CC BY
10
19. Battery Dimensioning and Life Cycle Costs Analysis for a Heavy-Duty Truck Considering the Requirements of Long-Haul Transportation / I. Mareev, J. Becker, D. U. Sauer // Energies. - 2018. - Vol. 11 (1), 55. - P. 1-23. - DOI 10.3390/en11010055.
20. Новый импульс в развитии проекта - SCANIA под контактной сетью. // SCANlA. URL: https://sca-nauto.ru/media-center-scania/news-scania/novyj -im-puls-v-razvitii-proekta-scania-pod-kontaktnoj-setyu/ (дата обращения: 03.05.2021).
21. Auke, H. Electric trucks: economically and environmentally desirable but misunderstood / H. Auke. // Innovation Origins. URL:
https://innovationorigins.com/electric-trucks-economi-cally-and-environmentally-desirable-but-misunderstood/ (дата обращения: 03.05.2021).
22. Zachary, S. This Stunning Chart Shows Why Battery Electric Vehicles Win / S. Zachary. // CleanTechnica. URL: https://cleantechnica.com/2020/06/10/this-stun-ning-chart-shows-why-battery-electric-vehicles-win/ (дата обращения: 03.05.2021).
23. Kiss, A. A. Biodiesel by catalytic reactive distillation powered by metal oxides / A. A. Kiss, A. C. Dimian, G. Rothenberg // Energy & Fuels . — 2008. — № 22. — С. 598-604. - DOI 10.1021/ef700265y.
УДК 629.113
ВЫЯВЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ДАВЛЕНИЯ В ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЕ ОТ ВЕЛИЧИНЫ ИЗНОСА УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ МАНЖЕТ КАК СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ РЕСУРСНОГО СОСТОЯНИЯ ГТЦ АВТОМОБИЛЯ
С.В. Кобозев1, Ю.В. Баженов2
Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых,
Россия, 600000, Владимир, ул. Горького, 87
Статья посвящена рассмотрению проблемы выявления диагностического параметра, определяющегося соотношением показателя давления в тормозной системе и величины износа уплотнительных манжет. Актуальность темы обусловлена необходимостью тщательного рассмотрения специфики основных показателей тормозной системы, важностью исследования способов диагностирования ресурсного состояния ГТЦ автомобиля для усовершенствования конструкции его тормозной системы.
Ключевые слова: диагностический параметр; давление в тормозной системе; износ уплотнительных манжет; ГТЦ автомобиля; методы диагностирования; антиблокировочная система; блок управления автомобилем.
REVEALING OF THE DEPENDENCE OF THE PRESSURE INDICATOR IN THE BRAKE SYSTEM ON THE AMOUNT OF WEAR OF THE SEALING CUFFS AS A METHOD FOR DIAGNOSING THE RESOURCE STATE OF THE MAIN BRAKE CYLINDER OF A CAR
S.V. Kobozev, Yu. V. Bazhenov
Vladimir State University named after Alexander Grigoryevich and Nikolai Grigoryevich Stoletov,
Russia, 87 Gorky Street, Vladimir, 600000 The article is devoted to the problem of identifying the diagnostic parameter, which is determined by the ratio of the pressure indicator in the brake system and the amount of wear of the sealing cuffs. The relevance of the topic is due to the need for careful consideration of the specifics of the main indicators of the brake system, the importance of studying ways to diagnose the resource state of the GTC of the car to improve the design of its brake system
Keywords: diagnostic parameter; brake pressure; wear of sealing cuffs; car brake master cylinder; diagnostic methods; anti-lock braking system; car control unit.
Введение
Ресурсное состояние ГТЦ автомобиля включает в себя целый комплекс показателей, обеспечивающих эффективное функционирования тормозной системы, один из которых
(показателей) связан с выявлением зависимости давления в системе (или его изменения) от величины износа уплотнительных манжет.
1Кобозев Сергей Васильевич - аспирант по направлению подготовки: 23.06.01 Техника и технологии автомобильного транспорта, e-mail: [email protected];
2Баженов Юрий Васильевич - кандидат технических наук, профессор кафедры «Автомобильный транспорт», , e-mail: [email protected].
