CC BY
73
Сафиуллин Руслан Равиллович, асп., safiyllin@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет
THE QUESTION OF METHOD OF CALCULA TION EXTENT OF THE DAMAGE CA USED TO THE ROADWAY TRANSPORT HEA VY CARGO ROAD TRANSPORT IN THE RUSSIAN
FEDERATION.
R.R. Safiullin
Based on the analysis of the normative document and related activities. Developmen methodics for the determination of harm from travel of heavy vehicles on the roads of St. Petersburg, allows to consider the relative proportions of harm reduction bearing capacity of road constructions, coatings a systems inconsistencies.
Key words: oversized and heavy cargos, transportion cargos, road transport, a method of calculating the amount of damage.
Safiullin Ruslan Ravillovich, postgraduate, safiyllin@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering
УДК 629.3.06
РАЗРАБОТКА АППАРАТУРНОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОДА
ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО УСИЛИТЕЛЯ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ
В.В. Емельянов, В.И. Васильев
Приводится описание результатов разработки аппаратурного и программного обеспечения теоретических исследований, а также экспериментальных работ по созданию нового метода диагностирования электромеханического усилителя рулевого управления автомобилей.
Ключевые слова: автомобиль, усилителя руля, электрический привод, редуктор, износ, 3D-сканирование, 3D-печать.
Современные рулевые управления, отличаясь принципиально новой структурой функциональных свойств и исключительно широким спектром конструктивных решений, являются, по сути, мехатронными объектами. При этом бортовая система диагностики, контролируя большую часть электронной подсистемы объекта, не контролирует технического состояния механической части системы. Подтверждением сказанному могут служить достаточно известные факты самопроизвольного вращения руле-
117
вого колеса, приводящие к чрезвычайно опасным ситуациям на дороге. При этом записи в журнале ошибок бортового компьютера автомобиля относительно работы ЭМУР чаще всего отсутствовали.
Это подтверждает актуальность исследования, направленного на разработку новых методов и средств диагностирования современных рулевых управлений, в частности, рулевых управлений с электромеханическим усилителем. В статье [1, 2] авторами изложены основные этапы разработки нового метода диагностирования автомобильного рулевого управления с электромеханическим усилителем. При этом выдвигается гипотеза о том, что одной из причин самопроизвольного срабатывания рулевого управления являются изменения в техническом состоянии червячного редуктора [3].
Для подтверждения данной гипотезы и априорного установления закономерностей изменения технического состояния червячного редуктора в зависимости от ряда эксплуатационных факторов выполнены соответствующие теоретические исследования процесса износа зубчатого зацепления червячного редуктора [5, 6]. Этот этап исследования проводился в программном комплексе KISSsof [7, 8]. Для моделирования были использованы структурные параметры редуктора из состава ЭМУР LADA KALINA по замерам, произведенным авторами: количество зубьев колес; межосевое расстояние; осевой торцевой модуль; угол зацепления в нормальном сечении; угол подъёма винтовой линии на делительной окружности; ширина зубчатого венца; данные о материалах, из которых изготовлены колесо и червяк. Программа обеспечивает быстрый и высококачественный расчет прочности с обширными возможностями документирования, включая коэффициенты надежности, а также эксплуатационного ресурса редуктора.
Исходные данные редуктора были введены в программу KISSoft (рис.1) и произведены расчеты геометрических параметров червячного редуктора.
Было выполнено моделирование износа и ресурса в заданных условиях эксплуатации автомобиля данного редуктора по методикам: DIN 3996:1998; ISO/TR 14521:2010; а также DIN 3996:2012.
Примеры расчета ресурса редуктора приведены в таблице.
Расчетный ресурс при использовании разных методик
Наименование DIN 3996:1998 ISO/TR 14521:2010 DIN 3996:2012
Червяк 6603,92 ч. 2047,30 ч. 5009,19 ч.
Колесо 2727,52 ч. 641,24 ч. 1815,42 ч.
Моделирование показало, что червячное колесо подвержено более интенсивному износу, чем червяк, более чем в два раза. В процессе моделирования также проведен анализ контактных пятен и получены места ин-
тенсивной выработки рабочих поверхностей зубчатого колеса. Эти данные необходимы для проведения дальнейших экспериментальных исследований, посвященных исследованию влияния изменения технического состояния червячного редуктора на работу ЭМУР в целом. Для проведения этих исследований были необходимы экземпляров зубчатого колеса с характерными видами износа, которые устанавливаются в редуктор. Для их изготовления использовалась 3D-печать на основе цифровых объемных моделей колеса.
Рис. 1. Окно программы KISSoft
Для создания цифровой объемной модели с уже имеющегося зубчатого колеса использовался 3D-сканер NextEngine 3D Scanner HD (рис. 2) компании «NextEngine Inc».
Данный 3D-сканер подходит для поставленной задачи, так как обеспечивает необходимую точность за счет двух лазеров и двух CMOS-матриц с разрешением 3 МП, дающих разрешение до 400dip.
При помощи 3D-сканера была получена объемная цифровая модель зубчатого колеса в формате STL. Для нанесения выработки рабочих поверхностей зуба использовалось программное обеспечение KOMPAS-3D от компании АСКОН. Программное обеспечение KOMPAS-3D относится к
семейству систем автоматизированного проектирования с возможностью оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС.
Рис. 2. Внешний вид 3В-сканера NextEngine 3D Scanner HD
Используя возможности графического редактора KOMPAS-3D из формата STL импортирована цифровая 3D-модель зубчатого колеса (рис. 3).
