Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

Спеціальність 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту

УДК 629.017

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ВПЛИВ НЕСТАБІЛЬНОСТІ ХАРАКТЕРИСТИК ШИН НА НЕРІВНОМІРНІСТЬ ЇХНЬОГО НАВАНТАЖУВАННЯ І СТІЙКІСТЬ РУХУ АВТОМОБІЛІВ

Абдулгазіс Азіз

Умерович

Сімферополь - 2011

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Республіканському вищому навчальному закладі «Кримський інженерно-педагогічний університет» та Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Подригало Михайло Абович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри технології машинобудування і ремонту машин.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент Кравченко Олександр Петрович, Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля, завідувач кафедри автоніки та управління на транспорті;

кандидат технічних наук, Ларін Олексій Олександрович, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», старший викладач кафедри динаміки та міцності машин.

Захист відбудеться “ 30 ” березня 2011 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д?64.059.02 Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розіслано “ 25 ” лютого 2011 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради І. С. Наглюк

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Традиційні способи комплектації шин (у тому числі і здвоєних) не забезпечують необхідної довговічності під час експлуатації. На складених колесах зі здвоєними шинами утворюються потоки паразитної потужності, що циркулює у замкненому контурі й спричинює додаткові втрати на тертя між рушієм і дорогою. Зазначене призводить до інтенсивного зношування шин, зниження коефіцієнта зчеплення їх з дорогою, а також до втрати стійкості руху автомобіля на мокрій дорозі та, особливо, під час ожеледиці.

Кінематична невідповідність шин виникає не тільки через розходження їхніх статичних (динамічних) радіусів, але й через розходження фізико-механічних показників гуми протектора, корду та інших елементів шини, а також у зв'язку з низкою факторів виробничого й експлуатаційного характеру, що не завжди беруться до уваги. Ефективне застосування технічних засобів вимірів, стендів і суворо нормованих параметрів можливе за наявності раціональних методів комплектації шин, у тому числі й здвоєних, установлюваних на складених колесах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася:

- відповідно до постанови Національної ради з питань безпеки життєдіяльності населення № 3 від 25 грудня 1997 року «Про відповідність вимог охорони праці машин, транспортних засобів, устаткування, що виготовляється в Україні»;

- згідно з договором між РВНЗ «Кримський інженерно-педагогічний університет» і Міністерством освіти і науки Автономної республіки Крим №6/2006 від 11 травня 2006 року.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є поліпшення стійкості руху автомобілів і ресурсу шин удосконалюванням технології комплектування й контролю технічного стану шин.

Для досягнення зазначеної мети необхідно вирішити такі завдання:

- дослідити стійкість автомобіля за нерівномірності динамічних радіусів одинарних коліс радіальних бортів;

- провести теоретичне й експериментальне дослідження навантажуваності здвоєних шин тягових коліс;

- здійснити теоретичне дослідження контакту автомобільних коліс із дорогою;

- удосконалити технологію контролю якості встановлення шин здвоєних коліс.

Об'єкт дослідження - процес взаємодії групи коліс із дорогою за нестабільності геометричних і фізико-механічних характеристик шин.

Предмет дослідження - оцінювання впливу точності виготовлення, нестабільності радіальної твердості й внутрішнього тиску повітря шин на нерівномірність їхнього зношування та стійкість руху автомобілів.

Методи дослідження. У теоретичній частині використаються методи математичного аналізу, розв'язання диференціальних рівнянь, теорії ймовірностей і математичної статистики, теорії подібності. В експериментальній частині використовуються методи електричного виміру механічних величин.

Наукова новизна роботи полягає в тому, що:

- уперше отримано взаємозв'язок співвідношення динамічних радіусів тягових коліс лівого й правого бортів з кутовою швидкістю рискання автомобіля;

- уперше визначено вплив конструктивних параметрів шин і автомобіля, а також експлуатаційних факторів на розподіл вертикальних реакцій між шинами здвоєних коліс;

- одержала подальший розвиток феноменологічна модель шини, що дозволило визначити вплив нерівномірності вертикальних реакцій дороги на нерівномірність зношування шин здвоєних коліс.

Практичне значення отриманих результатів полягає у виробленні рекомендацій з контролю якості, підбирання шин спарених коліс, розробленні схеми їхнього переставляння у процесі експлуатації. Зазначені результати використовуються в ТОВ «Сімсітітранс». В Інституті машин та систем при розробці перспективного типажу вітчизняних автомобілів використовуються математична модель контакту пневматичної шини з дорогою та методика стендових досліджень шин.

Запропоновані конструкції стендів з контролю шин упроваджено в навчальний процес кафедри експлуатації та ремонту автомобілів Республіканського вищого навчального закладу «Кримський інженерно-педагогічний університет».

Особистий внесок здобувача. Теоретичні й експериментальні результати досліджень, що виносяться на захист, отримані автором самостійно й переважно викладені в роботах, опублікованих без співавторів [2, 3, 11, 14].

