CC BY
27
13. Пат. 80238 Российская Федерация, МПК G 01 N 3/32. Устройство для определения накопленных усталостных повреждений несущей рамной конструкции мобильной ма-
шины в эксплуатации / Рассоха В.И., Бондаренко Е.В., Исай-чев В.Т. - №2008134452; заявл. 22.08.08; опубл. 27.01.2009, Бюл. № 3. 1 с.
УДК 629.113.001
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АВТОМОБИЛЬНОГО КОЛЕСА С ОПОРНЫМИ РОЛИКАМИ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ СТЕНДОВ
А.И.Федотов1, А.В.Бойко2, А.В.Буранов3, Д.Цогт4
Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены результаты экспериментальных исследований площади пятна контакта и радиуса качения автомобильного колеса в ведомом режиме при его качении по опорным роликам диагностических стендов с беговыми барабанами и по твердой опорной поверхности дороги. Установлено, что площадь пятна контакта, его форма и величина радиуса качения в ведомом режиме, измеренные в стендовых условиях, существенно отличаются от аналогичных параметров, измеренных в дорожных условиях. Ил. 12. Табл. 5. Библиогр. 4 назв.
Ключевые слова: безопасность движения в условиях эксплуатации; диагностика; контроль технического состояния; торможение; стенд с беговыми барабанами.
THE EXPERIMENTAL STUDY OF THE PARAMETERS CHARACTERISTIC OF INTERACTION OF AN AUTOMOBILE WHEEL WITH THE BEARING ROLLERS OF DIAGNOSTIC STANDS A.I.Fedotov, A.V.Boiko, A.V. Buranov, D.Tsogt
Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074
The authors present the results of experimental studies of the contact spot square and the automobile wheel rolling radius in the driven regime under its rolling motion on the bearing rollers of diagnostic test beds with chassis dynamometers and on the hard supporting road surface. It is determined that the contact spot square, its shape and the value of the rolling radius under the driven regime measured under test bed conditions substantially differ from the similar parameters measured under road conditions. 12 figures. 5 tables. 4 sources.
Key words: safety of movement under exploitation; diagnostics; control of technical condition; braking; chassis dynamometer test bed.
Техническое состояние тормозной системы автотранспортного средства (АТС) является одним из наиболее важных факторов, влияющих на безопасность движения. В условиях эксплуатации контроль технического состояния тормозной системы осуществляют при помощи дорожных или стендовых методов. Наибольшее распространение получили методы с использованием силовых стендов с беговыми барабанами. Как показывают исследования [1], силовые стенды не всегда достоверно объективно оценивают техническое состояние тормозной системы АТС. Это в частности объясняется тем, что механика взаимодействия колеса с опорной поверхностью дороги значительно отличается от механики взаимодействия колеса с ро-
ликами диагностических стендов [3]. Процесс взаимодействия автомобильного колеса с опорной поверхностью роликов диагностических стендов изучен очень слабо. Поэтому необходимы дополнительные исследования процесса взаимодействия шины с опорными поверхностями роликов диагностических стендов и количественная оценка отличия между силовыми и кинематическими параметрами, измеренными в стендовых и дорожных условиях.
Авторами статьи проведены дорожные и стендовые исследования площади пятна контакта и радиуса качения колеса в ведомом режиме в зависимости от величины нагрузки на колесо. Исследованию подвергались шины Amtel ^301 R14 175/70 86 ^ допускаю-
1Федотов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952)405080, e-mail: fai@istu.edu.ru
Fedotov Alexander Ivanovich, a doctor of technical sciences, a professor of the Chair of Automobile Transport, tel.: (3952)405080, email: fai@istu.edu.ru
2Бойко Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильного транспорта, тел.: (3952)360045, e-mail: veator@ramler.ru
Boiko Alexander Vladimirovich, a candidate of technical sciences, an associate professor of the Chair of Automobile Transport, tel.: (3952)360045, e-mail: veator@ramler.ru
3Буранов Андрей Васильевич, студент, тел.: 89086678779, e-mail: aburanov@mail.ru Buranov Andrey Vasiljevich, a student, tel.: 89086678779, e-mail: aburanov@mail.ru
4Цогт Доржсурэн, магистрант, тел.: 89025762175, e-mail: tsogt1975@yahoo.com Tsogt Dorzhsuren, an undergraduate, tel.: 89025762175, e-mail: tsogt1975@yahoo.com
щие максимальную нагрузку до 5199 Н (автомобиль ТОУТЛ-ООРОИЛ). Давление в шинах было установлено на уровне 0,19 МПа. Свободный радиус левого колеса (в вывешенном состоянии) составил 0,296 м, правого - 0,297м.
Площадь пятна контакта шины определяли по отпечаткам протектора на листе белой бумаги. Бумагу располагали между опорной поверхностью и шиной, окрашенной красителем. Полученный отпечаток сканировался. Затем, с помощью программы Corel-DRAW выполняли измерения площади пятна контакта.
Измерения радиуса качения в ведомом режиме производились как на левом, так и на правом колесах автомобиля. Установлены их функциональные зависимости от величины нагрузки на колеса. Результаты экспериментальных исследований представлены на рис. 1 и 2.
0,292
- 0,290 а
0,288
а Т
а и
и
:
1
/
2_
—
4 3
¿7* -Л;
0,286 & 0,284
г
с
| 0,282
И 0Д80 * В
0,278
2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 Нагрузка на левом колесе Ск, Н
Рис. 1. Изменение радиуса качения левого колеса в зависимости от нормальной нагрузки на колесо: 1-дорожные испытания; 2-два ролика диаметром 0,202 м; 3- два ролика диаметром 0,32 м; 4- один ролик диаметром 0,32 м; 5- один ролик диаметром 0,202 м
11,2411 0,288
е - 0,286
к х
ш Г я
а
у -
я Рч
0,284
0,282 0,280 0,278
0,276
I п
2
3
+
4
5
2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 Нагрузка правом колесе Ск-, II
Рис. 2. Изменение радиуса качения правого колеса в зависимости от нормальной нагрузки на колесо: 1-дорожные испытания; 2-два ролика диаметром 0,202 м; 3- два ролика диаметром 0,32 м; 4- один ролик диаметром 0,32 м; 5- один ролик диаметром 0,202 м
Кривая 1 получена в ходе дорожных испытаний, она более полога в отличие от результатов испытаний шин на роликах стендов. Кривые 2 и 3 получены при качении колеса по роликам диаметрами 0,202 и 0,32 м соответственно, при этом колесо опиралось на два опорных ролика. Из графиков отчетливо видно, что чем больше диаметр ролика, тем меньше радиус качения колеса в ведомом режиме.
Кривые 5 и 6 получены при качении колеса по поверхностям одиночных роликов диаметрами 0,202 и 0,32 м соответственно при варьировании нагрузки. Из графиков видно, что с увеличением диаметра ролика радиус качения колеса в ведомом режиме уменьшается.
Полученные зависимости (рис. 1 и 2) были аппроксимированы функцией вида
гк = А • Ок2 + В • Ок + С , (1) где - А, В, С - коэффициенты.
Для аппроксимации экспериментальных зависимостей, изображенных на рис. 1 и 2, при помощи функции (1) были установлены коэффициенты А, В и С, позволяющие выполнить расчеты радиусов качения колеса в зависимости от величины нагрузки, приходящейся на колесо при его взаимодействии с вышеназванными поверхностям. Численные значения коэффициентов приведены в табл. 1.
На рис. 3 и 4 представлены результаты экспериментальных исследований площади пятна контакта в зависимости от нагрузки колесо. Кривая 1 получена в ходе дорожных испытаний. Кривые 2 и 3 получены при взаимодействии шины с поверхностями опорных роликов диаметрами 0,202 и 0,32 м. При этом колесо опиралось на два опорных ролика. Графики показывают, что с увеличением диаметра обоих опорных роликов площадь пятна контакта уменьшается.
23000г
2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 Нагрузка на левом колесе Ск, Н
Рис. 3. Изменение площади пятна контакта левого колеса в зависимости от величины нормальной нагрузки: 1 - в дорожных условиях; 2 - на двух роликах диаметром 0,202 м; 3 - на двух роликах диаметром 0,32 м; 4 - на одном ролике диаметром 0,32 м; 5 - на одном ролике диаметром 0,202 м
Кривые 5 и 6 получены при опоре колеса на одиночные ролики диаметрами 0,202 и 0,32 м при варьировании нормальной нагрузки. Из графиков 5 и 6 вид-
Таблица 1
Коэффициенты для расчета радиуса качения колеса на основе функциональной зависимости (1)
Условия испытаний Коэффициенты функции (1) Достоверность аппроксимации
A B C Р?
Дорожные испытания Левое колесо 10-10 2-10 0,2925 0,9883
Правое колесо 5-10"10 4-10"6 0,2945 0,9782
Два ролика диаметром 0,202 м Левое колесо 5-10"10 5-10-6 0,2996 0,9952
Правое колесо 2-10"10 4-10"6 0,2966 0,9895
Два ролика диаметром 0,32 м Левое колесо 7-10"10 7-10"6 0,3001 0,9619
Правое колесо 8-10"10 8-10"6 0,295 0,9873
Один ролик диаметром 0,32 м Левое колесо 4-10"10 5-10-6 0,2933 0,9975
Правое колесо 5-10"10 5-10-6 0,2929 0,9975
Один ролик диаметром 0,202 м Левое колесо 2-10"10 4-10"6 0,2903 0,9825
Правое колесо 7-10"10 7-10"° 0,2961 0,9984
Таблица 2
Коэффициенты для расчета площади пятна контакта колеса на основе функциональной _ зависимости (2)__
Условия испытаний Коэффициенты функции (2) Достоверность аппроксимации
A B C Р?
Дорожные испытания Левое колесо -1210-4 12,464 -8652,5 0,9789
Правое колесо -1310-4 11,429 -4689,7 0,9252
Два ролика диаметром 0,202 м Левое колесо 3-10-4 1,2762 5372,3 0,8939
Правое колесо 5-10-4 5,6664 26,675 0,974
Два ролика диаметром 0,32 м Левое колесо -21-Ю-4 15,635 16336 0,9619
Правое колесо -3 10-4 4,8057 108,1 0,9301
Один ролик диаметром 0,32 м Левое колесо -4 ■ 10-4 4,3048 238,2 0,8398
Правое колесо -2 ■ 10-4 2,9063 2523,7 0,9329
Один ролик диаметром 0,202 м Левое колесо 3-10-4 3309-10-4 3454,1 0,9463
Правое колесо 2-10-4 9357-10-4 3289 0,9654
но, что чем больше диаметр опорного ролика, тем меньше площадь пятна контакта.
Полученные в процессе эксперимента графики (рис. 3 и 4) были аппроксимированы функцией вида
я к = А ■ о/
где - А, В и С - коэффициенты.
+В■ОК +С
(2)
2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 Нагрузка на правом колесе Ск, Н
Рис. 4. Изменение площади пятна контакта правого колеса в зависимости от величины нормальной нагрузки: 1 - в дорожных условиях; 2 - на двух роликах диаметром 0,202 м; 3 - на двух роликах диаметром 0,32 м; 4 - на одном ролике диаметром 0,32 м; 5 - на одном ролике диаметром 0,202 м
Для аппроксимации экспериментальных зависимостей при помощи функции (2) были установлены коэффициенты, А, В и С (табл. 2), позволяющие выполнить расчеты площади пятна контакта колеса в зависимости от величины нормальной нагрузки ОК на колесо.
Особый интерес представляет тот факт, что при опоре шины на ролик с меньшим диаметром площадь пятна контакта больше, чем при опоре на ролик с большим диаметром (рис. 3 и 4). При этом радиус качения колеса в ведомом режиме (рис. 5 и 6) больше при качении по ролику с большим диаметром (при одинаковых нормальных нагрузках на колесо ОК). Это требует дальнейшего научного исследования.
Полученные в ходе эксперимента зависимости (рис. 5 и 6) были аппроксимированы функцией вида
гк = А ■ Як2 + В ■ Як + С , (3) где - А, В, С - коэффициенты.
Для функции (3) установлены коэффициенты, позволяющие выполнить расчеты радиуса качения колеса в зависимости от площади пятна контакта колеса. Численные значения коэффициентов приведены в табл. 3.
Площади пятна контакта на дороге и опорных роликах стендов отличаются не только размерами, но и
Таблица 3
Коэффициенты для расчета радиуса качения колеса в ведомом режиме в зависимости от площади
его пятна контакта
Условия испытаний Коэффициенты функции (3) Достоверность аппроксимации
А В С #
Дорожные испытания Левое колесо -2-10"12 -7-10"8 0,2908 0,9665
Правое колесо -9-10"13 -2-10"' 0,2914 0,8288
Один ролик диаметром 0,32 м Левое колесо -2-10"11 -7-10"' 0,2885 0,9123
Правое колесо 1-10"10 -3 10-6 0,2973 0,963
Один ролик диаметром 0,202 м Левое колесо -4-10"11 -4-10-7 0,2886 0,7651
Правое колесо 1-10"10 -4 10-6 0,3071 0,9185
формами. Пятно контакта шины с недеформируемой поверхностью дороги представляет собой эллипс, вытянутый в продольной плоскости (рис. 7,а и рис. 8,а). Пятно контакта шины с роликом стенда представляет собой эллипс, вытянутый в поперечной плоскости (рис. 7,б и рис. 8,б).
Результаты исследований показывают, что длина пятна контакта на дороге больше, чем на роликах стендов (рис. 9 и 10). Из графиков видно, что длина пятна контакта шины на ролике диаметром 320 мм на 50% меньше, чем на дороге, а на ролике диаметром 202 мм на 52% меньше, чем на дороге.
Полученные в ходе исследования зависимости (рис. 9 и 10) были аппроксимированы функцией вида
аШ = А • ОК3 + В • ОК 2 + С • ОК + Б , (4) где - А, В, С, й - коэффициенты.
0,289
« £ 0,287 С I*
| V 0,285
к I
69
0,283
г
|[
С* о
I §
X в е
0,281
0,279
х *
С \
\
\
А N.
0,277
5000 7000 9000 11000 1300015000 1700019000 21000 М.ющадь пиша контагсга на нравом колесе, мм2
Рис. 6. Изменение радиуса качения правого колеса в зависимости от площади пятна контакта колеса с опорной поверхностью: 1 - дорожные испытания; 2 -один ролик диаметром 0,32 м; 3 - один ролик диаметром 0,202 м
Для этой функции установлены коэффициенты, позволяющие выполнить расчеты длины пятна контакта в зависимости от нормальной нагрузки на колесе (табл. 4).
Результаты исследований показывают, что ширина пятна контакта шины с дорогой меньше, чем ширина пятна контакта шины с опорным роликом стенда (рис. 11 и 12). Из графиков видно, что ширина пятна контакта шины с роликом диаметром 320 мм на 5,5% больше, чем ширина пятна контакта шины с дорогой, а с роликом диаметром 202 мм на 13,4% больше, чем с
Рис. 5. Изменение радиуса качения левого колеса в ве-
дорогой.
домом режиме в зависимости от площади пятна контакта колеса с опорной поверхностью: 1 - дорожные испытания; 2 - один ролик диаметром 0,32 м; 3 - один ролик диаметром 0,202 м
Таблица 4
Коэффициенты для расчета длины пятна контакта на основе функциональной зависимости (4)
Условия испытаний Коэффициенты функции (4) Достоверность аппроксимации
А В С й #
Дорожные испытания Левое колесо 1 ■ 10-8 -1-10-4 0,4745 -402,09 0,9691
Правое колесо 7-10-9 -8 10-5 0,3028 -228,53 0,9589
Один ролик диаметром 0,32 м Левое колесо -8 10-9 8-10-5 -0,2144 245,4 0,8923
Правое колесо -7-10-10 110-5 -0,0304 79,09 0,9589
Один ролик диаметром 0,202 м Левое колесо 6-10-9 -6 10-5 0,199 -147,31 0,8974
Правое колесо -2 10-9 110-5 -0,0249 72,09 0,7984
а)
б)
Рис. 7. Схема пятна контакта шины: а - на дороге; на ролике стенда
; б -
б)
Рис. 8. Форма пятна контакта шины: а - с дорогой; с роликом стенда
Коэффициенты для расчета ширины пятна
б -
Рис. 9. Изменение длины пятна контакта левого колеса с опорной поверхностью в зависимости от величины нормальной нагрузки: 1 - дорожные испытания; 2 - один ролик диаметром 0,32 м; 3 - один ролик диаметром 0,202 м
2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 Нагрузка на правом колесе Ск< Н
Рис. 10. Изменение длины пятна контакта правого колеса с опорной поверхностью в зависимости от величины нормальной нагрузки: 1 - дорожные испытания; 2 - один ролик диаметром 0,32 м; 3 - один ролик диаметром 0,202 м
Полученные в ходе исследования зависимости (рис. 11 и 12) были аппроксимированы функцией вида
ЬШ = А ■ ОК3 + В ■ ОК2 + С ■ ОК + Б , (5) где - А, В, С, D - коэффициенты.
Для этой функции установлены коэффициенты (табл. 5), позволяющие выполнить расчеты ширины пятна контакта от нормальной нагрузки на колесо.
Таблица 5
Условия испытаний Коэффициенты функции (5) Достоверность аппроксимации
A B C D Р?
Дорожные испытания Левое колесо 7-10-9 -7-10-5 0,2528 -148,35 0,9455
Правое колесо -2-10-9 2-10-5 -0,0438 161,81 0,9304
Один ролик диаметром 0,32 м Левое колесо -3-10-9 2-10-5 -0,0458 161,34 0,8178
Правое колесо 3-10-10 -9-10-6 0,0485 70,921 0,7951
Один ролик диаметром 0,202 м Левое колесо 1-10-8 -1-10-4 0,3043 -154,64 0,6058
Правое колесо 9-10-9 -8-10-5 0,2361 -81,022 0,7816
125
2200 2400 2600 2800 3000 3201) 3400 3600 3800
Нагручка ни леном колесе Ск, Н
Рис. 11. Изменение ширины пятна контакта левого колеса с опорной поверхностью в зависимости от величины нормальной нагрузки: 1 - дорожные испытания; 2 - один ролик диаметром 0,32 м; 3 - один ролик диаметром 0,202 м
2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800
Нагрузки на Ираном колесе Сю Н
Рис. 12. Изменение ширины пятна контакта правого колеса с опорной поверхностью в зависимости от величины нормальной нагрузки: 1 - дорожные испытания; 2 - один ролик диаметром 0,32 м; 3 - один ролик диаметром 0,202 м
Результаты выполненного экспериментального исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Изменение радиуса кривизны опорной поверхности в исследованном диапазоне приводит к уменьшению радиуса качения колеса в ведомом режиме не более чем на 3,3 %. Изменения радиуса качения колеса в ведомом режиме, вызванные изменением нагрузки на колесо в диапазоне от 2200 до 3800 Н, также незначительны и составляют около 2 %.
2. Изменение кривизны опорной поверхности (см. рис. 3 и 4) приводит к изменению площади пятна контакта более чем на 57%. Изменения площади пятна контакта, вызванные изменением нормальной нагрузки на колесо в диапазоне от 2200 до 3800 Н, могут превышать 38%.
3. Величина радиуса качения колеса в ведомом режиме функционально связана с площадью пятна контакта (см. рис. 5 и 6).
4. Длина пятна контакта шины с опорным роликом стенда диаметром 320 мм на 50% меньше чем с поверхностью дороги, а с роликом диаметром 202 мм -на 52% меньше чем с поверхностью дороги.
5. Ширина пятна контакта шины с опорным роликом стенда диаметром 320 мм на 5,5% больше чем с поверхностью дороги, а с роликом диаметром 202 мм - на 13,4% больше чем с поверхностью дороги.
Библиографический список
1. Кулько П.А. Ушаков К.В. Государственный Технический осмотр. Проблемы и решения / Автотранспортное предприятие № 9. Сентябрь 2005. С.15-19.
2. ГОСТ - Р 51709 - 2001. АТС. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки. 2001. 44 с.
3. Серов А. В. Стенды для контроля технического состояния и обкатки лесотранспортных машин. М.: Изд-во «Лесная промышленность», 1969. 168 с.
4. Бойко А.В., Портнягин Е.М. Осипов А.Г. Исследование изменения параметров колеса при торможении автомобиля на роликовых стендах // Материалы IX международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: дорога в будущее» (20-21 апреля 2005 г.) Чита, 2005. Ч. 2. С. 253 - 256.
