Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
УСТАРОВ Рамазан Магомедярагиевич
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОБЕГА АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕМЕННОГО РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ
05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Волгоград - 2012
Работа выполнена на кафедре Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервиса Махачкалинского филиала Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) Научный руководитель доктор технических наук, профессор Гудков Владислав Александрович.
Официальные оппоненты: Славуцкий Виктор Михайлович доктор технических наук, профессор, Волгоградский государственный технический университет, профессор кафедры Автотракторные двигатели;
Родионов Сергей Николаевич кандидат технических наук, доцент, Волгоградский филиал Российского государственного университета туризма и сервиса, доцент кафедры Сервиса.
Ведущая организация Северо-Кавказский государственный технический университет г. Ставрополь.
Защита состоится л20 апреля 2012 г. в 12 00 часов на заседании диссертационного совета Д212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект Ленина 28, ауд. 209.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.
Автореферат разослан л___ марта 2012 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета Ожогин Виктор Александрович.
Актуальность темы. В настоящее время эффективность работы автомобильного транспорта во многом зависит не только от организации перевозок и технического состояния подвижного состава, но и от эксплуатационных условий и срока службы шин. Интенсивное развитие автомобильного транспорта и повышение его роли во всех сферах хозяйственной деятельности человека выдвинули в число важнейших проблем увеличения срока службы шин. Необходимым условием решения этой проблемы является наличие объективных нормативов определяющих ресурс шин. В действующих на настоящий момент документах нормативы устанавливались на основе исследований, выполненных в 1975-1980 гг. Величина базовых норм определялась на основе фактических средних пробегов списанных шин. Эти нормы не соответствуют фактической долговечности современных шин. При установлении нормативов необходимо учитывать не только конкретные условия работы автомобиля, но и силы сопротивления качению колеса. Многочисленность факторов и различное влияние их на интенсивность изнашивания шин требуют оценки значимости этих факторов с целью выявления основных, которые определяют ресурс шин в специфических условиях эксплуатации. Методики прогнозирования и нормирования пробега шин при эксплуатации автобусов в условиях с переменным рельефом местности нет, поэтому разработка ее является актуальной задачей.
Целью работы является разработка методики прогнозирования ходимости автомобильных шин в условиях эксплуатации с изменяющимся рельефом местности и установление дифференцированных нормативов пробега шин.
Задачи исследования:
1. Провести стендовые и дорожные испытания с целью выявления основных эксплуатационных факторов, влияющих на интенсивность изнашивания шин;
2. Ранжировать эксплуатационные факторы по степени влияния на износ шин в условиях переменного рельефа местности на маршрутах Республики Дагестан;
3. Определить критерия оценки нагруженности шин и интенсивности изнашивания протектора в условиях переменного рельефа местности;
4. Разработать модель взаимодействия автомобильного колеса с дорогой и изнашивания протектора шины при переменном рельефе местности на регулярных маршрутах Республики Дагестан;
5. Разработать методику дифференцированного прогнозирования пробега шин в условиях переменного рельефа местности на примере регулярных маршрутов Республики Дагестан.
Объект исследования. Процесс износа и прогнозирования пробега шин в условиях эксплуатации с изменяющимся рельефом местности.
Предмет исследования. Влияние нагруженности шин и характеристик маршрутов движения на износ шин в условиях эксплуатации с изменяющимся рельефом местности.
Научная новизна работы заключается в:
Ц определении основных факторов влияющих на интенсивность изнашивания шин и их ранжирование при эксплуатации в условиях переменного рельефа местности;
Ц установлении критерия нагруженности шин и интенсивности изнашивания протектора в условиях переменного рельефа местности;
Ц разработке модели движения автомобиля на маршрутах для оценки пробега шин и выявления зависимости ресурса шин от пробега на основе показателя нагруженности шин;
Ц разработке и обосновании методики оценки (прогноза) пробега шин в условиях Автор выражает глубокую признательность к.т.н., доцентам: Тарновскому Виктору Николаевичу, Клепику Николаю Константиновичу, за оказанную помощь при анализе и обсуждении полученных результатов.
эксплуатации на маршрутах с изменяющимся рельефом местности;
Ц установлении дифференцированных нормативов пробега шин и проведении оценки целесообразности применения их на регулярных маршрутах Республики Дагестан.
Практическая ценность заключается в разработке методики, оперативном определении и корректировании прогнозируемых значений пробега шин, использование которой позволяет нормировать пробег, с целью повышения долговечности и снижения затрат на эксплуатацию автобусов.
На защиту выносятся:
1. Комплексный подход к оценке прогнозирования пробега шин при эксплуатации автобусов в условиях изменяющего рельефа местности.
2. Выявление и ранжирование основных эксплуатационных факторов, влияющих на пробег шин в условиях переменного рельефа местности.
3. Модель движения автомобиля по маршруту для оценки пробега шин.
4. Определение зависимости пробега шин от показателя нагруженности шин в условиях эксплуатации.
5. Методика прогнозирования пробега шин на регулярных маршрутах с изменяющимся рельефом местности (на примере Республики Дагестан).