У спільних зі співавторами роботах здобувач має такі особисті досягнення:

- визначено вплив співвідношення динамічних радіусів тягових коліс на стійкість автомобіля [4];

- визначено несну здатність у багаторівчаковому клинопасовому приводі [5];

- запропоновано метод визначення тангенціальної навантажуваності здвоєних непривідних коліс транспортних засобів [6, 16];

- визначено максимальну різницю динамічних радіусів тягових коліс за умовою відсутності бічного відведення автомобіля [7];

- визначено навантажування елемента шини в плямі контакту колеса з дорогою [8, 13];

- здійснено оцінювання нерівномірності розподілу вертикальних реакцій дороги між здвоєними колесами [9];

- визначено вертикальні реакції опор на різних колесах ведучого моста автомобіля [10, 15];

- здійснено оцінювання можливості виникнення рискання двохосьового автомобіля за нерівномірності динамічних радіусів тягових коліс [12].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації розглядалися на наукових семінарах кафедри технології машинобудування і ремонту машин ХНАДУ, кафедри експлуатації і ремонту автомобілів РВНЗ «Кримський інженерно-педагогічний університет» (2004-2010), доповідалися й обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях «Прогресивні напрямки розвитку машино-приладобудівних галузей і транспорту» (Севастополь, 2001; Севастополь 2002), а також I та II всекримських наукових конференціях «Проблеми наукового зростання молодих учених» (Сімферополь, 2005; Сімферополь 2006).

Публікації. Основні результати роботи опубліковано: в монографії, написаній у співавторстві, 11 статтях у спеціалізованих наукових журналах, що входять у перелік ВАК України, 4 збірниках тез доповідей на міжнародних конференціях, 10 патентах на корисну модель.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, чотирьох додатків і списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації складає 214 сторінок, у тому числі і 38 рисунків на 19 сторінках, 16 таблиць на 8 сторінках; список використаних джерел (108 найменувань) на 12 сторінках; додатки на 43 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету й основні завдання дослідження, окреслено об'єкт і предмет дослідження, визначено наукову новизну, практичне значення та цінність отриманих результатів.

У першому розділі наведено аналітичний огляд відомих досліджень й обґрунтовано обраний напрямок роботи. Проаналізовано причини, що визивають нестабільність динамічних радіусів коліс та їх вплив на стійкість руху автомобіля, а також висвітлено проблему нерівномірності зношування здвоєних шин.

Порушення курсової стійкості автотранспортних засобів визнано причиною великої кількості дорожньо-транспортних пригод. Важкі наслідки цих явищ вимагають глибокого дослідження причин їхнього виникнення й уживання всебічних заходів з метою їхнього запобігання у подальшому.

Дослідженню питань поліпшення стійкості руху автомобілів і ресурсу шин присвячено роботи Д. О. Антонова, В. О. Богомолова, В. П. Волкова, В. М. Дугельного, Ю. О. Єчеїстова, В. О. Карпенка, Д. М. Клеца, В. І. Кнороза, К. С. Колесникова, О. П. Кравченка, О. О. Ларіна, А. С. Литвинова, О. М. Ляпунова, Я. М. Певзнера, М. А. Подригало, В. П. Сахна, А. М. Туренка, О. С. Федосова, Є.О. Чудакова та ін.

Проведений аналіз робіт з дослідження характеристик шин та їхнього впливу на стійкість руху автомобіля дозволив констатувати, що на сьогодення не існує рекомендацій щодо визначення параметрів руху автомобіля з відведенням під дією поворотного моменту, викликаного різницею динамічних радіусів. Досі не вироблено системного підходу до комплектації здвоєних шин, що враховував би підбір внутрішнього тиску в шинах з урахуванням допуску на виготовлення шини (за зовнішнім діаметром), на різницю глибин протектора (допусків на різницю статичних і динамічних радіусів коліс). Відсутні також чіткі рекомендації із забезпечення рівномірного зношування здвоєних шин без значного ускладнення конструкції ведучих мостів. У другому розділі досліджено стійкість автомобіля за нерівномірності динамічних радіусів одинарних коліс різних бортів. Поява різниці динамічних радіусів створює ефект «скочуваного конуса», тобто міст прагне розвернутися в бік колеса, у якого динамічний радіус менший.

За бортової нерівномірності динамічних радіусів коліс стійкість автомобіля проти заносу пропонується оцінювати за коефіцієнтом стійкості



де L - поздовжня колісна база автомобіля, L = a+ b.

Графіки залежностей при різних значеннях для автомобілів кожного із зазначених типів подано на рис. 1. Стійкість автомобіля проти заносу забезпечується при .

Для пари коліс, установлених на одному ведучому мосту для певного моменту часу t, зміна динамічного радіуса колеса визначається у такий спосіб

де - вільний радіус колеса;

, - вертикальне навантаження на колеса й радіальна твердість шини;

- коефіцієнт пропорційності між квадратом кутової швидкості колеса й відцентровою силою, прикладеною до колеса;

- зведена тангенціальна твердість колеса.

