CC BY
96
5.2. При отсутствии обоих признаков K1 и K2 наиболее вероятно нормальное состояние двигателя P=0,92.
5.3. При отсутствии признака K1 и наличии признака K2 вероятности D2и D3 имеют примерно одинаковые значения (0,46 и 0,42), что свидетельствует о необходимости проведения дополнительных исследований на предмет выявления других признаков, влияющих на работу двигателя.
Литература
1. Биртер И. А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978. 240 с.
2. Малкин В. С. Техническая эксплуатация автомобилей. М.: Изд. центр «Академия», 2007. 288 с.
V. G. Lyapaev, S. B. Manfanovskii
ON THE DRAFTING OF A MATRIX TECHNICAL CONDITION OF CARS ACCORDING TO STATISTICAL DATA
Method of forming the matrix of technical condition of car engines based on statistical material is considered. The probabilistic characteristics of diagnoses are determined.
Key words: matrix of technical condition, symptom, diagnosis, Naive Bayes.
Ляпаев Василий Гаврилович — доцент кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» ФГБОУ ВПО ПсковГУ, канд. техн. наук, доцент.
Манфановский Степан Борисович — инженер кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» ФГБОУ ВПО ПсковГУ, [email protected].
УДК 629.3.027; 629.3.032
С. Б. Манфановский, А. А. Енаев
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОЛЁСНЫХ ДВИЖИТЕЛЕЙ ВНУТРЕННИМ ПОДРЕССОРИВАНИЕМ КОЛЁС
Описывается история развития колёсных движителей. Также представлена конструкция колеса с внутренним подрессориванием. Предлагаемая конструкция позволит повысить плавность хода транспортного средства.
Ключевые слова: внутреннее подрессоривание, движитель, плавность хода, транспорт.
Первая пневматическая шина была изобретена почти 170 лет назад. Официальным автором изобретения был Роберт Уильям Томсон (рисунок 1).
В патенте №10990 от 10 июня 1846 года написано: «Суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колёс экипажей с целью уменьшения силы, необходимой для того, чтобы тя-
нуть экипажи, тем самым, облегчая движение и уменьшая шум, который они создают при движении». В патенте изложена конструкция изобретения, а также материалы, рекомендуемые для его изготовления.
Рис. 1.Пневматическая шина Томсона
Шина накладывается на колесо с деревянными спицами, вставленными в деревянный обод, обитый металлическим обручем. Сама шина состояла из двух частей: камеры и наружного покрытия. Камера изготавливалась из нескольких слоёв парусины, пропитанной и покрытой с обеих сторон натуральным каучуком или гуттаперчей в виде раствора. Наружное покрытие состояло из соединённых заклёпками кусков кожи. Вся шина крепилась на обод болтами.
Проведя испытания, Томсон выявил, что экипаж, оснащённый шинами, требует меньшей силы тяги на 38 % на щебёночном покрытии и на 68 % на покрытии из дроблёной гальки. Однако главное, чего смог добиться молодой инженер — это бесшумность и плавность езды кареты, а также удобство передвижения для её пассажиров.
27 марта 1849 года результаты проведённых испытаний вместе с фотографией экипажа оснащённого шинами были опубликованы в специализированном журнале «Mechanics Маgazine». Изобретение встретило как восторженные отклики, так и пессимистические отзывы относительно будущего шин. С момента публикации и вплоть до 1888 года не нашлось ни одного человека, который вплотную занялся организацией массового производства шин.
В 1888 году шотландец Джон Данлоп сконструировал широкие обручи из надутых воздухом шлангов для поливки и закрепил их на колеса детского трёхколёсного велосипеда (рисунок 2). Патент на изобретение №10607 был выдан
Данлопу 23 июля 1888 года, вскоре — в августе того же года был выдан новый патент на создание «пневматического обруча» для транспортных средств.
