CC BY
37
ОЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО УРОВНЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ АМОРТИЗАТОРОВ АВТОМОБИЛЕЙ
Парфеньева Ирина Евгеньевна
канд. техн. наук, доцент МГМУ (МАМИ) г. Москва
E-mail: iparfeneva@mail. ru
ASSESSMENT OF THE TECHNICAL LEVEL OF HYDRAULIC SHOCK
ABSORBERS CARS
Parfenyeva Irina
Candidate of Technical Science, Associate Professor of MGMU (MAMI), Moscow
АННОТАЦИЯ
Для оценки качества функционирования гидравлических амортизаторов автомобилей выделены группы функциональных параметров амортизатора и предложена система показателей качества. На основе анализа литературных и производственных данных приведена сравнительная оценка уровня качества амортизаторов отечественного и зарубежного производства по ряду показателей качества.
ABSTRACT
For the assessment of quality of functioning of the hydraulic shock absorbers car, the groups of functional parameters of the shock absorber and proposed a system of quality indicators. On the basis of the analysis of literary and production data provides a comparative assessment of the level of quality of shock-absorbers of domestic and foreign manufacture on a number of quality indicators
Ключевые слова : гидравлические амортизаторы автомобилей,
функциональные параметры, система показателей качества, оценка технического уровня.
Key words: hydraulic shock absorbers cars, functional parameters, system of quality indicators, assessment of the technical level.
Структурная модель системы двухтрубный гидравлический амортизатор (далее ГА) представлена в работах [3, 5] в виде графа функционального
взаимодействия элементов. Ребрами графа являются функции элементов. Дается описание функций элементов данной системы.
На основе анализа функциональной структуры ГА можно выделить следующие группы функциональных параметров амортизатора:
1. Геометрические размеры функциональных элементов амортизатора — диаметр штока , диаметр поршня ¿п, диаметр отверстия цилиндра ¿ц, диаметр отверстия направляющей ¿н, толщина дроссельного диска клапана отдачи и сжатия 8° и 8с, толщина клапанного диска клапана отдачи и сжатия 8° и 8с, высота бобышки тарелки клапана сжатия И, размеры вырезов и пазов на дроссельном диске клапана отдачи и сжатия, определяющих площадь калиброванных отверстий /д° и /дс, а также точность изготовления деталей амортизатора, шероховатость, волнистость и форма поверхностей, их относительное расположение;
2. Параметры, характеризующие неплотности в уплотнительных узлах амортизатора, определяющие величины нежелательных протечек рабочей жидкости — радиальный зазор в сопряжении шток-направляющая ^, радиальный зазор в сопряжении поршень -цилиндр ^, а также точность изготовления деталей сопряжений ГА, шероховатость, волнистость и форма поверхностей, их относительное расположение;
3. Механические и физико-механические параметры — механические свойства поверхностного слоя материала деталей, показатели прочности, износостойкости, теплопроводности деталей, свойства рабочей жидкости, жесткость и усилие предварительного натяга упругих элементов клапанов.
Качество функционирования ГА характеризуется показателями групп назначения, надежности, стабильности и однородности, рис. 1.
Рисунок 1. Система показателей качества гидравлических амортизаторов
Основным показателем назначения ГА является его энергоемкость, определяемая характеристикой сопротивления и равная площади рабочей диаграммы ГА. Характеристика сопротивления представляет собой зависимость силы сопротивления ГА от скорости перемещения поршня относительно стенок цилиндра. Характеристики амортизаторов имеют различный вид и строятся в координатах: сила сопротивления Р — скорость поршня 7П (рис.2). На рис.2 и далее индекс «о» соответствует ходу отдачи, а «с»
— ходу сжатия. Показанные кривые не всегда могут быть выражены точными аналитическими зависимостями во всем диапазоне скоростей. Поэтому для упрощения рассматриваются отдельные участки характеристики, которые могут быть с достаточной точностью описаны аналитическими выражениями. Выделяют начальный участок, соответствующий течению жидкости через дроссельные отверстия, и следующий за ним участок — клапанную ветвь характеристики, соответствующую работе разгрузочных клапанов.
