CC BY
34
Оригинальная статья / Original article УДК: 629.3.018.2
DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-176-181
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АВТОМОБИЛЬНЫХ САЙЛЕНТБЛОКОВ
1 о _ о
© А.И. Федотов1, Д.А. Тихов-Тинников2, В.С. Барадиев3
1Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
2,3Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Россия, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, д. 40В, строение 1.
Резюме. Цель. Подвески большинства современных автотранспортных средств включают в свою конструкцию сайлентблоки (резинометаллические шарниры), которые сдерживают значительные деформации одновременно в разных плоскостях и направлениях. Целью работы являлось определение силовых характеристик автомобильных сайлентблоков. Методы. В работе описан метод определения технического состояния резинометаллических шарниров подвески автомобиля, принимающих огромную долю ударных нагрузок при эксплуатации автотранспортного средства. Результаты. Определен состав экспериментального комплекса для получения силовых динамических характеристик сайлентблоков. Приведены силовые характеристики вертикального сайлентблока легкового автомобиля, полученные в статическом и динамическом режимах. Заключение. Поддержание сайлентблоков в технически исправном состоянии в течение всего периода эксплуатации является важнейшим условием снижения аварийности и повышения активной безопасности транспортного средства. Результаты проведенных экспериментов послужат основой для разработки метода диагностирования сайлентблоков в условиях эксплуатации, а также будут использованы для уточнения математических моделей процесса торможения и управляемого движения автомобиля.
Ключевые слова: подвеска, сайлентблок, резинометаллический шарнир, экспериментальное оборудование, диагностика, колесное транспортное средство (КТС).
Формат цитирования: Федотов А.И., Тихов-Тинников Д.А., Барадиев В.С. Оборудование для экспериментального определения силовых характеристик автомобильных сайлентблоков // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2016. № 8 (115). С. 176-181. DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-176-181
EQUIPMENT FOR EXPERIMENTAL DETERMINATION OF VEHICLE SILENT BLOCK
POWER CHARACTERISTICS
A.I. Fedotov, D.A. Tikhov-Tinnikov, V.S. Baradiev
Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
East Siberian State University of Technology and Management,
40B, Klyuchevskaya St., block 1, Ulan-Ude, Buryat Republic, 670013, Russia.
Abstract. Purpose. A suspension structure of most modern vehicles includes silent blocks (rubber-metal joints) which suppress significant deformations simultaneously in different planes and directions. The purpose of the work is determination of power characteristics of vehicle silent blocks. Methods. The article describes the method for determining the technical condition of rubber-metal joints of the vehicle suspension that receives an enormous part of shock stress under vehicle operation. Results. The composition of the experimental complex for obtaining power dynamic characteristics of silent block bushings is determined. The power characteristics of the car vertical silent block obtained in static and dy-
1Федотов Александр Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автомобильного транспорта, e-mail: fai@istu.edu
Fedotov Aleksandr, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Automobile Transport, e-mail: fai@istu.edu
2Тихов-Тинников Дмитрий Анатольевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий автомобильной кафедрой, e-mail: dm_tt@mail.ru
Tikhov-Tinnikov Dmitriy, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Head of the Automobile Department, e-mail: dm_tt@mail.ru
3Барадиев Виктор Сергеевич, аспирант, e-mail: vsgutu-ka@mail.ru Baradiev Viktor, Postgraduate, e-mail: vsgutu-ka@mail.ru
namic modes are provided. Conclusion. Maintenance of silent blocks during the entire period of operation is crucial for the reduction of accidents and improvement of vehicle active safety. The results of conducted experiments make the basis for the development of the diagnosis method of silent blocks in operation and will be used for specifying mathematical models of vehicle braking and controlled driving.
Keywords: suspension, silent block bushing, rubber-metal joint, experimental equipment, diagnosis, wheeled vehicle
For citation: Fedotov A.I., Tikhov-Tinnikov D.A., Baradiev V.S. Equipment for experimental determination of vehicle silent block power characteristics. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2016, no. 8 (115), pp. 176-181. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2016-8-176-181
Введение
Безопасность эксплуатации автомобильного транспорта зачастую зависит от технического состояния элементов подвески [1, 2]. Поэтому контроль ее технического состояния является актуальным.