1 — каркас; 2 — камера; 3 — металлический обод; 4 — металлические спицы
Рис. 2. Велосипедное колесо Данлопа
Резиновая камера закреплялась на ободе металлического каркаса со спицами, парусина обматывала обод с камерой, и так образовывался каркас шины. Положительные качества пневматической шины сразу стали проявляться на практике: гонщик Уильям Хьюм принял участие в июне 1889 года в гонках на велосипеде с пневматическими шинами, и выиграл все три состязания. В конце 1889 года в Дублине была открыта небольшая компания «Пневматическая шина и агентство Бута по продаже велосипедов», занявшаяся производством подобных шин. Сейчас компания Dunlop является крупнейшим мировым производителем шин.
Предложение отделения камеры от покрышки, вставки в края последней проволочных колец и сажание на обод, углубляющийся к центру, было высказано в 1890 году инженером Чальдом Кингстоном Уэлтчем. В тоже время Бартлетт и Дидье изобрели доступные способы монтажа и демонтажа шин. И именно последнее открытие сделало возможным использования пневматической шины на автомобилях.
Первыми, кто стал использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, которые уже имели достаточный опыт в производстве велосипедных шин.
Шины первых автомобилей напоминали велосипедные — имели очень небольшую ширину и высоту профиля. Такие шины имели низкие показатели грузоподъёмности, проходимости, управляемости, долговечности и комфортабельности.
В то же время применение и изготовление пневматических шин, наряду с несовершенством конструкции и возможной потерей герметичности, было связано с рядом других проблем. Долгое время единственным материалом, из которого получали резину, был натуральный каучук. Нехватка и дороговизна натурального каучука поспособствовали использованию металлических упругих элементов в конструкции колеса. Такие колеса изготавливались, как состоящие лишь из металлических упругих элементов, так и с установленным на них резиновым протектором. Конструкторами того времени было предложено большое количество подобных колёс.
В патенте №152422 от 1902 года описанна конструкция колеса с пружинящей ступицей. Одна из частей ступицы жёстко установлена на оси, а другая связана с деревянным ободом при помощи деревянных спиц. Части ступицы связаны между собой упругими элементами, которые обеспечивают уменьшение динамического воздействия неровностей дороги на транспортное средство.
Колесо с пружинящими спицами по патенту №166065 от 2 декабря 1904 года содержит обод, связанный со ступицей при помощи пружин и жёстких металлических спиц. Спицы шарнирно закреплены на ступице и ободе колеса и предотвращают боковое и угловое перемещение ступицы относительно обода. Кроме того, спицы имеют возможность перемещаться в отверстиях обода, что увеличивает ход ступицы относительно обода.
В 1916 году немецкая компания Mercedes-Benz оснастила свой автомобиль «пружинящими» колёсами собственной конструкции (рисунок 3).
Рис. 3.Автомобиль Mercedes-Benz с «пружинящими» колёсами 1916 год
Существенными недостатками таких упругих колёс является большая масса и повышенный шум при качении. Некоторые образцы достигали массу в 50 кг. Кроме того, требуется большое пространство для размещения упругих элементов при незначительном вертикальном перемещении ступицы относительно обода. Поэтому с изобретением синтетического каучука шинная промышленность начала интенсивно развиваться, что впоследствии привело к преобладанию пневматических шин над металлоупругими колёсами.
Проблема бесшумности и плавности хода затронула не только автомобильный, но и железнодорожный транспорт. В связи с этим в 1932 году в авторском свидетельстве № 114507, автором которого является конструктор И. Д. Беляков, была описана конструкция эластичного колеса для железнодорожных повозок с пневматической камерой (рисунок 4).
Следует отметить, что железнодорожные колеса и в наши дни оснащаются дополнительными упругими элементами, как правило, из резины.