1. Залежність : а) для задньопривідних автомобілів (1 - BMW318i, 2 - VW 1600, 3 - MCC Smart); б) для передньопривідних автомобілів (1 - ALFA Romeo 166, 2 - SEAT Toledo, 3 - ВАЗ-2110); в) для повнопривідних автомобілів (1 - FORD Explorer, 2 - ВАЗ-21213, 3 - AUDI A6)

Проведення вимірів зовнішніх діаметрів шин автомобілів в умовах експлуатації (особливо шин здвоєних коліс) вимагає або спеціально підготовленої площадки, або спеціального стенда. Необхідні також спеціальні міряльні пристрої. Такі пристрої було розроблено на основі штангенциркулів, що мають точність вимірів до 0,05 мм.

Для вимірів використовувалися шини 185/75R16C, що встановлюються на автомобілях ГАЗель 3221, і шини 260-508Р автомобілів сімейства КамАЗ. Для автомобілів зі здвоєними шинами були розроблені конструкції міряльних пристроїв, що дозволяють визначати без демонтажних робіт заміри вільних діаметрів внутрішньої й зовнішньої шин (див. рис. 2).

Під час проведення вимірів вимірювана пара коліс розвантажувалася за допомогою домкрата до повного відриву від полотна дороги. Виміри здійснювалися в трьох діаметральних площинах колеса, розташованих одна до одної під кутом 120°. За результатами вимірів визначалася різниця зовнішніх (вільних) діаметрів шин. Результати вимірів різниці зовнішніх діаметрів шин, у вигляді неупорядкованого варіаційного ряду, подано в таблицях 1 і 2. Результати статистичних досліджень вказують на те, що в здвоєних коліс автомобілів КамАЗ різниця діаметрів досягає 28 мм, а в автомобілів ГАЗель - 6 мм.

Таблиця 1 Результати вимірів різниць вільних діаметрів здвоєних шин автомобілів КамАЗ

Інтервали різниць діаметрів	Середні значення інтервалів	Частота одиниць	Частість, %
0...4,0	2,0	28	50,6
4,1...8,0	6,0	15	26,1
8,1…...12,0	10,0	5	8,9
12,1...16,0	14,0	3	5,4
16,1...20,0	18,0	3	5,4
20,1. ..24,0	22,0	1	1,8
24,1...28,0	26,0	1	1,8

Таблиця 2 Результати вимірів різниць вільних діаметрів здвоєних шин автомобілів ГАЗ-3221

I	II	III	IV
0,5	4,0	4,5	5,6
4,0	3,1	3,0	0,2
3,9	0,3	2,0	2,5
3,5	0,0	2,1	2,5
3,1	0,6	4,5	2,0
2,5	2,0	0,6	0,8
1,0	0,5	0,2	0,4
0,9	1,6	1,4	1,1
1,8	1,0	1,6	2,0

У третьому розділі досліджено навантажуваність здвоєних шин задніх ведучих мостів автомобілів.

Схема динамічного навантажування у вертикальній площині ведучого моста автомобіля зі здвоєними шинами подано на рис. 5. Рівняння рівноваги моста у вертикальній площині за відсутності бічних сил є таким

де - вертикальні реакції дороги на зовнішніх колесах;

вертикальні реакції дороги на внутрішніх колесах і-го ведучого моста;

- вертикальне навантаження на i-ий ведучий міст;

l - зсув вертикального навантаження щодо поздовжньої осі симетрії автомобіля;

D - відстань між площинами симетрії шин суміжних здвоєних коліс (див. рис. 5)

 Для оцінювання нерівномірності розподілу вертикальних реакцій дороги між здвоєними колесами введемо показник - середній коефіцієнт навантажування внутрішнього колеса.

Коефіцієнти навантажування внутрішнього й зовнішнього колеса, відповідні конкретній реалізації навантаження, подаємо у такий вигляд:

; .

Для експериментального оцінювання нерівномірності розподілу вертикальних реакцій між здвоєними колесами автомобіля розроблено спеціальний стенд, що являє собою дві лижви, виконані з балок-швелерів.

Схема стенда для експериментального дослідження розподілу вертикального навантаження між шинами здвоєних коліс: 1 - здвоєні колеса ведучого моста автомобіля; 2 - лижви; 3 - динамометри; 4 - шарнірна опора; 5 - опора динамометрів; 6 - упора для коліс

Програмою-методикою проведення експериментальних досліджень передбачено вимірювання вертикальних реакцій на кожній з пари коліс заднього моста автомобіля ГАЗ-33021 «Газель» за різних величин внутрішнього тиску повітря в шинах. Тиск у шинах змінювався у межах р = 350…220 кПа. На цій моделі автомобіля встановлюються радіальні шини розміром 185-75R16С.

Використовувалися шини, в яких зовнішні діаметри у вільному стані були рівними й складали Dзовн = Dвн = 686 мм. Також установлювалися внутрішні й зовнішні колеса різного діаметра: Dвн > Dзовн; Dвн = 689 мм; Dзовн = 686 мм, а також - Dвн < Dзовн; Dвн = 686 мм; Dзовн = 689 мм.

Фотокартки експериментального стенда й розташування автомобіля на стенді (вид збоку)

Аналіз результатів експериментів, поданий у таблицях 4 й 5, дозволяє констатувати, що при Dвн > Dзовн одержати не вдається навіть у разі зниження Кр до значення 0,629 (табл. 3).