Значимость данного показателя обусловлена, прежде всего, тем, что он позволяет достаточно четко отследить изменения на магистрали ГТЦ, а также предупредить о необходимости сервисного обслуживания системы после достижения определенных значений. Соответственно, исследование зависимости показателя давления в тормозной системе от величины износа уплот-нительных манжет носит актуальный характер, определяющий предмет исследования в контексте эффективного способа диагностирования ресурсного состояния ГТЦ автомобиля. При этом большое значение имеет ряд сопутствующих вопросов, раскрывающих специфику влияния давления на тормозную систему, целесообразность установки датчиков на магистрали ГТЦ, диапазон значений, указывающих на необходимость сервисного обслуживания, и т.д. [11, с. 45-46], которые (вопросы) обеспечивают не только объективную и достоверную оценку технического состояния тормозной системы автомобиля, но и пути оптимизации режимов контроля и выявления индивидуальной потребности в ремонте и профилактике.
Таким образом, актуальность темы исследования обусловлена: 1) необходимостью более тщательного рассмотрения специфики показателей давления в тормозной системе и износа уплотнительных манжет, определяющихся как «взаимообусловленные и взаимосвязанные показатели» [4, с. 13]; 2) важностью исследования способов диагностирования ресурсного состояния ГТЦ автомобиля с целью усовершенствования конструкции его тормозной системы, в т.ч. в рамках разработки и внедрения приборов, выявляющих максимально достоверные значения показателей [10, с. 198]; 3) недостаточной научной разработанностью данной проблемы. Кроме того, актуальность исследования диагностического параметра, характеризующегося в рамках выявления зависимости давления в тормозной системе от величины износа уплот-нительных манжет, определяется значимостью изучения ряда технологических проблем, раскрывающихся в процессе практической работы по реализации современных методов диагностирования ресурсного состояния ГТЦ автомобиля с антиблокировочной системой.
Предметом исследования является взаимообусловленность показателя давления в тормозной системе и величины износа уплотни-тельных манжет; объектом - диагностический параметр ресурсного состояния ГТЦ автомобиля с антиблокировочной системой. Цель исследования заключается в определении диагностического параметра, характеризующегося в рамках выявления зависимости давления в
тормозной системе от величины износа уплот-нительных манжет. Среди методов, использующихся в работе, следует выделить: общенаучные методы (анализ, синтез, сравнение, аналогия), статистические методы, моделирование, методы логического анализа, оценки и обработки информации и пр.
Проблема диагностирования ресурсного состояния тормозной системы и, в частности, ГТЦ автомобиля, рассматривалась многими современными отечественными и зарубежными учеными. Так, базовым проблемам тормозной системы автомобиля были посвящены работы А.М. Ахметшина [1; 2], В.И. Васильева, А.В. Шарыпова и Г.В. Осипова [8], А.Л. Иванова [9] и др. Различные методы диагностирования тормозной системы автомобиля разрабатывались в трудах А.Л. Бородина, В.И. Васильева, А.В. Шарыпова и А.П. Черепанова [5; 6], Н.В. Бышова, С.Н. Борычева, Г.Д. Кокорева, И.А. Успенского и др. [7], Г.В. Осипова [11], А.А. Ревина и В.Г. Дыгало [13], И.А. Успенского, Г.Д. Кокорева, И.А. Юхина, С.Н. Гусарова и др. [14], А.В. Шарыпова [15] и др. Вопросы совершенствования тормозной системы автомобиля и различных методов ее диагностирования представлены в исследованиях В.А. Богомолова и И.Л. Разницына [3], А.В. Бойко [4], Г.Д. Кокорева, И.А. Успенского, Е.А. Панко-вой, И.Н. Николотова и С.Н. Гусарова [10] и др.
Однако, с точки зрения комплексного анализа, проблема выявления зависимости показателя давления в тормозной системе от величины износа уплотнительных манжет как способа диагностирования ресурсного состояния ГТЦ автомобиля на сегодняшний день рассмотрена недостаточно полно; что, в конечном итоге, обусловило выбор предмета/объекта исследования, а также формулирование цели: предметом является взаимообусловленность показателя давления в тормозной системе и величины износа уплотнительных манжет; объектом - диагностический параметр ресурсного состояния ГТЦ автомобиля с антиблокировочной системой; цель данного исследования заключается в определении диагностического параметра, характеризующегося в рамках выявления зависимости давления в тормозной системе от величины износа уплотнительных манжет. В ходе исследования использовались общенаучные методы исследования (анализ, синтез, сравнение, аналогия), статистические методы, моделирование, методы логического анализа, классификации логических группировок, методы оценки и обработки информации, что в совокупности обеспечило получение достоверных результатов исследования.
