Метод дифференциального диагностирования тормозных систем автотранспортных средств на стендах с беговыми барабанами

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

СМОЛИН Александр Анатольевич

Метод дифференциального диагностирования тормозных систем автотранспортных средств на стендах с беговыми барабанами

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Иркутск-2009

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Федотов Александр Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Озорнин Сергей Петрович

кандидат технических наук, доцент

Кривцов Сергей Николаевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Курганский

государственный университет»

Защита состоится «28» апреля 2009 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.04 в ГОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет» по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», конференц-зал. Факс: (3952) 40-50-69

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО

«Иркутский государственный технический университет»

Автореферат разослан: «24» марта 2009 г.

Автореферат размещен на сайте www.istu.edu

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор		Н.Н. Страбыкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На территории Российской Федерации в 2007 году было совершено более 230 тысяч дорожно-транспортных происшествий (ДТП), в которых погибло 33308 человек, и каждый год эти цифры увеличиваются. Обеспечение безопасности дорожного движения напрямую зависит от технического состояния тормозных систем автотранспортных средств (АТС). Из всех ДТП, произошедших по причинам технических неисправностей транспортных средств, около 40% приходится на неисправности, связанные с тормозным управлением АТС, оснащенных пневматическим тормозным приводом (ПТП).

Основой поддержания исправного технического состояния тормозных систем АТС является их качественный контроль, а также оперативная и информативная диагностика. В настоящее время в условиях эксплуатации широкое распространение получили методы функционального диагностирования тормозных систем АТС на стендах с беговыми барабанами. С их помощью можно оценивать лишь показатели тормозной эффективности и устойчивости автомобиля при торможении, то есть определять «исправна» или «неисправна» данная тормозная система. В случае если какой-либо из показателей не соответствует нормативам, метод не позволяет оперативно на стенде определять причину и место возникновения неисправности. Это ведет к длительным непроизводительным простоям АТС с ПТП в поисках неисправности. Диагноз не всегда ставится правильно. В результате активная безопасность АТС в условиях эксплуатации снижается.

В связи с этим особую актуальность приобретает вопрос проведения научного исследования, с целью разработки метода дифференциального диагностирования тормозных систем АТС на стендах с беговыми барабанами, который позволит, в случае необходимости, оперативно и с высокой достоверностью определять причину неисправности, а также место её возникновения.

Рабочей гипотезой являлось предположение о том, что причину и место возникновения неисправности тормозных систем АТС при их диагностировании на стендах с беговыми барабанами можно определять на основе качественного и количественного анализа фазовых динамических характеристик (ФДХ), представляющих собой зависимости удельной тормозной силы от величины давления в тормозном приводе.

Целью работы является повышение безопасности автотранспортных средств за счет повышения информативности и снижения трудоемкости диагностирования тормозных систем АТС с пневматическим приводом на стендах с беговыми барабанами в условиях эксплуатации.

Объект исследования - процесс функционирования пневматического тормозного привода, тормозных механизмов и колес автотранспортного средства при его торможении на стендах с беговыми барабанами во время диагностирования.

Предмет исследования - закономерности изменения диагностических признаков, отражающих эксплуатационные изменения параметров технического состояния тормозной системы с пневматическим тормозным приводом.

Научную новизну работы определяют:

- теоретическое обоснование метода дифференциального диагностирования тормозной системы АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами, основанного на анализе информации, поступающей, как от измерительных систем тормозного стенда, так и от датчиков давления рабочего тела в ПТП АТС, что значительно повышает информативность и на 33% снижает трудоемкость работ по сравнению с существующими методами диагностирования;

- разработанная математическая модель системы «Пневматический тормозной привод - тормозная камера - тормозной механизм - колесо - опорная поверхность» (ПКМКП), как объекта диагностирования АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами, учитывающая особенности её функционирования и обеспечивающая возможность проведения аналитических исследований влияния изменений параметров технического состояния тормозной системы АТС на величину диагностических признаков;

- установленные диагностические признаки, отражающие значения параметров технического состояния тормозной системы с ПТП, влияющих на ее работоспособность;

- уставленные закономерности (уравнения связей) между диагностическими признаками и параметрами технического состояния тормозной системы АТС с ПТП при их диагностировании на стендах с беговыми барабанами;

- разработанный алгоритм дифференциального диагностирования тормозных систем АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами, в условиях эксплуатации, позволяющий повысить оперативность и достоверность поиска неисправностей с использованием компьютерных технологий.

Практическая значимость. Внедрение метода дифференциального диагностирования тормозных систем АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами и реализующего его оборудования в технологический процесс автотранспортных и авторемонтных предприятий, фирменных и сервисных центров обслуживания автомобилей, пунктов технического осмотра, позволит повысить активную безопасность АТС в условиях эксплуатации на основе повышения информативности диагностирования. Позволит снизить непроизводительные простои АТС с ПТП в процессе поиска неисправностей за счет значительного снижения трудоемкости разработанного метода.

Для предприятий - изготовителей тормозных стендов, результаты работы позволяют усовершенствовать конструкции производимых ими компьютерных комплексов для диагностирования тормозных систем, используя сигналы с датчиков давления, устанавливаемых в ПТП АТС при их диагностировании. Это дает возможность в процессе диагностирования определять конкретные неисправности тормозной системы.

Для учебных заведений, занимающихся подготовкой специалистов в области эксплуатации автомобильного транспорта, разработанный компьютерный диагностический комплекс может использоваться при проведении лабораторных работ по предметам: «Техническая эксплуатация автомобилей»; «Основы теории надежности и диагностики»; «Основы работоспособности технических систем».

На защиту выносятся:

- теоретическое обоснование метода дифференциального диагностирования тормозной системы АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами, основанного на анализе информации, поступающей, как от измерительных систем тормозного стенда, так и от датчиков давления рабочего тела в ПТП АТС;

- разработанная математическая модель системы ПКМКП, как объекта диагностирования АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами, учитывающая особенности её функционирования и обеспечивающая возможность проведения аналитических исследований влияния изменений параметров технического состояния тормозной системы АТС на величину диагностических признаков;

- установленные диагностические признаки, отражающие значения параметров технического состояния тормозной системы с ПТП, влияющих на ее работоспособность;

- уставленные закономерности (уравнения связей) между диагностическими признаками и параметрами технического состояния тормозной системы АТС с ПТП при их диагностировании на стендах с беговыми барабанами;

- разработанный алгоритм дифференциального диагностирования тормозных систем АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами, в условиях эксплуатации, позволяющий повысить оперативность и достоверность поиска неисправностей с использованием компьютерных технологий.

Апробация работы. Материалы исследований доложены и получили одобрение: на III Всесоюзной научно-технической конференции «Диагностика автомобилей» ВСТИ, г. Улан-Удэ, 1989 г.; на научно-технических конференциях ИСХИ, г. Иркутск, 1988 - 1991 гг.; на научно-технических конференциях ВСГТУ, г. Улан-Удэ, 2007 - 2008 гг.; на научно-технических конференциях ИрГТУ, г. Иркутск, в 2007-2008 г.г.; на международной научно-технической конференции «Повышение эффективности эксплуатации автотранспортных средств на основе современных методов диагностирования», ИрГТУ, г. Иркутск, 2007 г.; на Международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию И.П. Терских «Актуальные проблемы эксплуатации машинотракторного парка, технического сервиса, энергетики и экологической безопасности в агропромышленном комплексе» ИрГСХА, г. Иркутск 2007 г.; на Международной научно-практической конференции «Совместная деятельность сельскохозяйственных производителей и научных организаций в развитии АПК Центральной Азии» ИрГСХА, г. Иркутск, 2008 г.; на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и достижения автотранспортного комплекса» в УГТУ-УПИ, г. Екатеринбург в 2008 г.

Реализация результатов работы. Разработанный метод дифференциального диагностирования тормозных систем на стендах с беговыми барабанами и реализующий его компьютерный комплекс прошли производственную проверку и внедрены в производственный процесс ЗАО «Бурятский автоцентр КамАЗ», г. Улан-Удэ, Республики Бурятия. Результаты исследований внедрены в технологический процесс изготовления тормозных стендов на ЗАО компания «Новгородский завод ГАРО». Используются в учебном процессе Иркутского ГТУ (г. Иркутск) при подготовке инженеров по специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» и 190603 «Сервис и техническая эксплуатация транспортных и технологических машин и оборудования».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, общим объемом 2,7 усл. п.л., в том числе 2 работы в изданиях, рецензируемых ВАК, и 3 работы опубликованы без соавторов, получено 2 патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и основных выводов, содержит 167 страниц текста (в т.ч. 3 таблицы и 85 иллюстраций), список литературы из 227 наименований и 7 приложений на 12 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

дифференциальный диагностирование тормозная система автотранспортный

Во введении обосновывается актуальность темы, определяется цель исследований, научная новизна, практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержит статистику ДТП, описание значимости диагностики в системе обеспечения активной безопасности АТС; краткий анализ работ по системным исследованиям в области диагностирования тормозных систем автотранспортных средств в условиях эксплуатации.

