автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Ускоренная оценка долговечности тормозных накладок на основе выбора режимов подконтрольной эксплуатации автотранспортных средств

На правах рукописи

Тюрин Сергей Васильевич

УСКОРЕННАЯ ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТОРМОЗНЫХ НАКЛАДОК НА ОСНОВЕ ВЫБОРА РЕЖИМОВ ПОДКОНТРОЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г г ш 2зм

005548431 Волгоград-2014

005548431

Работа выполнена на кафедре «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей» в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ревин Александр Александрович.

Официальные оппоненты: Жутов Алексей Григорьевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный аграрный университет», кафедра «Ремонт машин и технология конструкционных материалов», профессор;

Родионов Сергей Николаевич,

кандидат технических наук, доцент, Волгоградский филиал ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», кафедра «Туризм и сервис», доцент.

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Южно-Российский

государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова».

Защита состоится 27 июня 2014 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.03, созданного на базе Волгоградского государственного технического университета, по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект им. В. И. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета и на сайте www.vstu.ru по ссылке

http://www.vstu.ru/nauka/dissertatsionnye-sovety/d-21202803.html

Автореферат разослан « » 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ляшенко Михаил Вольфредович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Известно, что по результатам длительных наблюдений в реальной эксплуатации определяется соответствие тормозных накладок требованиям обеспечения безопасности автомобиля в условиях заданной изготовителем периодичности технического обслуживания. Поэтому сокращение времени оценки долговечности тормозных накладок всей выпускаемой номенклатуры является актуальным, как для предприятий данной отрасли, так и для автотранспортных предприятий при оценке ресурса комплектующих.

Степень разработанности темы В работах Р.В. Кугеля, Б.В. Гольда, Е.С. Кузнецова, A.C. Проникова, В.А. Трикозюка, В.П. Когаева, Е.А. Индикта, Е.А. Чудакова, В.М. Старикова, И.А. Биргера, Ю.Н. Дроздова, В.А. Трофимова, Я.М. Берковича, Д.Н. Решетова, В.М. Фадеева, N. Sheth, D.F. Moore, С. Lipson, O.A. Fazekas рассмотрены вопросы испытаний на долговечность деталей, узлов и агрегатов, проанализированы преимущества и недостатки каждого вида испытаний.

Процессы изнашивания деталей и сопряжений рассмотрены в работах A.B. Чичинадзе, И.В. Крагельского, А.Г. Гинзбурга, М.Н. Добычина, Э.Д. Брауна, Г.В. Крамаренко, Евдокимова, Е.А. Чудакова, Е.С. Кузнецова, B.C. Комбалова, Б.Н. Демиденко, В.В. Меринова, Г.М. Косолапова, Г.М. Харача, D.F. Moore, R.D. Cater, J.G. Bitter, К. Endo, Y. Fukuda, H. Togata, O.Takamia, R.G. Bayer, W.C. Clinton, J.L. Sirico.

Анализ показал, что при оценке долговечности комплектующих деталей автомобилей, в частности, тормозных накладок, наибольшее распространение получили стендовые и натурные испытания. Первые позволяют сократить время испытаний, вторые оценить долговечность реальных образцов в составе штатного механизма. Но при этом они обладают рядом недостатков:

- велика вероятность ошибок при выборе метода или режима испытаний, схемы нагружения, среды, возможна недооценка специфических особенностей эксплуатации и т.п.;

- трудности пересчета результатов испытаний в эксплуатационные показатели и, как следствие, ошибки в прогнозе долговечности;

- возможность несоответствия метода и режима натурных испытаний условиям, в которых происходит эксплуатация изделий у ряда потребителей.

Цель и задачи исследования.

Цель работы - разработка метода ускоренной оценки долговечности тормозных накладок всех видов в условиях реальной эксплуатации, направленного на сокращение времени определения ресурса при заданных доверительной вероятности и относительной ошибке.

Задачи исследования:

1. Организовать подконтрольную эксплуатацию различных видов автотранспортных средств в характерных для них режимах движения, получить данные о режимах движения подконтрольных автотранспортных средств и

долговечности тормозных накладок в реальных условиях эксплуатации с целью определения значений корректирующих коэффициентов.

2. Установить величину пробега, за время которого происходит приработка, и оценить ее влияние на ресурс тормозных накладок.

3. Теоретически обосновать критические факторы и получить математическую модель изменения ресурса тормозных накладок колесных тормозных механизмов автомобилей.

4. Выявить параметры качественного подобия процесса изнашивания тормозных накладок, соблюдение которых повышает адекватность пересчета результатов ускоренных испытаниях и изменения ресурса в эксплуатации и предложить типовые режимы торможения для одного из автотранспортных средств.

5. На основе выявленного качественного подобия процессов изнашивания тормозных накладок разработать метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок по результатам эксплуатации подконтрольного аналога, сокращающий время оценки ресурса тормозных накладок одного изготовителя.

6. Апробировать разработанный метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок колесных тормозных механизмов автотранспортных средств.

Научная новизна. Сокращение времени оценки долговечности тормозных накладок всех видов в условиях реальной эксплуатации при заданных доверительной вероятности и относительной ошибке за счет интеграции результатов подконтрольной эксплуатации в математическую модель изменения ресурса тормозных накладок.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позволяют сократить время оценки долговечности тормозных накладок всех видов в условиях реальной эксплуатации при заданных доверительной вероятности и относительной ошибке.

Разработанный метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок по результатам эксплуатации подконтрольного аналога внедрен в ОАО "ВАТИ" для определения ресурса выпускаемой им продукции и в ООО «Волтакс-1» для оценки остаточного ресурса тормозных накладок при технических обслуживаниях маршрутных такси (ГАЗ-Э221 и их модификаций).

Методы исследования. Основными методами исследования являются экспериментальные, проводимые в соответствии с требованиями действующих стандартов. Обработка результатов экспериментов осуществлялась с помощью аппарата математической статистики с применением современных программных продуктов. Теоретические исследования проводились на основе общеизвестных методов: дедукции, индукции, анализа и синтеза информации, сравнительного анализа и экспертных оценок.

Положения, выносимые на защиту.

- результаты подконтрольной эксплуатации с данными о режимах движения подконтрольных автотранспортных средств и долговечности различных тормозных накладок в реальных условиях эксплуатации с целью определения корректирующих коэффициентов.

- результаты определения величины пробега, за время которого происходит приработка, и оценка ее влияния на величину ресурса тормозных накладок!

- результаты теоретического обоснования критических факторов и математическая модель изменения ресурса тормозных накладок колесных тормозных механизмов автомобилей.

- параметры качественного подобия процесса изнашивания тормозных накладок, соблюдение которых повышает адекватность пересчета результатов ускоренных испытаний и изменения ресурса в эксплуатации и типовые режимы торможения для одного из автотранспортных средств.

- метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок по результатам эксплуатации подконтрольного аналога, сокращающий время оценки ресурса тормозных накладок одного изготовителя.

- результаты апробации разработанного метода ускоренной оценки долговечности тормозных накладок колесных тормозных механизмов автомобилей.

Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверность полученных результатов обеспечивается преимущественно экспериментальным характером исследований в реальных условиях эксплуатации, применением специализированного исследовательского измерительного и испытательного оборудования; использованием общепринятых методик и рекомендаций при обработке данных.

Сделаны доклады на международных научных конференциях «Туполевские чтения», 2005 г. 2006 г., г. Казань; «Современные проблемы проектирования и эксплуатации транспортных и технологических систем», 2006 г., г. Санкт-Петербург; «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств», 2006 г., г. Пенза; «Политранспортные системы», 2006 г., 2007 г., г. Красноярск; «Будущее машиностроения России» (МИКМУС), 2004, 2007-2009, 2013 г.г., г. Москва, РАН, Институт машиноведения им. A.A. Благонравова; «Безопасность транспортных средств в эксплуатации», 2010 г., г. Н. Новгород; «The XXVII Seminar of the Student Scientific Circles of "Mechanics», 2008 г., г. Варшава, Варшавская военно-техническая академия; «Прогресс транспортных средств и систем», 2005 г., 2009 г., г. Волгоград, ВолгГТУ, "Наука - будущее Литвы", 2006 г., г. Вильнюс, Вильнюсский техн. ун-т им. Гедиминаса;

Участие во Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Эврика-2006», 2006 г., г. Новочеркасск, Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (Новочеркас. политехи, ин-т) (2 место); «Научный потенциал студенчества - будущему России», 2006 г., г. Ставрополь, Сев.-Кавказ. гос. техн. ун-т (2 место); XI - XV Региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области, 2005 - 2010 г.г., г. Волгоград, ВолгГТУ; ежегодных научных конференциях ВолгГТУ 2005 - 2013 г.г..; смотрах-конкурсах научных, конструкторских и технологических работ студентов ВолгГТУ 2005 - 2010 г.г., 2013 г. (1 -е место в 2006 г.).

По теме диссертации опубликовано 33 печатные работы, в том числе 5 статей в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, приложений. Работа содержит 143 страниц машинописного текста, 67 рисунков, 35 таблиц. Список литературы составляет 135 наименований, из них 33 на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрывается актуальность проблемы, обозначаются пути ее решения, формулируется цель исследования и определяется научная новизна работы.

В первой главе рассмотрено понятие надежности автомобиля и его узлов, виды испытаний на долговечность деталей, узлов и агрегатов автотранспортных средств, характеристики процесса изнашивания деталей и выявлены факторы, которые необходимо учитывать при оценке долговечности и разработке математической модели изменения ресурса тормозных накладок. Анализ показал, что натурные испытания на долговечность длительны, а стендовые испытания не точны. Поэтому необходима разработка метода оценки долговечности, сокращающего время испытаний при сохранении достоверности полученных данных.

В работах Р.В. Кугеля, Б.В. Гольда, Е.С. Кузнецова, A.C. Проникова, В.А. Трикозюка, В.П. Когаева, Е.А. Индикта, Е.А. Чудакова, В.М. Старикова, И А. Биргера, Ю.Н. Дроздова, В.А. Трофимова, Я.М. Берковича, Д.Н. Решетова, В.М. Фадеева, N. Sheth, D.F. Moore, С. Lipson, O.A. Fazekas рассмотрены вопросы испытаний на долговечность деталей, узлов и агрегатов, проанализированы преимущества и недостатки каждого вида испытаний.

Процессы изнашивания деталей и сопряжений рассмотрены в работах A.B. Чичинадзе, И.В. Крагельского, А.Г. Гинзбурга, М.Н. Добычина, Э.Д. Брауна, Г В Крамаренко, Евдокимова, Е.А. Чудакова, Е.С. Кузнецова, B.C. Комбалова, БН Демиденко, В.В. Меринова, Г.М. Косолапова, Г.М. Харача, D.F. Moore, R.D. Cater, J.G Bitter, К. Endo, Y. Fukuda, H. Togata, O.Takamia, R.G. Bayer,

W.C. Clinton, J.L. Sirico.

На основе анализа состояния вопроса сформулированы цель и задачи

исследования.

Во второй главе представлена программа экспериментальных исследовании и общая методика установления факторов, определяющих долговечность тормозных накладок колесных тормозных механизмов с необходимой точностью.

В основе программы экспериментальных исследований заложены следующие

концептуальные положения:

- в качестве объекта исследования принимаются периодически заменяемые (расходуемые) элементы колесных тормозных механизмов, в частности, тормозные накладки. Предметом исследования является процесс их изнашивани, т.к. тормозное управление относится к основным системам автомобиля, обеспечивающим безопасность;

- проведение взаимоувязанного комплекса натурных исследований ресурса тормозных накладок и эффективности торможения автотранспортных средств как в условиях подконтрольной эксплуатации, так и при стендовых испытаниях;

- в связи с вероятностным характером протекающих процессов в предмете исследования необходимо использовать методы математической статистики, планирования и обработки результатов экспериментов, обеспечивающих объективную оценку, как эффективности торможения, так и ресурса тормозных накладок различных автотранспортных средств;

- проверка результатов экспериментальных исследований на йх соответствие общепринятым теоретическим положениям и обеспечение возможности творческого их развития в рассматриваемой области знаний;

- использование современных методов, средств измерений и обработки результатов экспериментов при исследовании процессов изнашивания и эффективности торможения колесных тормозных механизмов.

Также разработана общая методика установления факторов, определяющих долговечность тормозных накладок колесных тормозных механизмов с необходимой точностью, включающая:

1. Выбор характерных категорий условий эксплуатации и автотранспортного предприятия для подконтрольной эксплуатации АТС, на которые будут устанавливаться тормозные колодки.

2. Анализ режимов движения транспортных средств в эксплуатации на выделенном маршруте, измерение начальной и конечной скорости и времени торможения. Расчет пути торможения колеса и пути трения тормозной накладки для однофункциональных (с наибольшей нагрузкой по тормозному моменту) тормозных механизмов.

3. Оценку работы тормозных механизмов при эксплуатации автомобилей на линии и при плановых технических обслуживаниях.

4. Заключительную техническую экспертизу и оценку среднего пробега до замены тормозных накладок.

5. Определение параметров зависимости толщины рабочего слоя накладки от пробега и расчет среднего значения пробега (среднего ресурса), при котором остаточная толщина фрикционного слоя достигнет предельного состояния. Расчет доверительной вероятности и точности оценки среднего ресурса.

6. Выявление факторов, определяющих долговечность тормозных накладок колесных тормозных механизмов в эксплуатации с необходимой точностью.

В третьей главе представлены результаты экспериментального исследования долговечности тормозных накладок в условиях подконтрольной эксплуатации. Исследования режимов движения автотранспортных средств проведены в ходе подконтрольной эксплуатации маршрутных такси, автобусов большой вместимости, грузовых автомобилей и на индивидуальном транспорте.

