автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Разработка методики нормирования пробега автобусных шин в условиях эксплуатации

На правах рукописи

? - 5 ОД

ГУДКОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИСЛАВОВИЧ и 7 ЬЯ?

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ НОРМИРОВАНИЯ ПРОБЕГА АВТОБУСНЫХ ШИН В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.22.10 -Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград -1999

Работа выполнена на кафедре «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей » Волгоградского государственного технического университета.

Научный руководитель: Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Ревин А .А. кандидат технических наук, доцент Ганзин С.В.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Труханов В.М.; кандидат технических наук, доцент Сергеев А.П.

Ведущее предприятие: Управление транспорта и коммуникаций

администрации Волгоградской области

Защита состоится « 18» июня 1999 г. в часов на заседании диссертационного Совета К 063.76.02 в Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400066, г. Волгоград, проспект Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан 1999 г.

Ученый секретарь f

диссертационного совета —* Ожогин В .А.

диссертационного совета ку',"^—\

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Автомобильный транспорт в настоящее время рказывает большое влияние на социально - экономическую сферу деятельности человека. Так на автомобильные перевозки приходится до 60 % от общего объема перевозимых грузов всеми видами транспорта. Издержки на перевозки складываются из затрат на технологическое обеспечение и затрат на техническое обслуживание автомобилей. При этом с учетом старения парка транспортных средств, всё большее значение приобретает техническая эксплуатация автомобилей и, являясь подсистемой автомобильного транспорта, она во многом определяет себестоимость перевозок (40 - 45 %).

Контроль за использованием материальных средств в период становления рыночных отношений на автотранспортном предприятия приобретает главенствующую роль. Одним из существующих методов контроля и определения затрат при перевозках грузов и пассажиров является установление нормативов технического обслуживания и использования расходных материалов при эксплуатации автомобилей.

Доля затрат на эксплуатацию и ремонт автомобильных шин в подсистеме технической эксплуатации составляет около 30 % от затрат, связанных с техническим обслуживанием и ремонтом автомобиля.

Влияние эксплуатационных факторов на пробег автомобильных шин достаточно хорошо изучено, однако их градация применительно х эксплуатации шин на автобусных маршрутах и нормирование пробега шин проводились без учета всей гаммы эксплуатационных условий.

В связи с вышеизложенным является актуальным изучение влияния эксплуатационных факторов на интенсивность изнашивания шин и их ранжирование, применительно к автобусным перевозкам, а так же нормирование пробега автомобильных шин.

Цели и задачи исследования Целью работы является исследование влияния эксплуатационных факторов на интенсивность изнашивания автобусных шин и разработка методики установления дифференциальных норм их пробега.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

проведение стендовых и дорожных испытаний автобусных шин с целью определения интенсивности изнашивания протектора в зависимости от основных эксплуатационных факторов, а также градации этих факторов по степени их влияния на исследуемый процесс;

разработка показателя нагруженности шин, учитывающего основную часть эксплуатационных факторов и позволяющего оценивать интенсивность изнашивания протектора на различных маршрутах;

*

разработка математической модели процесса взаимодействия колеса с дорогой (с позиции изнашивания протектора) при движении автобуса на междугородних и городских маршрутах;

разработка методики дифференциального установления нормативов пробега шин на регулярных автобусных маршрутах.

Объектом исследования являются условия эксплуатации автобусов и их влияние на пробег шин при городском, пригородном и междугородном сообщениях.

Научная новизна: Выявлены основные факторы, влияющие на интенсивность изнашивания автобусных шин и проведена их градация применительно к регулярным автобусным маршрутам. Разработаны теоретические основы нормирования пробега автобусных шин при городском и междугороднем сообщении, позволившие создать методику дифференциального установления нормативов пробега шин на регулярных автобусных маршрутах, учитывающую основные эксплуатационные факторы и характеристики подвижного состава.

Практическая ценность работы заключается в реализации метода учета эксплуатационных фахторов при установлении нормативов пробега автомобильных шин в автотранспортных предприятиях. Разработанная методика установления нормативов позволяет проводить дифференциальный контроль за списанием автомобильных шин при использовании различных типов (моделей) подвижного состава и вариации эксплуатационных условий.

Реализация работы. Разработанная методика внедрена в производственный процесс ГЛ ПАТП №2 и ГУП ПАТП №4 г. Волгограда.

Апробация работы Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на 6'м и Т" симпозиумах «Проблемы шин и резинокордных композитов», НИИШП, Москва (1996,1997 г.г.), на И4* межвузовской научно - практической конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области (Волгоград 1995), на 32,34,35,36 ежегодных научных конференциях ВолгГТУ (Волгоград 1995 - 1999 г.г.)

Публикации. По материалам исследований опубликовано пять статей.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность работы и цель исследования, раскрывается научная новизна, практическая ценность.

В первой главе дается анализ эксплуатационных факторов, влияющих на интенсивность изнашивания и пробег автомобильных шин, рассматриваются основные методы оценки интенсивности изнашивания шин, основные методики установления нормативов пробегов шин и анализ существующей классификации условий эксплуатации. Исследования в этой области проводились Б.Л. Бухиным, В.И. Киорозом, Л.Г. Резником.,

Е.С. Кузнецовым, В.И. Новопольским, В.Н. Тарновским, В.П. Кубраковым, и др.

