Определение остаточного ресурса амортизаторов автомобиля путём мониторинга их технического состояния Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

3. Гайнанов Р.Р., Файзрахманов Р.А., Полевщиков И.С. Особенности программной реализации процесса расчета определенного интеграла методом Монте-Карло // Science Time. 2015. №1(13). С. 71-75.

© А.А. Нечаев, И.С. Полевщиков, 2015

УДК 629.1.05

А.Г. Остренко

старший преподаватель кафедры «Автомобильный транспорт» ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный

университет» г. Севастополь, Российская Федерация

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА АМОРТИЗАТОРОВ АВТОМОБИЛЯ ПУТЕМ МОНИТОРИНГА ИХ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

Аннотация

Изложен подход к осуществлению мониторинга технического состояния автомобильных амортизаторов, позволяющий оперативно оценить их пригодность к дальнейшей эксплуатации по рассогласованию спектральной плотности вертикальных ускорений подрессоренных масс.

Ключевые слова

Автомобильный амортизатор, мониторинг, остаточный ресурс, плавность хода, спектральная

плотность.

Статистика аварийности в Российской Федерации за 2014 - 2015 год, по данным ГИБДД, гласит: до 70% ДТП совершается при применении водителями режима экстренного торможения и до 60% сопровождается потерей устойчивости и управляемости.

Диагностика технического состояния подвески автомобиля становится важной и актуальной в связи с увеличением парка эксплуатируемых автомобилей на дорогах Российской Федерации, «омоложения» водительского состава обоих полов. Новые автомобили проходят гарантийное обслуживание на фирменных станциях технического обслуживания (СТО), а после (по истечении 3...5 лет) - на СТО с меньшей стоимостью нормо-часа по сравнению с фирменной СТО. Зачастую обслуживание происходит в крайнем случае - при отказе. Поскольку необходимое оборудование (линии инструментального контроля со стендами) достаточно дорогое, оно остается мечтой для многих владельцев СТО. Если учесть, что за последние годы увеличилась мощность двигателей и выросли скорости движения, то возникла необходимость объективного, своевременного мониторинга состояния подвески, непосредственно влияющего на безопасность движения и эффективность использования транспортных средств.

Сегодня наиболее полно отвечают требованиям объективной оценки технического состояния подвески автомобиля линии инструментального контроля, содержащие в своем составе: тормозной стенд, стенд проверки ходовой части автомобиля, тестер бокового увода автомобиля [1, с. 75] и др. Интересен метод диагностирование подвески по свободным колебаниям, основанный на сравнении эталонной кривой затухающих колебаний кузова с кривой, полученной в процессе испытаний. Эти кривые могут быть получены двумя методами: подъемом и сбрасыванием автомобиля с определенной высоты (обычно 10...15 см [1, с. 75]).

Наиболее распространены стенды, в которых применяются резонансный метод измерения амплитуды колебаний MAHA/BOGE и метод измерения сцепления с дорогой (EUSAMA).

Несмотря на различия методов диагностики состояния подвески их объединяет одно - диагностика осуществляется периодически и проводится только в условиях СТО. Отсутствует непрерывный контроль состояния подвески, которое зависит от условий эксплуатации транспортного средства, субъективных

62

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

факторов и даже заводского качества элементов подвески. Это может влиять на показатели автомобиля и стоимость ремонта

В работах [2, 3, 4, 5] коэффициент сопротивления амортизатора рассматривался как постоянная величина. Такое допущение не позволяет определить влияние степени износа элементов амортизатора на колебания кузова автомобиля в различных дорожных условиях. Кроме несимметричности динамических характеристики автомобильных амортизаторов на ходах отбоя и сжатия также необходимо учитывать их нелинейность, и изменение нелинейности в процессе эксплуатации.

В связи с вышеизложенным, особый интерес представляет задача разработки системы мониторинга автомобильных амортизаторов, позволяющей своевременно обнаружить износ элементов амортизатора в процессе эксплуатации транспортного средства.

Система мониторинга состоит из восьми датчиков ускорений, имеющихся на современных автомобилях с управляемой подвеской, микроконтроллера и информационного табло.

Первая группа датчиков закрепляется на рычагах подвески, связанных с неподрессоренными массами автомобиля, а вторая группа - на кузове, в зоне колёсных арок.