Одними из наиболее ответственных элементов подвески являются резиноме-таллические шарниры (сайлентблоки), которые демпфируют работу подвески, снижая амплитуды колебаний колесных узлов. В условиях эксплуатации колесных транспортных средств (КТС) сайлентблоки претерпевают качественные изменения, при этом их демпфирующие способности сильно снижаются.
Контроль технического состояния сайлентблоков выполняется в основном методами органолептического и визуального контроля. Даже использование люфт-детекторов и тестеров подвесок позволяет определять только ярко выраженные разрывы и разрушения материала резиноме-
таллических шарниров. При этом неисправности, связанные с изменением демпфирующих характеристик сайлентблоков, никак не диагностируются. Силовые характеристики определяют податливость шарниров в окружном, радиальном и осевом направлениях. Они представляют собой зависимости угла закручивания сайлент-блока от подведенного к нему момента, а также радиального и осевого смещений от приложенного усилия.
Эти характеристики в процессе эксплуатации КТС значительно изменяются вследствие старения упругого материала сайлентблока. Указанное явление приводит к изменению динамических (амплитудно-частотных) характеристик подвески, что сказывается на стабильности пятна контакта, устойчивости и управляемости транспортного средства, а также на безопасности его движения.
Разработка метода
Авторами выполнено исследование, направленное на разработку метода определения технического состояния сайлентблоков в условиях эксплуатации КТС с использованием силовых характеристик. Особое внимание в процессе исследования было уделено режимам функционирования сайлентблоков в процессе контроля. Режимы контроля должны обеспечивать изменение скорости закручивания сайлентбло-ков широком диапазоне их функционирования. Минимальное значение скорости определялось необходимостью получения
статических характеристик, а максимальное - динамических4.
Статические характеристики сайлентблока получали при дискретном его закручивании. При исследовании динамических характеристик скорость закручивания сайлентблока превышала скорость пе-
4Федотов А.И. Технология и организация диагностики при сервисном сопровождении: учебник для студ. учреждений высшего образования. М.: Академия, 2015. 352 с.
Fedotov A.I. Technology and organization of diagnosis under service support: textbook for students of the institutions of higher education. Moscow, Academy Publ., 2015. 352 p._
рестроики элементов структуры его упругого материала5.
По предположению авторов, данные характеристики несут информацию о техническом состоянии сайлентблоков и могут быть использованы для их функционального диагностирования.
Для экспериментальной проверки выдвинутой гипотезы необходимо оборудование, отвечающее вышеописанным тре-
с механическим приводом. Наличие регулируемого кривошипа обеспечивает изменение диапазона угла закручивания сай-лентблока.
Определение силовых характеристик. В соответствии с поставленной авторами задачей был разработан стенд, позволяющий определять силовые характеристики сайлентблоков в динамике и статике (рис. 1, 2).
Рис. 1. Структурная схема стенда для исследования силовых характеристик сайлентблков: 1 - частотный преобразователь; 2 - электродвигатель; 3 - вариатор; 4 - редуктор; 5 - кривошип; 6 - шатун; 7 - направляющее устройство; 8 - рычаг подвески; 9 - испытуемый сайлентблок; 10 - датчик силы; 11 - усилитель; 12 - аналого-цифровой преобразователь; 13 - компьютер; 14 - датчик перемещения Fig. 1. Block diagram of the test bench for studying silent block power characteristics: 1 - frequency converter; 2 - electric motor; 3 - CVT; 4 - reducer; 5 - crank; 6 - connecting rod; 7 - guide device; 8 - suspension arm; 9 - tested silent block bushing; 10 - load meter; 11 - booster; 12 - analog-to-digital converter; 13 - computer; 14 - displacement sensor
бованиям. Наиболее простой конструкцией в данном случае является схема, имеющая в своем составе кривошипно-шатунный механизм с регулируемым кривошипом, приводимым во вращение электродвигателем
5
Кулезнев В.Н. Основы физики и химии полимеров: учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1977. 248 с.