Анализ публикаций позволяет сделать вывод о том, что основной причиной списания автомобильных шин на дорогах с асфальте - бетонным покрытием является износ протектора. На интенсивность изнашивания протектора шины в эксплуатационных условиях оказывают влияние продольный и поперечный профиль дороги, тип дорожного покрытия, манера вождения автомобиля, нарушенле условий эксплуатации, неисправности рулевого управления и подвески автомобиля, прнродно -климатические условия.

Нормирование пробега автомобильных шин до настоящего времени осуществлялось в соответствии с циркулярным письмом Минфина СССР, f№212 от 16.08.32. г.), которое укрупненно учитывает влияние условий эксплуатации. Определение норматива в этом случае происходит в зависимости от типоразмера шины и марки подвижного состава. Разработанные в настоящее время альтернативные методики не учитывают всей вариации условий эксплуатации, в том числе продольный профиль дороги и в отдельных случаях влияние боковой силы на повороте транспортного средства.

Во второй главе приводится опенка влияния эксплуатационных факторов на интенсивность изнашивания и пробег автобусных шин. Экспериментальные исследовании проводились методами стендовых и дорожных испытаний.

Анализ стендовых и дорожных испытаний позволил провести градацию эксплуатационных факторов, влияющих на интенсивность изнашивания протектора автобусных шин в условиях управляемого эксперимента, а также в реальных дорожных условиях. Анализ результатов стендовых испытаний современных конструкций автобусных шин производства АО «Волтайр» подтвердил, что изнашивание протектора зависит в основном от действия продольной Рх, боковой р ,и

вертикальной нагрузок Р-. Увеличение боковой нагрузки на 150 % приводит к возрастанию интенсивности изнашивания на 30-34 %, аналогичное увеличение нормальной и продольной нагрузок соответственно на 18-23 % и 19-25 %. Установлено, что различие в конструкции и рецептуре протекторной резины шин одного типоразмера оказывают влияние на интенсивность изнашивания в меньшей степени по сравнению с нагрузочными параметрами (Рх, Ру. Р:) и составляют 5-9 %.

Дорожные испытания автобусных шин проводились на дорогах г.г. Волгограда, Волжского и Волгоградской области на З'х регулярных маршрутах: № I г. Волжский - г. Фролово, № 2 г. Волгоград - г. Ахтубинск, № 3 г. Волжский - Аэропорт г. Волгограда в течении всего срока эксплуатации. Износ протектора шин определялся массовым

методом одновременно с очередным техническим обслуживанием автобусов (ТО-2). Объем выборки определялся в зависимости от доверительной вероятности 90 % и относительной погрешности 7-8 %.

Анализ результатов дорожных испытаний показал, что наибольшее значение интенсивности изнашйвания наблюдается на маршрутах, большей частью проходящих по дорогам в условиях города. В связи с этим были дополнительно проведены исследования пробегов автобусных шин на наиболее характерных маршрутах городского сообщения. Необходимый объем выборки находился исходя из доверительной вероятности 95 % и относительной погрешности 10 %. Результаты испытаний выявили различие в пробегах шин на исследуемых маршрутах до 24 %.

С целью установления комплекса возмущающих факторов и их количественной оценки было проведено обследование изучаемых маршрутов. Разработанная методика обследования, являющаяся составной частью методики дифференциального установления нормативов пробега шин основывается на разбиении маршрутов движения транспортных средств на характерные участки, где начало и конец участка определяются действием возмущающего фактора, влияющего на возрастание (снижение) величин продольных и боковых реакций в пятне контакта.автомобильной шины с дорогой.

Дорожные испытания автобусных шин и обследование маршрутов позволили выявить основные характеристики маршрутов, оказывающих влияние на интенсивность изнашивания протектора шин. К ним относятся (табл. 1): удельное количество поворотов транспортного средства, удельное количество остановок автомобиля, скоростной режим движения, характеристики продольного профиля.

Таблица 1

Характеристики маршрутов Маршрут

№ 1 №2 Л'°3

Удельное количество остановок, км"' 0,05 0,05 0,07

Удельное количество светофоров, км'1 0,66 0,31 1,64

Удельное количество поворотов R,. < 200 м, км"1 0,12 0,07 0,4

Удельное количество поворотов R„ > 200 м, км"1 0,5 0,45 0,1

Среднее значение скорости движения, м/с 55,8 51,8 36,4

Средне взвешенное значение продольного профиля, % ол 0,14 0,15

Средняя интенсивность изнашивания, мг/'тыс. км 78,5 73,8. 92,5

Дорожные испытания шин позволили провести оценку не учитываемых параметров, уровень которых не превысил 8-10 %. В результате было установлено, что основными факторами, влияющими на интенсивность изнашивания и пробег автобусных шин являются действующие в "процессе движения автомобиля сапы сопротивления движению.

В третьей главе описывается разработанная методика определения пробега автобусных шин в эксплутационных условиях, математическая модель процесса взаимодействия автомобильного колеса с дорогой и алгоритм расчета показателя нагруженности шин.

При работе транспортного средства шина воспринимает нагрузки, возникающие вследствие изменения сил сопротивления движению. Действие этих сил количественно может быть оценено суммарной работой сил сопротивления движению.

