Функциональный расчет параметров пневматического модулятора абс с электронным управлением Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 62-59:629.113.001.2

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА АБС С ЭЛЕКТРОННЫМ

УПРАВЛЕНИЕМ

А.Н. Туренко, профессор, д.т.н., С.И. Ломака, профессор, к.т.н., Л.А. Рыжих, профессор, к.т.н., А.А. Чебан, инженер,

А.Н. Красюк, инженер, С.В. Тишковец, инженер, ХНАДУ

Аннотация. Приводится расчет пневматического модулятора АБС с электронным управлением с учетом конструктивных и функциональных параметров.

Ключевые слова: электронная тормозная система, тормозной привод, пневматический модулятор, золотник, шаговый электродвигатель.

Введение

За последнее десятилетие в мировом автомобилестроении произошли качественно новые изменения в конструкции различных автомобилей. Так около 80% зарубежных автомобилей и автобусов выпускается с электронной тормозной системой (ЭТС). ЭТС автотранспортного средства это, как правило, рабочая тормозная система, у которой все функции управления (кроме нажатия на педаль тормозного крана) возложены на электронный блок управления. Такая тормозная система способна выполнять при торможении следующие функции:

- электропневматического тормозного привода (ЭПТП);

- регулирование тормозных сил (РТС);

- антиблокировочной тормозной системы (АБС);

- электронной программы стабилизации (Б8Р) [1, 2, 3, 4].

Особый интерес при разработке и исследовании ЭТС представляют модулятор и электронный блок управления.

Анализ публикаций

Относительно конструкции пневматических модуляторов, то на сегодняшний день известно большое количество модуляторов, имеющих конструктивные отличия, но способных выполнять одни и те же функции.

мы необходимы, как правило, три электропневмоклапаны для управления модулятором. Особенностью работы электропневмоклапанов таких модуляторов является то, что они формируют только управляющий сигнал, пропорционально которому на выходе из модулятора получается исполнительный сигнал. Такие модуляторы имеют встроенный ускорительный клапан. Управляющий сигнал формируется пропорционально времени открытия или закрытия электропневмоклапана, т.е. исключается возможность управлять проходным сечением этого электропневмоклапана. Все это приводит к усложнению конструкции пневматического модулятора, снижению качества регулирования и повышению материалоемкости.

Рис. 1. Схема модулятора с электронным управлением фирмы Кпогг-ВгетБе

Так в зарубежной практике всемирно известная фирма Кпогг-ВгетБе широко применяет пневматические модуляторы тормозной системы с электропневмоклапанами рис. 1. [2]. Для выполнения перечисленных функций и сохранения работоспособности основной рабочей тормозной систе-

Цель и постановка задачи

Во вновь создаваемом модуляторе (рис. 2) предлагается применение золотниковых клапанов с общим золотником, управляемым шаговым электродвигателем. Использование для управления

состоянием клапанов шагового электродвигателя существенно повышает точность регулирования за счет плавного изменения в необходимых пределах проходных сечений клапанов модулятора во время торможения. Расчет такого модулятора практически сводится к выбору параметров шагового электродвигателя с учетом конструкции модулятора, т. е. проходных сечений отверстий.

время, необходимое для полного хода золотника модулятора.

Функциональный расчет

В зависимости от выполняемых функций пневматического модулятора ШЭД выбирается следующим образом.

1. Ход золотника £ и время движения золотника задается из конструктивных соображений и выполняемых функций. Для пневматического модулятора АБС с электронным управлением принимаем ход золотника, £ = 16 мм; время движения золотника, ґ = 0,02 с; масса золотника, т = 0,1 кг.

2. Ускорение золотника определяется по следующей зависимости:

к тормозным камерам

Рис. 2. Пневматический модулятор АБС с электронным управлением: 1 - втулка, 2 -золотник, 3 - корпус, 4 - переходник, 5 -пробка, 6 - штуцер, 7 - шестерня вала шагового электродвигателя, 8 - шаговый электродвигатель, 9 - пружина

При этом определяются следующие параметры: ускорение золотника а; общее усилие для перемещения золотника ^об; силу трения золотника ЕТР;

момент на валу электродвигателя МЭЛ .

После проведенных расчетов выбрать шаговый электродвигатель (ШЭД).

