CC BY
35
Оригинальная статья / Original article УДК 629.113.001
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-7-234-240
КОНТРОЛЬ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АМОРТИЗАТОРОВ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРИ ПЕРЕЕЗДЕ ЕДИНИЧНОЙ НЕРОВНОСТИ
© А.И. Федотов1, Д.А. Тихов-Тинников2, А.В. Лысенко3, Н.Ю. Кузнецов4
13 4
' ' Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Российская Федерация, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в, стр. 1.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. В статье приведены результаты экспериментальных исследований изменения углов поворота, крена и дифферента автомобиля при его движении по окружности с переездом через единичную неровность при изменении характеристик амортизаторов. РЕЗУЛЬТАТЫ. Результаты экспериментальных исследований представлены в виде графиков зависимостей угла поворота, крена и дифферента автомобиля при его движении по окружности и переезде единичной неровности при изменении технического состояния амортизаторов. Получены рабочие диаграммы и характеристики амортизаторов на динамическом стенде контроля рабочих параметров элементов демпфирования подвески. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Результаты экспериментального исследования процесса переезда автомобилем единичной неровности, проведенного в одинаковых условиях, позволяют выявить зависимость изменения углов поворота, крена и дифферента автомобиля при изменении технического состояния амортизаторов. Параметры процесса движения автомобиля при действии центробежной силы и переезде через единичную неровность, характеризующие устойчивость автомобиля, могут быть использованы в качестве диагностических для высокоинформативного метода контроля технического состояния его амортизаторов в условиях эксплуатации.
Ключевые слова: амортизатор, подвеска, угол поворота, крен, дифферент, единичная неровность, устойчивость, дорожный метод, режим тестового воздействия.
Информация о статье. Дата поступления 13 марта 2018 г.; дата принятия к печати 13 июня 2018 г.; дата онлайн-размещения 31 июля 2018 г.
Формат цитирования. Федотов А.И., Тихов-Тинников Д.А., Лысенко А.В., Кузнецов Н.Ю. Контроль технического состояния амортизаторов автотранспортного средства при переезде единичной неровности // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 7. С. 234-240. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-7-234240
CONTROL OF TECHNICAL CONDITION OF VEHICLE SHOCK ABSORBERS WHEN CROSSING A SINGLE HUMP
A.I. Fedotov, D.A. Tikhov-Tinnikov, A.V. Lysenko, N.Yu. Kuznetsov
Irkutsk National Research Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation
1Федотов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автомобильного транспорта, e-mail:[email protected]
Alexander I. Fedotov, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Motor Transport, e-mail: [email protected]
2Тихов-Тинников Дмитрий Анатольевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Автомобили», e-mail: [email protected]
Dmitry A. Tikhov-Tinnikov, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Head of the Automobile Department, e-mail: dm_tt@mail.
3Лысенко Андрей Владимирович, аспирант, e-mail: [email protected] Andrey V. Lysenko, Postgraduate student, e-mail: [email protected]
4Кузнецов Николай Юрьевич, аспирант e-mail: [email protected] Nikolay Yu. Kuznetsov, Postgraduate student, e-mail: [email protected]
ABSTRACT. PURPOSE. The article presents the results of experimental studies of variations in the steering, banking and trim angles of the vehicle when it moves in a circle crossing a single hump and the characteristics of shock absorbers are changed. RESULTS. The results of experimental studies are presented in the form of dependency graphs of the angle of vehicle steering, banking and trim when the vehicle moves in the circle and crosses a single hump and the technical condition of shock absorbers is changed. Operating diagrams and characteristics of shock absorbers are obtained using a dynamic test bench controlling operating parameters of suspension damping elements. CONCLUSION. The results of experimental studies of the process of vehicle crossing a single hump conducted in the same conditions allow to identify the dependence of the variation in the angles of vehicle steering, banking and trim with the change in the technical condition of shock absorbers. The parameters of the process of vehicle movement under the action of the centrifugal force and crossing a single hump characterizing vehicle stability can be used as diagnostic ones for a highly informative monitoring method of the technical condition of vehicle shock absorbers under operation.
Keywords: shock absorber, suspension, angle of steering, banking, trim, single hump, resistance, road method, test action mode
Information about the article. Received March 13, 2018; accepted for publication June 13, 2018; available online June 22, 2018.
For citation. Fedotov A.I., Tikhov-Tinnikov D.A., Lysenko A.V., Kuznetsov N.Yu. Control of technical condition of vehicle shock absorbers when crossing a single hump. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Proceedings of Irkutsk State Technical University, 2018, vol. 22, no. 7, pp. 234-240. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-7-234240 (In Russian).
Введение
East-Siberian State University of Technology and Management,
40b, Klyuchevskaya St., bld 1, Ulan-Ude, Republic of Buryatiya, 670013, Russian Federation
Автомобиль представляет собой сложную колебательную систему, состоящую из подрессоренных и неподрессорен-ных масс. К подрессоренным элементам относятся кузов и рама с укрепленными на них агрегатами и устройствами, а к не-подрессоренным - мосты и оси с колесами, детали подвески. Подрессоренные массы автомобиля соединены с неподрессорен-ными при помощи упругих, демпфирующих и направляющих элементов [1].
При движении автомобиля кузов и колеса совершают вынужденные вертикальные и угловые колебания. Функцию гашения колебаний кузова и колесных узлов автомобиля выполняют гидравлические телескопические амортизаторы [2].
Амортизаторы работают в тяжелых условиях и со временем теряют способность обеспечивать стабильный контакт шины с дорожным покрытием, от которого зависят устойчивость и управляемость автомобиля. У автомобиля с неисправными амортизаторами на 25-30% удлиняется тормозной путь, на 13% увеличивается
время торможения, снижается скорость безопасного прохождения поворотов [3].
В условиях эксплуатации контроль технического состояния амортизаторов и деталей подвески проводят на специализированных вибростендах, которые позволяют оценивать способность амортизаторов обеспечивать стабильный контакт шин с площадками стенда в условиях вибрации колесного узла [4]. Анализируя стендовые методы технического контроля подвески, можно сделать вывод, что они не оценивают качество сцепления шин автомобиля в боковом направлении [5].
Одним из способов решения данной проблемы является разработка дорожного метода контроля технического состояния амортизаторов в условиях эксплуатации, учитывающего стабильность пятна контакта и величины бокового сцепления шин с дорогой. При этом контролируемыми параметрами являются величина изменения угла поворота, крена и дифферента автомобиля при его движении по окружности с переездом через единичную неровность [6].
Описание методик проведения экспериментов.
Экспериментальное исследование процесса переезда автомобилем единичной неровности выполняли посредством заездов автомобиля Ford Focus, имеющего снаряженную массу, по траектории в виде окружности радиусом 15 м со скоростью 40 км/ч. В процессе исследования измеряли следующие параметры:
- угол крена автомобиля;
- угол дифферента автомобиля;
- угол поворота подрессоренной массы автомобиля относительно вертикальной оси.
Для проведения экспериментального исследования была подготовлена площадка горизонтальной дороги без уклонов с твердым асфальтобетонным покрытием (схема площадки показана на рис. 1).
Система измерения углов поворота, крена и дифферента автомобиля выполнена на базе авиационных гироскопических приборов ЦГВ-4К и Г-3М [7], собранных в единый измерительный комплекс и смонтированных в салоне автомобиля Ford Focus (рис. 2) [8].
Рис. 1. Площадка для экспериментальных исследований технического состояния
подвески автомобиля Fig. 1. Platform for experimental studies of vehicle suspension technical condition
Рис. 2. Размещение измерительного комплекса с гироскопами в автомобиле Fig. 2. Location of the measuring complex with gyroscopes in the vehicle
Экспериментальное исследование процесса переезда автомобилем единичной неровности проводилось при варьировании технического состояния амортизаторов:
- с амортизаторами, имеющими характеристику, соответствующую параметрам завода-изготовителя;
- с амортизаторами, имеющими силу сопротивления на ходе сжатия и отбоя
при скорости перемещения поршня от V0 = 0,0 м/с до Vmax = 0,5 м/с менее 100 Н.
Установка амортизаторов производилась по двум вариантам:
- все амортизаторы исправны;
- передние амортизаторы исправны, задние амортизаторы неисправны.
Работоспособность амортизаторов определяли по рабочим диаграммам и характеристикам.