Силы, действующие в пятне контакта шины с дорогой находятся в зависимости от действующих на автобус сил сопротивления движению и их суммарной работы. Таким образом, в качестве показателя нагруженности автобусных шин при исследовании интенсивности их изнашивания и пробега принята удельная работа сил, действующих в

4 уд

контакте шины с опорной поверхностью Я

Л' = ---(1)

1ЛРу = УРу. -Syr О)

где , YAp -соответственно суммарная работа продольных

(тяговых и тормозных) сил и боковых сил, действующих в контакте

автомобильной шины с дорогой, Дж;

Ру Р., - величины соответственно продольной (тяговой и Xl si

тормозной) и боковой сил, Н;

S'y ,S,, - длина участка действия продольных и боковых сил, м; ■Ч У)

Lm- длина маршрута, м.

При моделировании движения автобуса за основу был взят подход C.B. Ганзина к описанию движения автомобиля в городских условиях эксплуатации.

s

Новизной разработанной математической модели является учет характеристик как городских, так и междугородних маршрутов, а так же алгоритм расчета показателя нагруженностн шин.

Положенное в основу расчета уравнение движения автомобиля позволяет производить отслеживание изменения условий нагруженностн шин, определенных изменением величин сил сопротивления движению: на подъеме Pj, воздуха Pw, качению колес Pj-, на повороте Рг .

где X -ускорение автомобиля, м/с ;

8 -коэффициент, учитывающий вращающиеся массы двигателя, трансмиссии и колес;

Rfc -радиус качения ведущих колес, м;

Мп- момент трения в трансмиссии, приведенный к ведущим колесам, Н-м;

Ма-масса автомобиля, кг, g-передаточное отношение главной передачи; ^ - текущее значение передаточного отношения в коробке

передач;

Mе- крутящий момент двигателя, Н-м.

Применяемые для расчета зависимости основываются на известных формулах теории движения автомобиля.

Расчет сил, действующих в контакте автомобильной шины с дорогой проводился в зависимости от величины ускорения транспортного средства, крутящего момента на валу двигателя и скорости движения, рассчитываемых на каждом шаге интегрирования дифференциального уравнения движения автомобиля.

На автомобильные колеса при качении в ведомом режиме действует продольная сила, равная:

РЧ = Pf, + рп • <5>

где Рг - продольная сила, действующая на шины передних • 1

управляемых колес, Я;

дополнительная сила сопротивления, действующая на шины

управляемых колес при повороте азтомобняя, Н\

Pf - сила сопротивления качению ведомых колес 'автомобиля, Н.

Продольные силы при затормаживании автомобиля определяются по формуле:

(б)

xi - g • it dt

dVo

где -- значение ускорения при замедленном движении автомобиля,

dt

м/с2-,

G( - вес, приходящийся на соответствующую ось, II; /7,- - количество шин на оси.

Расчет веса автомобиля, приходящегося на соответствующую ось, производился с учетом коэффициента использования пассажировместимости и перераспределения масс при ускоренном (замедленном) движении автомобиля. Значение продольной силы при качении ведущих колес автомобиля в режимах разгона и установившегося движения определяется величиной крутящего момента двигателя и характеристиками трансмиссии:

= Me-U0.Ukrrjmp ^ (?)

2 Rk ' "2 - величина продольной силы на ведущих колесах автомобиля , Я; Ме - текущее значение крутящего момента двигателя, Н м; Чтр *к0эффициент полезного действия трансмиссии автомобиля;

Я2 - количество шин на ведущей оси автомобиля. Движение автомобиля на повороте вызывает смешение реакции колеса на величину боковой реакции Ру, зависящей от характеристик продольного профиля, скорости движения автомобиля и характеристик бокового увода шины.

Pyi=kyr5i (8)

где Ру. - боковая реакция на колесе, установленном на одном из

мостов автомобиля, Я;

¿i - соответствующий угол увода шнны, pad; kу, - коэффициент сопротивления бокового увода.

При моделирования приняты следующие допущения:

- остановка на перекрестках со светофорным регулированием осуществляется с вероятностью, зависящей от длительности работы фаз светофора. Для этой цели был составлен программный модуль, генерирующий случайные числа и определяющий вероятность остановки;

- ограничение, связанное с движением автомобиля на повороте выражаются в значении скорости, зависящей от условий поперечной устойчивости;

- в связи с тем, что перевозки пассажиров осуществляются в основном по дорогам с асфальтным н асфальте - бетонным покрытием, изменение коэффициента сопротивления качению по участкам маршрута не предусмотрено;

- движение транспортного средства на участке маршрута в общем случае состоит из пяти фаз: разгон; установившееся движение; выбег; накат, штатное торможение (рис. 1). При этом в начальной фазе - разгоне, переключение передач осуществляется с постоянным временем, равным 1,4 с. В заключительной фазе начальная скорость равна 24 км/ч, отрицательное ускорение при служебном торможении - 1,1 м/с2. Все принятые величины соответствуют существующим средним значениям этих показателей при эксплуатации автобусов;

V, км/ч

Рис. 1. Расчетная схема движения автомобиля в замкнутом цикле

-изменение скорости движения при неожиданном возникновении помех не учитывается;

- влияние интенсивности движения на маршруте опосредственно осуществляется через установление максимально допустимой скорости движения транспортного средства на участке.

Для создания комплекса алгоритмов математического моделирования движения автомобиля в реальных условиях эксплуатации, позволяющего оценить влияние различных факторов на показатель

нагруженности шины была проведена алгоритмизация процессов расчета удельной работы сил, действующих в контакте шины с дорогой.