В результате подконтрольной эксплуатации были определены режимы движения автотранспортных средств различных категорий. Например, для маршрутных такси результаты приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Режимы движения маршрутного такси (ГАЗ-3221)

Параметры 1-й участок (4,5 км) 2-й участок (3 км) 3-й участок (6 км)

Обшее время разгона, с 36 38 32

Средняя скорость при завершении разгона, км/ч 42,0 36,0 54,0

Общее время равномерного движения, с 3 2 4

Общее время торможения, с 20 18 32,7

Средняя скорость равномерного движения, км/ч 91 112 53

Общее время остановок, с 30 40 20

Количество участков равномерного движения 9 24 11

Количество торможений до полной остановки 12 18 5

Пути трения тормозных накладок подконтрольных автомобилей приведены в табл. 2. Результаты получены с использованием расчетных выражений, приведенных в главе 2. Значения радиусов колеса и средних радиусов трения накладки о контртело принимались в качестве постоянных величин.

Таблица 2 - Пути трения тормозных накладок подконтрольных автомобилей

Параметры ВАЗ-2110-2115 ГАЗ-3221 КамАЗ-5320 МАЗ-64229 Икарус-280 Mercedes Benz О 302 S

Путь трения на 1 км пробега, м 23,9 40,7 12,1 14,3 20,5 25,4

Доверительная вероятность 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95 0,95

Относительная ошибка 0,31 0,10 0,16 0,24 0,38 0,27

Установлены значения среднего ресурса тормозных накладок по результатам подконтрольной эксплуатации и заключительных технических экспертиз. Получены уравнения для определения зависимости остаточной толщины фрикционного материала накладок от пробега автомобиля и выполнена оценка точности определения среднего ресурса (табл. 3).

Таблица 3 - Ресурс тормозных накладок производства ООО ВАТИ по результатам подконтрольной эксплуатации АТС _г——___■__

Модели АТС Среднее значение ресурса, тыс. км Точность оценки среднего значения Уравнение остаточной толщины фрикционного материала тормозных накладок

Ч в

ГАЭ-3221 и модификации, передние тормозные механизмы 13,8 0,95 0,05 у= - 0,67-х+12,2

ВАЗ-2110, 2115, передние тормозные механизмы 24,5 0,95 0,44 у = - 0,47-х + 12,6

Икарус 280, задний мост 54,5 0,95 0,36 у = - 0,211-х +19,0

Mercedes Benz О 302 S, задний мост 33,8 0,95 0,42 у = - 0,242-х + 15,7

КамАЭ-5320, средний и задний мост 76,0 0,95 0,29 у = -0,158-х + 19,0

МАЗ-64229, средний и задний мост 64,2 0,95 0,43 у = - 0,157-х + 17,1

Анализ полученных данных позволяет утверждать, что ресурс тормозных накладок, установленных в колесные тормозные механизмы

одноименных осей автомобилей, выполняющих одинаковый вид перевозок, зависит от рабочей толщины фрикционного слоя тормозной накладки.

Ресурс тормозных накладок более нагруженного тормозным моментом моста снижается, так, например, на грузовых автомобилях КамАЭ-5320 и МАЗ-64229 ресурс тормозных накладок заднего и среднего моста меньше, чем переднего.

Однако, ресурс тормозных колодок с одинаковой рабочей толщиной фрикционного слоя, установленных в колесные тормозные механизмы одноименных осей автомобилей, эксплуатирующихся в городских условиях, зависит от величины пути трения на 1 км пробега (маршрутные такси ГАЗ-3221 и их модификации и, в сравнении, индивидуальные автомобили ВАЗ).

В четвертой главе была разработана математическая модель изменения ресурса тормозных накладок в процессе эксплуатации. В общем виде математическая модель, которая описывает рассматриваемый процесс изменения ресурса тормозных накладок Лтн, выражается уравнением регрессии вида

ят^АХиХ2,хъ...,хп,ги12, ж), (1)

где Х\, Хг, ..., Х„ - факторы, отражающие, соответственно, фрикционные свойства материалов накладки и контртела, давление в паре трения, физику протекания процессов изнашивания, путь торможения колеса на 1 км пробега и рабочую толщину накладки; 2\, ..., 2т, IV - накладываемые ограничения, а именно: модель, год выпуска, загрузка автотранспортного средства (величины, управление которыми не предусмотрено в исследовании) и, соответственно, техническое состояние, внешние условия, дорожные условия (величины, управление которыми невозможно в рамках исследования).

На основе выполненных экспериментальных исследований в третьей главе было установлено влияние на ресурс тормозных накладок пути торможения колеса на 1 км пробега (Х{) и рабочей толщины накладки (Х2).

В этом случае математическая модель изменения ресурса тормозных накладок колесных тормозных механизмов в период установившегося изнашивания, которая в общем виде рассмотрена выше, может быть представлена уравнением первого порядка:

У= а,XI + а2Х.г. (2)

По данным, полученным в результате подконтрольной эксплуатации автомобилей, были определены коэффициенты уравнения регрессии

У = -1,28*,+ 7,18Х2 (3)

Адекватность полученной модели оценивалась по критерию Фишера: = а2«/-?.*« = 233,46/108,5 = 2,15, ~ 2,3 (/] = 6;/2 = 62),

л Т ОП'

Следовательно, полученная математическая модель адекватно описывает зависимость ресурса тормозных накладок колесных тормозных механизмов от пути трения накладок на 1 км пробега АТС и рабочей толщины накладки.

При анализе построенной функции отклика было выявлено, что ресурс и путь трения тормозной налакдки являются обратно пропорциональными величинами: Яср = /(Х\Л)п. Очевидно, линейность математической модели при определенных условиях будет нарушаться. Эта нелинейность может быть учтена дополнительным слагаемым, введенным в формулу (3):

У = - 1,28Х| + 7,18Х2 +/(Х{х)\ (4)

Оценка влияния нелинейности на достоверность результатов показала, что значения пути трения 0,34 и 0,91 м на 1 км пробега автомобиля составляют 3 - 8% от минимального пути трения тормозных накладок, определенного экспериментально (12,1 м на 1 км пробега для автомобиля КамАЗ). Поэтому в практических расчетах математическая двухфакторная модель может использоваться как линейная зависимость оценочного параметра долговечности тормозных накладок (ресурса) от их.пути трения и толщины рабочего слоя.

По результатам исследования было выявлено, что эффективность торможения колесных тормозных механизмов с увеличением пробега изменяется.

Установлено, что изменение эффективности торможения автомобиля проходит два периода: период повышения эффективности торможения, связанный с интенсивным изнашиванием тормозных накладок при приработке и период относительно стабильных значений эффективности торможения (интенсивность изнашивания постоянна). Наиболее наглядно изменение эффективности торможения проявляется на относительной разности тормозных сил колес. Поэтому в качестве оценочного параметра эффективности торможения может быть принят показатель - относительная разность (неравномерность) тормозных сил на одной оси автомобиля.

Поскольку изменение относительной разности тормозных сил обусловлено изнашиванием, как фрикционного слоя накладки, так и рабочей поверхности контртела тормозных механизмов, то эти процессы являются подобными и для их описания могут использоваться одни и те же уравнения:

Y=aa + axX\+ а2Х2 + а^Х2 + аАХх Х2+^ Х2, (5)

где У- разность тормозных сил; Хх - пробег от начала замены тормозных накладок; Х2 -общий пробег автомобиля.