1 — обод; 2 — пневматическая камера; 3 — рельефные выступы;
4 —твёрдый бандаж; 5 — реборда
Рис. 4. Эластичное колесо для железнодорожных повозок с пневматической камерой (автор И. Д. Беляков) 1932 год
С развитием технического прогресса расширился диапазон использования колёсных движителей. Таким образом, на современных транспортных средствах, эксплуатируемых в условиях сильных перепадов температур, кислотных и агрессивных средах и т. д. получили широкое распространение современные упругие колеса. Достижения химической промышленности и новые технологии в настоящее время позволяют применять различные неметаллические и полимерные материалы для изготовления таких колёс.
В конструкции колеса Ю. М. Шмакова патент № 2245256 от 26 декабря 2002 года спицы выполнены из пластмассы, а внутреннее пространство между ободом колеса и ступицей заполнено пористым материалом. Колесо содержит ступицу 1, состоящую из двух соосных половин, гибкий обод 2 и упругие листовые спицы 3 и 4, расположенные на противоположных сторонах колеса и образующие два расположенных с зазором круговых ряда спиц, однотипно, но противоположно наклонённых (рисунок 5).
Идея использования упругих элементов в конструкции колёсного движителя используется не только при проектировании наземного транспорта, но и при изготовлении космических аппаратов. В 2011 году группой инженеров под руководством профессора Сигео Хиросе из Токийского технического института в рамках совместного проекта с Японским агентством аэрокосмических исследований разработан робот-вездеход Tri-Star IV, на который установили колеса с металлическими упругими спицами. Данная конструкция колеса позволяет роботу перемещаться по горизонтальным и наклонным поверхностям с различного рода неровностями (рисунок 6).
1 — ступица; 2 — гибкий обод; 3, 4 — упругие спицы; 5 — резиновый протектор Рис. 5. Колесо транспортного средства (автор Ю. М. Шмаков) 2002 год
Рис. 6.Колёсный движитель с робота-вездехода Tri-Star IV (Япония) 2011 г.
С расширением автомобильных сетей и ростом потоков грузовых и пассажирских перевозок стали предъявляться все более высокие требования к сохранности перевозимого груза и пассажиров, в связи с этим так же выросли требования к эксплуатационным характеристикам автомобильных шин. С вы-
полнением поставленных задач классическое автомобильное колесо уже не справляется. В связи с этим возникла необходимость вносить очередные изменения в его конструкцию. Такая необходимость подтолкнула инженеров на применение в конструкции автомобильного колеса, как пневматической шины, так и дополнительных упругих элементов.
Описанная идея реализована в различных конструкциях колёсных движителей, повышающих плавность хода транспортных средств. Конструкции колёс [5] и [6] имеют упругие элементы, которые для получения необходимых значений коэффициентов радиальной и боковой жёсткостей выполнены с переменными по ширине и толщине сечениями. В колёсах [7] и [8], для уменьшения массы и сопротивления качению, увеличения срока их службы и повышения плавности хода транспортного средства, упругие элементы выполнены из полимерного композиционного материала.
Также существует колесо с внутренним подрессориванием [9] (рисунок 7), упругие элементы которого в виде незамкнутых колец установлены с определённым напряжением относительно друг друга. Колесо с внутренним подрессорива-нием состоит из раздельно выполненных диска колеса и стандартного обода. Диск и обод соединены упругими элементами, изготовленными в виде незамкнутых колец постоянного радиуса и прямоугольного поперечного сечения. Упругие элементы изготовлены из рессорно-пружинной стали. В роли направляющих для упругого элемента служат металлические и полимерные скобы, являющиеся также ограничителями от бокового увода обода относительно ступицы. Полимерная скоба выполняет роль подшипника скольжения, обеспечивая снижение трения в местах контакта упругого элемента и скобы. Начало упругих элементов закреплено на ободе при помощи болтов, шайб и гаек. Скобы и крепятся при помощи винтов к диску колеса и болтов с гайками к ободу колеса.
Рис. 7. Колесо с внутренним подрессориванием (патент № 2438878)
Недостатками данных колёс с внутренним подрессориванием являются большие концентрации напряжений в местах крепления упругих элементов, недостаточную прочность, а, следовательно, и надёжность, как упругих элементов, так и колёс в целом.