Оценка адекватности полученной математической модели проводилась на основании сопоставления значений средних скоростей, а также пути на характерных фазах движения автобусов, полученных в эксплуатации с расчетными значениями, при этом ошибка в вычислениях не превышала 6,4 %. Кроме этого адекватность подтверждается использованием для описания режимов движения автобуса апробированных зависимостей теории автомобиля.

В связи с тем, что полученные ранее эмпирические зависимости для расчета пробега и интенсивности изнашивания шин не учитывают всей вариации эксплуатационных факторов и показателей транспортных средств при эксплуатации шин на маршрутах городского и междугороднего сообщения была разработана зависимость расчета ожидаемого пробега шин.

В ходе проведенных эксплуатационных испытаний и сбора информации о пробеге автобусных шин получены массивы данных, характеризующих интенсивность изнашивания на нескольких маршрутах с рахпичными условиями движения и соответствующей работой сил, действующих в контакте шины с дорогой.

Полученная в ходе корреляционно-регрессионного анализа математическая зависимость вида /„ - 168.У - 0,027 ■А'*' позволяет рассчитывать пробег автобусных шин в зависимости от удельной работы сил, действующих в пятне контакта шины с дорогой. Эта зависимость удобна для использования в практических расчетах. Полученный коэффициент корреляции А'п 0,74 показывает достаточно тесную связь сил, действующих в эксплуатации с изнашиванием шин. Адекватность полученной зависимости подтверждена большим значением дисперсионного соотношения Фишера экспериментальных данных по сравнению с табличным. Следовательно, методика определения ожидаемого пробега автобусных шин может быть рекомендована для использования в автотранспортных предприятиях, эксплуатация транспортных средств в которых происходит на дорогах с асфаьто -бетонным покрытием на регулярных маршрутах.

В четвертой главе приведена методика дифференциального установления нормативов пробега шин на регулярных автобусных маршрутах, разработанная на основе обобщения теоретических и экспериментальных исследований, а также анализ влняния основных эксплуатационных факторов на пробег шин.

Работа транспортных средств на стационарных маршрутах сопровождается неоднородностью эксплуатационных факторов. В одном АТП может существовать несколько маршрутов, отличающихся различными условиями эксплуатации шнн. Одним из наиболее

И-280 Л-5256 И-260 Л-695 Л-697

Рис. 2 Зависимости пробега шин от пассажировместимости автобуса

х к

а

О 0,5 1

Рис. 4 Зависимости пробега ищи от коэффициента использования пассажировместимости автобуса

12 3 4 5

Рис. 3 Зависимости пробега шин от типа рельефа местности

Рис. 5 Зависимости пробега шин от средней боковой силы на маршруте

детерминированных показателей при работе автобусов являются дорожные факторы, включающие в себя продольный профиль и количество поворотов.

На рис. 3 показана зависимость пробега автобусных шин сгг типа рельефа местности. Градация тнпоя рельефа местности проведена в соответствии с общепринятой классификацией: 1 - горный; 2 - гористый; 3 - холмистый; 4 - слабохолмистый; 5 - равнинный. Зависимости отражают тенденцию увеличения пробега шин пря уменьшении пересеченности продольного профиля до 10-18 %.

Оценка влияния варьируемых во вре?ля движения эксплуатационных факторов выявила основные показатели движения транспортных средств, из-за которых возникает наибольшее изменение величины пробега шин (рис. 2,4,5): средняя боковая сила на маршруте, коэффициент использования пассажнровмесгимостя и пассажировместимость автобуса.

Реализация предлагаемой методики проходит в два этапа. На первом этапе проводится обследование маршрута движения, з результате которого составляется карта маршрута, представляющая собой сводную таблицу с характеристиками участков маршрута, установленных в соответствии с разработанной методикой.

Второй этап включает в себя подготовку исходных данных к расчету и расчет нормативного значения пробега шин. В соответствии с разработанной методикой исходными данными к определению установленного нами оценочного показателя является карта маршрута и технике - эксплуатационные характеристики транспортных средств, для которых проводится расчет норматива. Для уменьшения времени, связанного с подготовкой исходных данных была составлена база данных, включающая в себя необходимые для расчета конструктивные показатели автобусов, наиболее часто используемые для перевозки пассажиров в регионах России.

При окончательном определении норматива целесообразно принимать его скорректированное значение, соответствующее гамма процентному ресурсу автомобильной шины, определенному в третьей главе. Величина коэффициента с вероятностью в 95 % принята равной 0,97. Тогда зависимость для определения нормативного пробега шин принимает вид:

¿; = 163,8- 0,026-А*, (9)

где Ь'и -нормативное значение пробега ышн;

Расчет показателя нагруженностн н нормативного значения пробега шин производится при помощи программы для персонального компьютера, являющейся инструментом разработанной методики.

В ходе проводимых исследований были установлены нормативные значения пробега шин для ряда реальных маршрутов, существующих в городах Волгограда и Волжского.