Определить:

количество шагов ШЭД за один оборот вала ШЭД;

ход золотника за один шаг ШЭД; количество необходимых шагов ШЭД при полном ходе;

2 £ 2 • 0,016 80 ,2 (1)

а = —- =-----------------= 80, м/с. (1)

і1 0,02 • 0,02

3. Общее усилие для перемещения золотника определяется по следующей зависимости:

(2)

где а - ускорение золотника; т - масса золотника; ^тр - сила трения при перемещении золотника

в корпусе модулятора; ^пр - усилие пружины,

необходимое для возвращения золотника в исходное положение.

4. Сила трения золотника определяется по зависимости [5]

Кр =1^2. - И I-К =

0,025

-0,0036 I-981 = 8,7 Н,

(3)

где Кп = 981 кг/с - эмпирический коэффициент; dгз, й?к - размеры уплотнительного кольца принимаем из конструктивных соображений; dгз = =25,5 мм; dк = 3,6 мм.

5. Усилие возвратной пружины с учетом количества уплотнений принимаем

^пр > і • ^ = 18 Н,

где I = 2 - количество одновременно работающих уплотнений

6. Общее усилие для перемещения золотника с учетом вышеизложенного составляет

Fo6 = 80 • 0,1 +

0,025

-0,0036 I-981 +

t = -

50,955

1300

= 0,039 с .

(9)

+18 = 34,731 Н.

7. Момент на валу ШЭД определяется

МЭЛ = Роб • у = 3,5 •2 = 3,5 кг •см , (4)

где de - делительный диаметр шестерни, устанавливаемой на вал ШЭД, принимаем de = 20 мм.

8. С учетом выполненных расчетов выбираем ШЭД гибридный четырехфазный ДТТТР 56-1,80101, имеющий следующую характеристику:

Наименование двигателя ДТТТР 56-1,8-0101

Тип - униполярный

Напряжение фазы, В 3,5

Ток фазы, А 1,6

Сопротивление фазы, Ом 2,2

Индуктивность фазы, тгн 4,8

Напряжение питания, В 12

Частота, кГ ц:

приемистости 1,5

отработки шагов 3,0

Погрешность, % 5

Масса электродвигателя, кг 0,50

Момент на валу электродвигателя, кг.с 5,5

Габариты, мм 056,4 х 52

Диаметр х вылет вала, мм 6,35 х 19

9. Количество шагов электродвигателя за один оборот вала электродвигателя определяется

360°

n =-------= 200 шагов/об. (5)

1,8°

10. Длина делительной окружности шестерни, устанавливаемой на вал ШЭД, определяется:

I = пИе = 3,14• 20 = 62,8 мм. (6)

11. Ход золотника за один шаг ШЭД определяется:

£ш =пИ^ = 628 = 0,314 мм. (7)

ш п 200

12. Количество необходимых шагов ШЭД при полном ходе золотника определяется

П 1 /Г

п = — =-----------= 50,955 шагов. (8)

£ш 0,314

13. Время, необходимое для полного хода золотника модулятора, определяется

где пш - количество шагов в секунду, которые отрабатывает шаговый электродвигатель.

14. Уточняем ускорение золотника по (1)

2 • 0,016

= 21,038 м/с2.

0,039 • 0,039

15. Уточняем общее усилие, необходимое для перемещения золотника, по формуле (2)

^об = 21,08• 0,1 + | 0,0255 -0,0036 !• 981 +

+10 = 21,084 Н.

Выводы

Данный расчет позволяет выбрать необходимый шаговый электродвигатель для пневматического модулятора АБС с электронным управлением, исходя из конструктивных параметров данного модулятора.

Литература

1. Division A. WABCO Standard GmbH. EBS (EPB)

- Electronically Controlled Breaking System Description of system and Function. 2002 edition.

2. Клюшкин Г.Г., Галамин В.А., Перфильев В.С.,

Кравцов Н.В. Электронная тормозная система Кнорр-Бремзе - шаг к новому уровню активной безопасности грузового автотранспорта // Грузовик. - 2002. - № 9. -С.43-45.

3. Бутылин В.Г., Иванов В.Г., Лепешко И.И. и др.

Анализ и перспективы развития мехатрон-ных систем управления торможением колеса // Мехатроника. - 2002. - № 2. - С. 33-38.

4. Иванов В. Г. Антиблокировочные системы с

доэкстремальным управлением // Сб. трудов конференции «Механика машин на пороге 3 тысячелетия». - Минск, 2001. - С. 368-374.

5. Косий Р.А. Разработка и исследование тормоз-

ного крана пневматического тормозного привода автотранспортного средства: Дисс. ... канд. техн. наук: 11. 10. 2000 - Харьков, 2000. - 67с.

Рецензент: А.В. Бажинов, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

ш

a =

Статья поступила в редакцию 17 января 2007 г.