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы доложены и получили одобрение: Всероссийской конференцией Проблемы и управление качеством в машиностроении, Дагестанским ГТУ. - 2007, 2008; Научнопрактической конференцией Махачкалинского филиала МАДГТУ (МАДИ).- (2006 2011г); Научно-практической конференцией Проблемы теории и практики, экономики и народнохозяйственного комплекса Дагестанского ГТУ, - 2008; Научнопрактической конференцией преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ Дагестанского ГТУ, - 2009; Международной научно-практической конференцией Современные проблемы и перспективы развития аграрной науки.
Дагестанской ГСХА. - 2010.
Реализация результатов работы. Разработанная методика внедрена в автотранспортных предприятиях ДГУП Дагестанавтотранс Республика Дагестан г. Махачкала.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 19 печатных работ, из них 3 входят в перечень изданий, рекомендуемых ВАК, РФ.
Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертационной работы составляет 190 стр. (в том числе 40 таблиц и 36 иллюстраций, список литературы из 143 наименований и 2 приложений).
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, определены научная новизна, практическая ценность работы, представлены основные положения, выносимые на защиту, и указан личный вклад автора.
Первая глава посвящена состоянию вопроса. В результате изучения ранее выполненных исследований установлено, что срок службы автомобильных шин является важной характеристикой эксплуатации автомобиля, влияющей на себестоимость транспортной продукции. Изучению влияния условий эксплуатации транспортных средств на срок службы автомобильных шин уделяется большое внимание как в России, так и за рубежом. Широкую известность получили исследования российских и зарубежных ученых: Евстратова В.Ф., Бухина Б.Н., Гудкова В.А., Третьякова О.Б., Резника Л.Г., Захарова Н.С., Новопольского В.И., Тарновского В.Н., Gоflеr В.J., Кrugеr Е.А. и др. Однако в проведенных исследованиях влияние различных факторов, определяющих пробег шин в эксплуатации, раскрыто недостаточно, а разработанные методики прогнозирования пробега шин требуют дальнейших уточнений. Особенности дорог, их профиль и покрытия, а также более частое торможение автомобиля оказывает существенное влияние на пробега шин.
В настоящее время отсутствуют нормативы пробега шин для условий эксплуатации автомобилей с изменяющимся рельефом местности. В связи с этим для установления закономерностей изменения пробега шин и определения численных значений параметров необходимо провести специальные исследования по оценке работоспособности автомобильных шин в условиях изменяющего рельефа местности.
Во второй главе рассмотрен комплексный метод оценки пробега шин, с проведением стендовых и дорожных испытаний, позволяющий оценить влияние условий эксплуатации на пробег шин на маршрутах с изменяющимся рельефом местности.
Стендовые испытания шин марки Кама - 301 185/75 R16C проводились на специальном стенде, имитирующим необходимые условия нагружения шины и качения колеса, соответствующие условиям эксплуатации с переменным рельефом местности. Изучалось влияние (принятых в качестве основных) боковой и продольной нагрузки на интенсивность изнашивания при фиксированных значениях других параметров, также оказывающих влияние на пробег шин. Испытания показали, что увеличение продольной силы Рх, действующей в пятне контакта с 200 Н до 600 Н, повышает интенсивность изнашивания в среднем с 37,1 мг/км до 72,65 мг/км.
Нагружение шин боковыми силами Ру усиливает интенсивность изнашивания по сравнению с действием продольных сил Рх. как показано на рис. 1.
Рис. 1. Интенсивность изнашивания шин Рху = Рх + Ру Одновременное действие боковой Ру и продольной силы Рх ( ) увеличивает интенсивность изнашивания еще в большей степени, что объясняется ростом проскальзывания участков протектора относительно беговой дорожки барабана и ростом напряженно-деформированного состояния материалов шины вследствие бокового увода и действия крутящего момента. Однако в литературе отсутствуют данные по оценке пробега шин при эксплуатации на дорогах с переменным рельефом местности. В связи с этим проводились исследования пробега шин автобусов ГАЗель, работающих на регулярных маршрутах Республики Дагестан.
Протяженность маршрутов колеблется от 30 до 280 км. Выбранные маршруты отличаются между собой количеством остановок, числом светофоров на маршруте, количеством поворотов, режимами и интенсивностью движения, уровнем высоты над поверхностью моря. Обследование регулярных горных маршрутов позволило определить характеристики горных маршрутов с учетом изменения величин продольной Рх, боковой Ру, и нормальной Рх нагрузок. Вместе с тем на изменение величин Рх, Ру, Рz существенное влияние оказывают следующие факторы:
1. Удельное количество остановок: q0 = n0 / lm, (1) где: n0 - количество остановок на маршруте; lm - общая протяжённость маршрута.
2. Удельное количество поворотов qп = nп / lm, (2) где nп - количество поворотов с радиусом R < 200м.
3. Средневзвешенная величина продольного профиля iср, определяемая по формуле:
ii li iср =. (3) li i li где: - величина i-го подъёма, %; - длина i-го подъёма, м;
i 4. Полная масса автобуса с учётом коэффициента использования пассажировместимости ma : m = m + (m - m ) , (4) a соб пол соб где: mсоб - собственная масса автобуса, кг; mпол - полная масса автобуса, кг;
- коэффициент использования пассажировместимости.
5. Удельная продолжительность работы двигателя в режиме принудительного холостого хода для торможения автомобиля: q = Tп.хх /Тм, (5) где: Тп.хх - продолжительность работы двигателя в режиме принудительного холостого хода для торможения автомобиля; Тм - продолжительность работы двигателя на маршруте.