Основная часть
Диагностирование ресурсного состояния ГТЦ автомобиля может осуществляться в форме «дорожного» анализа (позволяющего определить длину тормозного пути, время срабатывания тормозной системы, устойчивость автомобиля во время торможения и пр.) и «стендового» (обеспечивающего расчет общей удельной тормозной силы, выявление показателя неравномерности тормозных сил и пр.) [13, с. 59]. В ходе выявления зависимости показателя давления в тормозной системе от величины износа уплотнительных манжет была доказана целесообразность проведения исследования в рамках и той, и другой формы анализа. Следует отметить, что в совокупности данные формы анализа являются оптимальным решением как для современных диагностических линий станций технического обслуживания, так и для диагностических станций, осуществляющих государственный технический осмотр. Т.е. они позволяют учитывать целый комплекс факторов, в т.ч. уровень технического состояния тормозной системы и ее элементов, погодные и климатические условия, дорожные условия (качество дорожного покрытия, интенсивность движения, скоростные ограничения) и т.д. [7, с. 182].
Настоящее исследование проводилось на базе техцентра «Гранд Восток», г. Владимир, где экспериментальным путем была установлена зависимость рассматриваемых показателей, обусловленная, как правило, резким и достаточно частым изменением давления в системе и выходом из строя уплотнительных манжет, которые изнашивались в результате схватывания трущихся поверхностей, либо однократного или многократного взаимодействия трущихся поверхностей. Появление того или иного вида износа определялось за счет величины адгезии и глубины внедрения контактирующих поверхностей [11, с. 112]: при этом следует учитывать, что износ в результате схватывания и однократного взаимодействия трущихся поверхностей являются недопустимым в эксплуатации автомобиля, интенсивность износа в результате многократного взаимодействия трущихся поверхностей несколько ниже, данный тип является основным.
На процесс износа уплотнительных манжет активно влияет «нестабильность давления» в тормозной системе: под действием «нестабильного» давления ухудшаются упругие резиновые свойства материала и, исходя из показателя давления, происходят физико-химические процессы, способствующие появлению адгезии и распаду органического связующего материала. Высокоэластичные материалы уплотнительных манжет повреждаются при трении в результате разрушения поверхностных слоев под влиянием многократного воздействия и сил трения, менее эластичные материалы уплотнительных манжет повреждаются в результате отслаивания,
микрорезания, царапания и пр. [4, с. 10]. При этом было установлено, что любое увеличение количества циклов будет способствовать снижению ресурсного состояния уплотнительных манжет. Соответственно, доказывается существенное влияние рабочего процесса АБС на функциональность уплотнительных манжет ГТЦ. Исходя из специфики конструкции, принципа работы АБС и ГТЦ, можно установить зависимость показателя давления в тормозной системе автомобиля с АБС от величины износа уплотнитель-ных манжет (рисунок 1).
Рисунок 1 - Зависимость показателя давления в тормозной системе автомобиля с АБС от величины износа уплотнительных манжет
В ходе рабочего процесса АБС увеличивается число двойных ходов уплотнительных манжет внутри цилиндра во время каждого экстренного торможения, что приводит к росту пути трения и, следовательно, к более интенсивному изнашиванию. Амплитуда перемещения элементов тормозных цилиндров в процессе работы АБС небольшая, поэтому существует вероятность изменения давления за счет упругой деформации манжет без их перемещения, что создает условия для интенсивного набухания, в результате которого манжеты могут «залипнуть» в крайних положениях, не растормаживая колесо полностью [12, с. 9]. Следует отметить, что современные АБС, применяющиеся на легковых автомобилях, в процессе работы изменяют давление в тормозной системе на 10 - 50% (движение по асфальтобетону или цементобетону) или на 70 - 90% (движение по льду). Изменение показателя давления в тормозной системе осуществляется с достаточно высокой частотностью, составляющей 2 - 25 Гц для разных моделей антиблокировочной системы.
Учитывая количество двойных ходов уплотнительных манжет внутри цилиндра во время торможения, можно рассчитать зависимость показателя давления в тормозной системе автомобиля с АБС и величины износа уплотни-тельных манжет, при помощи следующей формулы:
^АБС = ^СЛУЖ + ^ЭКСЪ
где: ^абс - число двойных ходов уплотнитель-ных манжет внутри цилиндра на автомобиле с АБС; ^служ - число двойных ходов уплотни-тельных манжет внутри цилиндра при служебном торможении; ^экст - число двойных ходов уплотнительных манжет внутри цилиндра при экстренном торможении. При этом следует учитывать, что число двойных ходов уплотнитель-ных манжет внутри цилиндра в процессе функционирования АБС напрямую зависит от частоты модуляции давления и длительности торможения. Соответственно, общее число двойных ходов, влияющих на износ уплотнительных манжет внутри цилиндра, составит:
^АБС = п- [(1-Ц-к) + Ц-к-Г ■ (^ЭКСТ - £уВЕЛ)]Ъ
где: q - доля экстренных торможений от общего числа;
к - коэффициент, определяющий увеличение доли экстренных торможений для автомобилей с АБС;
f - показатель средней частоты модуляции давления АБС;
¿экст - показатель средней длительности экстренного торможения;
¿увел - показатель продолжительности периода увеличения давления в тормозной системе. Рост числа ходов приводит к увеличению пути трения манжет по поверхности тормозного цилиндра: следовательно, путь трения манжет пропорционален числу торможений и амплитуде перемещений. Путь трения уплотнитель-ных манжет по поверхности ГТЦ определяется по следующей формуле:
5ц = 2 п Б + д к f (£экст - ¿увел) 0абс] где: - пробег автомобиля;
^р - средняя величина рабочего хода поршня ГТЦ;
ЙАбс - средняя величина рабочего хода поршня ГТЦ, в процессе работы АБС.
Увеличение пути трения элементов ГТЦ в ходе работы АБС в значительной степени обусловлено амплитудой движения уплотнитель-ных манжет в разных режимах работы. Так, установлено, что ход поршней ГТЦ при
служебном торможении составляет 12 - 15 мм, при экстренном - 1 - 2 мм (низкий коэффициент сцепления с дорожным покрытием) и 0,3 - 0,8 мм (высокий коэффициент сцепления с дорожным покрытием).
На основе расчета соотношения показателя давления в тормозной системе и величины износа уплотнительных манжет, было установлено, что для средних условий (на примере г. Владимира) путь трения уплотнительных манжет ГТЦ в результате работы АБС увеличивается на 29 - 30%; в предельно возможных режимах движения рост составляет от 9 до 76%. Результаты диагностирования ресурсного состояния ГТЦ автомобиля, исходя из расчетов показателей для различных погодно-климатических условий, представлены в таблице 1:
Таблица 1 - Динамика диагностического параметра в рамках соотношения показателя давления и величины износа уплотнительных манжет
Погодно- Зависимость Увеличение
климатиче- изменения дав- пути трения
ские усло- ления в тормоз- уплотнительных
вия ной системе ав- манжет ГТЦ в
томобиля с АБС на вели- результате работы АБС, %
чину износа
уплотнитель-
ных манжет
Жаркие сухие 3,2 20,1
Умеренно
теплые 3,4 21,9
влажные
Умеренно теплые 3,6 25,3
Холодные 4,5 35,7
Поученные результаты свидетельствуют о достаточно значительных изменениях показателей в работе основных элементов ГТЦ, в т.ч. и уплотнительных манжет, при использовании на автомобиле АБС. При этом кроме количественных, могут возникать и качественные изменения, в частности, обусловленные переходом от механического износа уплотнительных манжет к усталостному разрушению их поверхностного слоя.
Заключение
Таким образом, рассмотрев один из диагностических параметров ресурсного состояния ГТЦ автомобиля с АБС, можно сделать вывод о том, что существует тесная взаимосвязь между показателем давления в тормозной системе и величиной износа уплотнительных манжет
цилиндра. Установлено, что под действием давления формируются сложные физико-химические процессы, способствующие появлению адгезии и распаду органического связующего материала, это, безусловно, влияет на величину износа и долговечность уплотнительных манжет ГТЦ. При этом следует учитывать, что представить точный аналитический расчет достаточно сложно, введу наличия целого комплекса факторов, обеспечивающих зависимость показателя давления в тормозной системе и величины износа уплотнительных манжет, поэтому вопрос, рассматриваемый в данном исследовании, требует более тщательной и детальной проработки.
Литература
1. Ахметшин, А.М. Адаптивная антиблокировочная тормозная система колесных машин: дисс. ... д-ра техн. наук: 05.05.03 / А.М. Ахметшин. - М., 2003. -255 с.
2. Ахметшин, А.М. Самообучающая антиблокировочная тормозная система колесных машин / А.М. Ахметшин. - М.: МГИУ, 2002. - 140 с.
3. Богомолов, В.А. Устойчивость процесса управления торможением двухосного автомобиля при использовании регулятора тормозных сил / В.А. Богомолов, И.Л. Разницын // Вюник Харшвського нацю-нального автомобшьно-дорожнього ушверситету. -2015. - Вып. 68. - С. 45-49.
4. Бойко, А.В. Совершенствование метода диагностики тормозных систем автомобилей в условиях эксплуатации на силовых стендах с беговыми барабанами: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.22.10 / А.В. Бойко. - Иркутск: Иркут. гос. техн. ун-т, 2008. -22 с.
5. Бородин, А.Л. Анализ методов и средств диагностирования тормозных систем автомобилей с гидравлическим приводом: сб. науч. трудов аспирантов и соискателей КГУ. Серия «Природа Общество Техника Культура» / А.Л. Бородин, А.В. Шарыпов. -Вып. 14. - Курган: Изд-во КГУ, 2012. - С. 57-68.
6. Бородин, А.Л. Разработка метода диагностирования гидравлических тормозных систем автотранспортных средств на режимах служебного торможения / А.Л. Бородин, В.И. Васильев, А.В. Шарыпов,
А.П. Черепанов // Вестник Курганской ГСХА. - 2015. - № 4. - С. 29-32.
7. Бышов, Н.В. Разработка таблицы состояний и алгоритма диагностирования тормозной системы / Н.В. Бышов, С.Н. Борычев, Г.Д. Кокорев, И.А. Успенский, И.Н. Николотов, С.Н. Гусаров, С.В. Лыков // Вестник КрасГАУ. - 2013. - № 12. - С. 179-184.
8. Васильев, В.И. Обеспечение безопасности автотранспортных средств на режимах торможения при попутном следовании: монография / В.И. Васильев, А.В. Шарыпов, Г.В. Осипов. - Курган: Изд-во КГУ, 2006. - 220 с.
9. Иванов, А.Л. Обеспечение регулируемого действия рабочей тормозной системы автомобиля в эксплуатации: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.22.10 / А.Л. Иванов. - Оренбург: Оренбург. гос. ун-т., 2003. - 18 с.
10. Кокорев, Г.Д. Прогнозирование изменения технического состояния тормозной системы образца мобильного транспорта в процессе эксплуатации / Г.Д. Кокорев, И.А. Успенский, Е.А. Панкова, И.Н. Николотов, С.Н. Гусаров // Переработка и управление качеством сельскохозяйственной продукции: докл. Междунар. научно-практич. конф. 2122 марта 2013. - Минск: Изд-во БГАТУ, 2013. - С. 197-199.
11. Осипов, Г.В. Метод диагностирования тормозных механизмов автомобиля: дисс. ... канд. техн. наук: 05.22.10 / Г.В. Осипов. - Тюмень, 2004. - 145 с.
12. Радченко, М.Г. Влияние антиблокировочной системы на долговечность элементов главного тормозного цилиндра автомобиля: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.22.10 / М.Г. Радченко. - Волгоград: Волгогр. гос. техн. ун-т, 2013. - 18 с.
13. Ревин, А.А. Исследование тормозной динамики автомобиля методами комплексной технологии моделирования: учеб. пособ. для студентов, обуч. по специальности 15.01.00 / А.А. Ревин, В.Г. Дыгало. -Волгоград: Политехник, 2001. - 120 с.
14. Успенский, И.А. Анализ методов и средств диагностирования тормозных систем автомобиля / И.А. Успенский, Г.Д. Кокорев, И.А. Юхин, С.Н. Гусаров, С.В. Колупаев, В.А. Шафоростов, А.В. Орехов, К.К. Слизкин, А.В. Артемов, И.А. Афиногенов, Ю.Н. Храпов, О.В. Филюшин, С.Н. Зенина, Л.П. Полетаева // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского гос. аграрн. ун-та. -2016. - иКЬ: Шрз://суЬег1етпка.ги/а111с1е/п/апаИ7-metodov-i-sredstv-diagnostirovaniya-tormoznyh-sistem-avtomobilya (дата обращения: 19.10.2020).
15. Шарыпов, А.В. Метод диагностирования неравномерности действия тормозов автомобиля: автореф. дисс. ... канд. техн. наук: 05.22.10 / А.В. Шарыпов. -Тюмень: Тюмен. гос. нефтегаз. ун-т, 2004. - 23 с.
