Streszczenie
Składową wpływającą na całokształt poziomu bezpieczeĔstwa pojazdu wojsko-wego jest bezpieczeĔstwo ruchu. Elementem bezpieczeĔstwa ruchu jest sprawnoĞü układu hamulcowego. Z uwagi na realizacjĊ róĪnorodnych funkcji wynikających z ob-szaru zastosowania pojazdów specjalnych wymagania dla skutecznoĞci układów hamulcowych musza byü adekwatne. Z tego wzglĊdu zachodzi potrzeba rozszerzenia standardowych programów badaĔ. Artykuł opracowany w ramach realizacji projektu NCBIR DOBR-BIO4/021/13355/2013.
Słowa kluczowe: pojazdy specjalne, pojazdy wojskowe, bezpieczeĔstwo, układ hamulcowy 1. Wprowadzenie
Układ hamulcowy ma zasadnicze znaczenie jeĞli chodzi bezpieczeĔstwo pojazdów. Szczegó-łowe kryteria jakie powinny spełniaü układy hamulcowe oraz warunki badaĔ zawarto w regulaminie ECE nr 13. Regulamin ten okreĞla warunki uzyskania homologacji dla układu hamulcowego. Nie mniejsze znaczenie dla bezpieczeĔstwa ma układ hamulcowy pojazdu specjalnego. Szczególnie do-tyczy to pojazdów wojskowych. Przypominając [7, s. 13], Īe w wojsku samochodem specjalnym okreĞla siĊ samochód wyposaĪony w dodatkowe urządzenia, które pozwalają mu wykonywaü okre-Ğlone prace. Takim samochodami wojsku są np.: wozy ewakuacji technicznej, wozy dowodzenia, dĨwigi samojezdne, wozy bojowe, samochody poĪarnicze itp. Ponadto wyróĪnia siĊ samochody specjalizowane. Samochód specjalizowany to samochód z nadwoziem przystosowany do przewozu okreĞlonych rodzajów ładunków lub przewozu w okreĞlony sposób np.: samochody do przewozu amunicji, radarów, cysterny, laboratoria itp. Rozporządzenie [8] wyróĪnia takĪe pojazdy uĪywane do celów specjalnych, czyli takie, które przewiduje siĊ wykorzystywaü doraĨnie do okreĞlonych prac po ich przystosowaniu (np. montaĪ Īurawia, opancerzonej kabiny itp.) lub teĪ bez przygotowa-nia do wykonywaprzygotowa-nia zadaĔ pomocniczych o specjalnym przeznaczeniu dla SZ (np. przewoĪenie amunicji, transport robota saperskiego, holownik samolotów, transport czołgów itp.).
Wojskowe pojazdy specjalne nie podlegają obowiązkowym badaniom homologacyjnym w tym badaniom układów hamulcowych. Jednak zawsze podczas badaĔ prototypu dopuszczających pojazd do eksploatacji w WP sprawdzana jest skutecznoĞü układu hamulca roboczego w próbie typu 0 i 1 zgodnie z przytoczonym powyĪej regulaminem nr 13. Istotną cechą podlegającą ocenie jest takĪe statecznoĞü ruchu podczas hamowania. Mimo to z uwagi na funkcjonalnoĞü oraz znaczne zróĪnico-wanie warunków pracy w porównaniu do pojazdów ogólnego przeznaczenia powyĪsze próby mogą okazaü siĊ niewystarczające. W artykule podjĊto siĊ zaprojektowania badaĔ uwzglĊdniających spe-cyfikĊ pojazdów specjalnych.
2. ZagroĪenie bezpieczeĔstwa pojazdu specjalnego
Dla poszczególnych rodzajów bezpieczeĔstwa wpływ układu hamulcowego na bezpieczeĔstwo globalne załogi przedstawiono na rys. 1. MoĪna wskazaü kilka rodzajów zagroĪeĔ dla układu hamulcowego pojazdu specjalnego.