6.Удельное количество торможений: qТ = nТ / lм, (6) где nТ - количество торможений для снижения скорости движения; lм - общая протяжённость маршрута.
Третья глава посвящена аналитическим исследованиям. Многочисленность факторов и различное их влияние на интенсивность изнашивания шин при эксплуатации автомобиля требуют оценки зависимости этих факторов с целью выявления основных, определяющих пробег шин в конкретных условиях эксплуатации. Непосредственному измерению поддаются: скорость автомобиля и протяженность маршрута; количество перевозимых пассажиров и поворотов на маршруте; количество подъемов, спусков и их протяженность; динамические характеристики автомобиля; продолжительность работы автомобиля в режиме принудительного холостого хода для торможения автомобиля; высота маршрута над уровнем моря и параметры окружающей среды. Все они в той или иной степени влияют на интенсивность изнашивания шин и их пробег.
Совокупное действие этих факторов, их величины и продолжительность действия определяют интенсивность изнашивания протектора шин, т.е. их пробег, как в условиях эксплуатации, так и при стендовых испытаниях. Поэтому в качестве комплексного показателя для оценки нагруженности шин на маршрутах с переменным рельефом местности целесообразно использовать оценочный показатель, характеризующий величину и продолжительность действия сил Рх, Ру и Рz. Таким интегральным оценочным показателем является суммарная работа сил (Рх, Ру, Рz), действующих в пятне контакта автомобильной шины с опорной поверхностью дороги . Для усредненной характеристики эксплуатационных факторов в качестве оценочного показателя удобно пользоваться удельной суммарной работой.
Удельная работа сил, действующих в пятне контакта шины с дорогой определяется по формуле:
Ауд = ( АР + АР )/ Lm ;
Y (7) где Lm - длина маршрута.
Нами была предложена модель движения автомобиля по дорогам с переменным рельефом местности.
За основу моделирования движения автомобиля было принято описание движения автобуса ГАЗель из. г. Махачкалы (расположенного на уровне моря) в предгорные, горные и высокогорные районы с высотой над уровнем моря соответственно до 2400 м и обратно на 8 ми маршрутах (рис.2.).
Рис.2.Схема маршрутов №1, №2, №3, №4, №5, №7, №8 и их укрупненных участков Такое движение характеризуется тем, что автомобиль эксплуатируется в условиях переменного рельефа местности, характерных для дорог Северного Кавказа. Дорожные факторы определяются как наличием усовершенствованного асфальтобетонного покрытия на маршрутах, так и большим количеством чередующихся между собой правых и левых поворотов с длительными подъемами и спусками. На приведенных маршрутах система дорога-шина-автомобиль-водитель-окружающая среда функционирует в весьма сложных условиях и требует быстрого, безотказного и согласованного взаимодействия составляющих систему характеристик в постоянно изменяющихся условиях движения. В рассматриваемой системе основным элементом является водитель, воздействующий на органы управления автомобилем с учетом остановок на дорогах, технического оснащения автомобиля, и климатических условий.
Поэтому основным блоком модели движения автомобиля на маршрутах должен служить алгоритм действия водителя для выбора скорости движения автомобиля. Не менее важным для модели являются массив данных, характеризующих дорожные условия на маршрутах и блок моделирования движения транспортного средства.
Введение в модель дорожных условий осуществляется путем описания маршрута транспортного средства на основе деления его на характерные участки действующих сил сопротивления движению с определением их основополагающих характеристик.
Они представляются в виде массива исходных данных, который формируется на основе схемы маршрута. На каждом участке маршрута водитель, в зависимости от условий движения, выбирает необходимый режим движения в соответствии с конкретными дорожными и климатическими условиями.
По мере увеличения высоты над уровнем моря уменьшаются поступающие в двигатель часовые расходы воздуха и топлива (рис. 3). При этом расход воздуха снижается интенсивнее, что приводит к обогащению состава смеси в 5-6% на каждые 1000 м подъема. В связи с изложенным, алгоритм действий водителя для условий эксплуатации с переменным рельефом местности необходимо определять таким образом, чтобы автомобиль на подъем двигался с наибольшим для конкретной высоты над уровнем моря крутящим моментом двигателя, а на спусках имел наибольшую экономичность.
1,Рн/Ро нv/ v 0,Ран/Ра 0,Тан/Та 0,Рчн/Рч 0,Т чн/Тч 1000 2000 3000 4000 50чн/ч Высота над уровнем моря Neн/Ne Рис. 3. Относительное изменение параметров процесса газообмена в горных условиях из-за снижения плотности воздуха Описание действий водителя заключается в определении пути при заданных начальных условиях, проходимого при замедлении, методом наката, выбега и торможения. Если длина участка больше пути замедления, то происходит разгон автомобиля до максимально допустимой скорости на участке - (Vmах), при этом на каждом шаге интегрирования происходит сравнение расстояния до конца участка с расстоянием, необходимым для замедления. По условию достижения максимально допустимой скорости на участке (Vmах) происходит выбор наиболее экономичной передачи и переход на равномерное движение. Когда расстояние до конца участка становится равным пути замедления, автомобиль начинает осуществлять торможение двигателем со скорости начала выбега Vн. Далее происходит выключение передачи и автомобиль двигается методом выбега до скорости Vт. При достижении скорости Vт происходит торможение автомобиля с использованием штатной тормозной системы.