Рис. 3. 3D-Modenb зубчатого колеса
120
Используя расчетные данные мест интенсивной выработки рабочих поверхностей зубчатого колеса, полученных из KISSoft, в KOMPAS-3D, была откорректирована исходная цифровая модель. Корректировка проводилась для трех степеней износа: 0, 100 и 200 мкм.
Для перевода из цифровой 3D-модели в реальную 3D-модель был использован 3D-принтер BfB 3d Touch Double Head.
Принтер BfB 3d Touch Double Head [9, 10] является современным 3D-принтером, оснащенным двумя экструдерами, позволяющий производить печать с точностью до 100 мкм. Данный принтер для печати использует метод экструзии. Суть данного метода состоит в подаче расплавленного пластика под давлением в пресс-форму. Принтер 3DTouch 3D основан на аддитивной технологии производства изделий (ALM). Это значит, что принтер слой за слоем выращивает изделие. Это происходит следующим образом. Принтер нагревает материал (термопластики ABS или PLA) через экструдер. Экструдер затем производит очень тонкую пластиковую нить, которая, в свою очередь, наносится слой за слоем по координатам X и Y.
Для изготовления зубчатых колес на 3D-принтере использовался термопластик ABS (рис. 4).
Рис. 4. Печать зубчатых колес на 3D-принтере BfB 3d Touch Double Head
В итоге были получены три зубчатых колеса для последующих ускоренных испытаний:
- первое без выработки рабочей поверхности зуба позволяет убедиться, что 3D зубчатого колеса была переведена в цифровую объемную модель и обратно без искажения ее геометрических размеров, и ЭМУР работает в штатном режиме с новым зубчатым колесом;
- второе с выработкой 100 мкм - для дальнейшего исследования и анализа влияния данного износа на работу ЭМУР;
- третье с выработкой 200 мкм - для дальнейшего исследования и анализа влияния данного износа на работу ЭМУР.
Полученные экземпляры зубчатого колеса используются в процессе проведения ускоренных испытаний для подтверждения полученных теоретических выводов и выдвинутой гипотезы. Экспериментальные исследования проводятся на модернизированном авторами лабораторном стенде УП-321, в состав которого входят действующая модель рулевого управления с электроусилителем и элементами подвески; система сопротивления повороту управляемых колес с регулировкой величины сопротивления; контрольно-измерительная аппаратура с тензоэлементами и с цифровой индикацией измеряемых величин; система ввода неисправностей в работу электроусилителя; система управления стендом [4]. Первые экспериментальные результаты показали правильность выбранного направления исследования и справедливость выдвинутой гипотезы.
Список литературы
1. Васильев В.И., Емельянов В.В. Методика диагностирования автомобильного рулевого управления с электромеханическим усилителем // Современные проблемы науки и образования 2014. №6. С. 5.
2. Доманов А.В. Разработка и исследование электроусилителя рулевого управления легковых автомобилей на основе бесконтактных двигателей: дис. ... канд. техн. наук. Ульяновск, 2002. 135 с.
3. Ефремов С.В. Методика и алгоритмы стендового автоматизированного контроля и диагностики рулевых механизмов со встроенными усилителями: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2002.
4. Емельянов В.В., Васильев В.И. Устройство для ускоренных испытаний на надежность электромеханического усилителя рулевого управления автомобиля // Вестник Курганского государственного университета. Сер. «Технические науки». Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2014. Вып. 9. С. 75 - 76 с.
5. Попов П.К. Прогноз долговечности по износу червячных редукторов общемашиностроительного применения // Вестник машиностроения. 2005. № 10. С. 8 - 14.
6. Ресурс работы червячной передачи по условию предельно допустимого износа / В.Г. Павлов [и др.] // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2007. № 5. С. 21 - 25.
7. Сайт MICRO EXPRESS.URL // http://www.microexp.ru/ optimizatsiya-kontakta (дата обращения: 20.06.2014).
8. Сайт Лаборатория «Вычислительная механика» CompMechLab® // URL: http://www.kisssoft.compmechlab.ru/article/kissoft module basic description (дата обращения: 20.06.2014).
9. Сайт Fablab Kurgan Курганский центр Молодёжного инновационного творчества // URL: http://fablab45.ru/about (дата обращения: 10.11.2014).
10. Сайт MODEL SPECTR центр молодежного инновационного творчества // URL: http://fablab.obninsk.ru/equipment/3d-skaner-nextengine-3d-scanner-hd.html (дата обращения: 17.11.2014).
Емельянов Валерий Владимирович, асп., leo370@,mail.ru, Россия, Курган, Курганский государственный университет,
Васильев Валерий Иванович, д-р техн. наук, проф., проректор, [email protected], Россия, Курганский государственный университет
DEVELOPMENT OF HARDWARE AND SOFTWARE RESEARCH METHOD OF DIAGNOSING ELECTROMECHANICAL POWER STEERING CAR
V. V. Emelyanov, V.I. Vasiliev
The article describes the results of the development of hardware and software of theoretical studies and experimental work on the creation of a new method of diagnostics of Electromechanical power steering cars.
Key words: car, power steering, electric actuator, gear, wear, 3D scanning, 3D
printing.
Emelyanov Valeriy Vladimirovich, postgraduate, leo3 70@mail. ru, Russia, Kurgan, Kurgan State University,
Vasilyev Valeriy Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, the vice rector, vvipror@kgsu. ru, Russia, Kurgan, Kurgan State University