Rys. 1. Rodzaje bezpieczeĔstwa pojazdu wojskowego wpływające na bezpieczeĔstwo globalne załogi
ħródło: opracowanie własne.
CzĊsto wersje specjalne pojazdów wojskowych powstają na podwoziach wczeĞniej wdroĪonych do eksploatacji. Wówczas zabudowa specjalistycznych urządzeĔ o duĪych gabarytach i masie pro-wadzi do znacznego zwiĊkszenia wysokoĞci połoĪenia Ğrodka masy. Powoduje to problemy podczas intensywnego hamowania. ZwiĊkszają siĊ dynamiczne obciąĪenia poszczególnych osi, co sprawia trudnoĞci w rozdziale sił. OdciąĪane osie tylne podczas hamowania łatwo ulegają zablokowaniu, co powoduje zarzucenie pojazdu. Przy wysoko połoĪonym Ğrodku masy i duĪym momencie bezwład-noĞci bryły koĔczy siĊ to niekiedy jego wywróceniem. Dowiodły tego badania i analizy [1, s. 2098]. Hamulce o współczynniku rozdziału sił hamowania K=1,148 dla badanego pojazdu bez systemu ABS, nie są w stanie zapewniü wymaganej skutecznoĞci hamowania (opóĨnienie 5m/s2), ze wzglĊdu na blokowanie kół osi tylnych przy opóĨnieniu 4,4 m/s2( utrata statecznoĞci). Maksymalny moĪliwy do zastosowania współczynnik K wynosi od 1,77 do 1,95 (stała korekcja w układach sterowania hamulców od Ȗ =0 do maksimum). Dla K=1,77, graniczna wyznaczona intensywnoĞü hamowania na szorstkiej nawierzchni (bez zrywania przyczepnoĞci) wynosi 0,55. W badaniach uzyskano współ-czynnik intensywnoĞci hamowania 0,56 do 0,59. Jak wykazano istnieje moĪliwoĞü uzyskania wymaganej skutecznoĞci układu hamulcowego przy zachowaniu statecznoĞci pojazdu, poprzez wy-znaczenie optymalnego rozdziału sił hamowania na drodze analitycznej jednak jest to rozwiązanie techniczne o znacznie gorszych własnoĞciach niĪ stosowanie układów ABS.
Pojazdy specjalne w wojsku mogą realizowaü zadania w zagroĪeniu oddziaływaniem przeciw-nika. WĞród pojazdów naraĪonych na zniszczenie wraĪliwych układów i systemów, od których jednoczeĞnie wymaga siĊ wysokiego poziomu, wspomnianych, głównych cech, są np. transportery opancerzone. Oddziaływanie Ğrodków raĪenia moĪe doprowadziü do niesprawnoĞci układu hamul-cowego. Ponadto bardzo intensywna lub nieprawidłowa eksploatacja, moĪe doprowadziü do przyspieszonego zuĪycia elementów roboczych. Uznano wobec tego za zasadne przeprowadzenie badaĔ symulacyjnych wpływu niesprawnego układu hamulcowego na zachowanie pojazdu w ruchu krzywoliniowym [5]. Podczas hamowania awaryjnego, dla zestawu danych adekwatnych dla po-jazdu klasy Rosomak, dało siĊ zauwaĪyü, Īe niedopuszczenie do zablokowania kół oraz sprawnoĞü
układu hamulcowego wpływają na ruchliwoĞü pojazdu. W tym wypadku jest to zdolnoĞü do zatrzy-mania pojazdu na zadanym krzywoliniowym torze jazdy. MoĪe to mieü znaczenie w sytuacji omijania przeszkody i dynamicznej jazdy w warunkach zagroĪenia bojowego. Rola sprawnego układu hamulcowego nabiera znaczenia wraz z obniĪeniem współczynnika przyczepnoĞci. Bloko-wanie kół w ruchu krzywoliniowym przyczynia siĊ do zwiĊkszenia tendencji do przechodzenia w prostoliniowy tor jazdy lub poĞlizg boczny. Wyniki badaĔ symulacyjnych mogą stanowiü pod-stawĊ do podjĊcia decyzji o stosowaniu ABS, regulacji jego modulatora, czy tez doboru korektora siły hamowania pomiĊdzy osiami. W oparciu o wyniki moĪna budowaü programy szkoleniowe (sce-nariusze) dla kierowców pojazdów specjalnych, jeĞli ich szkolnie nie zawiera elementów techniki jazdy w sytuacjach krytycznych [5,s.399].
Kolejne badania symulacyjne [6] pozwoliły na analizĊ zagroĪenia uszkodzeniem układu hamul-cowego w ruchu prostoliniowym dla zmiennych rodzajów nawierzchni.Podczas hamowania prostoliniowego na nawierzchni betonowej, dla zestawu danych adekwatnych dla pojazdu klasy transporter opancerzony 8x8, daje siĊ zauwaĪyü, Īe najwiĊksze opóĨnienie, a zarazem najkrótszy czas hamowania uzyskuje siĊ dla pojazdu ze sprawnym układem hamulcowym i z wyłączonym ABS. Dochodzi wówczas do zablokowania kół tylnej osi. Podczas hamowania prostoliniowego na nawierzchni oblodzonej, pojazd z wyłączonym ABS i sprawnym układem hamulcowym uzyskuje nieznacznie (1,2 s) dłuĪszy czas hamowania. OpóĨnienie posiada liniowy przebieg, inaczej niĪ pod-czas pracy modulatora ABS. Jednak w przypadku niesprawnego układu z wyłączonym układem ABS wystąpiło 7 metrowe odchylenie od prostoliniowego toru jazdy[6, s.89–90].
W przypadku krytycznej sytuacji jaką jest hamowanie na łuku drogi, zarówno dla nawierzchni betonowej i oblodzonej najkorzystniejsza sytuacją jest wariant z pracującym ABS i sprawnym ukła-dem hamulcowym. Nie dochodzi wówczas do zablokowania kół osi IV i III co pozwala na zachowanie kierowalnoĞci. Dla wariantu z wyłączonym układem ABS i niesprawnym układem hamulcowym oraz dla wariantu z włączonym ABS i sprawnym układem hamulcowym, przy oblo-dzonej nawierzchni dochodzi do utraty statecznoĞci poprzecznej. Bardzo czĊsto zdarza siĊ, Īe hamulce pojazdów specjalnych pozbawionych układu ABS nie są zdolne do osiągniĊcie wysokich wartoĞci skutecznego opóĨnienie (powyĪej 4,5 m/s2) ze wzglĊdu na blokowanie kół. Blokowanie kół przyczynia siĊ takĪe do zwiĊkszenia tendencji do utraty prostoliniowego toru jazdy [6, s.89–90].
Innym rodzajem zagroĪenia dla całego procesu hamowania jest kwestia czynników psychofi-zycznych – oddziaływani a pojazdu. W przypadku uwzglĊdnienia specyfiki militarnej wpływ czynników psychofizycznych moĪe zostaü nasilony. Realizacja zadaĔ o charakterze logistycznym i bojowym, wymusza zastosowanie pojazdów specjalnych lub przeznaczonych do celów specjal-nych. Ich konstrukcja wynika ze specyfiki wykonywanych prac lub zadaĔ militarspecjal-nych. Uzasadnionym jest fakt braku obowiązku homologacji układów i systemów w pojazdach militar-nych, gdyĪ ich budowa wynika ĞciĞle z realizowanej funkcji. W ten sposób budowane są pojazdy o doĞü zróĪnicowanej konstrukcji. MoĪna zauwaĪyü, Īe ten odmienny układ konstrukcyjny moĪe powodowaü: ograniczoną iloĞü miejsca, zaciemnienie przedziału kierowania, duĪe siły na elemen-tach sterowania, znaczną iloĞü elementów sterowania i wskaĨników pracy, ograniczoną widocznoĞü (wpływ urządzeĔ optycznych), zwiĊkszony poziom hałasu, podwyĪszoną lub zbyt niską temperaturĊ wnĊtrza, wibracje elementów [2]. Na rysunku nr 2 przedstawiono przykładowy wpływ długoĞci drogi hamowania ze wzglĊdu na czas reakcji.
Rys. 2. RóĪnica [m] w długoĞci przebytej drogi zatrzymania miĊdzy czasem reakcji tr1=0,82 s
i tr1=0,32s
ħródło: [3].
3. Projekt badaĔ układu hamulcowego dla wojskowego pojazdu specjalnego
Kluczowe dla bezpieczeĔstwa pojazdów specjalnych mogą okazaü siĊ sytuacje drogowe wyni-kające z ich funkcji i konstrukcji. Do takich sytuacji moĪna zaliczyü brodzenie lub pływanie oraz jazdĊ po drogach górskich. Sytuacje te stawiają specyficzne wymagania dla układów hamulcowych. Do tej pory nie poddawano weryfikacji układów hamulcowych dla takich warunków. Projekt badaĔ eksperymentalnych w tym zakresie zakłada prowadzenie badaĔ według rozszerzonego w stosunku do dotychczasowego standardu badaĔ, algorytmu rys. 3.
Badanie po pokonaniu przeszkody wodnej. Elementy wykonawcze układu hamulcowego po-winny zostaü całkowicie zanurzone w wodzie na okres min. 30 minut. Po wyjeĨdzie z zanurzenia pojazd powinien zostaü rozpĊdzony do prĊdkoĞci 40 km/h na równej i sztywnej nawierzchni. Po osiągniĊciu załoĪonej prĊdkoĞci naleĪy wykonaü próbĊ hamowania pojazdem wciskając pedał ha-mulca przez 60 sekund. NastĊpnie rozpĊdziü pojazd ponownie do prĊdkoĞci 40 km/h. Wykonaü 8 cykli hamowania. W trakcie badania naleĪy rejestrowaü: prĊdkoĞü, opóĨnienie, przebytą drogĊ. Re-zultaty naleĪy porównaü z wynikami osiągniĊtymi w warunkach suchych. Kryterium oceny – wynik badania uznaje siĊ za pozytywny jeĞli zdolnoĞü do osiągniĊcia pełnej skutecznoĞci hamowania po-wraca po 8 cyklach hamowania wykonywanych w okresie 10 minut. Na rysunku nr 4 przedstawiono pojazd specjalny podczas brodzenia. Tego typu przeszkody powodują nawet chwilowy zanik siły hamowania.
Rys. 3. Algorytm prowadzenia badaĔ układu hamulcowego w pojeĨdzie specjalnym ħródło: opracowanie własne.
Rys. 4. Pokonywanie przeszkody wodnej powoduje spadek skutecznoĞci układu hamulcowego. Powrót do skutecznoĞci nominalnej powinien nastąpiü jak najszybciej
ħródło: WITPiS.
Badania w warunkach górskich
Badania układu hamulcowego w warunkach górskich. Badanie naleĪy przeprowadziü na od-cinku drogi o długoĞci minimum 1500 m i nachyleniu od 5 do 10%. Podczas jazdy w dół naleĪy hamowaü pojazdem od prĊdkoĞci 60 km/h do jego zatrzymania, cyklicznie aĪ do osiągniĊcia pod-nóĪa wzniesienia. W ciągu hamowania pojazdem jego skutecznoĞü, okreĞlona Ğrednio rozwiniĊtym opóĨnieniem, nie powinna byü niĪsza niĪ: 5 m/s2 dla pojazdów o masie do 6000 kg, 4,5 m/s2 dla pojazdów o masie do 25 000 kg oraz 3,0 m/s2 dla pojazdów o masie powyĪej 25000 kg. Na rysunku nr 5 przedstawiono pojazd specjalny podczas wjazdu na wzniesienie. Jazda w warunkach górskich jest powodem duĪego obciąĪenia cieplnego układu i w konsekwencji spadku skutecznoĞci układu hamulcowego.