При небольшой длине участка автомобиль не развивает максимально допустимую скорость и, в этом случае, конечная скорость принимается равной минимально устойчивой скорости на прямой или предыдущей передаче. При этом на каждом шаге интегрирования для текущей скорости рассчитываются пройденные участки пути. Как только путь замедления станет равным расстоянию до конца участка, то будет происходить торможение по двухфазному алгоритму.
Вследствие того, что движение на повороте выделено в отдельный тип, конечная скорость на предшествующем участке устанавливается равной скорости движения на повороте (отличный от нуля) Vn и замедление будет происходить по двухфазному режиму (накат и торможение). При движении на повороте скорость Vn ограничивается значениями, полученными по формуле:
Vn = 0,5 g Rn у;
(8) Значения параметров где Rn - радиус поворота, м; у - коэффициент поперечного сцепления шин с дорогой; g - 9,81 м/с2 - ускорение силы тяжести.
Разгон автомобиля на участке следующим за поворотом, начнется со скорости Vn.
В предлагаемом нами алгоритме приняты следующие допущения: минимальная начальная скорость торможения принимается равной 20 км/ч; отрицательное ускорение при служебном торможении - 1,1 м/с; время переключения передач - 1,4 с.
Разгон автомобиля осуществляется при условии выбора оптимального значения передаточного числа определенной ступени коробки передач. В соответствии с этим действия водителя направлены на максимальное использование мощности двигателя.
Как известно, выбор передачи водителем осуществляется таким образом, чтобы автомобиль двигался по возможности на более высокой передаче, при условии преодоления сил сопротивления движению. Для этого разработан алгоритм выбора водителем наиболее экономичной передачи. В работе принимается, что высшая передача включается тогда, когда выполняется условие:
V U U 0 k, (9) e = Rk если e < min, то следует включить низшую передачу, если e > min и М noд М = ; (10) e тр U0 U k М = 0 + 1 -2 e ; (11) и max, то необходимо включить низшую передачу Мmax < Мe тр = 0,98k 0,97l 0,99m (12) где тр -КПД трансмиссии автомобиля; k,l,m - число пар цилиндрических, конических шестерен и карданных валов, передающих крутящий момент; e - угловая скорость коленчатого вала двигателя, с-1; Мmax - максимальный крутящий момент двигателя, Нм; М - момент, подведенный к колесам автомобиля равный моменту под сил сопротивления движению; Rk - радиус качения ведущих колес, м; V - скорость автомобиля, м/с; 0,1,2 - коэффициенты полинома, получаемые по методу Лагранжа;
Мe - крутящий момент двигателя, Нм; U0 - передаточное отношение главной передачи; U - текущее значение передаточного числа в коробке передач; min - k минимально допустимая частота вращения коленчатого вала двигателя, соответствующая устойчивому режиму работы двигателя под нагрузкой с-1.
Для реализации разработанной модели путем ее решения на ЭВМ была подготовлена программа для компьютера.
Указанная программа включает 10 программных единиц, представленных в обобщенной блок-схеме, приведенной на рис 4.
В качестве исходных данных для расчета закладывались конструктивные параметры автомобиля ГАЗель и его двигателя, входящие в расчетные формулы. В качестве массива чисел в табличной форме для вывода на экран монитора были заданы начальные условия и характеристики маршрута в виде: длин участков, достигаемых скоростей на участках, конечных скоростей на участках, радиусов поворотов и величин продольных спусков уклонов участков. Шаг интеграции подбирается путем машинного эксперимента при условии минимизации общей ошибки моделируемого процесса, величина оптимального шага составила 0,1 с. Адекватность модельных исследований натурным в работе оценивалась посредством адекватности сил, действующих в пятне контакта колеса с дорогой, для описания режимов движения автобуса.
ОПИСАНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ ВВОД ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПЕРЕГОНОВ НА МАРШРУТЕ PEDAL BRAKE ТYRE расчет характеристик определение вида обработка результатов, вывод на печать, RKGS определение средних, продольных и поперечных двигателя при работе его торможения и Осуществляет сил, действующих на шину, а также показатели на частичных нагрузках тормозного пути численное решение нагруженности сил дифференцированн ых уравнений методом AVTO Расчёт работы поперечной и боковой Рунге-Кутта вычисление правых частей уравнений четвертого порядка с модификацией Печать характеристик движения Гелла BUS DRIVER осуществляет по обращению подпрограмм DRIVER и выбор S > S м необходимой ВКАКЕ определение силы сопротивления движению и передачи необходимого крутящего момента двигателя Определение выходных данных по маршруту Печать СТОП Рис. 4. Обобщенная блок-схема программы Длина пути, который автомобиль преодолевает на различных режимах, определялась путем контрольных заездов на автомобиле-лаборатории КП-514МП на базе ГАЗ-32Газель рис. 5.
При этом с помощью прибора пятое колесо, входящего в состав дорожной лаборатории, проводилось измерение длины участка движения автобуса, а время фиксировалось секундомером, максимальная погрешность которого равнялась 0,04с за 1мин или средне квадратичная ошибка 0,22%.