При Dвн < Dзовн одержання можливе за умови збільшення Кр від значення 1,000 до величини Кр = 1,167. Це означає, що у разі встановлення здвоєних шин на колеса ведучих мостів на зовнішньому боці слід встановлювати шини більшого діаметра, а на внутрішньому - меншого.

Таблиця 3 Розподіл вертикальних реакцій між здвоєними колесами при Dвн = 689 мм; Dзовн = 686 мм

Тиск повітря у внутрішній шині Рвн, кПа	350	320	300	270	250	220
Навантаження на внутрішню шину , кН	3,289	3,199	3,169	3,109	3,020	2,930
Тиск повітря в зовнішній шині, Рзовн, кПа	350	350	350	350	350	350
Навантаження на зовнішню шину , кН	2,392	2,452	2,511	2,541	2,571	2,661
Сумарне навантаження на колеса , кН	5,681	5,681	5,680	5,650	5,591	5,591
Співвідношення тисків у шинах, Кр	1,000	0,941	0,857	0,771	0,714	0,629
Коефіцієнт навантажування внутрішнього колеса,	0,579	0,566	0,558	0,550	0,540	0,524

Таблиця 4 Розподіл вертикальних реакцій між здвоєними колесами при Dзовн = 689 мм; Dвн = 686 мм

Тиск повітря у внутрішній шині Рвн, кПа	350	350	350	350	350	350
Навантаження на внутрішню шину , кН	2,691	2,780	2,810	2,870	2,900	2,960
Тиск повітря в зовнішній шині, Рзовн, кПа	350	320	300	270	250	220
Навантаження на зовнішню шину , кН	2,930	2,840	2,810	2,751	2,691	2,661
Сумарне навантаження на колеса , кН	5,621	5,620	5,620	5,621	5,591	5,621
Співвідношення тисків у шинах, Кр	1,000	1,094	1,167	1,296	1,400	1,591
Коефіцієнт навантажування внутрішнього колеса,	0,479	0,495	0,500	0,510	0,519	0,527

Абсолютна похибка виміру, оцінювана за величиною наведеного значення середньоквадратичного відхилу, не перевищувала половини ціни поділки. При ціні поділки шкали динамометра U2 = 0,05 кН величини 0,069 кН, а 0,012 кН, що також менше половини ціни поділки шкали динамометра.

У результаті обробки експериментальних даних необхідно було визначити залежність, що зв'язує розподіл вертикальних реакцій між парою здвоєних коліс. Для цього пропонуємо таку експонентну залежність:

де Кр - співвідношення внутрішніх тисків в шинах;

В, С - коефіцієнти регресії.

На рис. 8 і рис. 9 подано графіки сталої (6), побудовані для аналізованих варіантів навантажування.

З таблиці 5 видно, що максимальна відносна похибка апроксимації не перевищує 8,12%, а середня відносна похибка складає 6,73%. Ця похибка є незначною.

Залежність коефіцієнта вертикального навантаження на внутрішнє колесо від співвідношення внутрішніх тисків повітря в шинах:

1 - 2 -

Залежність коефіцієнта вертикального навантаження на внутрішнє колесо від співвідношення внутрішніх тисків у шинах:

1 - при 2 - при

Таблиця 5 Оцінка похибки апроксимації при використанні виразу

1,000	0,914	0,857	0,771	0,714	0,629
0,579	0,566	0,558	0,550	0,540	0,524
0,532	0,525	0,521	0,513	0,507	0,495
0,047	0,041	0,037	0,037	0,033	0,029
8,12	7,24	6,63	6,73	6,11	5,53

Залежність може використовуватися для будь-яких варіантів навантажування здвоєних коліс, відмінних від тих, що розглядалися. У цьому випадку для визначення коефіцієнтів регресії В і С доцільно використати інтер- та екстраполяцію.

У четвертому розділі здійснено теоретичне дослідження контакту автомобільних коліс із дорогою.

Для визначення погонного навантаження в плямі контакту одиночного колеса з дорогою використовувався феноменологічний підхід і прийнято припущення про те, що робоча поверхня шини є циліндричною. На рис. 10 подано розрахункову схему статичного навантажування нерухомого автомобільного колеса в поздовжній площині у разі знаходження на недеформувальній (твердій) опорній поверхні.

Вертикальна й горизонтальна складові погонної сили пружності визначаються у такий спосіб:

Сили тертя в плямі контакту шини з дорогою з двох боків від вертикальної осі OZ спрямовані в різні сторони (див. рис. 10). На ділянці елементарні сили тертя спрямовані ліворуч, а на ділянці - праворуч.

Зміна наведеної сили під час коливального навантажування колеса вертикальним навантаженням можливе, наприклад, під час проведення випробувань шин, пов'язаних з визначенням їх жорсткісних і демпфувальних характеристик. колесо борт автомобільний шина

де амплітуда зміни величини .

Під час обертання веденого колеса (ненавантажуваного крутним або гальмовим моментом) усі точки плями контакту послідовно (від точки А - входу в контакт і до точки С - виходу з нього) одержують додаткові переміщення уздовж осей і , спричинені деформаціями.