+Рс
Рисунок 2. Характеристика сопротивления гидравлического амортизатора
Закон изменения силы сопротивления ГА от скорости относительного перемещения поршня в общем виде имеет вид: на начальном участке
на клапанном участке
Р. = Ко V Г ^ + Кко Цу„\- \Ут \У 8ЕПК„
Р = КдсIV,Г ^ + Ккс(|^„| -|К„с|Т 8ЕПК„,
где: К, К — коэффициенты сопротивления ГА на дроссельном и клапанном участках характеристики соответственно.
Коэффициент сопротивления ГА определяется из рассмотрения характеристики сопротивления как тангенс угла наклона кривой при определенной скорости относительного перемещения поршня (рис. 2).
Величина коэффициента сопротивления определяется величинами утечек рабочей жидкости через элементы дросселирующей системы ГА и зависит на начальных участках характеристики от значений параметров и точности конструктивных элементов калибровочных отверстий, а на клапанных участках характеристики также от значений параметров и точности конструктивных элементов клапанных узлов. Величина коэффициента К также будет зависеть от зазоров в сопряжениях ГА: шток-направляющая и поршень-цилиндр. Для построения характеристики сопротивления ГА используют рабочие диаграммы (рис.3), которые представляют собой зависимость силы сопротивления ГА Р от хода поршня Н при определенной частоте колебаний динамометрического стенда.
1Ро
,Р»
Рисунок 3. Рабочая диаграмма гидравлических амортизаторов
Надежность ГА — свойство амортизаторов сохранять параметры характеристики в заданных пределах в течение требуемого времени или требуемой наработки. Надежность ГА состоит из сочетания свойств безотказности и долговечности.
Безотказность ГА — свойство амортизаторов непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени. Под работоспособностью ГА понимается такое состояние, при котором характеристики сопротивления и ее
основные параметры находятся в пределах не менее 75 % от нижней границы поля допуска характеристики нового изделия. Показателем безотказности ГА является вероятность безотказной работы Р(Т).
Долговечность ГА — свойство амортизаторов сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания. Показателями долговечности ГА являются гамма -процентный ресурс , средний ресурс Гср.
Снижение эффективности двухтрубного ГА может быть следствием уменьшения количества рабочей жидкости в его камерах, нарушения работы клапанной системы (поломка дисков и пружин, засорение клапанов, усадка пружин), изнашивание трущихся пар: поршень -цилиндр, шток-направляющая. В табл. 1 приведено распределение составляющих параметра потока отказов ГА на основе анализа данных [2].
Таблица 1.
Распределение составляющих потока отказов ГА
Доля (%) отказов по причинам
Течь жидкости через сальник штока Нарушение работы клапанной системы Увеличение паразитных утечек Неисправный монтаж на автомобиле
55 30 12 3
Из табл. 1 видно, что наибольшее число отказов ГА происходит из -за течи жидкости в результате нарушения герметичности узла уплотнения, а также из -за нарушения работы клапанной системы. Течь жидкости из -за нарушения герметичности узла уплотнения может быть связана не только с износом уплотнения, ослаблением затяжки гайки резервуара, но и с взаимной эксцентричностью направляющей штока, обоймы, сальников, рабочего цилиндра, поршня на штоке. Следствием течи жидкости, а также деформаций дисков клапанов, неравномерности износа седел клапанов является свободное перемещение штока в начале хода отдачи и сжатия и так называемые «провалы», т. е. отсутствие сопротивления ГА на части хода поршня.
Стабильность ГА — свойство амортизаторов сохранять значения параметров характеристики неизменными во времени. Стабильность Г А проверяют при различных температурах нагрева, а также до и после проведения испытаний на надежность. Показателем стабильности ГА является коэффициент энергоемкости г]а, эквивалентный изменению поглощаемой
амортизатором энергии. Коэффициент ла определяется соотношением площадей рабочих диаграмм
Ла
N - N
”ср1 1У ср2
N^1
100%
где: Nср1(Р1) — средняя мощность (усилие), развиваемая амортизатором после нагрева или испытания на надежность;
^ргСР) — средняя мощность (усилие), развиваемая амортизатором до
нагрева или испытания на надежность.