Рис. 5. Передвижная дорожная лаборатория КП-514МП По результатам замеров определялась средняя скорость движения автобуса.
Суммарная ошибка измерения средней скорости не превышала 0,4%. Результаты расчетных значений средней скорости, для отдельных участков, измеренных в эксплуатации по ходу контрольных заездов приведены в рис. 6. При этом отклонение расчетных и эксплуатационных значений Vт не превышали 4,8%.
№1 №2 №3 №4 №5 №6 №7 №8 №9 №10 №Маршруты Расчетные Экспериментальные Рис. 6. Сравнение эксплуатационных и расчётных значений средних скоростей движения на маршрутах Четвертая глава посвящена практическому использованию результатов исследований. Нами были проведены исследования, на основе которых разработаны дифференцированные прогнозируемые значения пробега шин на регулярных маршрутах. Существующие семь типов рельефов местности: равнинный, городской, Скорость Vт, км/ч слабохолмистый, холмистый, предгорный, горный и высокогорный различаются характеристиками продольного профиля, радиусами и величинами углов поворотов дорог. Так, общий для регулярных маршрутов №1, №2, №3, №7, №8 участок дороги Махачкала-Леваши по равнинной, слабохолмистой, холмистой, предгорной и горной местности имеет протяженность 92 км, постоянные подъемы, большое количество поворотов на угол до 90. Остальные участки маршрутов №1, №2, №3, №7, №проложены по предгорной, горной, высокогорной местности и характеризуются наличием крутых длительных подъемов и спусков, чередующихся между собой левых и правых поворотов. На отдельных участках отмечается также изменение покрытия дороги с асфальтобетонного на щебеночное и гравийное. Изменение характеристик продольного профиля дорог, углов и радиусов поворотов в зависимости от типа рельефа местности приводит к повышению показателя нагруженности шин, что оказывает существенное влияние на их пробег.
На рис. 7. приведены пробеги шин до их замены на регулярных маршрутах №1 - №Республики Дагестан. Наличие крутых длительных подъемов и спусков, чередующихся между собой левых и правых поворотов повышает нагруженность шин, и вследствие этого, их пробег снижается. Коэффициент использования вместимости автобусов ГАЗель на маршрутах №1, №2, №3, №6, №7, №8, №9, №11 равен = 1, и на них выполняется один рейс в сутки. А на маршрутах №4, №5, №10 при большом числом рейсов в сутки коэффициент использования вместимости равен = 1,5. В результате отмечается снижение пробега шин до их замены на маршруте №5 на 8,2% или с 77773 км до 71400 км. На маршрутах №1, №2, №3, №6, №7, №8, №9, №11 при движении на подъем скорость движения ограничена как динамическими показателями автомобиля, так и снижением крутящего момента двигателя из-за уменьшения мощности двигателя по мере снижения давления воздуха, а при движении на спусках скорость ограничена наличием чередующихся поворотов, безопасностью движения в горных условиях и возможными неожиданными препятствиями на дороге в виде камнепада, домашних животных или отказа тормозов из-за перегрева при частом пользовании. В связи с изложенным, наибольшее значение на маршрутах для увеличения пробега шин приобретает частота торможения автомобиля, как штатной тормозной системой, так и двигателем в режиме принудительного холостого хода.
Рис.7. Пробег шин до их замены на регулярных маршрутах Поэтому, на основе выявленных зависимостей для расчета сил сопротивления движению, действующих в пятне контакта шины с дорогой, а также данных обследований маршрутов, можно определить коэффициенты, учитывающие рельеф местности, и разработать методику прогнозирования пробега шин автобусов при эксплуатации их на регулярных маршрутах.
Предлагаемая нами методика представлена на рис 8 и включает следующие этапы:
1. Обследование маршрута и составление подробной карты маршрута в виде сводной таблицы характеристик маршрута, определяющих повышения или понижения продольных и боковых нагрузок в пятне контакта шины с дорогой.
2. Подготовка исходных данных карты маршрута для определения показателя нагруженности шин.
3. Расчет значений оценочных показателей нагруженности шин при движении автомобиля по маршрутам в условиях переменного рельефа местности с использованием модели, реализованной в настоящей работе в виде компьютерной программы.
4. Определение ожидаемого пробега шин на исследуемых маршрутах по представленной нами линейной зависимости y =165,686 - 0,02107 Ayd.
5. Определение окончательного прогнозируемого значения пробега шин путем графического построения зависимости L = f (А ) и определения уд скорректированного значения, соответствующего гамма процентному ресурсу шины с вероятностью 98% и коэффициентом равным 0,96. В результате расчетные зависимости для определения прогнозируемого значения пробега шин принимает вид (рис. 9):
y = 165,196 - 0,021 Ayd (13) Анализ состояния вопроса Цель и задача исследования Теоретические исследования Экспериментальные исследования Классификация факторов влияющих на ресурс шин в условиях эксплуатации Методика эксперимента Подходы к выбору комплексного показателя нагруженности шин в условиях Выбор маршрута для эксплуатации переменного рельефа местности регулярных маршрутах Р.Д.
