驶入制动工位,测得表1中的制动数据。MMM汽车设计网

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图2 平衡悬架    1.中心轴  2.弹性悬架MMM汽车设计网

我们先来分析一下双后桥的结构原理,如图2所示,这是一个平衡悬架。将两个车桥装在平衡杆的两端,而将平衡杆的中部与车架做铰链式的连接。两个后桥通过弹性悬架共同作用到中心轴,中心轴支撑车架大梁,一个车桥抬高将使另一个车桥下降。MMM汽车设计网

而且,由于平衡两臂等长,则两个车桥的垂直载荷在任何情况下都相等。实际上,在本次研究第一轴和第二轴受力情况时,我们可以把三、四轴的中心轴作为一个支点来看待,也就是F3和F4合为一个力来研究。MMM汽车设计网

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图3 制动检验台结构原理MMM汽车设计网

现在我们来看一下第一轴和第二轴的结构以及检测制动时的受力情况。和第三、四轴截然不同,第一轴和第二轴是相互独立的弹性悬挂,它们分别挂接在车架上。MMM汽车设计网

在检测制动过程中,当第一轴驶入制动检测工位时,如图3所示,由于检测台的构造原理,举升器下降后,车轮也随着下降和制动台滚筒接触,一轴的轴心远离车架,发生一个位移△S1,弹性悬挂变形减弱,受力减小,垂直受力变小;同时,相对于远端三、四轴的中心轴这个支点,整车车架从原来的水平线向下发生一个倾斜角α1,那么,二轴的轴心相对于向下发生位移的车架,向上发生了一个位移△S2,接近车架,弹性悬挂受力增强,变形加大,二轴垂直受力变大。这样,第一轴和第二轴的垂直轴荷发生了明显的变化:MMM汽车设计网

 F1′ MMM汽车设计网

这就导致一轴轮胎与检测台滚筒的附着力减小,所测制动力与实际行驶在平坦道路上的制动力产生了很大的误差。同样道理,测第二轴时,由于第二轴随着制动台举升器下降发生一个向下的位移△S2′,轴心远离车架,弹性悬挂受力减小,同时整车车架从原来的水平线向下发生了一个倾斜角α2,那么第一轴轴心相对于向下倾斜的车架发生了一个向上的位移△S1′,同理,MMM汽车设计网

 F1″>F1, F2″ MMM汽车设计网

这时,第二轴的轮胎与检测台滚筒的附着力减小,与实际值产生了误差。MMM汽车设计网

问题的症结找到了,解决办法就从这里下手,能否使在测量第一轴和第二轴时,车架向下发生位移后的轴荷分布状态和行驶在平坦道路上一样呢?方法是有的,现使用的是石家庄华燕设备厂制造的QZT-10型汽车制动检验台。MMM汽车设计网

目前,解放、东风和欧曼等系列的8×4车型,有3种直径不等的轮胎,从1050mm到1070mm之间,我们选取一个直径为1060mm中间值,轮胎型号为11.00-20R。MMM汽车设计网

 QZT-10制动检验台参数如下: MMM汽车设计网
 滚筒半径:r=92.5 mmMMM汽车设计网
 滚筒中心距:L=460 mmMMM汽车设计网
 轮胎半径表示为 R=530mm
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图4MMM汽车设计网

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    如图4所示,在检测状态下,制动台举升器下降后,车轮与制动台滚筒接触,那么,以O1O2为底边的等腰三角形MMM汽车设计网
△OO1O2的高:
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    轮胎相对于地面A向下发生的位移△S是:MMM汽车设计网

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在本例中代入数据后得:MMM汽车设计网
△S=44.05mm 
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这个值就是被测车轮与制动台滚筒接触后车轮下降的位移,从而导致车架向下倾斜。我们只要在铺设制动台设备时,滚筒的上母线高出水平地面△S,这样,在举升器下降后,被测轴的向下移动使车轮与制动台滚筒接触,车辆的车架下落,恢复至水平状态,和行驶在平坦道路上的整个车辆各轴荷分配状态相同,保证了所测数据的合理性。这种方法就是通过调整台架结构,改善检测条件,保证了“前四后八”车型在检测双前桥制动性能时的状态与实际运行状态的一致,从而实现了数据的科学性和公正性。MMM汽车设计网

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作者:  来源: 汽车设计网整理  时间: 2008-01-03