Для определения коэффициентов математической модели длительности приработки тормозных накладок в зависимости от пробега автомобиля автор исследовал эффективность торможения переднеприводных автомобилей ВАЗ в интервалах пробега 0-2500 км.

По полученным данным были определены коэффициенты уравнения (5):

Y= 0,12 - 0,032*, + 0,011 X,2 - 0,44-10-3X,Z2. (6)

Оценив адекватность модели по критерию Фишера:

Fm = SñjS1^ о, 103-10"2/0,063-Ю"2 = 1,63, FT = 2,9(/i = 3;/2=40), F-r > Fon

Следовательно, полученная математическая модель адекватно описывает длительность приработки тормозных накладок колесных тормозных механизмов автотранспортных средств от пробега автомобиля после установки колодок и с начала эксплуатации.

Исследованиями установлено, что относительная разность тормозных сил при пробеге до 1300 - 1600 км снижается. При дальнейшем увеличении пробега она принимает практически постоянное значение. Следовательно, можно считать, что приработка тормозных накладок происходит до пробега 1300 - 1600 км. Причем длительность приработки зависит от пробега автомобиля с начала эксплуатации, с ростом этого пробега период приработки увеличивается.

Согласно ранее проведенных исследований, средний ресурс тормозных накладок автомобилей семейства ВАЗ составляет 20,1 тыс. км.

Следовательно, на период приработки приходится не более 10 % от ресурса тормозных накладок. Можно заключить, что период приработки для тормозных накладок не столь значим и может не учитываться при прогнозировании долговечности тормозных накладок в эксплуатации с учётом остаточной толщины фрикционного слоя.

В пятой главе представлен разработанный метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок автотранспортных средств по результатам эксплуатации подконтрольного аналога, включающий следующие этапы:

1. Формирование базы исходных данных с конструктивными характеристиками и эксплуатационными показателями работы пар трения в тормозных механизмах транспортных средств.

2. Проверка равенства удельных давлений и определение соответствия удельной работы трения тормозных накладок на допустимое значение.

3. Определение режимов движения автомобилей и выбор транспортного средства с наибольшей интенсивностью торможения (по длине пути трения на 1 км пробега) - подконтрольного аналога.

4. Определение интенсивности изнашивания тормозных накладок подконтрольного аналога на 1 м пути трения.

5. Расчет среднего ресурса тормозных накладок модели по предельному состоянию - минимально допустимой толщине фрикционного слоя.

6. Оценка среднего и "гамма-процентного" ресурса тормозных накладок одного изготовителя с учетом соотношений длины тормозного пути на 1 км пробега и предельного значения толщины фрикционного слоя тормозных накладок подконтрольного аналога и исследуемого транспортного средства.

Оценку среднего ресурса тормозных накладок исследуемых транспортных средств, с учетом длины пути трения на 1 км пробега и предельного значения толщины фрикционного слоя, произведем по формуле:

где Лсртс ~ средний ресурс тормозных накладок исследуемого транспортного средства; йсрпд - средний ресурс тормозных накладок подконтрольного аналога; - коэффициент, равный отношению пути трения тормозных накладок при торможении подконтрольного аналога на 1 км пробега к пути трения тормозных накладок исследуемого транспортного средства; К/, - коэффициент, равный отношению толщины рабочего слоя тормозной накладки исследуемого транспортного средства к рабочей толщине тормозной накладки подконтрольного аналога.

Значения коэффициентов К'¡, К), и результаты расчета среднего ресурса ЯсрТС по подконтрольному аналогу ЛсрПА, по математической модели Ясрмм и по результатам подконтрольной эксплуатации транспортных средств ЛсрЭ сведены в табл. 5. Вычисленные значения находятся в интервале ресурса, определенного по результатам подконтрольной эксплуатации.

Тип транспортного средства К. А* •ЯсрПА, тыс. км •ScpMM. тыс. км ^срЭ, ТЫС. км Доверит границы ельные э. тыс. км

нижняя верхняя

ГАЭ-3221 1 1 13,8 12,5 13,8 13,1 14,5

ВАЗ-2110,2115 2,24 1 30,9 34,0 24,5 13,7 35,3

КамАЭ-5320 3,36 1,33 61,7 70,7 76,0 54,0 98,0

Икарус-280 1,99 1,33 36,5 59,9 54,5 34,8 74,2

Mercedes Benz 0 302 S 1,60 1,11 24,5 39,3 33,8 19,6 48,0

МАЗ-64229 2,85 1,11 43,7 53,5 64,2 36,5 91,9

Таким образом, предлагаемый метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок дает возможность прогнозировать средний и "гамма-процентный" ресурс тормозных накладок любых транспортньк средств по результатам эксплуатации подконтрольного аналога и сокращает время определения ресурса тормозных накладок одного изготовителя для различных транспортных средств.

Разработанный метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок по результатам эксплуатации подконтрольного аналога внедрен в ОАО "ВАШ" для определения ресурса выпускаемой им продукции и в ООО «Волтакс-1» для оценки остаточного ресурса тормозных накладок при технических обслуживаниях маршрутных такси (ГАЭ-3221 и их модификации).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Решена задача ускоренной оценки долговечности тормозных накладок на основе выбора режимов подконтрольной эксплуатации автотранспортных средств. Получены данные о режимах движения подконтрольных автотранспортных средств и долговечности различных тормозных накладок в реальных условиях эксплуатации с целью определения корректирующих коэффициентов.

2. Установлена величина пробега, за период которого происходит приработка, и оценена степень ее влияния на изменение ресурса тормозных накладок. Для подконтрольных автомобилей она не превышает 1300-1600 км, что составляет до 10 % от общего ресурса тормозных накладок.

3. Теоретически обоснованы критические факторы (рабочая толщина фрикционного слоя тормозных накладок и путь трения на 1 км пробега) и получена математическая модель изменения ресурса тормозных накладок автотранспортных средств на основе аппарата теории планирования эксперимента.

4. Выявлены параметры качественного подобия процесса изнашивания тормозных накладок, учет которых повышает адекватность пересчета результатов ускоренных испытаний и изменения ресурса в эксплуатации и разработаны типовые режимы торможения для одного из автотранспортных средств.

5. На основе выявленного качественного подобия процессов изнашивания тормозных накладок разработан метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок по результатам эксплуатации подконтрольного аналога,

существенно сокращающий время оценки ресурса тормозных накладок одного изготовителя. Доказана возможность оценки ресурса тормозных накладок при любых пробегах.

6. Доказана возможность ускоренной оценки долговечности тормозных накладок автотранспортных средств на основе эксплуатации подконтрольного аналога с доверительной вероятностью 95 %.

7. Разработанный метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок по результатам эксплуатации подконтрольного аналога внедрен в ОАО "ВАТИ" для определения ресурса выпускаемой им продукции и в ООО «Волтакс-1» для оценки остаточного ресурса тормозных накладок при технических обслуживаниях маршрутных такси (ГАЭ-3221 и их модификации).