Kuleznev V. N. Fundamentals of physics and chemistry of polymers: learning aids for higher schools. Moscow, Vyssh. Shkola Publ., 1977, 248 p.
Стенд состоит из электропривода (1, 2), измерительной и регистрирующей аппаратуры (10-14) и механизма, задающего циклическое знакопеременное нагру-жение сайлентблока (3-7). Электропривод через задающий механизм подводит крутящий момент, который обеспечивает угловое перемещение конца рычага подвески (8) относительно сайлентблоков (9) по гармоническому закону с заданной частотой и амплитудой.
Использование регулируемого частотного преобразователя позволяет плавно, бесступенчато регулировать частоту оборотов двигателя от 15 до 2100 об./мин. Вариатор дает возможность варьировать скорость закручивания сайлентблока, редуктор предназначен для увеличения крутящего момента.
Измерительная аппаратура служит для регистрации и записи силовых и кинематических параметров, характеризующих демпфирующие свойства сайлентблоков. Стенд позволяет проводить испытание снятых с автомобиля рычагов подвески с од-
ним или двумя резинометаллическими шарнирами.
Диапазон частоты колебаний рычага с испытуемыми сайлентблоками может быть задан от 0 до 1,16 Гц. Амплитуда колебаний, задаваемая регулируемым кривошипом (5) и длинной рычага подвески (8), обеспечивает закручивание шарнира на угол от минус 30 до плюс 30 град. Тарировка систем измерения стенда в статическом режиме показала наличие линейной связи между измеряемыми параметрами и сигналами датчиков.
Составляющие статической и динамической характеристик сайлентблока
На первом этапе исследований была проведена серия экспериментов, направленных на определение силовых характеристик исправного вертикального сайлентблока передней подвески легкового автомобиля. В результате были получены статические (рис. 3) и динамические характеристики (рис. 4) сайлентблока, представ-
ляющие зависимости усилия ^ приложенного к рычагу подвески при перемещении направляющего устройства стенда на величину h. Позициями 1 и 2 на рис. 3 и 4 обозначены значения сил и перемещений, в верхней и нижней мертвых точках направляющего устройства стенда соответственно.
Рис. 2. Внешний вид механической части стенда для исследования силовых характеристик сайлентблоков Fig. 2. Exterior of the test bench mechanical part for studying power characteristics of silent blocks
F H
150
I 100 50
4 0,05 0,1
-0,15 _0,1 -0,05 -50 о
-100
-150 a \ 1
■0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1
Рис. 3. Статическая характеристика сайлентблока Fig. 3. Static characteristic of a silent block bushing
F,H
7 S \Ч 150
V 100 50
0,05 0,1
-0,15 _0,1 -0,05 -50 0
-100 \
-150
■0,15 -0,1 -0,05 0 0,05 0,1
Рис. 4. Динамическая характеристика, полученная при испытании сайлентблока подвески
на стенде с частотой 0,33 Гц Fig. 4. Dynamic response obtained under suspension silent block testing on the test bench
with the frequency of 0.33 Hz
Заключение
Представленные на рис. 3 и 4 характеристики подтверждают возможность использования разработанного оборудования для получения силовых динамических характеристик сайлентблоков. В ходе дальнейших исследований планируется выполнить эксперименты, направленные на определение силовых динамических характеристик сайлентблоков, имеющих измененные параметры технического состояния. Провести оптимизацию режимов нагруже-ния сайлентблоков [3]. Результаты экспериментов послужат основой для разработки метода диагностирования сайлентбло-
ков в условиях эксплуатации5, а также будут использованы для уточнения математических моделей процесса торможения и управляемого движения автомобиля [4, 5].
5
Федотов А.И., Бойко А.В. Математическое моделирование процессов функционирования автомобилей: учеб. пособие. Иркутский государственный технический университет. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. 113 с.