проведения эксперимента Расчет сил действующих в пятне контакта автомобильной шины с дорогой Подготовка транспорта к Модель движения автомобиля по маршруту для оценки ресурса шин эксперименту Определение зависимости ресурса шин от пробега на основе показателя нагруженности в Подготовка шин к условиях эксплуатации переменного рельефа местности эксперименту Проведение Обобщенные результаты теоретических и экспериментальных исследований эксперимента Методика прогнозирования маршрутного ресурса шин автобусов ГАЗель, эксплуатируемых в условиях переменного рельефа местности. В условиях ГУП ДАГАВТОТРАНС и Комитет по транспорту правительство РД г. Махачкала Опытная апробация методики прогнозирования маршрутного пробега шин автобусов ГАЗель, эксплуатируемых в условиях переменного рельефа местности. В условиях ГУП ДАГАВТОТРАНС и Комитет по транспорту правительство РД г. Махачкала Рис. 8. Методика прогнозирования маршрутного ресурса шин автобусов, в условиях эксплуатации переменного рельефа местности Для конкретных маршрутов и участков с переменным рельефом местности можно определить среднюю интенсивность износа протектора шин. При этом, средняя Обработка и анализ экспериментальных данных интенсивность износа протектора шин определяется согласно выражению:
J = J l + J l + J l + J l (14) СР РП РП i i j j ПР ПР где JРП, Ji, Jj, JПР - интенсивность износа протектора шин на криволинейном участке, на подъёмах (уклонах), при движении автомобиля с ускорениями (замедлениями) и на прямолинейных участках, соответственно мг/км; lРП, li, lj, lПР - удельный вес (удельная работа) характерных участков.
При проведении расчетов по прогнозированию пробега шин на маршрутах с изменяющимся рельефом местности вводим понятие средневзвешенный коэффициент рельефности, определяемый выражением:
Кi Li = K L + K L + K L + K L + K L + K L + K L ; (15) 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 n n К = Lм Li где Кi - частные коэффициенты рельефности для соответствующих рельефов местности, Li - длины путей для данного маршрута, проходимые на соответствующих рельефах. Тогда износ можно определить как Износ = К Lм (износ на равнине). В табл. 1. представлены результаты расчёта удельной работы на 1 километр пробега в конкретных участках маршрута Таблица 1 Сводная таблица по удельной работе на 1 километр пути маршрута Населенный пункт Коэффициенты в зависимости от рельефа местности К1 К2 К3 К4 К5 К6 КРавнинная Городская Средне Холмистая Предгорная Горная Высокогорная холмистая 1 Махачкала - Гуниб 27,6 34,5 31,46 33,4 40,02 47,75 - 2 Махачкала - Хунзах 24,9 30,38 27,89 29,63 36,6 42,33 45,3 Махачкала - Ботлих 20,5 24,8 23,16 24,11 29,30 34,6 36,4 Махачкала - Каспийск 18,65 23,7 - - - - - 5 Махачкала - Хасавюрт 18,84 22,6 21,1 - - - - 6 Махачкала - Шахбаномахи 23,1 27,7 26,1 27,0 33,3 39,5 41,7 Махачкала - Кумух 28,1 35,4 33,2 34,3 41,3 48,9 - 8 Махачкала - Кахиб 21,7 26,3 24,7 25,6 31,03 37,1 39,9 Махачкала - Ляхла 22,9 27,48 25,88 27,94 33,2 38,9 42,10 Махачкала - Самур 24,7 - 27,91 28,65 - - - 11 Махачкала - Ашар 20,9 25,1 23,4 24,4 29,47 35,9 37, Среднее 22,9 27,8 26,48 28,34 34,28 40,62 40, Эксплуатационные испытания шин показали адекватность их результатов с расчетными данными по оценке прогнозирования пробега шин в условиях эксплуатации переменного рельефа местности, что свидетельствует об удовлетворительной корреляции результатов расчётных и эксплуатационных данных испытаний шин. В табл. 2 представлены коэффициенты корректирования прогнозирования пробега шин в условиях эксплуатации с учетом влияния рельефа местности.
Таблица 2 Сводная таблица коэффициентов рельефности Коэффициенты в зависимости от рельефа местности К1 К2 К3 К4 К5 К6 КНаселенный пункт Равнинная Городская Средне Холмистая Предгорная Горная Высоко- холмистая горная 1 Махачкала - Гуниб 1,0 1,25 1,14 1,21 1,45 1,2 Махачкала - Хунзах 1,0 1,22 1,12 1,19 1,47 1,7 1,3 Махачкала - Ботлих 1,0 1,21 1,13 1,18 1,42 1,69 1,4 Махачкала - Каспийск 1,0 1,27 - - - - - 5 Махачкала - Хасавюрт 1,0 1,2 1,12 - - - - 6 Махачкала - Шахбаномахи 1,0 1,2 1,13 1,17 1,44 1,71 1,7 Махачкала - Кумух 1,0 1,26 1,18 1,22 1,47 1,74 - 8 Махачкала - Кахиб 1,0 1,21 1,14 1,18 1,43 1,71 1,9 Махачкала - Ляхла 1,0 1,2 1,13 1,22 1,45 1,7 1,10 Махачкала - Самур 1,0 - 1,13 1,16 - - - 11 Махачкала - Ашар 1,0 1,2 1,12 1,17 1,41 1,72 1, Среднее 1,0 1,22 1,13 1,19 1,44 1,71 1,№ Маршрута № Маршрута Анализ результатов показывает достаточно широкий разброс интенсивности износа протектора для каждого рельефа местности. Однако, средние значения износа шин эксплуатируемых на автомобилях типа ГАЗель близки друг к другу.