Перспективы дальнейшей разработки темы:

- проведение исследования долговечности тормозных накладок с учетом влияния температуры в узле «тормозная накладка - контртело»;

- корректирование нормативной документации по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей;

- разработка новых материалов для изготовления тормозных накладок;

- совершенствование испытательного оборудования предприятий, изготавливающих тормозные накладки.

Основные положения диссертационного исследования опубликованы в следующих работах:

в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ:

1. Тюрин, C.B. Режимы ускоренных испытаний тормозных накладок микроавтобусов (маршрутных такси) / C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // Изв. ВолгГТУ. Сер. Транспортные наземные системы: Межвуз. сб. науч. статей / ВолгГТУ. - Волгоград, 2004. - Вып.1, №3. - С. 85-90.

2. Ревин, A.A. Метод оценки долговечности тормозных накладок по результатам подконтрольной эксплуатации аналога / A.A. Ревин, C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // Автомобильная промышленность. - 2007. - № 8. - С. 38-39.

3. Тюрин, C.B. О выборе конструкции колесных тормозных механизмов АТС по экологическому критерию / C.B. Тюрин, В.Н. Федотов, Ан.В. Дроздов // Автомобильная промышленность. - 2010. - № 6. - С. 39-40.

4. Дядин, К.В. Определение величины пробега приработки тормозных накладок переднеприводных автомобилей ВАЗ / К.В. Дядин, C.B. Тюрин // Изв. ВолгГТУ. Серия "Наземные транспортные системы". Вып. 3 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. -№ 10. -С. 161-164.

5. Исследования изменения эффективности торможения между очередными техническими обслуживаниями / C.B. Тюрин, Р.К. Касимов, A.A. Ревин, Г.В. Бойко, В.Н. Федотов // Известия ВолгГТУ. Серия "Наземные транспортные системы". Вып. 7 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. -Волгоград, 2013. - № 21 (124). - С. 41-44.

в других изданиях:

6. Тюрин, C.B. Долговечность тормозных накладок маршрутных такси в реальных условиях эксплуатации / C.B. Тюрин, В.Н. Федотов, С.Н. Шахматов // XVI Международная Интернет - конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС - пробмаш - 2004): Тез. докл., Москва, 22-24 декабря 2004 г. / Ин-т машиноведения им. А.А.Благонравова РАН и др. - М., 2004. - С. 27.

7. Тюрин, C.B. Режимы ускоренных испытаний на износостойкость тормозных накладок микроавтобусов (маршрутных такси) / C.B. Тюрин, A.A. Ревин, В.Н. Федотов // XVI

Международная Интернет - конференция молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (МИКМУС - пробмаш - 2004): Тез. докл., Москва, 22-24 декабря 2004 г. / Ин-т машиноведения им. А.А.Благонравова РАН и др. - М., 2004. - С. 26.

8. Тюрин, C.B. Долговечность тормозных колодок маршрутных такси и индивидуального транспорта в городских условиях эксплуатации / C.B. Тюрин, С.Н. Шахматов, В.Н. Федотов // Тез. докл. юбилейного смотра - конкурса науч., конструкторских и технол. работ студентов ВолгГТУ, Волгоград, 11-13.05.05 / ВолгГТУ, Совет СНТО. - Волгоград, 2005. - С. 154-155.

9. Тюрин, C.B. Долговечность тормозных колодок маршрутных такси и индивидуального транспорта в городских условиях эксплуатации / C.B. Тюрин, В.Н. Федотов, С.Н. Шахматов II Прогресс транспортных средств и систем - 2005: матер, междунар. науч.-практ. конф., (20-23 сент. 2005 г.) / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2005. - 4.1. - С. 138-139.

10. Тюрин, C.B. Долговечность тормозных накладок маршрутных такси в реальных условиях эксплуатации / C.B. Тюрин, С.Н. Шахматов, В.Н. Федотов // IX Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, Волгоград, 9-12 ноября 2004 г.: тез. докл. / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2005. - С. 85-87.

И. Тюрин, C.B. Срок службы тормозных колодок автомобилей семейства ГАЗ / C.B. Тюрин, С.Н. Шахматов, В.Н. Федотов // Туполевские чтения: матер, [тез. докл.] Междунар. молодеж. науч. конф., посвящ. 1000-летию г.Казани, 10-11 нояб. 2005 г. / Казан, гос. техн. ун-т им. А.Н.Туполева и др. - Казань, 2005. - Т.1. - С. 170-171.

12. Тюрин, C.B. Долговечность тормозных накладок автомобилей КамАЗ / C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // X Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 8-11 ноября 2005 г.: тез. докл. / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2006. - С. 92-94.

13. Ревин, A.A. Прогнозирование ресурса новых тормозных накладок транспортного-средства / A.A. Ревин, C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // Вестник транспорта. - 2006. - № 9. - С. 3234.

14. Тюрин, C.B. Изменение эффективности торможения автомобилей семейства ВАЗ-2110 в процессе эксплуатации / C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // Политранспортные системы: матер. IV Всерос. науч.-техн. конф., посвящ. 50-летию КГТУ, Красноярск, 22-24 ноября 2006 г. / Краснояр. гос. техн. ун-т. - Красноярск, 2006. - 4.2. - С. 141-144.

15. Тюрин, C.B. Метод оценки долговечности тормозных накладок по результатам эксплуатационных испытаний аналога / C.B. Тюрин, A.A. Ревин, В.Н. Федотов // Сборник конкурсных работ Всерос. смотра-конкурса н.-т. творчества студ. вузов "Эврика-2006", Новочеркасск, 20-26.11.2006 / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (Новочеркас. политехи, ин-т). -Новочеркасск, 2006. - С. 238-240.

16. Тюрин, C.B. Методика оценки ресурса тормозных накладок по данным контрольной эксплуатации аналога / C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // XIV Туполевские чтения: матер, [тез. докл.] Междунар. молодежной науч. конф., г.Казань, 10-11 ноября 2006 г. / Казан, гос. техн. ун-т им. А.Н.Туполева и др. - Казань, 2006. - Т.Н. - С. 18-20.

17. Ревин, A.A. Прогнозирование долговечности тормозных накладок по данным подконтрольной эксплуатации аналога / A.A. Ревин, C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // Современные проблемы проектирования и эксплуатации транспортных и технологических систем: тр. Междунар. науч.-техн. конф., 3-6 октября 2006 г. / Санкт-Петерб. гос. политехи, ун-т. - СПб., 2006.-С. 166-168.

18. Тюрин, C.B. Прогнозирование долговечности тормозных накладок транспортных средств по результатам подконтрольной эксплуатации аналога / C.B. Тюрин, A.A. Ревин, В.Н. Федотов// Транспорт: сб. докл. 9-й конф. молодых учёных Литвы "Наука - будущее Литвы", Вильнюс, 25 мая 2006 г. / Вильнюсский техн. ун-т им. Гедиминаса, Фак-т инженерии транспорта.- Вильнюс, 2006.- С.96-102..

19. Тюрин, C.B. Прогнозирование ресурса тормозных накладок по результатам подконтрольной эксплуатации аналогов / C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: матер. IV Междунар. науч.-техн. конф., Пенза, 10-12 мая 2006 / Пенз. гос. ун-т архитектуры и строительства и др. - Пенза, 2006. - Ч. 1. - С. 200-205.