Залежність коефіцієнта f опору коченню від вертикального навантаження на колесо й радіальної твердості колеса подаємо так:

Залежності й для шини 185 - 75 R16С при

У п'ятому розділі нами запропоновано вдосконалену технологію контролю якості й установлення шин здвоєних коліс.

Значна різнорозмірність шин здвоєних коліс, що призводить до різниці їхніх радіальних деформацій, є однією із причин нерівномірності зношування, а в низці випадків - до втрати зчеплення коліс із дорогою. З метою виключення подібного явища виникла необхідність у розробленні методики й створенні устаткування для раціональної комплектації шинами здвоєних коліс. Для контролю розмірів між собою та комплектації здвоєних шин без демонтажу та з демонтажем нами розроблено відповідний стенд (рис. 12). Електронна частина стенда складається з персонального комп'ютера, блока передавання даних PICDEM 2 PLUS, плати сполучення аналогових сигналів, плати оптопари з відкритим каналом. Експеримент проводиться за розімкнених і замкнених колесах. Радіальне навантаження коліс здійснюється за допомогою пружинного навантажувального пристрою.

Розроблено експрес-методику контролю якості шин, згідно з якою обмірювання шин здійснювалося ступенево, починаючи з тиску повітря в шинах 0,13 МПа, тобто з мінімального припустимого значення, при якому шина може ще перекочуватися без ушкоджень. На кожному наступному етапі тиск підіймався за допомогою помпи на 0,02 МПа, і шина піддавалася обмірюванню. Тиск у шинах контролювався за допомогою зразкового манометра із ціною поділки 0,005 МПа.

Зробивши останнє обмірювання шини за тиску 0,33 МПа, починалося поетапне його зниження з тим же кроком 0,02 МПа, витримуючи й у випадку накачування шини, й у випадку зниження тиску шини тимчасові паузи на 15 хв. Останній вимір статистичного діаметра шини здійснювався тоді, коли тиск знижувався в ньому до початкового - 0,13 МПа.

Фотокартки стенда для комплектації здвоєних коліс: а - загальний вигляд; б - вигляд згори

На рис. 13 та в таблиці 6 подано результати випробувань одного зразка шини.

Таблиця 6 Утворення залишкової деформації під час зміни тиску в шинах марки Voltyre

У разі підвищення тиску, мм	У разі зниження тиску, мм	Тиск, МПа	Різниця, мм
696,2	696,3	0,13	0,1
696,2	696,4	0,17	0,2
696,3	696,4	0,21	0,1
696,3	696,4	0,25	0,1
696,3	696,5	0,29	0,2
696,6	696,6	0,33	0

У процесі експлуатації здвоєні шини не повинні розпарюватися. При цьому рекомендується після пробігу 10000 км робити переставляння шин за поданою нижче схемою (рис. 14).

Умовою забезпечення рівномірності зношування шин здвоєних коліс є реалізація рівномірності вертикальних реакцій на цих колесах. Для вирішення зазначеного завдання нами запропоновано установку, що регулюванням тиску в шинах забезпечує рівномірність вертикальних реакцій на здвоєних колесах.

На рис. 15 подано схему установки для контролю навантаження на здвоєні шини коліс транспортного засобу, вигляд збоку.

Застосування установки дозволяє автоматично визначати величину навантаження на здвоєні шини транспортного засобу, підвищувати або зменшувати в них тиск повітря до робочого значення й вирівнювати на них реакції дороги.

ВИСНОВКИ

1. Проведений аналіз наукових джерел уможливлює констатувати, що:

- у відомих дослідженнях не розглянуто рух автомобіля під дією поворотного моменту, спричиненого різницею динамічних радіусів тягових коліс різних бортів, а також не вироблено критеріїв оцінювання стійкості автомобіля в цьому режимі руху;

- досі відсутній системний підхід до підбирання здвоєних шин, що забезпечував би їхнє рівномірне зношування, а це зумовило, відповідно, відсутність математичних моделей, що враховують пружне ковзання шини в плямі контакту.

2. Отримані аналітичні залежності дозволили визначити вплив різниці динамічних радіусів тягових одинарних коліс різних бортів на величини дотичних реакцій і поворотних моментів автомобіля. Крім того, визначено вплив коефіцієнта блокування диференціала ведучого моста на стійкість автомобіля за різниці динамічних радіусів коліс, а також вплив технологічних і динамічних факторів на зміну в часі величин динамічних радіусів (і їхньої різниці) лівих і правого одиночних коліс ведучого моста автомобіля.

3. Проведене статистичне оцінювання нерівномірності зовнішніх діаметрів шин автомобільних коліс в експлуатаційних умовах показало, що максимальна різниця зовнішніх діаметрів може досягати 6 мм для шин автомобілів ГАЗ-3221 і 28 мм - для шин автомобілів КамАЗ. Це підтверджує необхідність розроблення методу раціональної комплектації шин з урахуванням їхньої різнорозмірності.