Система работает следующим образом. В процессе движения колёса автомобиля при наезде на неровности совершают колебательные движения, ускорения которых фиксируются датчиками. Так же, но уже с другими параметрами колебаний, перемещается кузов транспортного средства. Информация об ускорениях с колёсных датчиков и датчиков, закреплённых на кузове, передаётся на микроконтроллер. Далее происходит обработка результатов с применением математического аппарата спектрального анализа [6, с. 14]. При расхождении теоретической и экспериментальной спектральной плотности вертикальных ускорений подрессоренной массы, микроконтроллер подаёт сигнал на информационное табло, которое показывает какой амортизатор вышел из строя.

Математическая модель программы заключается в описании работы одномассовой колебательной расчётной схемы подвески в общей колебательной системе автомобиля. Так как необходимо учитывать нелинейность и несимметричность динамических характеристик гасителя колебаний, то для описания применяется дифференциальное нелинейное уравнение второго порядка:

т^+ +++(t)=tl +cq(t +

(1)

где m - подрессоренная масса, кг.

; y(t) - перемещение подрессоренной массы, м; Ц - коэффициент

сопротивления амортизатора, Нс/м; С - жёсткость подвески, Н/м;

q(t)

- возмущение от дорожного

покрытия.

Для исследования влияния процесса износа амортизатора будем рассматривать силу его сопротивления как функцию двух переменных, при этом рассмотрим два варианта зависимости силы сопротивления от параметров износа

Р = f (V, к), (2)

Р = f (V, кД (3)

где Р - усилия на штоке амортизатора, Н; V - скорость перемещения поршня, —; k -

с

коэффициент учитывающий степень износа пружины клапана отбоя;

к1 - коэффициент учитывающий степень износа поршневого кольца.

Коэффициенты к и к1 определяем экспериментально на стенде. Для этого варьируем усилие затяжки гайки клапана отбоя (2,5; 5,0; 10,0; 15,0; 20,0 и 30,0 Нм) и износ поршневого кольца (0,45; 1,00; и 1,5 мм), создаваемый искусственно.

Результаты эксперимента представим в виде значений коэффициента сопротивления амортизатора в зависимости от скорости перемещения поршня для k=2,5, к1=1,5(рис. 1).

63

Рисунок 1 - Сплайн - интерполяция значений ц в зависимости от V .

Решить уравнение (1) с различными, зависящими от скорости поршня и износа элементов амортизатора значениями Ц, представляется возможным с помощью численного метода Рунге-Кутта. Найденные значения ускорений подрессоренной массы и значения ускорений неподрессоренных масс используются для построения корреляционной функции Rx (т) [7, 408].

Определение спектральной плотности будем производить по корреляционной функции Rx (т)

ад ад

Sx(®) = |Rx(т) lWTdr = 2jRx(r)cos(^r)dr, (4)

-ад 0

где т = t1 — 12 ; t\:: 12 - границы временного интервала (рис. 2) [8, с. 169].

На рисунках 3 и 4 показаны спектральные плотности ускорений подрессоренной массы автомобиля при движении по дороге с грунтовым покрытием на скорости 40 км/ч.

64

международный научный журнал «инновационная наука»

№8/2015

ISSN 2410-6070

Рисунок 3 - Спектральная плотность

вертикальных ускорений подрессоренных масс транспортного средства (различная степень износа клапанной пружины): 1 - при незначительном износе; 2,3 -при среднем износе; 4,5 - при значительном износе

Рисунок 4 - Спектральная плотность вертикальных ускорений подрессоренных масс транспортного средства (различная степень износа поршневого кольца): 1 -при незначительном износе; 3 -при среднем износе; 4 -при значительном износе

Критерий определения технического состояния амортизаторов заложен в калибровочных таблицах, загруженных в программу микроконтроллера. Указанные таблицы позволяют сравнить теоретические и действительные значения спектральной плотности вертикальных ускорений подрессоренной массы при различных спектральных плотностях вертикальных ускорений неподрессоренной массы, которые обусловлены скоростью движения автомобиля и типами дорожных покрытий.

Остаточный ресурс амортизатора при известной наработке с начала эксплуатации определим как разность между наработкой до предельного значения спектральной плотности вертикальных ускорений подрессоренной массы и наработкой в момент контроля по формуле:

t

ост

(

t

V

Sx м„ т

Sx (Ч,

а

-1

(5)

где t - ресурс, использованный элементом от начала эксплуатации к моменту контроля;

Sx (ю)п - предельное изменение значения спектральной плотности;

Sx (rn^t - изменение значения спектральной плотности в момент контроля;

а - показатель степени, характеризующий изменение значения спектральной плотности.

Согласно ОСТ 37.001.440-86 допустимые отклонения значений сопротивлений усилию и сжатию амортизатора не должны превышать 20%. Таким образом, предельным значением спектральной плотности будет являться величина, отличающаяся более чем на 20% от теоретических значений, заложенных в калибровочных таблицах.

Предложенная система позволяет оперативно производить мониторинг технического состояния автомобильных амортизаторов, определять их остаточный ресурс, не используя дополнительное диагностическое оборудование, обеспечив тем самым предотвращение критического износа элементов амортизатора и повышение безопасности и комфортности движения автомобиля.

Список использованной литературы:

1. Сергиенко Н.Е.. Диагностика технического состояния подвески автомобиля бортовым устройством / Н.Е. Сергиенко, Н.В. Мирошниченко// Вестник НТУ «ХПИ». - Харьков, 2012. Вып. №64 (970). - С. 75 - 80.

2. Мирзоев Г.К., Ермолин А.В., Храпов Д.С. Оценка демпфирующих и виброизолирующих способностей подвески по результатам дорожных испытаний автомобиля/ Г.К. Мирзоев. - ОАО «АВТОВАЗ», ТГУ, 2004. - с. 34 - 39.

65

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №8/2015 ISSN 2410-6070

3. Akopjan R., Lejda K. Theoretical and operational problems of buses and their prime movies/ R. Akopjan. - Lvov: “Meta”, 2002. - 450p.

4. Akopjan R., Lejda K. Some problems of theory, constructions exploitation of automotive transport facilities. / R. Akopjan. - Lvov: “BMC”, 2006. - 579p.

5. Акопян Р.А. Bi6po3ax^T автотранспортних 3aco6iB// Р.А. Акопян, С.1. Давидок. - Львiв: НВП «Мета», 1988. - 304с.

6. Динамика системы дорога - шина - автомобиль - водитель // Под ред. А. А. Хачатурова. - М.: Машиностроение, 1976. - 535 с.

7. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем/ Н. Н. Иващенко. - М.: Машиностроение, 1973. - 606 с.

8. Огрызков С.В. Совместные колебания подвески и кузова автомобиля / С. В. Огрызков, А. А. Ветрогон, А.А. Крячков // Вюник Схщноукрашського национального ушверситету iм. В.Даля. - Луганськ, 2011. - Вып. 122. - С. 167 - 172.

© А.Г. Остренко, 2015

УДК 621.923.9

Д.А. Птицын

Магистрант факультета «Машиноведение и детали машин» Московский автомобильно-дорожный институт

А.А. Дубинин Магистрант факультета «Машиноведение и детали машин» Московский автомобильно-дорожный институт

Т.Ю. Черепнина Магистрант факультета «Машиноведение и детали машин» Московский автомобильно-дорожный институт Г. Москва, Российская Федерация

ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ ФОРМЫ, РАЗМЕРОВ ЧАСТИЦ, ТИПА МАГНИТНО-АБРАЗИВНОГО ПОРОШКА ПРИ МАО НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОБРАБОТАННОГО ИНСТРУМЕНТА С ДЕТАЛЬЮ

Аннотация

Исследовано влияние формы, размеров частиц, типа магнитно-абразивного порошка на взаимодействие обработанного инструмента с деталью в процессе эксплуатации. Полученная в результате этого взаимодействия стружка, при одинаковых условиях работы отличалась по типу и форме. Показано, что наиболее благоприятная для работы является элементная стружка, поскольку она удобно удаляется из зоны обработки. Полученные результаты свидетельствуют о важности обеспечения при изготовлении сверл оптимального радиуса округления режущей кромки, который находится в пределах 7-8 мкм.

Ключевые слова

Магнитно-образивная, обработка, сверло, деталь, режущий инструмент.

Вступление. Работоспособность режущего инструмента зависит от многих факторов, связанных как с технологией изготовления, так и с геометрией и микрогеометрией рабочих элементов инструмента, которая формируется на финишных этапах обработки состоянием поверхности, поверхностного слоя и с условиями

66