Оценку качества функционирования ГА дают по номинальным значениям и предельным отклонениям усилия сопротивления.
Предельные отклонения усилия сопротивления амортизатора от номинального значения — это разность усилий сопротивления ГА, найденных по предельным значениям параметров, с усилием сопротивления, найденным по номинальным значениям параметров. Предельные отклонения на усилие сопротивления ГА задаются в процентах от номинального значения усилия. На рис. 4 представлены обобщенные зависимости допустимых отклонений от номинальных значений усилий ГА различной размерности по данным работы [1].
±дР,%
50 40 30
20
10
5
5 ю 20 50 100 200 500 Ро,даН
Рисунок 4. Обобщенные зависимости допустимых отклонений от номинальных значений усилий сопротивления гидравлических амортизаторов различной размерности: 1 — легковых автомобилей; 2 —
автобусов; 3 — грузовых автомобилей
Допуск на усилие сопротивления ГА — это разность предельных отклонений на усилие сопротивления амортизаторов.
Предельные отклонения усилия сопротивления относятся к показателям однородности ГА и характеризуют рассеивание фактических значений усилия сопротивления у различных единиц продукции одного вида ГА.
Анализ технического уровня ГА по показателям качества с использованием литературных и производственных данных [4] приведен в табл.2—4.
Таблица 2.
Анализ технического уровня амортизаторов по показателям надежности
Тип амортизатора Страна изготовитель Средний ресурс Тср, тыс.км
Koni Голландия 60—100
Bilstein Германия 50—80
Boge Германия 40—70
Monroe США 30—50
Отечественные амортизаторы «СААЗ» (ВАЗ, ГАЗ, Москвич) РФ 30—40
Таблица 3.
Анализ технического уровня амортизаторов по показателям однородности
Тип амортизатора Фактические предельные отклонения усилия сопротивления от номинального значения, % (сжатие/ отдача)
Отечественные амортизаторы «СААЗ»
ВАЗ (передний) ± 36,5/ ± 14,5
ГАЗ (передний) ± 41,5/± 21
Москвич (передний) ±30/± 13
Амортизаторы зарубежного производства
не более ± 10
Таблица 4.
Анализ технического уровня амортизаторов по показателям стабильности
Тип амортизатора Страна изготовитель Коэффициент энергоемкости, % (сжатие/отдача)
Tokiko Япония 83/75
Bilstein Германия 90/88
Telaflo Англия 63/73
Отечественные амортизаторы «СААЗ» (Москвич) РФ 97/93
Список литературы:
1. Дербаремдикер А.Д. Амортизаторы транспортных машин. — 2-е изд.,
перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1985. — 199 с.
2. Злотовратский О.Д., Конасов Ю.Ф. Критерии исправности двух- и
однотрубных амортизаторов // Автомобильная промышленность. — 1987.
— № 8. — С. 16—17.
3. Колчков В.И., Парфеньева И.Е. Моделирование функциональных структур
изделий машиностроения // Технические науки: современные проблемы и перспективы развития, сборник материалов I Международной научно -практической конференции (г. Йошкар-Ола, 10 декабря 2012 г.) — Йошкар-Ола: Научно-издательский центр «Коллоквиум», 2013. — С. 29— 35.
4. Парфеньева И.Е. Повышение эффективности использования подвесок автотранспортных средств методами обеспечения качества гидравлических амортизаторов: дис. канд. техн. наук. — М., 1989. — С. 31—33.
5. Шебашева И.Е., Никифоров А.Д. К разработке математической модели оптимизации параметров гидравлических амортизаторов автомобилей// Известия ВУЗов. Машиностроение. — 1985. — № 7. — С. 79—84.