Средние значения коэффициентов корреляции отражают изменение пробега шин в реальных условиях эксплуатации для различных рельефов местности и могут быть использованы для всех регулярных маршрутов в Республике Дагестан, так как значение коэффициента корреляции равна r = 0.98. Приведенный подход к xy определению пробега шин в условиях переменного рельефа местности можно использовать в работе всех автотранспортных предприятий, независимо от форм собственности. Для удобства определения прогнозируемого пробега автобусных шин нами предложена номограмма зависимости удельной работы сил сопротивления движению АУД. на маршруте от прогнозируемого пробега шин (рис. 9). Фактический пробег шин определяется предельным износом протектора, принятой минимально допустимой величиной 2 мм высоты выступов индикаторов износа протектора шины.
Стиль вождения и индивидуальные качества водителя оказывают существенное влияние на пробег шин. Срок службы автомобильных шин в нормативных документах не оговаривается, что не позволяет принять безошибочное управленческое решение при определении их пробега до замены для восстановления протектора или списания. Таким образом, установление и введение в действие дифференцированных прогнозируемых значений, исключающих погрешности оценки условий эксплуатации на конкретном маршруте позволит исключить преждевременное списание шин, обладающих еще достаточным для эксплуатации ресурсов без снижения уровня безопасности движения; совершенствовать стиль вождения, аккуратность и бережливость водителей, работающих на данных маршрутах.
Рис. 9. Номограмма определение прогнозируемого пробега автобусных шин ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Решена задача нормирования и прогнозирования пробега шин при их эксплуатации в условиях переменного рельефа местности на основе комплексного подхода к оценке прогнозирования пробега шин, выявлении и ранжировании основных эксплуатационных факторов, разработки модели движения автомобиля по маршруту и методики прогнозирования пробега шин в условиях переменного рельефа местности.
2. Стендовые и дорожные испытания позволили установить зависимость интенсивности изнашивания от величины действия основных сил: продольная Рх, боковая Ру, и нормальная Рz. Так, увеличение продольной силы Рх, действующая в пятне контакта с 200Н до 600Н увеличивает интенсивность изнашивания в среднем 33,4 мг/км до 75 мг/км. Пробеги шин до их замены на равнинных и горных маршрутах различается на 30 и более процентов.
3. Оценка влияния эксплуатационных факторов позволила установить шесть наиболее значимых факторов (количество остановок, количество поворотов, величина продольного профиля, масса автобуса, продолжительность работы двигателя в режиме принудительного холостого хода, количество торможений) и их влияние на ресурс шин.
4. В качестве комплексного показателя для оценки нагруженности шин на маршрутах с переменным рельефом местности целесообразно использовать оценочный показатель характеризующий продолжительность действия сил Рх, Ру, Рz.
Таким интегральным оценочным показателем является суммарная работа сил Рх, Ру, Рz, действующих в пятне контакта автомобильной шины с опорной поверхностью .
5. Разработана модель взаимодействия автомобильного колеса с дорогой при движении на маршрутах с изменяющимся рельефом местности и изнашивания протектора шины. Основным блоком модели движения автомобиля на горных маршрутах выбран алгоритм действия водителя для выбора приемлемой и безопасной скорости.
6. Разработана методика дифференцированного прогнозирования пробега шин, согласно которой, можно нормировать пробег шин в условиях переменного рельефа местности, исключить преждевременное списание шин, осуществлять стиль вождения обеспечивающей безопасность движения и получить экономический эффект.
Основные положения и результаты диссертации опубликованы:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Гудков, В. А. Подходы к выбору комплексного показателя нагруженности шин / В. А.
Гудков, В. Н. Тарновский, Р. М. Устаров // Каучук и резина. - 2009. - № 6. - С. 21Ц22.
2. Гудков, В. А. Особенности эксплуатации автомобильных шин на горных маршрутах Республики Дагестан / В. А. Гудков, В. Н. Тарновский, Р. М. Устаров // Известия вузов.
Северо-Кавказский регион. - 2009. - Вып. № 1. - С. 99Ц101.
3. Гудков, В. А. Прогнозирование пробега автомобильных шин в горных условиях эксплуатации / В. А. Гудков, В. Н. Тарновский, Р. М. Устаров // Каучук и резина. - 2011.
Ц № 5. - С. 31Ц33.
Прочие статьи:
4. Устаров, Р. М. Шиноремонтное производство как источник загрязнения окружающей среды (на материале РД). Вестник АГТУ. г. Астрахань.2009.-вып. №1(48). - С. 92-93.
5. Устаров, Р. М. Анализ причины недоиспользование полного ресурса шин легковых автомобилей и автобусов особо малого класса ГАЗель, Форд и.т.д. в горных маршрутах Дагестана. Проблемы управления качеством в машиностроении (ВНПК-1) : мат. всерос.
науч.-практ. конф. / ДГТУ. - Махачкала; Каспийск, 2007. - С. 135Ц137.