Fedotov A.I., Boiko A.V. Mathematical modeling of the processes of car operation: learning aids, Irkutsk state technical University. Irkutsk: ISTU Publ., 2012, 113 p.
Библиографический список
1. Федотов А.И., Бойко А.В., Халезов В.П. Комплекс для исследования взаимодействия в пятне контакта шины с поверхностью бегового барабана и дороги // Проблемы диагностики и эксплуатации автомобильного транспорта: материалы III Международной научно-практической конференции. Иркутск, 2011. С. 218-223.
2. 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 Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобиль-
ных инженеров в ИРНИТУ. Иркутск, 2015. С. 232-238.
3. Федотов А.И., Портнягин Е.М. К вопросу о тестовых воздействиях на объект диагностирования // Вестник ИрГТУ. 2011. Т. 52. № 5. С. 95-100.
4. Тихов-Тинников Д.А. Аналитическое исследование влияния технического состояния подвески на тормозные свойства автомобиля // Журнал автомобильных инженеров. 2014. № 5. С. 46-49.
5. Федотов А.И., Бойко А.В. Многомассовая модель для исследования процесса торможения автомобиля на стенде с беговыми барабанами // Вестник ИрГТУ. 2007. Т. 32. № 4. С. 67-71.
References
1. Fedotov A.I., Boiko A.V., Khalezov V.P. Kompleks dlya issledovaniya vzaimodeistviya v pyatne kontakta shiny s poverkhnost'yu begovogo barabana i dorogi [Complex for studying interaction in the tire contact patch with the surface of the chassis dynamometer and the road]. Materialy III Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Problemy diagnostiki i ek-spluatatsii avtomobil'nogo transporta» [Materials of the III International scientific and practical conference "Problems of diagnosis and operation of road transport"]. Irkutsk, 2011, pp. 218-223. (In Russian)
2. Fedotov A.I., Lysenko A.V., Tikhov-Tinnikov D.A. Kontrol' tekhnicheskogo sostoyaniya podveski avtomo-bilei v usloviyakh ekspluatatsii metodom dvizheniya po okruzhnosti [Control of the technical condition of the vehicle suspension in operating conditions by the method of circular movement]. Materialy 90-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii Assotsiatsii avtomobil'nykh inzhenerov IRNITU «Avtomobil' dlya Sibiri i Krainego Severa: Konstruktsiya, ekspluatatsiya, ekonomiki» [Materials of the 90th international scientific and technical conference of the Association of automotive engineers IrNITU "A car for Siberia and the far
Критерии авторства
Федотов А.И., Тихов-Тинников Д.А., Барадиев В.С. имеют на статью равные авторские права, несет ответственность за плагиат Федотов А.И.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 06.07.2016 г.
North: Design, operation, economy"]. Irkutsk, 2015, pp. 232-238. (In Russian)
3. Fedotov A.I., Portnyagin E.M. K voprosu o tes-tovykh vozdeistviyakh na ob"ekt diagnostirovaniya [On the test effects on the object of diagnosis]. Vestnik IrG-TU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2011, vol. 52, no. 5, pp. 95-100. (In Russian)
4. Tikhov-Tinnikov D.A. Analiticheskoe issledovanie vliyaniya tekhnicheskogo sostoyaniya podveski na tormoznye svoistva avtomobilya [Analytical study of the effect of suspension technical condition on vehicle braking characteristics]. Zhurnal avtomobil'nykh inzhenerov [Journal of automotive engineers]. 2014, no. 5, pp. 46-49. (In Russian)
5. Fedotov A.I., Boiko A.V. Mnogomassovaya model' dlya issledovaniya protsessa tormozheniya avtomobilya na stende s begovymi barabanami [A multimass model for studying a vehicle braking process on a chassis dynamometer test bench]. Vestnik IrGTU [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2007, vol. 32, no. 4, pp. 67-71. (In Russian)
Authorship criteria
Fedotov A.I., Tikhov-Tinnikov D.A., Baradiev V.S. have equal author's rights, Fedotov A.I. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interest regarding the publication of this article.
The article was received on 06 July 2016