На кафедре «Автомобили и автомобильное хозяйство» Псковского государственного университета был разработан колёсный движитель, исключающий указанные недостатки.
Колесо с внутренним подрессориванием состоит из раздельно выполненных диска и обода, соединённых упругим элементом, изготовленным из полимерного материала в виде замкнутого кольца прямоугольного поперечного сечения с торцевой перфорацией (рисунок 8). На внешних гранях диска и обода имеются буртики, которые служат ограничителями, предотвращающими торцевое перемещение упругого элемента, а так же фиксирующие сопряжения, которые предотвращают проскальзывание упругого элемента относительно диска и обода. На ободе установлена пневматическая шина.
Рис. 8. Колесо с внутренним подрессориванием (ПсковГУ) 2012 год
Повышение прочности и надёжности изделия достигается тем, что упругий элемент изготовлен из полимерного материала и представляет собой единое целое. Следует отметить, что при повреждении некоторого объёма упругого элемента, это не отразится на безопасности движения транспортного средства при его эксплуатации, благодаря конструктивной перфорации упругого элемента, которая по своему сечению может быть различной геометрии.
Практический интерес представляет применение колёс с внутренним подрессориванием на транспортных средствах, взамен подвески, что существенно упростит конструкцию ходовой части и уменьшит массу транспортного средства. Также данные колёсные движители могут применяться на транспортных средствах с установленной на них подвеской, что увеличит плавность хода такого транспортного средства и уменьшит динамические нагрузки на агрегаты трансмиссии.
Использование полимерного материала при изготовлении упругого элемента значительно снизит массу и момент инерции колёсных движителей с
внутренним подрессориванием и увеличит срок службы, как пневматической шины, так и всего колеса в целом.
Литература
1. Енаев А. А. Основы теории колебаний автомобиля при торможении и её приложения. М.: Машиностроение, 2002.
2. Бидерман В. Л. Автомобильные шины. М.: Госхимиздат, 1963. 384с.
3. Кленников Е. В. Шины легковых автомобилей. М.: Транспорт, 1979. 48с.
4. Савельев Г. В. Автомобильные колеса. М.: Машиностроение, 1983. 151с.
5. Енаев А. А., Мазур В. В., Яценко Н. Н. Заявлено 19.05.99; Опубл. 10.07.2002. Патент №2184658 Российская Федерация, МПК В60В 9/00. Колесо транспортного средства.
6. Яценко Н. Н., Енаев А. А., Мазур В. В., Заявлено 17.02.1997; Опубл. 27.07.1999. Патент № 2133675 Российская Федерация, МПК В60В 9/04. Колесо с внутренним подрессориванием.
7. Енаев А. А., Мазур В. В, Заявлено 06.05.2000; Опубл. 10.07.2002. Патент № 2180290 Российская Федерация, МПК В60В 9/04. Колесо транспортного средства повышенной эластичности.
8. Мазур В. В., Енаев А. А., Заявлено 23.05.2002; Опубл. 27.01.2004. Патент № 2228273 Российская Федерация, МПК В60В 9/04. Колесо с внутренним подрессориванием.
9. Енаев А. А., Петров С. А., Заявлено 07.10.2010; Опубл. 10.01.2012. Патент № 2438878 Российская Федерация, МПК В60В 9/04. Колесо с внутренним подрессориванием.
S. B. Manfanovskii, A. A. Enaev HISTORY AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF WHEELS
The history of the development of wheels is described. The construction of the wheel with internal springing system is offered. The proposed construction will increase the smoothness of the vehicle.
Key words: internal springing system, wheel, smoothness of the vehicle, transport.
Манфановский Степан Борисович — инженер кафедры «Автомобили и автомобильное хозяйство» ФГБОУ ВПО ПсковГУ, [email protected].
Енаев Александр Андреевич — заведующий кафедрой «Автомобили и автомобильное хозяйство» ФГБОУ ВПО ПсковГУ, д-р техн. наук, профессор.