4. Запропонований імовірнісний метод дозволив визначити, що середнє значення вертикальних реакцій дороги на внутрішньому колесі здвоєних шин вище, ніж на зовнішньому. Зі зростанням навантаження на ведучий міст більшає деформація його балки й частка вертикального навантаження, що діє на внутрішні колеса. Для автомобіля ГАЗ-3221 середній коефіцієнт навантажування внутрішнього колеса qzi складає 0,591.

5. У результаті проведених теоретичних й експериментальних досліджень визначено залежність коефіцієнта навантажування внутрішньої шини здвоєних коліс від навантаження на міст, різниці вільних діаметрів шин і співвідношень внутрішнього тиску повітря в шинах. Під час установлення шин на автомобіль необхідно на зовнішні колеса монтувати шини більшого діаметра, а на внутрішні - меншого, що уможливить шляхом підбору співвідношення тиску повітря у шинах забезпечити їхню рівну навантажуваність.

6. Використання феноменологічного підходу до складання математичної моделі пневматичної шини дозволило визначити:

- поздовжню горизонтальну й вертикальну погонні навантаження в плямі контакту нерухомого автомобільного колеса;

- зведену вертикальну силу сухого тертя, обумовлену тертям у плямі контакту, а також закон її зміни у разі зміни вертикального навантаження на колесо за гармонійним законом;

- визначити потужність тертя в плямі контакту колеса з дорогою й умовний коефіцієнт буксування;

- визначити коефіцієнт опору коченню, обумовлений тертям у плямі контакту й застосуванням до коліс крутного моменту.

7. Зі збільшенням навантаження на внутрішні колеса збільшується зношування протектора зовнішніх коліс і, навпаки, зі збільшенням навантаження на зовнішнє колесо відбувається збільшення зношування протектора внутрішніх коліс. Рівномірне зношування протекторів обох шин здвоєних коліс можливий тільки за їх рівномірної навантажуваності вертикальними реакціями дороги.

8. Запропоновані конструкції стенда й методика комплектації здвоєних шин дозволяють знизити нерівномірність їх навантажування, нерівномірність зношування протектора й збільшити довговічність. Проведені на стенді експериментальні дослідження дозволили одержати такі результати:

- розходження статичних радіусів здвоєних коліс призводить до нерівномірного радіального їх навантажування;

- зазначена різниця зі збільшенням радіального навантаження зменшується;

- у міру збільшення радіального навантаження тиск повітря в шинах збільшується.

9. З використанням запропонованої експрес-методики контролю якості й підбирання шин отримано такі результати:

- чим нижчою є ресурс гуми, тим більшим є залишкове подовження діаметра шин; за залишковим подовженням діаметра шини можна розмірковувати й робити висновок про якість шиноматеріалу, а, отже, і про самі шини;

- за гістерезис у залежності D=f(p) відповідальна пластична частина деформації; якнайбільший внесок En у загальну деформації, то якнайбільшою є ширина гістерезису Дd, а якість гуми пов'язана з високоеластичною частиною Eв загальної деформації; чим меншим є Дd, тим вищою якість гуми.

10. Запропоновані рекомендації з технології проведення комплектації шин тягових здвоєних коліс, схеми їхнього переставляння, а також спосіб забезпечення рівності вертикальних реакцій дороги на шинах дозволяють збільшити ресурс шин і стабільність експлуатаційних властивостей автомобілів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Динамика колеса и устойчивость движения автомобиля: [монография] / Абдулгазис У.А., Абдулгазис А.У., Клец Д.М., Подригало М.А. - Симферополь: ДИАЙПИ, 2010. - 208 с.

2. Абдулгазис А. У. Анализ схем тангенциональной нагруженности спаренных шин приводных и неприводных колес автотранспортных средств // Автомобильный транспорт : сб. научн. трудов ХНАДУ / А. У. Абдулгазис. - Харьков, 2003. - Вып. 13. - С. 188-190.

3. Абдулгазис А. У. Вероятностный метод определения реакции дороги на шины сдвоенных колес автомобилей / А. У. Абдулгазис // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. Технические науки. - Симферополь : НИЦ КИПУ, 2009. - Вып. 20. - С. 5-9.

4. Абдулгазис А. У. Влияние соотношения динамических радиусов ведущих колес на устойчивость автомобиля против заноса / А. У. Абдулгазис, М. А. Подригало, Д. М. Клец // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. Технические науки. - Симферополь, 2008. - Вып. 11 - С. 10-15.

5. Абдулгазис А. У. Графическое отображение несущей способности в многоручьевом клиноременном приводе / А. У. Абдулгазис, Н. И. Хабрат // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2001. - № 11. - С. 16-17.

6. Абдулгазис А. У. Графоаналитический метод определения тангенциальной нагруженности сдвоенных неприводных колес транспортных средств / Н. И. Хабрат, У. А. Абдулгазис, А. У. Абдулгазис // Тракторы и сельскохозяйственные машины. - 2003. - № 4. - С. 29-30.

7. Абдулгазис А. У. Исследования бокового увода автомобиля при разности динамических радиусов ведущих колес // Вiстi Автомобiльно-дорожнього iнституту : наук.-вироб. зб. / М. А. Подригало, Д. М. Клец, А. У. Абдулгазис. - Горлiвка : АДI ДонНТУ, 2008. - №2(7). - С 41-50.

8. Абдулгазис А. У. Модель контакта неподвижного автомобильного колеса с дорогой / М. А. Подригало, А. У. Абдулгазис, Д. М. Клец // Вiсник Схiдноукрапнського нацiонального унiверситету iм. В. Даля : [науковий журнал]. - Луганськ, 2009. - № 11(141). - С. 13-17.

9. Абдулгазис А. У. Определение тангенциальной нагруженности сдвоенных шин неприводных колес транспортных средств / Н. И. Хабрат, А. У. Абдулгазис, У. А. Абдулгазис // Сб. научн. работ КГАУ.- Симферополь, 2002. - Вып. 77. - С. 65-67.

10. Абдулгазис А. У. Переменность рабочего радиуса колеса как проявление неоднородности вертикальной жесткости шин автотранспортных средств / А. У. Абдулгазис, Н. Б. Аблаев, Ф. А. Алиев // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. Технические науки. - Симферополь : НИЦ КИПУ, 2008. - Вып 16. - С. 78-80.

11. Абдулгазис А. У. Стенд для комплектации шин, устанавливаемых на колеса автотранспортных средств спарено // Автомобильный транспорт : сб. научн. трудов ХНАДУ / А. У. Абдулгазис. - Харьков, 2005 - Вып. 16. - С. 53-55.

12. Абдулгазис А. У. Угловая скорость рыскания двухосного автомобиля при неравномерности динамических радиусов ведущих колес / М. А. Подригало, А. У. Абдулгазис // Вiсник Нацiонального транспортного унiверситету. - К. : НТУ, 2008. - Вип. 16. - С. 95-98.

13. Патент 51319 А Україна, МПК (2009) G 01 M 17/02 Установка для контролю навантаження на здвоєні шини коліс транспортного засобу / Абдулгазiс А. У., Абдулгазiс У. А., Аврунiн Г. А., Подригало М. А., Феватов С. А. (Україна). - u 2010 00747; заявл. 26.07.10, Бюл. №13.

14. Пат. 71249 А Україна, МПК 7G 10 М17/02. Стенд для комплектування шин автотранспортних засобів / Абдулгазіс А. У.; заявник і власник патенту А. У. Абдулгазіс. - № 2003121392; заявл. 11.12.03 ; опубл. 15.11.04, Бюл. № 11.

15. Пат. 19261 Україна, МПК (2006) G 01 М 17/02. Спосіб вихідного контролю якості виготовлення і кінематичної відповідності шин транспортного засобу / Абдулгазіс А. У., Хабрат М. І., Абдулгазіс У. А., Мевлют Ш. Т. ; заявник і власник патенту А. У. Абдулгазіс. - № u 200605622; заявл. 23.05.06 ; опубл. 15.12.06, Бюл. № 12.

16. Пат 48454 Україна МПК (2009) G 01 M 17/00. Установка для контролю навантаження в спарених шинах коліс транспортних засобів / Абдулгазіс А. У., Подригало М. А., Хабрат М. I., Феватов С. А.; заявник і власник патенту Абдулгазіс А. У.. - № а 200815066; - заявл. 26.12.08; опубл. 25.03.10 Бюл.№6.

АНОТАЦІЇ

Абдулгазіс А. У. Вплив нестабільності характеристик шин на нерівномірність їхнього навантажування і стійкість руху автомобілів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2010.

Дисертація присвячена питанням поліпшення стійкості руху автомобілів і ресурсу шин через удосконалення технології комплектування й контролю технічного стану шин.

У роботі отримано аналітичні вирази, що дозволяють оцінити вплив технологічних і динамічних факторів на зміну динамічного радіуса одиночного колеса. Визначено, що різниця динамічних радіусів лівого й правого коліс ведучого моста призводить до рискання автомобіля, що створює небезпеку втрати стійкості. Запропонований імовірнісний метод дозволивши визначити, що середнє значення вертикальної реакції дороги на внутрішніх колесах вище, ніж на зовнішніх. Розроблений стенд може використовуватися в експлуатації автомобілів з метою перевірки й регулювання розподілу вертикального навантаження між шинами здвоєних коліс.

Рекомендації з контролю якості, підбирання шин спарених коліс і схема їхнього переставляння в процесі експлуатації використовуються в ТОВ «Сімсітітранс». В Інституті машин та систем при розробці перспективного типажу вітчизняних автомобілів використовуються математична модель контакту пневматичної шини з дорогою та методика стендових досліджень шин.

Запропоновані конструкції стендів контролю шин пройшли апробацію у навчальному процесі кафедри експлуатації та ремонту автомобілів Республіканського вищого навчального заставі «Кримський інженерно-педагогічний університет».

Ключові слова: курсова стійкість, коефіцієнт стійкості, здвоєні шини, пляма контакту.

Абдулгазис А. У. Влияние нестабильности характеристик шин на неравномерность их нагружения и устойчивость движения автомобилей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 - эксплуатация и ремонт средств транспорта. - Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Харьков, 2010.

Диссертация посвящена вопросам улучшения устойчивости движения автомобилей и ходимости шин совершенствованием технологии комплектования и контроля технического состояния шин.

В работе получены аналитические выражения, которые позволяют оценить влияние технологических и динамических факторов на изменение во времени динамического радиуса одиночного колеса. Определено, что разность динамических радиусов левого и правого колёс ведущего моста приводит к рысканию автомобиля, что создаёт опасность потери устойчивости. Полученная математическая модель позволяет исследовать движение автомобиля при изменении динамических радиусов колес по гармоническим законам.

Проведенная статистическая оценка неравномерности наружных диаметров шин автомобильных колес в эксплуатационных условиях показала, что максимальная разность наружных диаметров может составлять 5,6 мм для шин автомобилей ГАЗ-3221 и 28 мм - для шин автомобилей КамАЗ.

Предложенный вероятностный метод позволил определить, что среднее значение вертикальной реакции дороги на внутренних колесах выше, чем на наружных. Это обусловлено влиянием деформации балок ведущего моста. С ростом нагрузки на мост возрастает деформация его балки и, следовательно, доля вертикальной нагрузки, приходящаяся на внутренние колеса.

Разработанный стенд и методика проведения экспериментальных исследований позволили определить влияние разности свободных диаметров шин сдвоенных колес, вертикальной нагрузки на ведущий мост и соотношения давления воздуха в шинах на распределение вертикальных реакций между сдвоенными колесами. Разработанный стенд может использоваться в эксплуатации автомобилей для проверки и регулировки распределения вертикальной нагрузки между шинами сдвоенных колес.

Использование феноменологического подхода для составления математической модели пневматической шины позволило определить продольную горизонтальную и вертикальную погонные нагрузки в пятне контакта неподвижного автомобильного колеса, приведенную вертикальную силу сухого трения, определить мощность трения в пятне контакта колеса с дорогой и условный коэффициент буксования, а также коэффициент сопротивления качению.

Полученные зависимости для определения мощности трения в пятнах контакта сдвоенных колес с учетом неравномерности распределения между ними вертикальной нагрузки позволили определить, что менее нагруженные шины изнашиваются с более высокой интенсивностью. Равномерный износ протекторов обоих шин сдвоенных колес возможен только при их равномерном нагружении вертикальными реакциями дороги.

Предложенная конструкция стенда и методика комплектации сдвоенных шин позволяют уменьшить неравномерность их износа и увеличить долговечность. Проведенные на стенде экспериментальные исследования позволили определить, что различие статических радиусов сдвоенных колес приводит к неравномерному радиальному нагружению колес, указанная разность с увеличением радиальной нагрузки уменьшается, давление воздуха в шинах по мере увеличения радиальной нагрузки увеличивается.

С использованием предложенной экспресс-методики контроля качества определено, что чем ниже ходимость, тем больше остаточное удлинение диаметра шин; по остаточному удлинению диаметра шины можно судить о качестве шиноматериала, а следовательно, и о шинах.

Предложенные рекомендации по технологии проведения комплектации шин ведущих сдвоенных колес, схемы их перестановки, а также способ обеспечения равенства вертикальных реакций дороги на шинах позволяют увеличить ходимость шин и стабильность эксплуатационных свойств автомобилей.

Рекомендации по контролю качества, подбору шин спаренных колес и схеме их перестановки в процессе эксплуатации используются в ООО «Симсититранс». В Институте машин и систем при разработке перспективного типажа отечественных автомобилей используется математическая модель контакта пневматической шины с дорогой и методика стендовых исследований шин.

Предложенные конструкции стендов по контролю шин используются также в учебном процессе кафедры эксплуатации и ремонта автомобилей Республиканского высшего учебного заведения «Крымский инженерно-педагогический университет».

Ключевые слова: курсовая устойчивость, коэффициент устойчивости, сдвоенные шины, пятно контакта.

Abdulgazis A.U. Tires characteristics instability influence on their load non-uniformity and automobile movement stability. - the Manuscript.

Dissertation for competition of the academic degree of candidate of engineering sciences on specialty 05.22.20 - operation and maintenance of vehicles. - Kharkiv National Automobile and Highway University, Kharkiv, 2010.

The dissertation is concerned with problems regarding automobile movement stability improvement and tires running by perfection of technology tires technical condition acquisition and control.

Analytical expressions which allow to estimate influence of technological and ability ratings on single wheel dynamic radius change are received. It is defined that the difference of the left and right wheels dynamic radiuses leads to automobile roving that creates danger of stability loss. The offered likelihood method has allowed to define that average value of road vertical reaction on internal wheels larger, than on the external. The developed stand can be used in automobile operation for check and resetting of twin wheels vertical loading between tires distribution.

Recommendations about quality assurance, selection of twin wheels and the scheme of their shift in service are used in “Simcitytrans” company.

In Machines and systems institute during development of native vehicles perspective models are used mathematical model of pneumatically tire with road contact and tires with stand investigation method.

The offered designs of tires control stands are used also in educational process of operation and vehicle repairs chair of the Republican higher educational institution «Crimean engineering-pedagogical university».

Keywords: course stability, stability factor, twin tires, a contact piece stain.

Размещено на Allbest.ru