Отмечено, что создание новых методов и средств диагностирования, а также развитие технической диагностики неразрывно связано с именами таких ученых, как В.А. Аллилуев, И.Н. Аринин, И.А. Биргер, А.Д. Борц, Г.В. Веденяпин, Г.Ф. Верзаков, Н.Я. Говорущенко, А.В. Колчин, Г.В. Крамаренко, Е.С. Кузнецов, В.М. Лившиц, Р.А. Меламуд, Л.В. Мирошников, В.М. Михлин, А.В. Мозгалевский, А.Г. Сергеев, И.П. Терских, В.А. Топалиди, А.И. Федотов, А.М. Харазов и др.

В настоящее время для диагностирования тормозных систем применяются динамические методы функциональной диагностики, которые позволяют оценивать лишь показатели тормозной эффективности и устойчивости при торможении АТС. Из небольшого количества работ, посвященных дифференциальной диагностике, особый интерес представляют работы, выполненные под руководством профессора А.И. Федотова, которые посвящены динамическому методу диагностирования аппаратов и контуров ПТП с использованием компьютерных технологий. Их анализ показывает, что вопросы диагностирования тормозных систем АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами с использованием этого метода не достаточно изучены. Поэтому необходимо проведение дополнительных исследований для разработки метода диагностирования тормозных систем АТС на стендах с беговыми барабанами, который, в случае нарушения тормозной эффективности и (или) устойчивости АТС при торможении, позволит оперативно определять причины неисправностей, а также места их возникновения (в ПТП или в ТМ).

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования:

Теоретическое обоснование метода дифференциального диагностирования тормозной системы АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами и разработка математической модели системы ПКМКП, позволяющей выполнять аналитические исследования процесса торможения АТС на стендах с беговыми барабанами, с учетом изменения следящего действия и быстродействия тормозной системы при изменении параметров ее технического состояния.

Установление функциональных связей диагностических признаков с параметрами технического состояния тормозной системы АТС с ПТП, оказывающих значительное влияние на показатели тормозной эффективности и устойчивости АТС при торможении.

Разработка алгоритма, реализующего метод дифференциального диагностирования тормозных систем АТС на стендах с беговыми барабанами в условиях эксплуатации.

Экспериментальная проверка метода дифференциального диагностирования тормозных систем АТС на стендах с беговыми барабанами в условиях эксплуатации и определение его экономической эффективности.

Вторая глава посвящена теоретическому обоснованию метода дифференциального диагностирования тормозных систем с ПТП в условиях эксплуатации.

Для обоснования тестового режима и написания математической модели была составлена структурно-следственная схема процесса торможения АТС на стенде с беговыми барабанами, представленная на рис. 1.

В соответствии со схемой, уравнение зависимости показателя эффективности торможения АТС можно записать в виде полинома:

, (1)

где RZ (hп) - функция изменения нормальной реакции от величины прогиба подвески; RX (цx, S) - функция продольной реакции от - коэффициента сцепления и S - проскальзывания; - нагрузка, приходящаяся на колесо, hшт - ход штока ТК; МТ(м, РТК, щк) - функция тормозного момента от коэффициента трения между тормозным барабаном и фрикционными накладками, давления в тормозной камере и угловой скорости вращения колес; РТК(t) - функция давления в ТК от времени.

Рис. 1. Структурно-следственная схема процесса торможения АТС

на стенде с беговыми барабанами

Для описания газодинамических процессов, протекающих в ПТП, использована методика Н.Ф. Метлюка и В.П. Автушко, согласно которой функционирование пневматического тормозного привода представлено в виде упрощенной системы типа «дроссель - емкость».

На основании пневматической схемы подключения тормозных камер к ПТП, а также их конструкции, была разработана эквивалентная пневматическая схема, изображенная на рис. 2.

Рис. 2. Эквивалентная пневматическая схема тормозных

камер в составе ПТП

Согласно эквивалентной пневматической схеме были составлены уравнения процесса наполнения и опорожнения тормозной камеры:

- процесс наполнения тормозной камеры:

, (2)

; (3)

- процесс опорожнения тормозной камеры:

, (4)

. (5)

Для определения рабочего объема ТК были получены уравнения вида:

- процесс наполнения ТК

; (6)

- процесс опорожнения ТК

. (7)

Ход штока ТК определяется уравнением следующего вида:

. (8)

где: mшт - масса штока, РТК - давление в тормозной камере, Sд - активная площадь диафрагмы, R - реактивные силы, Fпр- сила пружины

Для уменьшения величины погрешности при математическом описании ТМ на фазе увеличения давления в тормозной камере использовался метод кусочно-линейной аппроксимации, а на фазе его уменьшения - нормированная функция f(P):

, (9)

где: ; РТК - текущее значение давления в ТК; РТКmax - величина максимального значения давления в тормозной камере.

На основании вышеизложенного была составлена система уравнений для расчета тормозного момента:

МТ=К1•(РТК-Д0) - если ДРТК>0,

МТ=К2•(РТК-Д0)•f(P) - если ДРТК?0, (10)

МТ= 0 - если ДРТК>0 и ДРТК<Д0 или РТК?0,

МТ=Мц=Rz•цх•rко - если щк?0.

Для математического описания взаимодействия колеса с эластичной шиной и опорной поверхностью тормозного стенда, была составлена расчетная схема процесса торможения, представленная на рис. 3.

Рис. 3. Расчетная схема процесса торможения АТС на стенде с беговыми барабанами

Из расчетной схемы (рис. 3) видно, что при установке объекта диагностирования на стенд, колесо имеет две точки опоры. Поэтому на колесо действуют две касательные реакции Rxi (рис. 4 а) и две нормальные реакции Rzi (рис. 4 б). Применив правило сложения векторов (рис. 4), получаем:

Рис. 4. Сложение векторов касательных и нормальных реакций, действующих на колесо от опорной поверхности

На основании схем приведенных на рис. 3 - 4, были записаны уравнения сложения векторов касательных и продольных реакций, действующих на колесо от опорной поверхности:

,

. (11)

После сложения векторов и допущения, что касательная и нормальная реакция действуют на колесо в одной точке, расчетную схему процесса торможения колеса можно представить в следующем виде (рис. 5):

Рис. 5. Расчетная схема процесса торможения колеса объекта диагностирования

Проскальзывание S колеса на роликах стенда определяется как

, (12)

где - линейная скорость опорной поверхности стенда; к - угловая скорость колеса; rkо - радиус качения в ведомом режиме; r - угловая скорость ролика; rr - радиус ролика.

Аналитически нормированная функция f(S) описывается выражением вида

, (13)

где a1 и b1 - коэффициенты, которые определяют протекание функции f(S).

Уравнение динамики вращательного движения колеса учитывает действие тормозного момента МТ, момента сопротивления качению Мf, момента по сцеплению Мц, а также инерционного момента Мj

, (14)

где Jк - момент инерции колеса относительно оси вращения.

Значения удельных тормозных сил в каждый момент времени определяются по выражению

. (15)

Полученная математическая модель системы ПКМКП, представленная уравнениями (1) - (15), позволяет рассчитывать ФДХ тормозной системы при варьировании значениями параметров ее технического состояния.

ФДХ представляют собой зависимости удельной тормозной силы от величины давления сжатого воздуха в ТК. Процесс формирования ФДХ наглядно представлен на рис. 6.

Рис. 6. Процесс формирования фазовых динамических характеристик тормозной системы АТС

Установлено, что тестовый режим диагностирования оказывает определяющее влияние на получаемые выходные ФДХ тормозной системы, следовательно, тестовое воздействие должно быть стабильным для исключения его влияния на численные значения и характер протекания фазовых динамических характеристик тормозных систем.

В качестве тестового воздействия на тормозную систему в процессе диагностирования было принято наполнение и опорожнение тормозной камеры рабочим телом с заданным темпом.

Процесс диагностирования тормозной системы с использованием ФДХ сводится к последовательной проверке участков этих характеристик на принадлежность к областям исправных Di1 или неисправных Di2 (рис. 7) состояний (областям локальных диагнозов). Области локальных диагнозов образуются при наложении друг на друга ФДХ, полученных в результате варьирования значениями параметров технического состояния.

Рис. 7. Метод наибольших сечений с секущей параллельной оси абсцисс

Логика распознавания принадлежности любого участка |АВ|i , предъявленной фазовой динамической характеристики тормозной системы для каждой области локального диагноза, будет представлять собой условия:

- для случая, когда диагностический отрезок проведен параллельно оси абсцисс:

- норма; - нет нормы; (16)

- для случая, когда диагностический отрезок проведен параллельно оси ординат:

- норма; - нет нормы, (17)

где: Ртк(kд) и гТ(kд) - значения допустимого норматива диагностического признака на участке |АВ|i локального диагноза;

Ртк(kx) и Fт(kx) - значения диагностического признака на участке |АВ|i предъявленной фазовой динамической характеристики.

Третья глава посвящена разработке методик экспериментальных исследований.

Представлены методики планирования эксперимента, методика выявления функциональных связей между параметрами технического состояния ОД и их диагностическими признаками, методика оценки характеристик диагностических признаков, методика тарировки систем измерения исследовательского оборудования.

Методика проверки адекватности математической модели системы ПКМКП основана на анализе расчетных и экспериментальных ФДХ с учетом варьирования значений параметров его технического состояния. Оценка адекватности математической модели проводилась статистическими методами на основе критерия Фишера.

Для реализации методики экспериментальных исследований ФДХ тормозных систем автором был разработан и изготовлен компьютерный исследовательский комплекс, блок-схема которого представлена на рис. 8, а внешний вид на рис. 9.

Данный комплекс позволяет выполнять следующие задачи:

1) обеспечивать задание стабильного тестового воздействия на объект исследования;

2) измерять и регистрировать физические величины исследуемых параметров;

3) выполнять преобразование физических величин исследуемых параметров в форму, удобную для их обработки и передачи;

4) сохранять результаты исследований.

Рис. 8. Структурная схема компьютерного исследовательского комплекса



Рис. 9. Внешний вид компьютерного исследовательского комплекса

Для определения функциональной зависимости рабочего объема ТК от величины давления сжатого воздуха была разработана методика экспериментального исследования зависимости рабочего объема ТК от величины давления сжатого воздуха. Для реализации методики автором была разработана и изготовлена установки для исследования рабочих объемов тормозных камер.

В четвертой главе приведены результаты исследований динамического метода дифференциального диагностирования тормозных систем.

В процессе оценки адекватности математической модели системы ПКМКП получены как экспериментальные, так и расчетные ФДХ, которые представлены на рис. 10. Погрешность расчетов составляет не более 3,1 %.

Рис. 10. Фазовые динамические характеристики тормозной системы:

1 - эксперимент; 2 - расчет

В процессе исследований установлено, что на форму ФДХ тормозных систем оказывают влияние изменения величины давления в ТК, хода штока ТК и коэффициента трения между тормозным барабаном и фрикционными накладками.

При варьировании величиной давления сжатого воздуха в ТК в интервале от 0 до 0,7 МПа исследования показали, что полученные фазовые динамические характеристики при их наложении друг на друга образуют одну область локальных диагнозов DPТК (рис. 11).

Рис. 11. Область локальных диагнозов при изменении давления воздуха в тормозной камере в диапазоне от 0 до 0,7 МПа

В данной области проведена секущая параллельная оси абсцисс и соответствующая значению удельной тормозной силы гт равной 0,46. Данная величина удельной тормозной силы, в соответствии с ГОСТ Р 51709-2001, является минимально допустимой для транспортных средств категории N1-3. В соответствии с этим было установлено, что если давление в ТК объекта диагностирования не достигает величины PТК=0,37 МПа, то тормозная система не обеспечивает требований ГОСТ Р 51709-2001, предъявляемых к тормозной эффективности, и виноват в этом ПТП.

При варьировании величиной хода штока hШТ ТК в пределах от 10 до 45 мм, наложение полученных ФДХ друг на друга позволило получить две области локальных диагнозов DhШТ1 и DhШТ2 (рис. 12), соответственно на фазе наполнения и опорожнения ТК. При увеличении хода штока от 10 до 45 мм возрастает зона нечувствительности ТМ с 0,03 МПа до 0,095 МПа на фазе увеличения давления в ТК. На фазе уменьшения давления в ТК с ростом величины хода штока появляется зона запаздывания снижения тормозной силы с 0,366 до 0, 314 МПа.

Рис. 12. Диагностические признаки гт1 и гт2 при определении величины хода штока тормозной камеры

Абсциссы точек пересечения ФДХ с диагностическим участком секущей гт1, на фазе наполнения ТК функционально связаны с величиной хода штока уравнением вида

hШТ = 519,35 • РТК - 5,9. (18)

Коэффициент достоверности аппроксимации R2=0,99.

Абсциссы точек пересечения ФДХ с диагностическим участком секущей гт2, на фазе опорожнения тормозной камеры объекта диагностирования функционально связаны с величиной хода штока уравнением вида

hШТ = - 664,8 • РТК +230. (19)

Коэффициент достоверности аппроксимации R2=0,99.

На третьем этапе варьировалась величина коэффициента трения между тормозным барабаном и фрикционными накладками в диапазоне от 0,1 до 0,55.

Наложение полученных ФДХ друг на друга позволило получить две области локальных диагнозов Dм1 (рис. 13) и Dм2 (рис. 14), соответственно на фазе наполнения и на фазе опорожнения тормозной камеры.

Рис. 13. Диагностический признак Ртк1 при определении коэффициента трения между тормозным барабаном и фрикционными накладками

При увеличении коэффициента трения м от 0,1 до 0,55 наблюдается рост удельной тормозной силы гт от 0,19 до 0,7.

Ординаты точек пересечения ФДХ с диагностическим участком секущей Ртк1 (рис. 13) будут функционально связаны с величиной коэффициента трения между тормозным барабаном и фрикционными накладками уравнением вида

м = 0,77 • гт1. (20)

Коэффициент достоверности аппроксимации R2=0,99.

Рис. 14. Диагностический признак Ртк2 при определении коэффициента трения между тормозным барабаном и фрикционными накладками

При увеличении коэффициента трения м от 0,1 до 0,55 наблюдается рост зоны нечувствительности к снижению величины удельной тормозной силы гт от 0,7 до 0,308.

Ординаты точек пересечения ФДХ с диагностическим участком секущей Ртк2 (рис. 14) будут функционально связаны с величиной коэффициента трения между тормозным барабаном и фрикционными накладками уравнением вида

м = 0,796 • гт2 + 0,04. (21)

Коэффициент достоверности аппроксимации R2=0,99.

Затем были проведены аналитические исследования при варьировании величиной коэффициента трения и величиной максимального давления в тормозной камере в диапазоне от 0,1 до 0,8 МПа. В результате был получен график зависимости удельной тормозной силы от величины давления в тормозной камере и величины коэффициента трения между тормозным барабаном и фрикционными накладками, представленный на рис. 15.

Рис. 15. График зависимости удельной тормозной силы от величины давления в тормозной камере и коэффициента трения между тормозным барабаном и фрикционными накладками

Области локальных диагнозов, полученные при изменении значений параметров технического состояния тормозных систем, несут в себе диагностическую информацию. С использованием данной информации можно определять значения параметров технического состояния объекта диагностирования и давать заключение о соответствии тормозной системы предъявляемым к ней требованиям, а в случае несоответствия определять конкретную причину неисправности.

Разработанный автором алгоритм метода дифференциального диагностирования тормозных систем состоит из предварительных, подготовительных, основных и заключительных операций. Cтруктурная схема представлена на рис. 16.

Рис. 16. Структурная схема алгоритма метода дифференциального диагностирования тормозных систем АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами

Метод дифференциального диагностирования тормозных систем АТС с ПТП и реализующее его оборудование прошли производственную проверку на ЗАО «Бурятский автоцентр КамАЗ» г. Улан-Удэ в период с 2007 по 2008 год.

В результате проведенной производственной проверки было установлено, что среднее время диагностирования тормозной системы снизилось на 0,15 чел.-ч., вероятность ошибок первого рода на 22,4 %, а ошибок второго рода на 7,3 %.

В пятой главе приведены результаты расчета экономической эффективности метода дифференциального диагностирования тормозных систем АТС в условиях эксплуатации.

Экономическая эффективность диагностики тормозной системы с использованием компьютерного диагностического комплекса (КДК) составляет в среднем 184,4 рубля на одно АТС.

Кроме полученного экономического эффекта, следует отметить то, что неисправная тормозная система АТС является причиной возникновения ДТП. Реализация метода дифференциального диагностирования тормозных систем даст значительный социальный эффект за счет повышения активной безопасности АТС и сокращения количества ДТП.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснован метод дифференциального диагностирования тормозных систем АТС с пневматическим приводом, на стендах с беговыми барабанами. Метод основан на анализе информации, поступающей, как от измерительных систем тормозного стенда, так и от датчиков давления рабочего тела в ПТП АТС, с помощью которой формируются фазовые динамические характеристики функционирующей тормозной системы и определяются диагностические признаки, позволяющие оперативно выявлять причину и место возникновения неисправности тормозных систем АТС при их диагностировании.

2. Разработанная математическая модель системы «Пневматический тормозной привод - тормозная камера - тормозной механизм - колесо - опорная поверхность» как объекта диагностирования АТС с ПТП на стендах с беговыми барабанами, учитывает особенности её функционирования и обеспечивает возможность проведения аналитических исследований влияния изменений параметров технического состояния тормозной системы АТС на величину диагностических признаков, отражающих её следящее действие и быстродействие. Она включает в себя математические описания:

- газодинамических процессов, протекающих в тормозной камере, а также динамики перемещения ее подвижных элементов;

- функционирования тормозного механизма с использованием нормированной функции;

- взаимодействия колес АТС с опорными поверхностями тормозного стенда.

3. Установленные функциональные связи диагностических признаков с параметрами технического состояния тормозной системы АТС с ПТП, оказывающими значительное влияние на показатели тормозной эффективности и устойчивости АТС при торможении показывают, что:

- требование ГОСТ Р 51709-2001 по тормозной эффективности для АТС категории N1, N2, N3 выполняется при достижении величины давления в тормозной камере не менее 0,37 МПа;

- для АТС снаряженной массы, величина хода штока тормозной камеры в эксплуатационных пределах от 10 до 45 мм, при давлении в тормозных камерах 0,7 МПа не влияет на максимальную величину удельной тормозной силы. Если ход штока тормозной камеры превышает 30 мм, при давлении 0,37 МПа, то требования к тормозной эффективности по ГОСТ Р 51709-2001 не выполняются, поскольку удельная тормозная сила не достигает значения 0,46;

- если коэффициент трения м между тормозным барабаном и фрикционными накладками меньше 0,249, то при давлении в тормозных камерах 0,7 МПа удельная тормозная сила не превышает значения 0,46, и соответственно требования ГОСТ Р 51709-2001 по тормозной эффективности не выполняются.

4. Разработанный алгоритм метода дифференциального диагностирования тормозной системы АТС с ПТП на стенде с беговыми барабанами позволяет снизить вероятность ошибок первого рода на 22,4 %, ошибок второго рода - на 7,3 %, а также снизить трудоемкость диагностирования в сравнении с существующим методом на 0,15 чел./ч. Алгоритм диагностирования основан на стабильности тестового воздействия, представляющего собой нарастание давления сжатого воздуха в тормозных камерах в интервале от 0 до 0,7 МПа с темпом 0,38 МПа/с.

5. Экспериментальная проверка метода дифференциального диагностирования тормозных систем АТС с ПТП на стенде с беговыми барабанами в сравнении с существующим методом показала, что трудоемкость диагностирования снижена на 33%, экономическая эффективность компьютерной диагностики тормозных систем с использованием КДК составляет в среднем 184,64 руб. на одно АТС. Годовой экономический эффект от внедрения разработанного метода диагностирования тормозных систем АТС в ЗАО «Бурятский автоцентр КамАЗ», составляет 301 332,5 руб.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих печатных работах

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ для кандидатских диссертаций

1. Смолин А.А. Экспериментальные исследования влияния технического состояния тормозных механизмов на характер протекания тормозных сил, [Текст]: / В.Ю. Ткачев, И.М. Григорьев, А.А. Смолин// Вестник ИрГТУ. - 2008. - Вып. 2. - С. 28-30

2. Смолин А.А. Исследование процесса торможения автомобильного колеса на стенде с беговыми барабанами, [Текст]: / И.М. Григорьев, А.А. Смолин // Вестник ИрГТУ. - 2008. - Вып. 4. - С. 63-71

Опубликованные в других изданиях

3. Смолин А.А. Диагностирование автомобилей в условиях эксплуатации, [Текст]: / И.П. Терских, А.А. Смолин, Ю.Г. Хантаев// Совершенствование рабочих органов с.-х. машин, рациональное техническое обслуживание машин: сб. науч. тр. / Иркут. с.-х. ин-т. - Иркутск, 1988. - С.100-103.

4. Смолин А.А. Теоретические предпосылки диагностирования автомобилей дифференциально-энергетическим методом, [Текст]: / И.П. Терских, А.А. Смолин // Эксплуатация и ремонт с.-х. техники в условиях агропромышленного комплекса Восточной Сибири: сб. науч. тр. / Иркут. с.-х. ин-т. - Иркутск, 1989. - С. 29-33.

5. Смолин А.А. Разработка способа диагностирования технического состояния автотранспортного средства, [Текст]: / И.П. Терских, А.И. Федотов, А.А. Смолин // Эксплуатация и ремонт с.-х. техники: сб. науч. тр. / Иркут. с.-х. ин-т. - Иркутск, 1990. - С. 94-99.

6. Смолин А.А. Определение характера неисправности автомобиля дифференциально-энергетическим способом, [Текст]: / А.А. Смолин // Эксплуатация и ремонт с.-х. техники в условиях агропромышленного комплекса Восточной Сибири: сб. науч. тр. / Иркут. с.-х. ин-т. - Иркутск, 1991 г. - С. 76-82.

7. Смолин А.А. Компьютерный комплекс для исследования функционирования системы «пневматический тормозной привод - тормозная камера - тормозной механизм - колесо - тормозной стенд», [Текст]: / А.А. Смолин // Повышение эффективности эксплуатации автотранспортных средств на основе современных методов диагностирования: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (Иркутск, 30 мая - 1 июня 2007 г.). - Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2007. - С. 224-227.

8. Смолин А.А. Система измерения диагностических признаков компьютерного комплекса для исследования функционирования системы «пневматический тормозной привод - тормозная камера - тормозной механизм - колесо - тормозной стенд», [Текст]: / А.А. Смолин, А.И. Федотов // Повышение эффективности эксплуатации автотранспортных средств на основе современных методов диагностирования: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (Иркутск, 30 мая - 1 июня 2007 г.). - Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2007. - С. 227-230.

9. Смолин А.А. Пневматический блок компьютерного комплекса для исследования фазовых динамических характеристик тормозных систем автомобилей, [Текст]: / А.А. Смолин // Повышение эффективности эксплуатации автотранспортных средств на основе современных методов диагностирования: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (Иркутск, 30 мая - 1 июня 2007 г.). - Иркутск: изд-во ИрГТУ, 2007. - С. 230-232.

10. Смолин А.А. Математическое моделирование процессов функционирования пневматической тормозной камеры автомобиля, [Текст]: / А.И. Федотов, А.А. Смолин // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию И.П. Терских, 2007г. - Иркутск, 2007.- С. 150-153.

11. Смолин А.А. Устройство для экспериментальных исследований тормозных камер пневматического тормозного привода автомобилей, [Текст]: / А.И. Федотов, А.А. Смолин // Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 75-летию И.П. Терских, 2007г. - Иркутск, 2007. - С. 153-155.

12. Смолин А.А. Фазовые динамические характеристики системы «тормозная камера - тормозной механизм - колесо - опорная поверхность», [Текст]: / А.И. Федотов, А.А. Смолин // Проблемы и достижения автотранспортного комплекса: - Материалы VI Всерос. науч.-техн. конф. (Екатеринбург, 2008). - Екатеринбург: изд-во УГТУ-УПИ, 2008.- С. 203-205.

Патенты Российской Федерации

13. Пат. № 2333468, МПК8 В60Т 17/22(2006.01) Способ измерения рабочих объемов и проверки герметичности пневматических тормозных камер и устройство для его осуществления / Федотов А.И., Смолин А.А., Григорьев И.М; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. техн. ун-т. - №2007110450; заявл. от 21.03.2007; опубл. 10.09.2008.

14. Пат. № 2345915, МПК8 В60Т 17/22(2006.01) Способ дифференциального диагностирования тормозных систем автотранспортных средств с пневматическим тормозным приводом и устройство для его осуществления / Федотов А.И., Смолин А.А., Григорьев И.М., Ткачев В.Ю.; заявитель и патентообладатель Иркут. гос. техн. ун-т. - №2007138376; заявл. от 16.11.2007; опубл. 10.02.2009.

Размещено на Allbest.ru