На рис. 6 представлена гистограмма распределения пробегов шин на одном из исследуемых маршрутов. Установленный в соответствии с разработанной методикой норматив Сн составляет 67 тыс. км

(действующий на предприятии норматив I?и равен 60 тыс. км). Очевидно, что рассчитанный.норматив пробега выше, чем действующий и при этом разница в значениях достигает 1! %. Анализ гистограммы (Рис 6.) выявил

ч а с

7 О С

т ь

о.* г

0,35 0.3 0.25 0,2 0,15 0.1 0,ОБ 0

Ч п

К

/

1Г~1

54,8 58,2 61.6 65 68.4 71.8 75.2 78.6 82 85.4 Пробег шин, тыс. км

Рис. 6. Распределение пробега шин до списания

всплеск числа списанных по износу протектора шин, находящийся на границе действующего норматива. Это объясняется тем, что 36 % шкн списывается исходя из действующего норматива, а не от их действительного ресурса.

Установленные нормативы, точнее определяют фактический пробег шин. Введение в действие таких нормативов позволит исключить преждевременное списание шин, обладающих ещё достаточным для эксплуатации ресурсом. Служба эксплуатации ПАТП и отдел (ПТО), в котором производится учет и контроль за списанием шин получает инструмент для установления нормативов, более точно учитывающих условия эксплуатации на конкретном маршруте и тип подвижного состава.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана и научно обоснована методика установления дифференциальных норм пробега автомобильных шин на регулярных автобусных маршрутах, учитывающая наиболее значимые факторы с точки зрения интенсивности изнашивания шин: характеристики транспортных средств и характеристики маршрутов движения.

2. Разработан показатель нагруженности шин для оценки их пробега на регулярных автобусных маршрутах. В качестве показателя принята суммарная работа сил, действующих в пятне контакта автомобильной шины с опорной поверхностью.

3. На основе сопоставления результатов дорожных и стендовых испытаний проведена градация основных факторов, действующих в процессе эксплуатации и уточнена степень их влияния на интенсивность изнашивания автобусных шин. Для шин типа 300-508 увеличение продольной нагрузки на 150 % приводит к увеличению интенсивности изнашивания на 18 %, а аналогичное увеличение боковой нагрузки на 32% Установлена степень влияния неконтролируемых параметров при оценке интенсивности изнашивания автобусных шин, уровень которых не превысил 8-10 %.

4. Предложены основные эксплуатационные характеристики маршрутов движения транспортных средств, при определении ожидаемого пробега автобусных шин, эксплуатируемых на регулярных маршрутах: количество остановок, поворотов (их радиус и количество), светофоров, величина продольного профиля, протяженность уклонов и подъемов.

5 На основе созданной математической модели процесса взаимодействия автомобильного колеса с дорогой, адекватно описывающей условия эксплуатации как в городском так и в загородных циклах с учетом особенностей конкретных маршрутов движения разработан программный модуль - инструментарий для прогнозирования техническими службами АТП ресурса автобусных шин.

6. Определено влияние технико-эксплутационных показателей автобусов и характеристик маршрутов на пробег шин. Установлено, что увеличение коэффициента использования пассажировместимостм на 20 % приводит к уменьшению ожидаемого пробега шин на 10-16 %,а разница между пробегом при городском сообщении и междугороднем находится в пределах 10-30 %.

7. Внедрены помаршрутные нормы ресурса автобусных шин, дающие службе эксплуатации АТП инструмент для контроля и управления за качеством эксплуатации шин и позволяющие уменьшить затраты на приобретение новых шин, снизить затраты на перевозку пассажиров и повысить рентабельность пассажирских АТП. Так, например для автобусного маршрута № 2 г. Волгограда с прямоугольной геометрической

схемой путей сообщения установленный норматив свидетельствует о возможности повышенна норматива пробега шин на 11 %.

Основной изтсрнал диссертации опубликован в работах:

1. Износ протектора автомобильных шинУ Гудков В.А., Гудков ДВ., Тарковский BJL, Ширяев С.АУ/ Каучук и резина IRC-94: Материалы международной конференции по каучуку и резине. -Москва, 1994,- С. 7279.

2. Износ шин при движении грузовых автомобилей на подъемах / Кубраков В .П., Тарновский В.Н., Пимкин А.П., Гудков Д.В Л Эксплуатация транспорта: Мезквуз. науч. сб.-Саратов: СГТУ.1996.-С.11-15.

3. Обоснование нормирования пробега автомобильных шин / Ревин A.A., Кубраков В.П., Гудков Д.В У/ Проблемы шин и резинокордных композитов. Задачи на пороге XXI века: Материалы 7-го симпозиума / НИИШП.-М, 1996. С.188-191.

4. Анализ влияния эксплуатационных факторов на пробег автомобильных шин на маршруте / Гудков Д.В., Кубраков В.П., Ревин А.АУ/ Проблемы шин и резинокордных композитов. Дорога, шина. Автомобиль: Материалы 8-го симпозиума / НИИШП.- М, 1997.-С 148-153.

5. Моделирование условий эксплуатации на городских автобусных маршрутах при прогнозировании ресурсов шин. Ревин A.A., Гудков Д.В., Ганзин С .В У/ Проблемы шин и резинокордных композитов. Надежность, стабильность-качество: Материалы 9-го симпозиума / НИИШП.- М, 1998,-С.302-304.

Подписано в печать /^Формат 60x84 1/16. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ № 3#<? РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета. 400066, Волгоград, ул. Советская, 35.

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ГУДКОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИСЛАВОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ НОРМИРОВАНИЯ ПРОБЕГА АВТОБУСНЫХ ШИН В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного

транспорта.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Ревин A.A.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Ганзин C.B.

Волгоград 1999 г

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. РЕСУРС ШИН, МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ОЦЕНКИ 8

ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ

(Литературный обзор)

1.1 РАЗРУШЕНИЕ ШИН ИЗ-ЗА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ю ДЕФЕКТОВ И МЕХНИЧЕСКИХ ПОВРЕЖДЕНИЙ

1.2 ИЗНАШИВАНИЕ ПРОТЕКТОРА ШИН 11

1.3 ВЛИЯНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА РЕСУРС ШИН 16

1.4. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ 17 ПРОТЕКТРА ШИН

1.5. МЕТОДЫ НОРМИРОВАНИЯ ШИН И КЛАССИФИКАЦИЯ 19 УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

1.6 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 29

2. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА 32 ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗНАШИВАНИЯ И ПРОБЕГ АВТОБУСНЫХ ШИН

2.1 СТЕНДОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ 33 ИЗНАШИВАНИЯ ШИН.

2.2 ДОРОЖНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ШИН НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ 42 ПРОТЕКТОРА

2.3. ОЦЕНКА РЕСУРСА ШИН ГОРОДСКИХ АВТОБУСОВ В 48 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ

2.4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОБСЛЕДОВАНИЯ АВТОБУСНЫХ 52 МАРШРУТОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСЛОВИЙ ДВИЖЕНИЯ, ВЛИЯЮЩИХ НА РЕСУРС ШИН

2.5. ГРАДАЦИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ, 55 ВЛИЯЮЩИХ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗНАШИВАНИЯ ПРОТЕКТОРА АВТОБУСНЫХ ШИН

3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОБЕГА АВТОБУСНЫХ ШИН В 60 ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ УСЛОВИЯХ

3.1 РАЗРАБОТКА ОЦЕНОЧНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ 61

НАГРУЖЕННОСТИ ШИН

3.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДОРОЖНЫХ УСЛОВИЙ И 64

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ «ДОРОГА-АВТОМОБИЛЬ-ВОДИТЕЛЬ-СРЕДА»

3.3 АЛГОРИТМ РАСЧЕТА СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ В ПЯТНЕ 73 КОНТАКТА АВТОМОБИЛЬНОЙ ШИНЫ С ДОРОГОЙ, И ПОКАЗАТЕЛЯ НАГРУЖЕННОСТИ ШИН

3.4 РЕАЛИЗАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДВИЖЕНИЯ 83 АТС НА ЭВМ

3.5 ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ МОДЕЛИ 85

3.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ РЕСУРСА ШИН ОТ 87 ПРОБЕГА НА ОСНОВЕ ПОКАЗАТЕЛЯ НАГРУЖЕННОСТИ

3.7. СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ И 98

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТОВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 100

РЕСУРСА ШИН

4.1 ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА РЕСУРС 100 ШИН

4.2 МЕТОДИКА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО УСТАНОВЛЕНИЯ 109 НОРМАТИВОВ ПРОБЕГА ШИН НА РЕГУЛЯРНЫХ АВТОБУСНЫХ МАРШРУТАХ

112

4.3 АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВЛЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ НОРМАТИВОВ

117

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 119

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИЛОЖЕНИЕ 2

129 158

ВВЕДЕНИЕ

Автомобильный транспорт в настоящее время оказывает большое влияние на социально - экономическую сферу деятельности человека. Так на автомобильные перевозки приходится до 60 % от общего объема перевозимых грузов всеми видами транспорта. Издержки на перевозки складываются из затрат на технологическое обеспечение и затрат на техническое обслуживание автомобилей. При этом с учетом старения парка транспортных средств, всё большее значение приобретает техническая эксплуатация автомобилей и, являясь подсистемой автомобильного транспорта, она во многом определяет себестоимость перевозок (40 - 45 %).

Контроль за использованием материальных средств в период становления рыночных отношений на автотранспортном предприятии приобретает главенствующую роль. Одним из существующих методов контроля и определения затрат при перевозках грузов и пассажиров является установление нормативов технического обслуживания и использования расходных материалов при эксплуатации автомобилей.

Доля затрат на эксплуатацию и ремонт автомобильных шин в подсистеме технической эксплуатации составляет около 30 % от затрат, связанных с техническим обслуживанием и ремонтом автомобиля.

Влияние эксплуатационных факторов на пробег автомобильных шин достаточно хорошо изучены, однако их градация применительно к эксплуатации шин на автобусных маршрутах и нормирование пробега шин проводились без учета всей гаммы эксплуатационных условий.

В связи с вышеизложенным является актуальным изучение влияния эксплуатационных факторов на интенсивность изнашивания шин и их ранжирование, применительно к автобусным перевозкам, а так же нормирование автомобильных шин.

Целью работы является исследование влияния эксплуатационных факторов на интенсивность изнашивания автобусных шин и разработка методики установления дифференциальных норм их пробега.

В данной работе сделана попытка применения многогранных исследований интенсивности изнашивания автомобильных шин, проводившихся в стендовых условиях к оценке ресурса и пробегов автобусных шин в условиях эксплуатации при использовании современных методов математического моделирования. Изучения влияния эксплуатационных факторов на интенсивность изнашивания, а также получения научно обоснованных норм пробега автобусных шин на регулярных маршрутах в условиях эксплуатации, а так же в зависимости от применяемых марок автотранспортных средств. Таким образом, дать службе эксплуатации АТП инструмент для контроля за списанием шин.