Rys. 5. Pojazd specjalny podczas pokonywania wzniesienia. Zanik siły hamowania moĪe doprowa-dziü do utraty kontroli nad pojazdem
ħródło: WITPiS.
Badania w niskich temperaturach.
Test ten prowadzi siĊ w celu zapewnienia właĞciwego działania ruchomych elementów układu hamulcowego w ekstremalnych zimnych warunkach. Pojazd naleĪy kondycjonowaü w temperaturze –30 °C przez okres min. 24 h. Kryterium jest to, Īe elementy układy hamulcowe funkcjonują w spo-sób zadowalający w temperaturze powietrza otaczającego wyznaczonych w planie badania dla kaĪdego konkretnego pojazdu bez uszkodzenia uszczelki, lub ruchomych czĊĞci.
4. Podsumowanie
Podniesienie bądĨ utrzymanie poziomu bezpieczeĔstwa wymaga prac rozwojowych zawierają-cych zarówno elementy koncepyjno – analityczne, prace konstrukcyjne jak i skuteczną weryfikacje eksperymentalną. Dobór metod badawczych powinien podlegaü modyfikacji w zaleĪnoĞci od wy-magaĔ dla pojazdów. Zwłaszcza dla pojazdów specjalnych. Jako efekt koĔcowy zaproponowano metodykĊ badaĔ układów hamulcowych pojazdów specjalnych, która przyczyni siĊ do poprawy po-ziomu bezpieczeĔstwa.
Bibliografia
1. Grzesiak J., Kupicz W., SimiĔski P., MoĪliwoĞü poprawy skutecznoĞci układu hamulco-wego w pojazdach specjalnych pozbawionych ABS, Logistyka, nr 6/2011.
2. Karwowska E. Analiza układów hamulcowych samochodów ciĊĪarowych. Obliczenia pa-rametrów hamowania prostoliniowego. Materiały niepublikowane. Suwałki 2012. 3. Karwowska E., SimiĔski P., Analiza wpływu czasu postrzegania na długoĞü drogi
zatrzy-mania przez pryzmat czynników psychofizycznych. Artykuł zgłoszony do Archiwum Motoryzacji.
4. SimiĔski P., Ogólny model bezpieczeĔstwa pojazdu wojskowego. Artykuł zgłoszony do czasopisma Logistyka.
5. SimiĔski P., Wpływ niesprawnoĞci układu hamulcowego na zachowanie siĊ pojazdu spe-cjalnego w czasie hamowania awaryjnego w ruchu krzywoliniowym, Prace naukowe Politechniki Warszawskiej, Transport z.96/2013.
6. SimiĔski P., Wpływ niesprawnoĞci układu hamulcowego na zachowanie siĊ transportera opancerzonego w czasie hamowania, Zeszyty WSOWLąd nr 4(170)/2103.
7. SimiĔski P. (Red.), Rozwój Ğrodków transportu w SZ RP. Bel Studio Warszawa 2013. 8. Rozporządzenie MON i SWiA z 9 czerwca 2005 r. w sprawie dopuszczenia do ruchu
po-jazdów specjalnych i popo-jazdów uĪywanych do celów specjalnych.
SAFETY OF SPECIAL VEHICLES – BRAKING SYSTEMS Summary
Component affecting the overall level of security is the security of the military vehicle movement. Safety element is the efficiency of the braking system. Due to the implementation of various functions arising from the use of special purpose vehicles, the requirements for effectiveness of the brakes must be adequate. For this reason, there is a need to extend standard research programs.
Keywords: special vehicles, military vehicles, safety, braking system Przemysław SimiĔski
Wojskowy Instytut Techniki Pancernej i Samochodowej Ul. Okuniewska 1, 05-070 Sulejówek