Результаты исследований
В результате дорожного эксперимента были получены графики углов поворота у = / (г), крена р = / (г), дифферента а = /() подрессоренной массы автомоби-
0 I I J 4 5 É 7
Вре.мя, с
ля при его движении со скоростью V = 40 км/ч по окружности R = 15 м и переезде через неровность прямоугольного профиля 50*50 мм (рис. 3).
2S
2 1.5
//
о V-
01234S67
Время, с
ei
S. 1
u
1 0l5 S
Ça
S
■8< о
i.
f
Л / ' J 1 A n /' v' I t l\r ^ ll J
1 W'V ПЙ . > 1 1,4 , / ' W \TVif !Ч 1; . i M i у
! ' - V • * \
2 3 4
Время, с
b
a
с
Рис. 3. Графики углов поворота (а), крена (b) и дифферента (c) подрессоренной массы автомобиля при изменении технического состояния
амортизаторов - - - все амортизаторы исправные — задние амортизаторы неисправные Fig. 2. Graphs of steering (a), banking (b) and trim (c) angles of vehicle sprung mass when changing
the technical condition of shock absorbers — all shock absorbers are serviceable — rear shock absorbers are faulty
При исследовании траектории движения и угловых колебаний подрессоренной массы автомобиля с исправными амортизаторами выявлено, что отклонение от заданной траектории отсутствует; при переезде единичной неровности происходит изменение угла крена на величину Ар = 0,8 град., угла дифферента - на величину Аа = 1,0 град.
Анализ результатов дорожных экспериментов, проведенных на автомобиле с установленными неисправными задними амортизаторами, позволяет сделать следующие выводы:
- при наезде колес задней оси автомобиля на единичную неровность происходит потеря шинами сцепления с дорожным покрытием вследствие малого усилия сопротивления амортизаторов на ходе сжатия;
- отсутствие боковых реакций на шинах задней оси приводит к ее сносу под действием центробежной силы;
- при сносе задней оси происходит изменение радиуса поворота автомобиля;
- при переезде единичной неровности происходит изменение угла крена на величину Ар = 1,6 град., угла дифферента -
на величину Аа = 1,5 град.
Для получения рабочих диаграмм и характеристик амортизаторов была использована общепринятая методика получения зависимости силы сопротивления поршня в рабочем цилиндре от величины и скорости его перемещения (рис 4.) [9, 10].
Измерение силы сопротивления амортизатора при перемещении поршня на ходе сжатия и отбоя проводилось на динамическом стенде контроля рабочих параметров элементов демпфирования подвески. Штоку амортизатора, который установлен на стенде, задавалось возвратно-поступательное движение с разной скоростью. Возникающая при этом сила сопротивления движению поршня амортизатора через шток передавалась на датчик измерения силы, который регистрировал возникающее усилие [11-13].
Полученные рабочие диаграммы и характеристики дают исчерпывающее представление о демпфирующих способностях амортизаторов и в некоторых случаях позволяют выявить причину снижения сопротивления амортизатора на ходе сжатия и ходе отбоя [12].
a b
Рис. 4. А - рабочие диаграммы; b - характеристики исправного и неисправного задних амортизаторов автомобиля Ford Focus при изменении их функциональных характеристик: — новый исправный амортизатор — неисправный амортизатор Fig. 4. А - Operation diagrams; b - characteristics of serviceable and faulty rear shock absorbers of Ford Focus
when changing their functional characteristics: — new serviceable shock absorber — faulty shock absorber
Результаты испытаний амортизаторов на динамическом стенде контроля рабочих параметров элементов демпфирования позволяют количественно связать изменения траектории и угловых колебаний
подрессоренной массы автомобиля с потенциальной способностью амортизаторов гасить колебания кузова и колесных узлов автомобиля [14].
Заключение
Разработанная методика позволяет контролировать изменения углов поворота, крена и дифферента подрессоренной массы автомобиля при его движении по окружности с переездом через единичную неровность.
Результаты экспериментального исследования процесса переезда автомобилем единичной неровности позволяют выявить изменение углов поворота, крена и дифферента автомобиля при изменении технического состояния амортизаторов.
Метод получения рабочих диаграмм
и характеристик амортизаторов с использованием динамического стенда позволяет оценивать их техническое состояние по величине усилия сопротивления.
Параметры процесса движения автомобиля при действии центробежной силы и переезде через единичную неровность, характеризующие устойчивость автомобиля, могут быть использованы в качестве диагностических для высокоинформативного метода контроля технического состояния его амортизаторов в условиях эксплуатации.
Библиографический список
1. Раймпель Й. Шасси автомобиля: амортизаторы, шины и колёса / пер. с нем. В.П. Агапова; под ред. О.Д. Златовратского. М.: Машиностроение, 1986. 320 с.
2. Дербаремдикер А.Д. Гидравлические амортизаторы автомобилей. М.: Машиностроение, 1969. 236 с.
3. Рябов И.М., Чернышов К.В., Гасанов М.М., Муху-чев Ш.М. О проблеме безопасности при эксплуатации автомобилей с неисправными амортизаторами // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2014. № 19 (146). С. 103-106.
4. Каньшин В.А., Третьяков А.М. Анализ методов диагностирования амортизаторов на современных вибростендах // Состояние и перспективы развития социально-культурного и технического сервиса: материалы II Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (Бийск, 24-25 апреля 2014 г.). В 2 ч. Бийск: Изд-во Алтайского государственного технического университета, 2014. Ч. 1. С. 88-92.
5. Доморозов А.Н., Нгуен Ван Ньань. Анализ методов диагностирования технического состояния систем подвесок АТС на современных вибростендах / Вестник ИрГТУ. 2010. № 5 (45). С. 131-134.
6. Федотов А.И., Лысенко А.В., Тихов-Тинников Д.А. Контроль технического состояния подвески автомобилей в условиях эксплуатации методом движения по окружности // Автомобиль для Сибири и Крайнего Севера: конструкция, эксплуатация, экономика: материалы 90-й Междунар. науч.-техн. конф. Ассоциации автомобильных инженеров (Иркутск, 9-10 апреля 2015 г.). Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2015. С. 232-238.
7. Федотов А.И., Кузнецов Н.Ю., Лысенко А.В., Ти-хов-Тинников Д.А. Измери-тельный комплекс с гироскопами для диагностирования элементов подвески в дорожных условиях. Авиамашиностроение и транспорт Сибири: сборник статей VII Всерос. науч.-практ. конф. (Иркутск 13-16 апреля 2016 г.). Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2016. С. 186-191.
8. Fedotov A.I., Kuznetsov N.Y., Lysenko A.V., Vlasov V.G. Car Suspension System Monitoring under Road Conditions // AIP Conference Proceedings. Vol. 1915. Issue 1. https://doi .org/10.1063/1. 5017362
9. Дербаремдикер А.Д. Амортизаторы транспортных машин. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1985. 200 с.
10. Парфеньева И.Е. Оценка технического уровня гидравлических амортизаторов автомобилей // Технические науки - от теории к практике. 2013. № 21. С. 37-45.
11. Мусарский Р.А. Анализ и оптимизация характеристик сопротивления гидравлических амортизаторов // Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. 2016. № 1 (69). С. 13-16.
12. Поздеев А.В., Похлебин А.В., Чернышов К.В., Мухидинов Ю.М., Мухучев Ш.М. Определение неисправностей гидравлических амортизаторов при стендовых испытаниях // Известия Волгоградского государственного технического университета. Серия: Наземные транспортные системы. 2015. Т. 12. № 6 (166). С. 71-76.
13. Черепанов Л.А., Литошин М.А. Стенд для испытаний амортизаторов подвески автомобилей // Вектор науки Тольяттинского государственного универ-
ситета. 2015. № 1 (31). С. 41-45.
14. Хачатуров А.А. Динамика системы «дорога -
шина - автомобиль - водитель». ние, 1976. 535 с.
М.: Машинострое-
References
1. Raimpel' J. Shassi avtomobilya: amortizatory, shiny i kolyosa [Vehicle chassis: shock absorbers, tires and wheels]. Moscow: Machine Building, 1986, 320 p.
2. Derbaremdiker A.D. Gidravlicheskie amortizatory avtomobilei [Vehicle hydraulic shock absorbers]. Moscow: Machine Building, 1969, 236 p. (In Russian).
3. Ryabov I.M., Chernyshov K.V., Gasanov M.M., Mu-huchev Sh.M. On safety problem in the operation of vehicles with faulty shock absorbers. Izvestiya Vol-gogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo uni-versiteta [Izvestia VSTU]. 2014, no. 19 (146), pp. 103-106. (In Russian).
4. Kan'shin V.A., Tret'yakov A.M. Analiz metodov diag-nostirovaniya amortizatorov na sovremennykh vi-brostendakh [Analysis of diagnosis methods of shock absorbers on modern vibrating tables]. Materialy II Vse-rossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem "Sostoyanie i perspektivy razvitiya social'no-kul'turnogo i tekhnicheskogo servisa" [Proceedings of II All-Russia scientific and practical conference with international participation "State and development prospects of social, cultural and technical service"]. In 2 parts. Biisk: Altai state technical university Publ., 2014. Part 1, pp. 88-92. (In Russian).
5. Domorozov A.N., Nguen Van N'an'. Analysis of diagnostic methods for technical condition of motor transport suspension systems on modern vibrostands. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2010, no. 5 (45), pp. 131-134. (In Russian).
6. Fedotov A.I., Lysenko A.V., Tihov-Tinnikov D.A. Kontrol' tekhnicheskogo sostoyaniya podveski avtomo-bilej v usloviyah ekspluatacii metodom dvizheniya po okruzhnosti [Control of vehicle suspension technical condition when in operation by the circular movement method]. Materialy 90-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii Assotsiacii avtomobil'nyh inzhenerov "Avtomobil' dlya Sibiri i Krainego Severa: konstruktsiya, ekspluatatsiya, ekonomika" [Proceedings of 90th International scientific and technical conference of the Association of Automotive Engineers "Vehicles for Siberia and the Far North: Design, Operation, Economy"]. Irkutsk: IRNITU Publ., 2015, pp. 232-238. (In Russian).
Критерии авторства
Авторы заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов и в равной мере несут ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
7. Fedotov A.I., Kuznecov N.Yu., Lysenko A.V., Tihov-Tinnikov D.A. Izmerite'nyi kompleks s giroskopami dlya diagnostirovaniya elementov podveski v dorozhnyh usloviyah [Measurement system with gyroscopes for suspension element diagnosis in road conditions]. Sbornik statei VII Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii "Aviamashinostroenie i transport Sibiri" [Collection of articles of VII All-Russia scientific and practical conference "Aircraft and Mechanical Engineering and Transport of Siberia"]. Irkutsk: IRNITU Publ., 2016, pp. 186-191. (In Russian).
8. Fedotov A.I., Kuznetsov N.Y., Lysenko A.V., Vlasov V.G. Car Suspension System Monitoring under Road Conditions. AIP Conference Proceedings. 2017, vol. 1915, issue 1. https://doi.org/10.1063/1.5017362
9. Derbaremdiker A.D. Amortizatory transportnykh mashin [Shock Absorbers of transport machines]. Moscow: Machine Building Publ., 1985, 200 p. (In Russian).
10. Parfen'eva I.E. Assessment of the technical level of hydraulic shock absorbers of cars. Tekhnicheskie nauki
- ot teorii k praktike [Technical sciences - from theory to practice]. 2013, no. 21, pp. 37-45. (In Russian).
11. Musarskij R.A. Analysis and optimization of resistance characteristics of hydraulic shock absorbers. Vestnik IzhGTU im. M.T. Kalashnikova [Bulletin Kal-ashnikov Izhevsk State Technical University]. 2016, no. 1 (69), pp. 13-16. (In Russian).
12. Pozdeev A.V., Pohlebin A.V., Chernyshov K.V., Muhidinov Yu.M., Muhuchev Sh.M. Troubleshooting of hydraulic shock absorbers under bench tests. Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Nazemnye transportnye sistemy [Izvestia VSTU. Series: surface transport systems]. 2015, vol. 12, no. 6 (166), pp. 71-76. (In Russian).
13. Cherepanov L.A., Litoshin M.A. The stand for car suspension bumper test. Vektor nauki Tol'yattinskogo gosudarstvennogo universiteta [Vector of science of Togliatti state University]. 2015, no. 1 (31), pp. 41-45. (In Russian).
14. Hachaturov A.A. Dinamika sistemy "doroga - shina
- avtomobil' - voditei" [Dynamics of the system "road -tire - vehicle - driver"]. Moscow: Machine Building Publ., 1976, 535 p. (In Russian).
Authorship criteria
The authors declare equal participation in obtaining and formalization of scientific results and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