20. Тюрин, C.B. Прогнозирование ресурса тормозных накладок по результатам подконтрольной эксплуатации аналогов / C.B. Тюрин // Научный потенциал студенчества -будущему России: матер. Всерос. науч. студ. конф., г.Ставрополь, 19-20 апреля 2006 г. / Сев,-Кавказ. гос. техн. ун-т и др. - Ставрополь, 2006. - С. 71.

21. Тюрин, C.B. Алгоритм ускоренной оценки долговечности тормозных накладок / C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // Политранспортные системы: матер. V всерос. науч.-техн. конф., Красноярск, 21-23 ноября 2007 г. / Сибирский федерал, ун-т, Политехи, ин-т. - Красноярск, 2007. -4.2. -С. 128-133.

22. Гордеев, М.И. Исследование долговечности тормозных накладок автобусов Mercedes Benz 0302 S при эксплуатации на междугородних маршрутах / М.И. Гордеев, C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // XI Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 8-10 ноября 2006 г.: тез. докл. / ВолгГТУ и др. - Волгоград, 2007. - С. 112-113.

23. Тюрин, C.B. Требования к доработке стенда СТС-З-СП-11 для обеспечения испытаний тормозных накладок по правилам ЕЭК ООН / С.&. Тюрин, В.Н. Федотов // XIX междунар. Интернет-ориентир, конф. молодых учёных и студ. по совр. пробл. машиноведения (МИКМУС-2007): матер, конф., 5-7 декабря 2007 г. / РАН, Ин-т машиноведения им. А.А.Благонравова. - М., 2007.-С. 201.

24. Тюрин, C.B. Investigation to Longevity Brake Shoes by Result of the Exploitations of the Analogue / C.B. Тюрин, В.Н. Федотов, A.A. Ревин // The XXVII Seminar of the Student Scientific Circles of "Mechanics", Warsaw, 24-25th of April 2008 : [mater.] / Wojskowa Academia Techniczna.-Warsaw, 2008,- C. 291-296,- Англ.

25. Исследование приработки тормозных накладок переднеприводных автомобилей семейства ВАЗ на тормозном стенде СТС ЗЛ-СП-11 / К.В. Дядин, А.Ю. Потапов, C.B. Тюрин,

B.Н. Федотов // Юбил. ежегод. XX междунар. Интернет-ориентир, конф. мол. учёных и студ. по соврем, проблемам машиноведения (МИКМУС-2008): матер, конф., посвящ. 70-летию ИМАШ РАН, 10-12 нояб. 2008 г. / РАН, Ин-т машиноведения им. A.A. Благонравова. - М., 2008. - С. 161.

26. Кривоспиченко, A.A. Требования к доработке тормозного стенда СТС-З-СП-11 для проведения испытаний тормозных накладок по правилам ЕЭК ОНН / A.A. Кривоспиченко, C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // XII региональная конференция молодых исследователей Волгогр. обл., г. Волгоград, 13-16 нояб. 2007 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2008. - С. 115-116.

27. Дядин, К.В. К вопросу об эффективности торможения автомобилей ВАЗ / К.В. Дядин,

C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // XXI международная инновационно-ориентированная конференция молодых учёных и студентов по современным проблемам машиноведения (МИКМУС-2009) : матер, конф., 16-18 ноября 2009 г. / РАН, Ин-т машиноведения им. A.A. Благонравова. - М., 2009. - С. 106.

28. Методика оценки приработки тормозных накладок переднеприводных автомобилей семейства ВАЗ на тормозном стенде СТС ЗЛ-СП-11 / К.В. Дядин, А.Ю. Потапов, C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // XIII региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г.Волгоград, 11-14 нояб. 2008 г.: тез. докл. / ВолгГТУ [и-др.]. - Волгоград, 2009. - С. 142-145.

29. Оценка периода приработки тормозных накладок переднеприводных автомобилей семейства ВАЗ ! А.Ю. Потапов, A.A. Ревин, C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // Прогресс транспортных средств и систем - 2009: матер, междунар. н.-пр. конф., Волгоград, 13-15 окт. 2009 г.: в 2 ч. Ч. 1 / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2009. - С. 150-151.

30. Дядин, К.В. Исследование эффективности торможения переднеприводных автомобилей семейства ВАЗ на тормозном стенде СТС ЗЛ-СП-11 / К.В. Дядин, C.B. Тюрин, В.Н. Федотов // XIV региональная конференция молодых, исследователей Волгоградской области (Волгоград, 10-13 нояб. 2009 г.) : тез. докл. / ВолгГТУ [и др.]. - Волгоград, 2010. - С. 101-103.

31. Федотов, В.Н. Оценка технического состояния АТС - первая задача обеспечения конструктивной безопасности в эксплуатации / В.Н. Федотов, C.B. Тюрин // Безопасность

транспортных средств в эксплуатации : матер. 71-й междунар. науч.-техн. конф. (12-13 окт. 2010 г.) / Нижегор. гос. техн. ун-т им. P.E. Алексеева. - Н. Новгород, 2010. - С. 186-188.

32. Математическая модель изнашивания тормозных накладок АТС / Р.К. Касимов, A.A. Ревин, C.B. Тюрин, Г.В. Бойко // Юбилейная XXV международная инновационно-ориентированная конференция молодых учёных и студентов МИКМУС-2013, 13-15 ноября 2013 г. : матер, конф. (аннотации докл.) / РФФИ, Ин-т машиноведения им. A.A. Благонравова РАН. - М., 2013. - С. 82.

33. Касимов, Р.К. Математическая модель изнашивания тормозных накладок АТС по результатам подконтрольной эксплуатации / Р.К. Касимов, A.A. Ревин, C.B. Тюрин // Тезисы докладов смотра-конкурса научных, конструкторских и технологических работ студентов Волгоградского гос. технического университета, 14-17 мая 2013 г. / ВолгГТУ, Совет СНТО. -Волгоград, 2013. - С. 124-125.

Подписано в печать 05.05.2014 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 277.

Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. №7.

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

04201 460127

Тюрин Сергей Васильевич

УСКОРЕННАЯ ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТОРМОЗНЫХ НАКЛАДОК НА ОСНОВЕ ВЫБОРА РЕЖИМОВ ПОДКОНТРОЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор A.A. Ревин

Волгоград 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ..........................................................................................................................................4

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ................................................................. 9

1.1 Эксплуатационная надежность автомобиля и его элементов............... 9

1.2 Испытания на долговечность деталей, узлов и агрегатов автотранспортных средств......................................................... 14

1.3 Изнашивание деталей и сопряжений сборочных единиц автотранспортных средств......................................................... 21

1.4 Характеристики процесса изнашивания и факторы, влияющие на износ пары «фрикционная накладка — контртело» колесных

тормозных механизмов............................................................ 26

1.5 Цель и задачи исследования....................................................... 35

2 ПРОГРАММА, МЕТОДИКА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ БАЗА ИССЛЕДОВАНИЙ РЕСУРСА ТОРМОЗНЫХ НАКЛАДОК ПРИ ПОДКОНТРОЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ................................. 37

2.1 Программа экспериментальных исследований и общая методика выявления факторов, определяющих долговечность тормозных накладок колесных тормозных механизмов и точность оценки их ресурса................................................................................. 37

2.2 Планирование экспериментов и разработка частных методик исследований........................................................................ 44

2.3 Формирование экспериментальной базы....................................... 51

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ТОРМОЗНЫХ НАКЛАДОК В УСЛОВИЯХ ПОДКОНТРОЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ................................. 55

3.1 Результаты исследования режимов движения автотранспортных

средств в эксплуатации и определение пути трения тормозных

накладок............................................................................... 55

3.2 Долговечность тормозных накладок по результатам подконтрольной

эксплуатации и точность оценки их ресурса................................... 59

4 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ТОРМОЗНЫХ НАКЛАДОК......................................................................... 81

4.1 Разработка математической модели изменения остаточного ресурса тормозных накладок в процессе эксплуатации................................ 81

4.2 Изменение эффективности торможения в период между очередными

ТО........................................................................................ 87

4.3 Исследование длительности периода приработки тормозных накладок 92

5 ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ ТОРМОЗНЫХ НАКЛАДОК ДЛЯ УСКОРЕННОЙ ОЦЕНКИ ДОЛГОВЕЧНОСТИ

В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ............................................ 100

5.1 Обоснование возможности ускоренной оценки долговечности тормозных накладок................................................................ 100

5.2 Определение характеристик типового режима ускоренных стендовых испытаний на долговечность тормозных накладок........................... 103

5.3 Метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок по

результатам эксплуатации подконтрольного аналога........................ 112

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................... 121

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................... 123

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Внешний вид тормозных накладок и контртел

при проведении технических экспертиз........................................ 136

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт об использовании результатов исследований

долговечности тормозных накладок в реальных условиях

эксплуатации........................................................................... 143

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Известно, что по результатам длительных наблюдений в реальной эксплуатации определяется соответствие тормозных накладок требованиям обеспечения безопасности автомобиля в условиях заданной изготовителем периодичности технического обслуживания. Поэтому сокращение времени для оценки долговечности тормозных накладок всей выпускаемой номенклатуры является актуальным для предприятий данной отрасли, а также для автотранспортных предприятий для оценки ресурса комплектующих.

Степень разработанности темы. В работах Р.В. Кугеля, Б.В. Гольда, Е.С. Кузнецова, A.C. Проникова, В.А. Трикозюка, В.П. Когаева, Е.А. Индикта, Е.А. Чудакова, B.JL Кусочкина, В.М. Старикова, Биргера, Ю.Н. Дроздова, О.Ф. Трофимова, Я.М. Берковича, Д.Н. Решетова, В.З. Фадеева, В.М. Долинского, Б.Р. Левина, В.А. Наумова N.A. Enomoto, М. Prot рассмотрены вопросы испытаний на долговечность деталей, узлов и агрегатов, их виды, проанализированы преимущества и недостатки каждого вида испытаний.

Процессы изнашивания деталей и сопряжений рассмотрены в работах A.B. Чичинадзе, И.В. Крагельского, Б.Я. Гинсбурга, М.Н. Добычин, Л.Г. Кифера, И.И. Абрамовича, Е.А. Чудакова, A.B. Осяпина, H.A. Буше, Е.С. Кузнецова, B.C. Камболова, Б.М. Демиденко, В.В. Меринова, Г.М. Косолапова, Г.М. Харача, Е.Ф. Непомнящего, Г. Польцера, J.H. Alden, С.А. Brokley, H.R. Davis, R.D. Cater, К. Endo, Y. Fukuda, H. Togata, O.Takamia, R.G. Bayer, W.C. Clinton, J.L. Sirico, J.G. Bitter.

Анализ показал, что при оценке долговечности комплектующих деталей автомобилей, в частности, тормозных накладок, наибольшее распространение получили стендовые и натурные испытания. Первые позволяют сократить время испытаний, вторые позволяют оценить долговечность реальных образцов в составе штатного механизма. Но при этом они обладают рядом недостатков:

- велика вероятность ошибок при выборе метода или режима испытаний, схемы нагружения, среды, недооценка специфических особенностей эксплуатации и т.п.;

- трудности пересчета их результатов в эксплуатационные показатели и, как следствие, ошибки в прогнозе долговечности;

- возможность несоответствия метода и режима натурных испытаний, условиям, в которых происходит эксплуатация изделий у ряда потребителей.

Цель и задачи исследования.

Цель работы — разработка метода ускоренной оценки долговечности тормозных накладок всех видов в условиях реальной эксплуатации, направленного на сокращение времени определения ресурса при заданных доверительной вероятности и относительной ошибке.

Задачи исследования:

1. Организовать подконтрольную эксплуатацию в характерных для различных видов автотранспортных средств режимах движения, получить данные о режимах движения подконтрольных автотранспортных средств и долговечности различных тормозных накладок в реальных условиях эксплуатации с целью определения корректирующих коэффициентов.

2. Установить величину пробега, за время которого происходит приработка, и оценить ее влияние на величину ресурса тормозных накладок.

3. Теоретически обосновать критические факторы и получить математическую модель изменения ресурса тормозных накладок колесных тормозных механизмов автомобилей.

4. Выявить параметры качественного подобия процесса изнашивания тормозных накладок, соблюдение которых повышает адекватность пересчета результатов ускоренных испытаниях и изменения ресурса в эксплуатации и предложить типовые режимы торможения для одного из автотранспортных средств.

5. На основе выявленного качественного подобия процессов изнашивания тормозных накладок разработать метод ускоренной оценки долговечности

тормозных накладок по результатам эксплуатации подконтрольного аналога, сокращающий время оценки ресурса тормозных накладок одного изготовителя.

6. Апробировать разработанный метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок колесных тормозных механизмов автомобилей.

Научная новизна. Сокращение времени оценки долговечности тормозных накладок всех видов в условиях реальной эксплуатации при заданных доверительной вероятности и относительной ошибке за счет интеграции результатов подконтрольной эксплуатации в математическую модель изменения ресурса тормозных накладок.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты позволяют сократить время оценки долговечности тормозных накладок всех видов в условиях реальной эксплуатации при заданных доверительной вероятности и относительной ошибке.

Разработанный метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок по результатам эксплуатации подконтрольного аналога внедрен в ОАО «ВАТИ» для определения ресурса выпускаемой им продукции и в ООО «Волтакс-1» для оценки остаточного ресурса тормозных накладок при технических обслуживаниях маршрутных такси (ГАЗ-Э221 и их модификаций).

Методы исследования. Основными методами исследования являются экспериментальные, проводимые в соответствии с требованиями действующих стандартов. Обработка результатов экспериментов осуществлялась с помощью аппарата математической статистики с применением современных программных продуктов. Теоретические исследования проводились на основе общеизвестных методов: дедукции, индукции, анализа и синтеза информации, сравнительного анализа и экспертных оценок.

Положения, выносимые на защиту.

- результаты подконтрольной эксплуатации с данными о режимах движения подконтрольных автотранспортных средств и долговечности различных тормозных накладок в реальных условиях эксплуатации с целью определения корректирующих коэффициентов.

- результаты определения величины пробега, за время которого происходит приработка, и оценка ее влияния на величину ресурса тормозных накладок.

- результаты теоретического обоснования критических факторов и математическую модель изменения ресурса тормозных накладок колесных тормозных механизмов автомобилей.

- параметры качественного подобия процесса изнашивания тормозных накладок, соблюдение которых повышает адекватность пересчета результатов ускоренных испытаниях и изменения ресурса в эксплуатации и типовые режимы торможения для одного из автотранспортных средств.

- метод ускоренной оценки долговечности тормозных накладок по результатам эксплуатации подконтрольного аналога, сокращающий время оценки ресурса тормозных накладок одного изготовителя.

- результаты апробации разработанного метода ускоренной оценки долговечности тормозных накладок колесных тормозных механизмов автомобилей.

Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверность полученных результатов обеспечивается преимущественно экспериментальным характером исследований в реальных условиях эксплуатации, применением специализированного исследовательского измерительного и испытательного оборудования; использованием общепринятых методик и рекомендаций при обработке данных.

Доклады на международных научных конференциях «Туполевские чтения», 2005 г. 2006 г., г. Казань; «Современные проблемы проектирования и эксплуатации транспортных и технологических систем», 2006 г., г. Санкт-Петербург; «Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств», 2006 г., г. Пенза; «Политранспортные системы», 2006 г., 2007 г., г. Красноярск; «Будущее машиностроения России» (МИКМУС), 2004, 2007-2009, 2013 г.г., г. Москва, РАН, Институт машиноведения им. A.A. Благонравова; «Безопасность транспортных средств в эксплуатации», 2010 г., г. Н. Новгород; «The XXVII Seminar of the Student Scientific Circles of "Mechanics», 2008 г., г. Варшава,

Варшавская военно-техническая академия; «Прогресс транспортных средств и систем», 2005 г., 2009 г., г. Волгоград, ВолгГТУ, "Наука - будущее Литвы", 2006 г., г. Вильнюс, Вильнюсский техн. ун-т им. Гедиминаса;

Участие во Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Эврика-2006», 2006 г., г. Новочеркасск, Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (Новочеркас. политехи, ин-т) (2 место); «Научный потенциал студенчества - будущему России», 2006 г., г. Ставрополь, Сев.-Кавказ. гос. техн. ун-т (2 место); XI - XV Региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области, 2005 — 2010 г.г., г. Волгоград, ВолгГТУ; ежегодных научных конференциях ВолгГТУ 2005 - 2013 г.г..; смотрах-конкурсах научных, конструкторских и технологических работ студентов ВолгГТУ 2005 - 2010 г.г., 2013 г. (1-е место в 2006 г.).

По теме диссертации опубликовано 33 печатных работы, в том числе 5 статей в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Эксплуатационная надежность автомобиля и его элементов

Современный автомобиль является сложным изделием и под его надежностью понимается комплексное свойство, включающее безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Каждое из этих свойств в конкретных условиях эксплуатации имеет важное значение и определяет возможность автомобиля удовлетворять предъявляемым к нему требованиям в соответствии с назначением.

Вопросами надежности деталей, узлов и машин в целом занимались такие отечественные и зарубежные ученые, как A.C. Проников [72], В.А. Трикозюк [88], В.П. Когаев [47], И.В. Балабин [5], Р.В. Кугель [49, 50], Б.В. Гольд [16], В.А. Трофимов [50], В.М. Стариков [50], Е.С. Кузнецов [85], Е.А. Индикт [40], Я.Б. Шорр [6], И.А. Биргер [6], Я.М. Беркович [101], В.К. Толкачев [101], А.М. Шейнин [101], Д.Н. Решетов [79], A.C. Иванов [79], В.М. Фадеев [79], D.F. Moore [122], С. Lipson [118], N. Sheth [118], O.A. Fazekas [114].

Под безотказностью автомобиля понимается его способность непрерывно сохранять работоспособное состояние на заданном пробеге (гарантийный пробег, пробег до очередного технического обслуживания) или в течение установленного промежутка времени (гарантийный период, время хранения или транспортировки). Работоспособным состоянием (работоспособностью) считается такое состояние, при котором автомобиль может выполнять транспортную работу с установленными для него в технической и нормативной документации эксплуатационными показателями и требованиями безопасности: скоростью движения, грузоподъемностью, расходом топлива, временем разгона, эффективностью торможения. Если хотя бы один из установленных показателей не соответствует требованиям, то автомобиль считается неработоспособным, т. е.

имеет место отказ.

В связи с этим оследует рассмотреть понятие отказа автомобиля несколько подробнее. При оценке надежности имеют место случаи, когда отказом считается только вынужденный простой автомобиля на линии по технической причине, несвоевременный выезд на линию или преждевременный возврат, а неисправности, устраняемые в межсменное время или при техническом обслуживании, не считаются отказами.

Кроме термина "отказ" широко используется также термин "неисправность" или "неисправное состояние". Эти понятия имеют более широкий смысл, чем понятие "отказ" и означают такое состояние автомобиля, при котором он не удовлетворяет хотя бы одному из требований, установленных для него в технической документации, тогда как отказ всегда означает нарушение работоспособности. К таким неисправностям относят ослабление резьбовых соединений, снижение уровня рабочих жидкостей, износ фрикционных накладок сцепления и тормозных колодок, разрывы пыльников и т. п.

Неисправности могут быть несущественными, не вызывающими отказ, или существенными, вызывающими отказ автомобиля. Так, отсутствие колпака, предусмотренного конструкцией колеса легкового автомобиля, означает его несущественную неисправность, так как не вызывает отказ. С другой стороны, снижение эффективности торможения из-за износа тормозных накладок в период между контрольными сроками проверки тормозных механизмов, является существенной неисправностью, которая классифицируется как отказ, влияющий на безопасность автомобиля.

В зависимости от влияния на работоспособность автомобиля, отказы делятся на полные и частичные. Под частичным понимается такой отказ, после возникновения которого автомобиль может еще выполнять некоторое время транспортную работу, но с меньшей производительностью [72].

Для количественной характеристики безотказности автомобиля применяются следующие показатели: вероятность безотказной работы, параметр потока отказов.

Вероятность безотказной работы Р(Ь) статистически определяется по опытным данным по формуле

= (1.1)

где ир — число автомобилей, безотказно проработавших до заданной наработки (пробега) Ь\

И — общее число опытных автомобилей в партии.

Данный показатель количественно характеризует вероятность того, что в пределах заданной наработки не возникнет отказ автомобиля. При этом в качестве заданной наработки обычно принимается установленный гарантийный пробег или принятая периодичность технического обслуживания.

Средняя наработка до отказа Ь\ представляет собой среднее значение наработок N автомобилей до первого отказа и статистически определяется по формуле

Ь1 =—¿Ь, , (1.2)

где Ь\ — наработка ¡-го автомобиля до первого отказа, тыс. км.

Если по опытным данным определена функция распределения наработки до первого отказа, то вероятность безотказной работы и средняя наработка до отказа могут быть определены по формулам

00

рщ = \т-<и,