Научная новизна: Выявлены основные факторы, влияющие на интенсивность изнашивания автобусных шин и проведена их градация применительно к регулярным автобусным маршрутам. Разработаны теоретические основы нормирования пробега автобусных шин при городском и междугороднем сообщении, позволившие создать методику дифференциального установления нормативов пробега шин на регулярных автобусных маршрутах, учитывающую основные эксплуатационные факторы и характеристики подвижного состава.

Практическая ценность работы заключается в реализации метода учета эксплуатационных факторов при установлении нормативов пробега автомобильных шин в автотранспортных предприятиях. Разработанная методика установления нормативов позволяет проводить дифференциальный контроль за списанием автомобильных шин при использовании различных типов (моделей) подвижного состава и вариации эксплуатационных условий

В первой главе дается анализ эксплуатационных факторов, влияющих на интенсивность изнашивания и пробег автомобильных шин, рассматриваются основные методы оценки интенсивности изнашивания шин, основные методики установления нормативов пробегов шин и анализ существующей классификации условий эксплуатации.

Во второй главе приводится оценка влияния эксплуатационных факторов на интенсивность изнашивания и пробег автобусных шин. Экспериментальные исследовании проводились методами стендовых и дорожных испытаний.

Анализ стендовых и дорожных испытаний позволил провести градацию эксплуатационных факторов, влияющих на интенсивность изнашивания протектора автобусных шин в условиях управляемого эксперимента, а также в реальных дорожных условиях. Анализ результатов стендовых испытаний современных конструкций автобусных шин производства АО «Волтайр» подтвердил, что изнашивание протектора зависит в основном от действия продольной Рх, боковой Ру, и вертикальной нагрузок Р2 на интенсивность изнашивания протектора.

В третьей главе описывается разработанная методика определения пробега автобусных шин в эксплутационных условиях на основании расчета сил, действующих в пятне контакта автомобильной шины с опорной поверхностью.

Силы, действующие в пятне контакта шины с дорогой находятся в зависимости от действующих на автобус сил сопротивления движению и их суммарной работы, таким образом в качестве показателя нагруженности шин при исследовании интенсивности изнашивания и пробега автобусных шин принята удельная работа сил, действующих в контакте шины с опорной поверхностью Ауд.

В четвертой главе приведена методика определения пробега автобусных шин в эксплутационных условиях на основании расчета сил, действующих в пятне контакта автомобильной шины с опорной поверхностью, разработанная на основе обобщения теоретических и экспериментальных исследований, а также анализ влияния основных, эксплуатационных факторов на пробег шин.

Реализация работы. Разработанная методика внедрена в производственный процесс ГП ПАТП №2 и ГУП ПАТП №4 г. Волгограда.

Апробация работы Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на 6"м и 7"м симпозиумах «Проблемы шин и резинокордных композитов», НИИШП, Москва (1996,1997 г.г.), на 1Г0И межвузовской научно - практической конференции студентов и молодых ученых Волгоградской области (Волгоград 1995), на 32,34,35,36 ежегодных научных конференциях ВолгГТУ (Волгоград 1995- 1999 г.г.).

Публикации. По материалам исследований опубликовано пять статей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка использованной литературы, приложений. Общий объем работы 160 стр. в том числе 25 рисунков и 10 таблиц и приложения. Список использованной литературы состоит из 104 наименований.

1.РЕСУРС ШИН. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ОЦЕНКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ

(литературный обзор)

Шина является одним из наиболее нагруженных элементов автомобиля. В пятне контакта шины с опорной поверхностью сосредоточены усилия, обеспечивающие динамичность движения автомобиля, а также устойчивость и управляемость, которые в целом определяют безопасность движения. Последняя обеспечивается различными конструктивными элементами шины, состояние которых зависит как от физико-механических характеристик, применяемых материалов в конструкции шины, так и от их изменения в процессе эксплуатации (условий и продолжительности).

В последнее время большое внимание уделяется созданию надежных, ремонтопригодных и долговечных шин, обладающих повышенными сцепными свойствами, затрачивающих меньшую долю энергии на перекатывание. Шинная промышленность, поставленная в жесткие рамки конкуренции, добивается для своей продукции характеристик, отвечающих требованиям международных стандартов и требованиям производителей современных автотранспортных средств.

Экономическая эффективность работы автомобильного транспорта во многом зависит от срока службы шин (ресурса). Доля затрат на эксплуатацию и ремонт шин составляет около 40% от затрат, связанных с техническим обслуживанием и ремонтом автомобиля[86].

Проблемным является экологический аспект эксплуатации и производства шин. При производстве и эксплуатации шин используются значительные материальные и трудовые ресурсы (ежегодно в мире

производится около 14 млн. тонн резины для шин), интенсивность загрязнения окружающей среды шинной пылью составляет несколько сот тонн в час. На некоторых автомагистралях Европы ежегодно масса резиновой пыли доходит до 250 кг на каждый километр дороги.

В работе [22] приводится анализ так называемой «Большой системы шин.».

Рис. 1.1 Взаимобействие системы «Большая система шин»

В данной системе рассматривается взаимодействие пяти подсистем: переработка сырья и материалов ПС-1, изготовление шин ПС-2, эксплуатации ПС-3, восстановление ПС-4 и переработки изготовленных шин в резиновые смеси для повторного использования. Анализ взаимодействия всех подсистем данной модели показывает, что подсистема эксплуатации должна быть регулируемой. Ухудшение условий и нарушение правил эксплуатации влечет за собой резкое уменьшение общего ресурса шин за счет уменьшения пробега новых

ч

_^ПоТ^ .Гпс^у

и

(пс^

шин и увеличение дефектов, после которых шины уже не подлежат восстановлению.

Условия эксплуатации, как возмущающий фактор, могут повлечь за собой уменьшение ресурса до 50 %, а уровень организации производства только 25 %. Определяющим фактором регулирования данной системы являются условия эксплуатации. Причины выхода из строя шин существенно различны, однако их можно сгруппировать следующим образом [10]:

- разрушения из-за производственных дефектов;

- механические повреждения;

- усталостные разрушения деталей машин;

- износ протектора;

При этом ресурс шины, являясь случайной величиной, вплотную связан с понятием безотказной работы.

1.1. Разрушения шин из-за производственных дефектов и механических повреждений

Производственные дефекты, зависящие от степени организации технологических процессов и качества применяемых материалов в производстве шин, могут давать значительное снижение ресурса партии шин. Главным образом потому, что пробег шин из-за таких дефектов достаточно низок. Но, при налаженном производстве (современных методах контроля качества производственных процессов и шин) количество шин, вышедших из строя по производственным дефектам незначительно.

Однако, доля механических повреждений при эксплуатации шин весьма велика и может достигает 30-40 %.

Механические повреждения беговой дорожки шины делят на три группы [72] - это разрушения от однократного воздействия больших камней, острых предметов и т.п.. Этот вид наиболее характерен для машин, работающих в тяжелых условиях эксплуатации: горные выработки, карьеры и т.д.; порезы, проколы и т.д., вызванные острыми предметами (камнями, гвоздями); разрушения камнем, застрявшем в канавке протектора и под действием контактных давлений проникающим в подканавочный слой и кордные слои шины.

1.2. Изнашивание протектора шин

Изучению изнашивания резин и шин посвящено много работ [10, 34, 36, 39 , 44, 53, 62, 95]. Известно, что протектор пневматической шины изнашивается под действием напряжений и проскальзываний, возникающих в зоне контакта ее с дорогой.

Описаны разные механизмы изнашивания резины в зависимости от условий:

- абразивный износ происходит на шероховатых поверхностях при относительно высоком коэффициенте трения.

- износ посредством скатывания возникает также при высоком коэффициенте трения, но на относительно гладких поверхностях;

- усталостный износ вызывается многократной деформацией резины на микро неровностях опорной поверхности;

- износ из-за термической деструкции - возникает при высокой температуре в зоне контакта, что при высокой интенсивности скольжения может иметь место в реальных условиях эксплуатации [95].

Почти любое нарушение режима эксплуатации шины может быть причиной неравномерного изнашивания. Известно большое количество видов неравномерного изнашивания. Так, например, езда при

повышенном внутреннем давлении ускоряет износ середины беговой дорожки, пониженное давление и перегрузки ускоряют износ ее краев. Неправильная установка углов схода и развала колес вызывает односторонний повышенный износ и это далеко не все примеры.

Одним из видов неравномерного износа назван "пятнистым". Причиной такого износа, как правило, являются неисправности подвески автомобиля, а также угловые колебания колес, вызванные их дисбалансом. Другая возможность возникновения "пятнистого" износа -колебания элементов рисунка протектора при определенных режимах качения колеса [76].

В работах [29, 83] описано изменение износа шин при различных скоростях движения, причем повышенный износ шин при высших скоростях качения объясняется возрастанием динамических нагрузок на шины, другими словами, увеличение скорости качения шины способствует росту температуры и изменению режима ее нагружения боковыми и продольными касательными силами.

Из литературных данных известно, что причиной преждевременного износа шин в эксплуатации является их перегрузка и изменение давления воздуха в шине [9, 25]. При перегрузке шина сильно деформируется, повышаются напряжения в ее элементах, что ведет к неравномерному изнашиванию протектора.

Данные о влиянии нормальной нагрузки на пробег шин, приведенные в работе [28], а также результаты исследований, проведенных НИИШПом и ВолгГТУ [14, 73, 83] свидетельствуют о том, что с уменьшением нагрузки на шину номинальный пробег шины возрастает (снижение нормальной нагрузки на 10-20 % приводит к увеличению срока службы на 10-60 %), а с увеличением сокращается. Характер изменения пробега шин от нормальной нагрузки близок к

линейному. Обратное влияние на интенсивность изнашивания протектора шин оказывает внутреннее давление. Показано, что при пониженных давлениях интенсивность изнашивания повышается и наоборот. В условиях стендовых испытаний на стенде ИПЗ-4МИ сотрудниками ВолгГТУ исследовалось влияние внутреннего давления воздуха в шине на интенсивность изнашивания протектора. При этом было установлено, что интенсивность изнашивания протектора как легковых, так и грузовых шин с увеличением в них внутреннего давления линейно снижается и может быть выражена линейным уравнением [61, 20, 82].

Согласно [9, 84], при повышении внутреннего давления воздуха в легковой шине 5,90-13 с 0,17 до 0,22 МПа, т.е. приблизительно 30 % (при скорости качения 61,3 км/ч и нормальной нагрузке 3,60 кН), окружные касательные напряжения в зоне выхода протектора из контакта шины с дорогой умен