Научно-исследовательские испытания

Цели и задачи испытаний научно-исследовательского характера очень разнообразны. Наиболее часто при таких испытаниях приходится определять преимущества и недостатки усилителей различных типов для выбора лучшего, а также режимы их работы.

В качестве примера экспериментальной работы с целью выбора типа усилителя кратко остановимся на сравнительных испытаниях гидравлического и пневматического усилителей для грузовых автомобилей большой грузоподъемности. Оба усилителя за один ход штока совершают одинаковую работу. Испытания проводились как в стендовых, так и в дорожных условиях. Сравнивались следующие эксплуатационные показатели:

• возможное минимальное усилие на рулевом колесе;
• скорость срабатывания усилителей;
• плавность включения усилителей;
• степень восприятия усилителем ударов со стороны дороги;
• склонность к возбуждению колебаний управляемых колес.

Силовой цилиндр гидроусилителя устанавливается на переднем мосту автомобиля, распределитель встраивался в продольную тягу. Рабочий ход цилиндра 155 мм, диаметр 70 мм, максимальное давление в системе 60 ^кГ/_см².

Пневмоусилитель был скомпонован на левом лонжероне рамы между кабиной и подножкой. Через двуплечий рычаг и дополнительную продольную тягу он был связан с основной продольной тягой рулевого привода. Распределитель был установлен также на левом лонжероне рамы, перед рулевым механизмом. Привод управления распределителем выполнен по типу привода автомобилей КрАЗ-214. Диаметр силового цилиндра 150 мм, ход штока 280 см. давление в системе 7 ^кГ/_см².

На стенде воспроизводились те же компоновки. Перед стендом на специальной площадке был установлен передний мост автомобиля с гидроусилителем. Пневмоусилитель закрепляли на швеллере вместе с рулевым механизмом.

Минимальная величина усилия на ободе рулевого колеса пневмоусилителя определялась в дорожных условиях. Она регулировалась силой предварительного сжатия центрирующих пружин. Если это усилие было меньше 8 кГ, то излишне часто включался усилитель со стороны дороги при переезде препятствий, вследствие чего наблюдался перерасход сжатого воздуха.

Усилие включения гидроусилителя определялось из условия хорошей стабилизации управляемых колес и составляло 2,5 кГ на ободе рулевого колеса. Во время движения автомобиля по городскому маршруту с большим числом поворотов при наличии пневмоусилителя усилия на рулевом колесе колебались в пределах 15-25 кГ, а при установке гидроусилителя - не превышали 5 кГ.

Для более подробного изучения процессов, происходящих в усилителе во время поворотов, автомобиль был оборудован тензоаппаратурой и датчиками давления в полостях силового цилиндра и датчиком усилия на рулевом колесе. Запись параметров во время движения на поворотах позволила установить, что существенное повышение усилия на рулевом колесе по сравнению с расчетным при наличии пневмоусилителя объясняется запаздыванием его срабатывания.

Процесс включения усилителя протекает следующим образом. При быстром повороте максимальному значению усилия на рулевом колесе соответствует давление 2 ^кГ/_см². Затем с увеличением поворота рулевого колеса давление в полости силового цилиндра продолжает повышаться до 6 ^кГ/_см², а усилие на рулевом колесе падает. Усилие на рулевом колесе максимально, когда воздух только начинает поступать в силовой цилиндр. Недостаточная скорость включения усилителя сказывается на плавности его включения.

Соответствующие испытания были проведены на стенде. Нагрузка на управляемые колеса соответствовала номинальной нагрузке автомобиля. Рулевое колесо приводилось во вращение со скоростью, увеличивающейся от опыта к опыту. На ленту осциллографа записывались давления в полостях силового цилиндра, усилия в продольной тяге и усилия на рулевом колесе. Усилие на рулевом колесе в процессе включения усилителя вначале поднималось выше расчетного, затем с повышением давления в полости цилиндра падало и вновь росло пропорционально увеличению его в продольной тяге.

Неплавность включения характеризовалась разностью между максимальным усилием в начале поворота и последующим минимальным усилием на рулевом колесе. Выяснилось, что при наличии пневмоусилителя этот перепад при угловой скорости рулевого колеса 1 ^об/_сек составляет 5 кГ. В случае применения гидроусилителя при угловой скорости рулевого колеса 1 ^об/_сек усилие на рулевом колесе увеличивалось плавно без задержек.

Метод определения степени восприятия усилителем обратных ударов несколько отличался от метода, изложенного в разделе "Контрольные испытания". Условия были несколько ужесточены. Высота препятствия была увеличена до 150 мм, скорость движения была соответственно снижена до 10 ^км/_ч. Регистрация усилий в продольной тяге, на рулевом колесе и давления производилась с помощью тензодатчиков через тензоусилитель с записью на ленту осциллографа. Выяснилось, что при наличии гидроусилителя усилие на рулевом колесе не превышает расчетного, а давление в полостях силового цилиндра повышается до 25-30 ^кГ/_см². При установке пневматического усилителя удар на рулевом колесе воспринимается так же, как и без усилителя.

Склонность к возбуждению усилителями автоколебаний управляемых колес проверялась как на стенде, так и в дорожных условиях. Выяснилось, что пневмоусилитель не может вызвать незатухающих колебаний управляемых колес при реально существующих параметрах рулевых приводов и может их только поддерживать при наличии склонности автомобиля к шимми - автоколебаниям управляемых колес, связанным с особенностью взаимодействия шин с опорной поверхностью и с упругими свойствами подвески.

Гидроусилитель может возбуждать колебания управляемых колес при компоновке силового цилиндра отдельно от распределителя. В случае необходимости такой компоновки следует руководствоваться указаниями, данными в разделе "Динамический расчет".

Режим работы усилителя характеризуется числом включений усилителя и скоростью перемещения штока силового цилиндра, режим работы насоса - числом включений усилителя до определенных значений давления, скоростью вращения вала ротора, временем работы насоса при соответствующем давлении и температурой рабочей жидкости. Скорость перемещения штока может быть заменена пропорциональным параметром - скоростью вращения рулевого колеса.

Перечисленные параметры измеряются с помощью датчиков, создающих на выходе электрический сигнал, пропорциональный измеряемой величине. Для общей оценки работоспособности усилителя и назначения режима сравнительных испытаний достаточно иметь записи этих параметров на наиболее характерных участках дорог длиной 1-2 км при движении автомобиля со средней эксплуатационной скоростью, а также данные о нагрузке усилителя при поворотах на месте и при маневрировании. В этом случае параметры можно регистрировать с помощью осциллографа.

Таблица 12. Режим работы насоса гидроусилителя автомобиля ЗИЛ-130 при прямолинейном движении по шоссе с разбитым булыжным покрытием

Некоторые данные о режимах работы насоса грузового автомобиля грузоподъемностью 5,5 т при движении по булыжному шоссе приведены в табл. 12. Кривые, характеризующие скорость вращения рулевого колеса на поворотах при движении по городскому маршруту, представлены на рис. 51.

Более полная информация о режиме работы усилителя может быть получена, если перечисленные параметры регистрируются специальными режимомерами, классифицирующими сигналы датчиков по интенсивности. Обычно такие режимомеры позволяют получить данные о режиме за практически неограниченное время. Анализ данных режимомеров производится статистическими методами.

К числу научно-исследовательских испытаний следует отнести работы по определению эффективности усилителей в отношении облегчения работы водителей по управлению автомобилями. Ниже в качестве примера дается краткое описание такой работы, выполненной фирмой Кальцони.

Рис. 51. Зависимости угловой скорости рулевого колеса от числа поворотов при движении по городскому маршруту с крутыми поворотами автомобиля: 1 - ЗИЛ-130; 2 - МАЗ-503

Эффективность усилителя определялась по интенсивности работы водителя при управлении автомобилем, которая оценивалась по частоте пульса водителя, количеству кислорода расходуемого на дыхание, объему выдыхаемого воздуха.

По количеству израсходованного кислорода была рассчитана энергия, затрачиваемая водителем. Кроме перечисленных параметров, регистрировались усилия, прикладываемые водителем к ободу рулевого колеса на поворотах.

Испытания проводились на автомобиле Фиат-682 Т2, оборудованном усилителем рулевого управления фирмы Кальцони модели Т 55/36. Гидроусилитель можно было отключать по желанию. Нагрузка на переднюю управляемую ось этого автомобиля составляла 4650 кГ, диаметр рулевого колеса 550 мм, общее - угловое передаточное число 26,4, число поворотов рулевого колеса из одного крайнего положения в другое 5. На автомобиле были установлены четырнадцатислойные шины 12,00×20.

Движение автомобиля осуществлялось по ровному горизонтальному участку дороги с асфальто-бетонным покрытием длиною 1300 м с восьмью поворотами на угол 90° (четыре поворота вправо, четыре влево) и двадцатью семью поворотами на угол 45° (траектория в форме синусоиды). Скорость движения 20 ^км/_ч.

Отбор выдыхаемого водителями воздуха для замера его расхода и порциального давления кислорода производился с помощью специальной маски, которую водитель надевал на время заездов. Частота пульса регистрировалась датчиками, установленными на теле водителя. Кардиограмма записывалась с помощью телепередатчика.

В испытаниях участвовали пять водителей с примерно одинаковыми физическими данными. Каждый водитель управлял автомобилем на указанной выше траектории в течении 1 ч. Каждые 2 мин снимались кардиограммы и 3 раза в 1 ч отбирались две пробы воздуха. Кроме того, отбор пробы воздуха и снятие кардиограммы производились перед началом испытаний при спокойном состоянии водителя в течении 10 мин.

Каждый водитель участвовал в заезде как с включенным, так й с выключенным усилителем. Перерыв между заездами около 30 мин. Полученные данные были статистически обработаны.

Были подсчитаны средние значения определяемых параметров и их средние квадратичные отклонения. Во время испытаний выяснилось, что увеличение частоты пульса водителя при работе без усилителя в 2,5 раза больше, чем при работе со включенным усилителем. Увеличение расхода энергии и количество выдыхаемого воздуха при выключенном усилителе в 4 раза больше, чем при включенном.

При поворотах рулевого колеса на угол 700-900° усилие на ободе рулевого колеса при выключенном усилителе составляет 70 кГ, при включенном 14 кГ.