6. Устаров, Р. М. Об особенностях горного регулярного маршрута г. Махачкала - районный центр село Гуниб РД / Р. М. Устаров, И. М. Устаров. Проблемы теории и практики народнохозяйственного комплекса региона : сб. науч. трудов / ДГТУ. - г.Махачкала, 2008. - Вып. № 11. - С. 165Ц170.
7. Устаров, Р. М. Дорожные факторы горного маршрута №2 г. Махачкала - районный центр село Хунзах РД / Р. М. Устаров, И. М. Устаров // Проблемы теории и практики народнохозяйственного комплекса региона : сб. науч. трудов / ДГТУ. - Махачкала, 2008. - Вып. № 11. - С. 170Ц175.
8. Устаров, Р. М. Изнашиваемость автомобильных шин из-за несоблюдения соответствующего давления в шинах / Р. М. Устаров, И. М. Устаров // Вестник МФ МАДИ (ГТУ) : сб. науч. трудов. - Махачкала, 2008. - Вып. № 8. - С. 44-47.
9. Устаров, Р. М. Неравномерность изнашивания протектора шин автомобилей, используемых в горных маршрутах РД / Р. М. Устаров, И. М. Устаров, М. М. Бабаев // Вестник МФ МАДИ (ГТУ) : сб. науч. трудов. - Махачкала, 2008. - Вып. № 8. - С. 47Ц51.
10. Яхъяев, Н. Я. Воздействие автомобильных шин на окружающую среду в условиях РД / Н.
Я. Яхъяев, Р. М. Устаров // Неделя науки - 2009 : сб. тез. докл. 30-й итог. науч.-техн.
конф. препод., сотр., асп. и студ. ДГТУ. - Махачкала, 2009. - Ч. 1. - С. 351Ц352.
11. Устаров Р. М. Влияние температуры на усталостные и прочностные характеристики автомобильных шин. Вестник МФ МАДИ (ГТУ): сб. науч. трудов. - Махачкала, 2009. - Вып. № 9. - С. 23Ц28.
12. Гудков, В. А. Нормирование режимов работы автотранспортных средств по тепловому состоянию шин / В. А. Гудков, В. Н. Тарновский, Р. М. Устаров // Вестник МФ МАДИ (ГТУ) : сб. науч. трудов. - Махачкала, 2009. - Вып. № 9. - С. 28Ц30.
13. Устаров, Р. М. Влияние режимов эксплуатации на износостойкость автобусных шин / Р.
М. Устаров, В. А. Гудков, В. Н. Тарновский. // Современные проблемы и перспективы развития аграрной науки : сб. ст. междунар. науч.-практ. конф., посвященной 65-летию Победы в ВОВ / ДГСХА. - Махачкала, 2010. - Ч. 2. - С. 305Ц307.
14. Gudcov, V. A. Approaches to choosing a complex characteristic of tyre loading / Gudcov, V.
A., Таrnоvsкii V.N., Ustarov R.M. // International Polymer Science and Technology. - 2010. - Vol. 37, № 6. - P. 41Ц42.
15. Устаров, Р. М. Влияние шин автотранспортных средств на обеспечения безопасности движения / Р.М. Устаров, Р.Я. Магомедов, И.М. Устаров // Современные методы повышения долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения : сб. ст. междунар. науч.-практ. конф / ДГТУ. - Махачкала, 2010. - С. 146 - 147.
16. Устаров, Р. М. Основные причины выхода из строя шин автомобилей эксплуатируемых в условиях Р.Д. / Устаров Р.М., Магомедов Р.Я., Устаров И.М.// Современные методы повышения долговечности транспортных сооружений и безопасности дорожного движения: сб. ст. регионал. науч.-практ. конф / ДГТУ. - Махачкала, 2010. - С. 147-151.
17. Устаров, Р. М. Методика нормирования маршрутного ресурса шин автобусов, в горных условиях эксплуатации (на примере автобуса особо малого класса ГАЗель / Р. М.
Устаров, И. М. Устаров // Вестник МФ МАДИ (ГТУ) : сб. науч. трудов. - Махачкала, 2010. - Вып. № 10. - С. 32-35.
18. Устаров, Р. М. Основные причины выхода из строя шин автомобилей эксплуатируемых в условиях Р.Д. / Р. М. Устаров, И. М. Устаров // Вестник МФ МАДИ (ГТУ) : сб. науч.
трудов. - Махачкала, 2010. - Вып. № 10. - С. 29-32.
19. Гудков, В.А. Особенности нагрева шин при эксплуатации автомобиля / В.А. Гудков, И.М Рябов, Д.В. Гудков, Н.Н. Малинин, М.М. Мамакурбанов, Р. М. Устаров // Шина плюс:
всеукраинский журнал. - 2011. - № 4. С. 12Ц14.
Степень личного участия автора в опубликованных работах. В работах [1-19] автор принимал непосредственное участие в проведении стендовых и дорожных испытаний, разработке модели взаимодействия автомобильного колеса с дорогой при изменяющемся рельефе местности. По разработанному алгоритму провел расчеты и предложил программу определения нормативного пробега шин в условиях изменяющегося рельефа местности.
Подписано в печать 2012 г. Формат 60х84 1/16. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 1,0. Тираж 150 экз. Заказ № _______ Типография Махачкалинского филиала МАДГТУ (МАДИ).
367026 г. Махачкала, пр. Акушинского, 13.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям