автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Влияние рабочего процесса АБС на ресурс элементов тормозной системы автомобиля

направахрукописи

Полуэктов Михаил Владимирович

ВЛИЯНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА АБС НА РЕСУРС ЭЛЕМЕНТОВ ТОРМОЗНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ

Специальность 05.22.10 - "Эксплуатация автомобильного транспорта"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2004

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом

университете

Научный руководитель:доктор технических наук,

профессор Ревин Александр Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Тескер Ефим Иосифович, кандидат технических наук, доцент Родионов Сергей Николаевич.

Ведущая организация - ПОМП «Волгоградэлектротранс»

Защита диссертации состоится "9 " апреля :2004г. в " Ю" часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 в Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, проспект Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета

оЬ

Ожогин В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Обеспечение безопасности дорожного движения является одной из наиболее важных проблем автомобильного транспорта. Ежегодно в мире в результате дорожно-транспортных происшествий (ДТП) погибает около миллиона человек. При этом по удельным показателям количества и тяжести ДТП Российская Федерация занимает одно из лидирующих мест в мире.

Одним из способов повышения активной безопасности автомобилей является оснащение их антиблокировочной системой (АБС), сохраняющей устойчивость и управляемость при экстренном торможении. В настоящее время АБС оснащается от 80 до 99 % легковых автомобилей различных классов. Практика эксплуатации показала высокую эффективность внедрения АБС.

Вместе с тем, тормозная система с АБС сложнее по конструкции, а ее элементы работают в более тяжелых условиях, чем в традиционной тормозной системе. В результате следует ожидать снижения ресурса элементов автоматизированной тормозной системы, что может способствовать росту количества ДТП по причине технической неисправности транспортных средств. Следовательно, исследование влияния рабочего процесса АБС на ресурс элементов тормозной системы является актуальной задачей. Особое значение исследование приобретает в настоящее время в связи с началом установки АБС на отечественных автомобилях.

Целью работы является установление характера и степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс основных элементов тормозной системы с гидравлическим приводом и выработка рекомендаций по корректированию нормативов технического обслуживания тормозной системы.

Методы исследования. В работе использован метод стендовых ресурсных испытаний элементов тормозной системы легкового автомобиля с АБС, исследования состояния тормозной системы на СТО Волгоградской области и теоретического анализа условий функционирования элементов тормозной системы с АБС.

Объект исследования - тормозная система с гидравлическим приводом легкового автомобиля семейства ВАЗ (ВАЗ-2106 - 2110), дополненная АБС.

Научная новизна работы заключается в комплексном исследовании ресурса элементов тормозной системы автомобиля, оснащенного АБС. Произведен сравнительный анализ условий работы

оинои и автоматизированном тормозных системах и сделаны выводы о преобладающих причинах изменения их технического состояния.

Разработана методика расчета изменении основных параметров ресурса элементов тормозноИ системы, проявляющихся вследствие функционирования АБС. Определены параметры характерных режимов движения автомобиля. Для выделенных режимов произведен расчет по разработанной методике.

Создана лабораторная установка, позволяющая проводить ресурсные испытания таких элементов, как тормозные цилиндры колес, главныи тормоз-нои цилиндр, стяжные пружины в условиях, максимально приближенных к условиям их работы на автомобилях с АБС.

На лабора горной установке выполнено экспериментальное исследование степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозных цилиндров задних колес автомобиля и, в частности, уплотнительных манжет. На защиту выносятся:

• методика расчетного определения степени влияния рабочего процесса АБС на характеристики ресурса элементов тормозноИ системы;

• установка и методика лабораторных ресурсных испытаний элементов тормозноИ системы в условиях, имитирующих рабочий процесс АБС. Практическая значимость работы определяется ее направленностью на

корректирование нормативов технической эксплуатации автомобилей, оснащенных АБС, а также на разработку конструктивных и эксплуатационных мер, повышающих эксплуатационную надежность элементов автоматизированной тормозной системы.

Реализация работы. Результаты исследований внедрены в учебный процесс при подготовке студентов специальности 15.02.00 "Автомобили и автомобильное хозяйство" по дисциплине «Техническая эксплуатация автомобилей».

Апробация работы. Материалы работы докладывались на ежегодных научных конференциях ВолгГТУ (2001-2004 г.г.), на международной конференции "Прогресс транспортных средств и систем '2002" (г. Волгоград,

2002 г.), на международной конференции «Автомобильный транспорт в XXI веке» (г. Нижний Новгород, 2003 г.), на V и VIII Региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (г. Волгоград, 2000 и

2003 г.). На VIII Региональной конференции молодых исследователей Волгоградской области (2003 г.) работа отмечена II премией среди работ молодых ученых.

Публикации. По материалам работы опубликовано 5 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 135 страниц. Список литературы составляет 109 наименований, в том числе 2 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность решаемой задачи и приводится краткое содержание основных разделов диссертации.

В первой главе рассмотрена конструкция, принцип действия, классификация тормозных систем с АБС, предъявляемые к ним требования. Представлены основные причины изменения технического состояния элементов тормозных систем.

Особое внимание уделено теории изнашивания. На основании работ И.В. Крагельского, Б.И. Костецкого, Д.Н. Гаркунова, А.В. Чичинадзе, М.М. Хрущева, М.А. Бабичева, В.А. Белого, Г.М. Бартенева, Ю.Н. Дроздова, B.C. Комбалова и других сделаны предположения о видах изнашивания, характерных для различных элементов в условиях традиционной и автоматизированной тормозных систем. Для элементов, не подвергающихся изнашиванию, таких как пружины, трубопроводы, шланги, узел крепления тормозной педали и другие, рассмотрены предполагаемые изменения характеристик усталостной прочности, обусловленные рабочим процессом АБС.

Проведенный анализ показал, что усложнение конструкции и изменение режимов работы элементов тормозной системы при установке на автомобиль АБС должны неизбежно сказаться на их ресурсе. В частности, можно выделить два основных отличия тормозной системы с АБС по отношению к традиционной системе:

1) Повышенная энергонагруженность тормозных механизмов в связи с тем, что при отсутствии блокировки колес свыше 90 % кинетической энергии автомобиля сообщается тормозным механизмам;

2) Циклический характер изменения нагрузки на основные элементы тормозной системы. Частота пульсаций давления в гидроприводе составляет 5-10 Гц, в новейших моделях АБС - до 25 Гц.

Наиболее значительные изменения характеристик ресурса можно предположить для таких элементов, как тормозные цилиндры, фрикционные накладки, тормозные барабаны, диски и шланги.

В заключение в соответствии с поставленной целью сформулированы основные задачи исследования:

• Анализ изменений режима работы элементов тормозной системы, обусловленных функционированием АБС. Определение на основании результатов анализа критических, с точки зрения вносимых изменений, элементов системы.

• Расчетное определение степени влияния рабочего процесса АБС на характеристики изнашивания и других процессов, определяющих ресурс элементов.

• Экспериментальное исследование характера и степени влияния рабочего процесса АБС на процессы изнашивания и усталостного разрушения отдельных элементов тормозной системы автомобилей, оснащенных ЛБС.

• Выработка рекомендаций по корректированию нормативов технической эксплуатации тормозной системы автомобилей, оснащенных АБС.

Во второй главе выполнено теоретическое исследование характера и степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс основных элементов тормозной системы.

Поскольку работа элементов тормозной системы в значительной степени определяется режимом движения автомобиля, были рассмотрены характеристики режимов движения. Основной интерес представляют в данном случае удельное число торможений, приходящееся на километр пробега, и доля экстренных торможений от общего числа. На основании данных, приводимых в литературных источниках, и результатов расчета по разработанной программе были определены характеристики двух предельно возможных режимов движения: предельно легкого и предельно тяжелого с точки зрения условий работы элементов тормозной системы. Режимы движения, наиболее характерные для городов с ленточной схемой застройки, были определены на примере г. Волгограда в ходе дорожных экспериментов на автомобиле ВАЗ -2106, не оснащенном АБС. В связи с существенными различиями характеристик для летнего и зимнего периодов, был произведен расчет средней доли экстренных торможений для различных климатических районов России и стран СНГ.

В работе сопоставлены результаты исследования элементов тормозной системы, снятых с автомобилей, не оснащенных АБС, с теоретическими предположениями о причинах изменения технического состояния, представленными в первой главе. На основании анализа рабочего процесса типовой

АБС сделаны предположения о возможных изменениях видов изнашивания и разрушения основных элементов при установке на автомобиль АБС. Для количественной оценки предполагаемых изменений был разработан комплекс расчетных формул, позволяющий оценить изменение таких параметров, как путь трения, время работы на износ, количество циклов изменения нагрузки. В частности, изменение пути трения фрикционных элементов тормозных механизмов барабанного типа определяется по формуле:

где Д£б - изменение пути трения тормозного барабана вследствие функционирования АБС, приходящееся на 1 км пробега, м;

1гц - радиус тормозного барабана; Гк - динамический радиус колеса;

п - удельное число торможений, приходящееся на I километр пробега автомобиля;

к - доля экстренных торможений от общего числа;

7 - коэффициент увеличения доли экстренных торможений при установке на автомобиль АБС;

1/ц - продолжительность периода нарастания давления в гидроприводе, с; ¿з - количество дней в году с отрицательной температурой воздуха; Уп - скорость автомобиля по истечению периода нарастания давления, км/ч;

\'К -жст - конечная скорость экстренного торможения, км/ч; уослуж- начальная скорость служебного торможения, км/ч;

- конечная скорость служебного торможения, км/ч; Услуж - среднее замедление при служебном торможении, м/с2; Уусг - установившееся замедление при экстренном торможении, м/с2. Индекс (з) означает величины, характеризующие зимний период эксплуатации, индекс (л) - летний.

Изменение количества двойных ходов поршней и манжет внутри тормозных цилиндров определяется по формуле:

' "ЖСТ

где т и т' - количество двойных ходов поршней и манжет, соответственно, при отсутствии и наличии ЛБС на автомобиле; Ъкст - средняя продолжительность экстренного торможения, с.

Расчеты с использованием полученных формул выполнялись в среде Microsoft Excel. Пример расчета изменения характеристик ресурса фрикционных элементов тормозных механизмов представлен на рис. 1. Результаты расчета применительно к тормозным цилиндрам задних колес в усредненных принятых для расчета условиях эксплуатации приведены в таблице 1.

Рис. 1. Пример расчета увеличения времени работы фрикционных элементов тормозных механизмов на износ при установке на автомобиль АБС

Таблица 1

Изменение основных параметров работы тормозных цилиндров вследствие функционирования АБС в различных климатических условиях

Климатический Отношение количества двой- Увеличение пути

район ных ходов поршней и уплот- трения поршней и

нительных манжет для авто- манжет тормозных

матизированной и традици- цилиндров задних

онной тормозных систем колес,. %

Очень холодный 3,2 62

Холодный 3,1 63

Умеренно теплый 2,9 53

Умеренный 2,5 39

Умеренно теплый 2,3 31

Умеренно теплый 2,1 23

влажный, теплый

влажный

Жаркий сухой 1,8 17

Очень жаркий сухой 1,7 11

В третьей главе представлено описание конструкции разработанной лабораторной установки для ресурсных испытаний в условиях, имитирующих рабочий процесс АБС, таких элементов тормозной системы, как колесные (рабочие) и главный тормозные цилиндры, стяжные пружины, шланги, соединения трубопроводов. Поэлементная схема установки приведена на рис. 2. На рис. 3 представлен внешний вид механической части установки.

Установка включает большинство элементов тормозной системы автомобилей семейства ВАЗ, за исключением тормозной педали, регулятора тормозных сил и вакуумного усилителя. Циклическое изменение давления в гидроприводе, характерное для работы АБС, создается на установке при помощи кулачкового механизма, представленного на рис. 3, приводимого в движение от электродвигателя через ременную передачу.

Основным объектом испытаний являются в данном исследовании уплот-нительные манжеты рабочих тормозных цилиндров задних колес. Установка позволяет проводить испытания при различных значениях температуры, при наличии абразивных частиц в зазоре пары трения, при различной амплитуде изменения давления и т.д.

Рис. 2. Схема лабораторной установки для ресурсных испытаний тормозных цилиндров в условиях циклически изменяющейся нагрузки

На схеме рис. 2 >словно обозначены: АЦП - аналого-цифровой преобразователь; ГТЦ- главный тормозной цилиндр; Д - датчик давления индукционного типа; ДТМ - дисковые тормозные механизмы передних колес; К -кулачковый механизм, КТЦ - рабочие тормозные цилиндры задних колес; М - электродвигатель; Мн - манометр, Н — нагревательный элемент; ПР - передача ременная; СЦ - счетчик числа циклов изменения нагрузки; Т - датчик температуры; Ч — червячный механизм.

Рис. 3. Механическая часть лабораторной установки

Методика испытаний заключается в следующем: испытываемые элементы (цилиндры, поршни, манжеты) проверяются на соответствие техническим условиям, производится определение размеров сопрягаемых поверхностей и упругой характеристики манжет. После монтажа цилиндров на установке включается нагревательный элемент, поддерживающий заданное значение температуры, и электродвигатель. Устанавливается максимальное значение и амплитуда изменения давления тормозной жидкости. В процессе работы установки производится контроль давления посредством датчика, подключенного к ЭВМ. а также визуальный контроль цилиндров на предмет обнаружения течи тормозной жидкости. Наличие подтекания жидкости свидетельств)-

ет о предельной величине износа одного из элементов системы. В этом случае производится разборка и контроль всех элементов.

Для определения величины износа уплотнительных манжет используется измерительный микроскоп типа ПМТ - 3 с объект-микрометром МОВ-1-15х. Износ металлических элементов (тормозных цилиндров и поршней) определяется методом искусственных баз по ГОСТ 23.301 - 78 с использованием прибора УПОИ — 6 со специально разработанным приспособлением.

Анализ литературных источников не выявил аналогов созданной установки. Сопоставление характеристики изменения давления в процессе экстренного торможения автомобиля с АБС, полученной в ходе выполненных ранее дорожных экспериментов, с характеристикой, создаваемой лабораторной установкой, показало отсутствие принципиальных расхождений. Более точное совпадение характеристик может быть получено подбором формы профиля кулачка.

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования влияния рабочего процесса АБС на характеристики ресурса элементов рабочих тормозных цилиндров задних колес автомобиля.

На лабораторной установке выполнены четыре основных серии экспериментов, условия проведения которых представлены в таблице 2.

Таблица 2

Условия проведения серий испытаний

Темпера- Пределы Качество Наличие абра- Исходное" со-

к а тура эле- измене- и марка зивных частиц стояние объектов

о. и и ментов ния дав- тормоз- в зазорах пар испытания

« ления ной жидкости трения

1 15-30 °С отсутствуют Новые

2 15-30 °С 0,1 г под каж- Новые

новая, РосДОТ-4 дый пыльник

3 90-100 °С 2,5-4 отсутствуют Новые

4 15 - 30 °С МПа отсутствуют Цилиндры - после испытаний серии №1; манжеты - новые

При испытаниях производился качественный анализ рабочих поверхностей элементов до и после эксперимента и измерение величины износа. Для резиновых уплотнительных манжет анализировалось также изменение упругой характеристики материала.

В ходе экспериментов было установлено: • В процессе экстренных торможений с АБС рабочие поверхности тормозных цилиндров и поршней подвергаются изнашиванию в незначительной степени, а уплотнительные манжеты - изнашиванию и усталостному разрушению.

Манжеты являются наиболее изнашиваемым элементом узла и определяют его ресурс. Фотографии поперечного сечения манжет представлены на рис. 4.

Рис. 4. Вид поперечного сечения уплотнительных манжет: а) новой; б) выработавшей ресурс на автомобиле без АБС; в) после испытаний на лабораторной установке (опыт серии № 3)

В процессе работы АБС одновременно с изнашиванием происходит изменение упругих свойств манжет. Упругие свойства оценивались по деформации манжет при приложении к ним сжимающего усилия и последующем снятии нагрузки. Пример полученных упругих характеристик манжет представлен на рис. 5.

• При испытаниях в условиях нормальных температур средний ресурс узла составил 835 тыс. циклов изменения нагрузки, что эквивалентно 118 тыс. км пробега автомобиля в средних принятых условиях. Критерий достижения критического состояния - «залипание» манжет в крайнем положении. Причиной «залипания» является возросшая величина гистерезиса (см. рис. 5) при незначительной величине износа. В реальных условиях эксплуатации это явление может вызвать нарушение рабочего процесса АБС, повышенный износ тормозных колодок.

•

Л* лл А

х*" ............

2 _____\ ___________ _______

О 0.24 048 0.72 0,96 1.2 1 44 1.68 1.92 2,16 2,4 2,65 2,89 3,13 3,37 3,61 3 85 4 09

Давление в гидроприводе, МПа

Рис. 5. Упругие характеристики уплотнительных манжет: 1) новых; 2) после испытаний серии № 1 на лабораторной установке

Наличие абразивных частиц в зазоре пары трения в процессе работы АБС оказывает двоякое действие. В результате абразивного изнашивания манжет уменьшается их диаметр и образуются царапины, являющиеся очагами набухания. В результате ресурс манжет должен сократиться. В то же время, абразивные частицы могут выполнять роль твердого смазочного материала, отделяющего манжету от металлической поверхности, что препятствует схватыванию поверхностей.

• Повышение температуры также оказывают двоякое действие на ресурс элементов при работе АБС. При высоких температурах снижаются смазывающие свойства тормозной жидкости и повышается степень ее коррозионного воздействия на металлические элементы, что увеличивает интенсивность изнашивания, создает условия для коррозионно-механического изнашивания и схватывания рабочих поверхностей. Однако вследствие разогрева улучшаются упругие свойства резины и манжеты активнее сопротивляются усталостным разрушениям. Средний ресурс тормозных цилиндров при температуре 90 - 100°С составил 1520 тыс. циклов изменения нагрузки, что эквивалентно 220 тыс. км пробега и в два раза больше, чем при испытаниях в условиях нормальных (15 -30°С) температур.

Средний ресурс тормозных цилиндров по результатам трех серий испытаний составляет 1116 тыс. циклов изменения давления, что эквивалентно 153 тыс. км пробега в средних принятых условиях и от 60 до 350 тыс. км в предельно возможных условиях движения.

Величина износа, полученная при испытаниях на лабораторной установке, является минимальной прибавкой величины износа манжет вследствие установки на автомобиль ЛБС. При этом не учитывается взаимное влияние служебных и экстренных торможений. Поскольку при экстренных торможениях образуется мало продуктов износа, а влияние абразива на изнашивание в процессе работы АБС незначительно, то взаимным влиянием можно пренебречь. Тогда сопоставление графиков изменения диаметра манжет, представленных на рис. 6, показывает, что по критерию изнашивания, ресурс тормозных цилиндров автоматизированных тормозных систем на 20 % меньше, чем не автоматизированных.

Пробег автомобиля, тыс. км

Рис. 6. Изменение диаметра манжеты в процессе эксплуатации: а) для автомобиля без АБС; б) в процессе только экстренных торможений с АБС; в) суммарная кривая; -предельно допустимое значение диаметра; Щ и [и] - ресурс манжет на автомобилях, соответственно, без АБС и с АБС

• Новые уплотнительныс манжеты, установленные в цилиндры, выработавшие указанный выше ресурс, подвергаются чрезвычайно интенсивному изнашиванию. Выход их из строя по критерию подтекания тормозной жидко-

сти происходит в среднем после 212 тыс. циклов изменения нагрузки, т.е. через 25 тыс. км пробега в средних принятых условиях.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Анализ рабочих перемещений элементов тормозной системы автомобиля, оснащенного АБС, показывает, что автоматизация процесса экстренного торможения способствует снижению ресурса в первую очередь таких элементов тормозной системы, как тормозные цилиндры, тормозные колодки, тормозные барабаны и диски, что обуславливает необходимость корректирования периодичности технического обслуживания и диагностирования тормозной системы автомобилей, оснащенных АБС. Влияние рабочего процесса АБС на ресурс элементов распределяется неравномерно. Так, наибольшие изменения наблюдаются для уплотнительных манжет тормозных цилиндров, их ресурс снижается в средних эксплуатационных условиях на величину до 20 %.

2. Степень влияния рабочего процесса АБС на ресурс элементов тормозной системы в значительной степени определяется режимами движения автомобилей. Наиболее значимыми характеристиками режима движения являются: удельное количество торможений, их распределение по величине замедления, скорости начала и окончания торможения. Проведенные теоретическое и экспериментальное исследования движения автомобиля в транс -портном потоке показали, что значения таких характеристик, как путь трения и время работы на износ для крайних случаев - предельно легкого и предельно тяжелого режимов движения - могут различаться в 10-50 раз.

3. Сопоставление результатов расчетного и экспериментального исследований показало, что теоретический метод, основанный на статистических данных и использующий кинематический и энергетический подходы, в большинстве случаев позволяет получить величины характеристик ресурса лишь в первом приближении. Для получения более достоверных результатов требуется знание точных значений величин исходных параметров, которые в большинстве случаев могут быть определены лишь экспериментальным путем. Таким образом, вследствие простоты расчетов, теоретический метод может применяться для предварительного определения параметров при проектировании элементов тормозной системы.

4. Созданная лабораторная установка позволяет проводить ресурсные испытания основных элементов тормозной системы: рабочих тормозных ци-

линдров задних и передних колес, главного тормозного цилиндра, пружин, трубопроводов, шлангов тормозного привода в условиях, максимально приближенных к рабочему процессу тормозного привода с АБС.

5. Исследование работы уплотнительных манжет тормозных цилиндров колес автомобиля показало, что их ресурс определяется совокупностью двух процессов: механического изнашивания и изменения упругих свойств материала. При эксплуатации автомобилей с традиционной тормозной системой процесс изнашивания является преобладающим. В отличие от него, в автоматизированной тормозной системе при резком стиле вождения нарушение нормальной работы тормозных цилиндров происходит при небольшой величине износа манжет вследствие нарушения упругой характеристики (повышенного гистерезиса).

6. Повышение эксплуатационной надежности тормозных систем автомобилей с АБС может быть достигнуто двумя основными путями: корректированием нормативной периодичности технического обслуживания с использованием дополнительного корректирующего коэффициента, учитывающего увеличение скорости изнашивания, значение которого составляет от 0,72 до

0.91.в зависимости от климатических условий или совершенствованием методики и средств диагностирования тормозной системы.

В последнем случае наиболее перспективным решением является развитие бортовых средств диагностирования на основе персональных компьютеров.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Полуэктов М.В., Ревин А.А., Клюшкин И.Е. Влияние режимов торможения на изнашивание элементов тормозной системы Ш региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, Волгоград, 21-24 нояб. 2000 г.: Тез. докл. /ВолгГТУ и др..- Волгоград, 2001.- С.86-87.

2. Полуэктов М.В., Ревин А.А. Установка и методика исследования изнашивания элементов тормозной системы автомобиля с АБС // Наземные транспортные системы: Межвузовский сборник научных трудов. -Волгоград: ВолгГТУ, 2002. - С. 152 - 154.

3. Полуэктов М.В., Чесноков Б.П. Исследование влияния рабочею процесса АБС на изнашивание элементов тормозной системы // Прогресс транспортных средств и систем - 2002: Материалы международной научно-практической конференции. - ч. 1. - Волгоград: ВолгГТУ, 2002. - С. 255 -257.

4. Полуэктов М.В. Влияние режима работы элементов тормозной системы автомобиля на интенсивность их изнашивания // Повышение эффективности эксплуатации транспорта: Межвузовский научный сборник. - Саратов: СГТУ,2002.-С.89-91.

5. Полуэктов М.В., Ревин А.А. Исследование влияния АБС на ресурс тормозных цилиндров колес автомобиля // Автомобильный транспорт в XXI веке: Сборник научных статей Международной научно-технической конференции. - Н. Новгород: НГТУ, 2003. - С. 130 - 131.

Подписано в печать 01 .О^.Ок. Заказ №123 Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета. 400131, Волгоград, ул. Советская, 35

• -5012

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Техническое состояние транспортного средства и безопасность дорожного движения.

1.2. Особенности конструкции и рабочего процесса автоматизированных тормозных систем.

1.3. Основные причины изменения технического состояния элементов тормозной системы автомобиля с АБС.

1.4. Методы исследования характеристик ресурса элементов тормозной системы с АБС.

1.5. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Разработка расчетной методики прогнозирования степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс элементов тормозной системы с учетом условий эксплуатации.

2.1. Режимы движения автомобилей и особенности функционирования тормозной системы.

2.2. Анализ рабочего процесса и выявление критических элементов тормозной системы автомобиля с АБС.

2.3. Основные отличия рабочего процесса критических элементов в традиционной и автоматизированной тормозных системах.

2.3.1. Оценка степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозных барабанов, дисков и колодок.

2.3.2. Оценка степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозных цилиндров колес автомобиля.

2.3.3. Оценка степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс главного тормозного цилиндра.

2.3.4. Оценка влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозных трубопроводов и шлангов.

2.3.5. Оценка влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозной педали.

2.3.6. Оценка влияния рабочего процесса АБС на ресурс стяжных пружин.

2.3.7. Оценка влияния рабочего процесса АБС на ресурс сопряжений: «толкатель — поршень вакуумного усилителя», «шток — поршень ГТЦ», «торцевая поверхность тормозной колодки - поршень рабочего тормозного цилиндра».

2.3.8. Оценка влияния рабочего процесса АБС на изменение показателей качества тормозной жидкости.

2.3.9. Оценка влияния рабочего процесса АБС на возможность самоотвинчивания или разрушения резьбовых крепежных элементов.

2.4. Выводы по главе.

Глава 3. Установка и методика экспериментального исследования характеристик ресурса элементов автоматизированной тормозной системы.

3.1. Выбор средств для ресурсных испытаний элементов тормозной системы автомобиля с АБС.

3.2. Общее устройство лабораторной установки.

3.3. Методика проведения испытаний.

3.3.1. Подготовительные операции.

3.3.2. Рабочий процесс лабораторной установки.

3.3.3. Операции, выполняемые после завершения испытаний.

3.4. Методика проведения замеров.

3.5. Оценка точности измерений.

3.6. Выбор параметров испытаний.

Глава 4. Результаты ресурсных испытаний элементов тормозной системы автомобиля с АБС.

4.1. Определение хода поршня рабочего тормозного цилиндра заднего колеса.

4.2. Исследование упругих свойств уплотнительных манжет.

4.3. Ресурсные испытания элементов рабочих тормозных цилиндров на лабораторной установке.

4.3.1. Условия проведения и основные результаты испытаний.

4.3.2. Анализ результатов испытаний серии № 1.

4.3.3. Анализ результатов испытаний серии № 2.

4.3.4. Анализ результатов испытаний серии № 3.

4.3.5. Анализ результатов испытаний серии № 4.

4.3.6. Обобщение результатов испытаний.

4.4. Сопоставление результатов, полученных на лабораторной установке, с данными по эксплуатации автомобилей без АБС.

4.5. Рекомендации по эксплуатации тормозных систем автомобилей, оснащен ных АБС.

Ситуация с безопасностью движения на дорогах мира с каждым годом становится все более тяжелой. Основными причинами повышения уровня аварийности являются рост парка автомобилей с одновременным его старением, снижение культуры водителей. В Российской Федерации за последние 10-15 лет произошел «взрывной» рост количества автомобилей, приходящегося на 1000 человек. Так, если в 1991 году на 1000 жителей страны приходилось в среднем 70 автомобилей, то в 2002 году - 129. В результате резко увеличилась интенсивность движения, особенно в крупных городах, что привело к значительному росту количества и тяжести дорожно-транспортных происшествий.

Современные автомобили обладают высокими тягово-динамическими характеристиками, что предъявляет повышенные требования к квалификации водителей. Возможное решение последней проблемы заключается в частичной автоматизации процесса управления автомобилем.

Среди устройств, автоматизирующих управление, наибольшее распространение получили антиблокировочные системы (АБС) в тормозном приводе. АБС управляет тормозными механизмами в процессе экстренного торможения, препятствуя блокировке колес и, соответственно, неуправляемому скольжению автомобиля. Многочисленные исследования и практика эксплуатации автомобилей показали существенный рост уровня активной безопасности при установке АБС на автомобиль. В настоящее время АБС входит в стандартную комплектацию большинства магистральных тягачей, автобусов, легковых автомобилей среднего и малого классов.

Начинается внедрение АБС на автомобилях отечественного производства. Так, автобусы «Волжанин-6270» серийно оснащаются АБС фирмы «fVabco», на троллейбусы Волгоградского троллейбусного завода по заказу устанавливается АБС фирмы «Кпогг», на легковые автомобили ВАЗ-2112 - АБС фирмы «Bosch».

Вместе с тем, наряду с положительными качествами, существующие АБС обладают и недостатками. В частности, автоматизированные тормозные системы сложнее по конструкции, а их элементы работают в иных, более тяжелых, чем в традиционных системах, условиях. Следовательно, АБС оказывает отрицательное влияние на эксплуатационную надежность тормозной системы в целом и ее отдельных элементов.

Предлагаемая работа направлена на изучение характера и степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс основных элементов тормозной системы с гидравлическим приводом.

Работа выполнена на кафедре «Техническая эксплуатация и ремонт автомобилей» ВолгГТУ.

Работа включает четыре основных главы.

В первой главе рассматривается современное состояние проблемы, описывается общее устройство и рабочий процесс АБС, а также процессы, влияющие на техническое состояние элементов системы. На основании выполненного обзора сделаны предположения о характере возможных изменений, вносимых функционированием АБС в характеристики ресурса основных элементов тормозной системы. Поставлена цель и сформулированы задачи исследования.

Во второй главе представлены результаты теоретического исследования. Изучены режимы движения автомобилей, их основные характеристики. Проанализированы изменения, вносимые рабочим процессом АБС в характеристики работы элементов тормозной системы. Разработана методика расчета степени изменения параметров, определяющих ресурс элементов. Определены изменения параметров для режима движения, наиболее характерного для городских условий, а также для предельно легкого и предельно тяжелого, с точки зрения работы элементов тормозной системы, режимов движения.

В третьей главе рассмотрено устройство и принцип работы разработанной экспериментальной установки для исследования ресурса рабочих тормозных цилиндров колес автомобиля и других элементов тормозной системы. Рабочий процесс установки сопоставлен с результатами дорожных экспериментов с использованием автомобиля ИЖ-2126, оснащенного рекуперативной АБС конструкции ВолгГТУ, выполненных ранее на кафедре. Приведена методика проведения экспериментов и обработки результатов.

В четвертой главе представлены результаты ресурсных испытаний рабочих тормозных цилиндров задних колес автомобиля на лабораторной установке! Результаты испытаний сопоставлены с данными, полученными на предприятиях для элементов, выработавших ресурс на автомобилях без АБС. Получена результирующая характеристика изнашивания уплотнительных манжет. Сделаны выводы и предложения для производства и эксплуатации тормозной системы автомобилей, оснащенных АБС.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Анализ рабочих перемещений элементов тормозной системы автомобиля, оснащенного АБС, показывает, что автоматизация процесса экстренного торможения способствует снижению ресурса в первую очередь таких элементов тормозной системы, как тормозные цилиндры, тормозные колодки, тормозные барабаны и диски, что обуславливает необходимость корректирования периодичности технического обслуживания и диагностирования тормозной системы автомобилей, оснащенных АБС. Влияние рабочего процесса АБС на ресурс элементов распределяется неравномерно. Так, наибольшие изменения наблюдаются для уплотнительных манжет тормозных цилиндров, их ресурс снижается в средних эксплуатационных условиях на величину до 20 %.

2. Степень влияния рабочего процесса АБС на ресурс элементов тормозной системы в значительной степени определяется режимами движения автомобилей. Наиболее значимыми характеристиками режима движения являются: удельное количество торможений, их распределение по величине замедления, скорости начала и окончания торможения. Проведенные теоретическое и экспериментальное исследования движения автомобиля в транспортном потоке показали, что значения таких характеристик, как путь трения и время работы на износ для крайних случаев - предельно легкого и предельно тяжелого режимов движения - могут различаться в 10 — 50 раз.

3. Сопоставление результатов расчетного и экспериментального исследований показало, что теоретический метод, основанный на статистических данных и использующий кинематический и энергетический подходы, в большинстве случаев позволяет получить величины характеристик ресурса лишь в первом приближении. Для получения более достоверных результатов требуется знание точных значений величин исходных параметров, которые в большинстве случаев могут быть определены лишь экспериментальным путем. Таким образом, вследствие простоты расчетов, теоретический метод может применяться для предварительного определения параметров при проектировании элементов тормозной системы.

4. Созданная лабораторная установка позволяет проводить ресурсные испытания основных элементов тормозной системы: рабочих тормозных цилиндров задних и передних колес, главного тормозного цилиндра, пружин, трубопроводов, шлангов тормозного привода в условиях, максимально приближенных к рабочему процессу тормозного привода с АБС.

5. Исследование работы уплотнительных манжет тормозных цилиндров колес автомобиля показало, что их ресурс определяется совокупностью двух процессов: механического изнашивания и изменения упругих свойств материала. При эксплуатации автомобилей с традиционной тормозной системой процесс изнашивания является преобладающим. В отличие от него, в автоматизированной тормозной системе при резком стиле вождения нарушение нормальной работы тормозных цилиндров происходит при небольшой величине износа манжет вследствие нарушения упругой характеристики (повышенного гистерезиса).

6. Повышение эксплуатационной надежности тормозных систем автомобилей с АБС может быть достигнуто двумя основными путями: корректированием нормативной периодичности технического обслуживания с использованием дополнительного корректирующего коэффициента, учитывающего увеличение скорости изнашивания, значение которого составляет от 0,72 до 0,91 в зависимости от климатических условий или совершенствованием методики и средств диагностирования тормозной системы.

В последнем случае наиболее перспективным решением является развитие бортовых средств диагностирования на основе персональных компьютеров.

127

1. Аврущенко Б.Х. Резиновые уплотнители. - JL: Химия, 1978. - 136 с.

2. Автомобильные материалы: Справочник. 3-е изд, перераб. и доп. /Мотовилин Г.В., Масино М.А., Суворов О.М. - М.: Транспорт, 1989. - 464 с.

3. Айнбиндер С.Б., Тюнина Э.Л. Введение в теорию трения полимеров. Рига: Зинатне, 1978.-228 с.

4. Афдонькин Ф.Н. Теоретические основы технической эксплуатации автомобиля: оптимизация изменения технического состояния агрегата в процессе эксплуатации автомобиля: Учебное пособие.- Саратов, 1990.- 72 с.

5. Бабков В.Ф. и др. Дорожные условия и режимы движения автомобилей. -М., 1967.-235 с.

6. Балабин И.В., Куров Б.А., Лаптев С.А. Испытания автомобилей. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. - 1988. - 192 с.

7. Бартенев Г.М., Бартенева А.Г. Релаксационные свойства полимеров. — М.: Химия, 1992.-384 с.

8. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров. М.: Химия, 1984.-279 с.

9. Безъязычный В.Ф., Непомилуев В.В. Использование метода теории подобия при исследовании износа // Трение. Смазка. Износ. — 2000. №3.

10. Белый В.А. Введение в материаловедение герметизирующих систем. -Минск, 1980.-431 с.

11. И. Белый В.А., Свириденок А.И., Петроковец М.И., Савкин В.Г. Трение и износ материалов на основе полимеров.-Минск: Наука и техника, 1976.—462 с.

12. Богданов Дж., Козин Ф. Вероятностные модели накопления повреждений / Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 184 с.

13. Бородулин М.М., Зиновьев Е.В., Петраш И.Н. Асбестовые технические изделия: Справочник. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1984. - 225 с.

14. Бочаров Е.В., Заметта М.Ю., Волошинов B.C. Безопасность дорожного движения: Справочник. М.: Росагропромиздат, 1988. — 284 с.

15. Браун Э.Д., Евдокимов Ю.А., Чичинадзе А.В. Моделирование трения и изнашивания в машинах. М.: Машиностроение, 1982. - 192 с.

16. Бродский Г.И., Евстратов Е.Ф., Сахновский H.JL, Слюдиков А.Д. Истирание резин. — М.: Химия, 1975. 240 с.

17. Бухина М.Ф. Техническая физика эластомеров.-М.: Химия, 1984. 224 с.

18. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. М.: Колос, 1973. - 199 с.

19. Галахов М.А., Усов П.П. Дифференциальные и интегральные уравнения математической теории трения. — М.: Наука, 1990. — 265 с.

20. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1985. - 424 с.

21. Гержодов В.И., Госяков И.С., Гардерман В.Д. Техническое состояние автомобилей и безопасность движения. Киев: Техшка, 1978. - 151 с.

22. Германчук Ф.К. Долговечность и эффективность тормозных устройств. -М.: Машиностроение, 1973. 176 с.

23. Голего H.JI. Фреггинг-коррозия металлов. Киев: Технжа, 1974. — 454 с.

24. ГОСТ 16350 80. Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей.

25. ГОСТ 22895 77. Тормозные системы и тормозные свойства АТС. Нормативы эффективности. Общие технические требования.

26. ГОСТ 23.205 79. Обеспечение износостойкости изделий. Ускоренные ресурсные испытания с периодическим форсированием режима.

27. ГОСТ 23.301 — 78. Обеспечение износостойкости изделий. Приборы для измерения износа методом вырезанных лунок. Технические требования.

28. ГОСТ 25478. Автотранспортные средства. Требования к техническому состоянию по условиям безопасности. Методы проверки.

29. ГОСТ 27674 88. Трение, изнашивание и смазка. Термины и определения.

30. ГОСТ Р 51709—2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки.

31. Григоренко JI.B., Колесников B.C. Динамика автотранспортных средств. Теория, расчет передающих систем и эксплуатационно-технических качеств. — Волгоград: Комитет по печати и информации, 1998. 544 с.

32. Гудз Г.С., Еременко П.И., Кусый А.Г. Тепловой расчет барабанных тормозных механизмов на типовых режимах испытаний // Автомобильная промышленность. — 1978. № 6. - с. 26 - 29.

33. Гуревич J1.B., Меламуд Р.А. Тормозное управление автомобиля. М.: Транспорт, 1978. - 152 с.

34. Демкин Н.Б. Качество поверхности и контакт детали машин. М.: Машиностроение, 1981. - 244 с.

35. Джонс И.С. Влияние параметров автомобиля на дорожно-транспортные происшествия. Пер. с англ. С.Р. Майзельс. Под ред. Р.В. Роттенберга. — М.: Машиностроение, 1979.-207 с.

36. Доценко В.А. Изнашивание твердых тел. М.: Цинтихимнефтемаш, 1990. -192 с.

37. Дроздов Ю.Н. Определение интенсивности изнашивания // Вестник машиностроения. 1980. - №6. — с. 12-15.

38. Дроздов Ю.Н., Поляков П.В. Диффузионная поверхностная модификация универсальный метод повышения работоспособности резинотехнических изделий // Вестник машиностроения. — 2002. - №6. — с.

39. Дроздов Ю.Н. Структура метода расчета на износ // Вестник машиностроения. 2003. - №1.

40. Евдокимов Ю.А.,Колесников В.И., Тетерин А.И. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. М.: Наука, 1980. — 228 с.

41. Евтушенко А. А., Иваник Е. Г., Конечны С. Определение эффективной глубины прогревания накладки дискового тормоза // www.tribo.ru. 1998. - №3.

42. Защита от водородного износа в узлах трения / Поляков А.А., Гаркунов Д.Н. — М.: Машиностроение, 1987. — 257 с.

43. Зиновьев Е.В. Температурные вспышки при трении асбофрикционных пластмасс в паре с серым чугуном // Расчет и испытание фрикционных пар. -М.: Машиностроение, 1974. 29 с.

44. Игнатов А.П., Новокшонов К.В., Пятков К.Б. Автомобили ВАЗ 2106, 21061,21063,21065: Руководство по ремонту.-М.: Информавто, 1993.-564 с.

45. Исследование условий движения в населенных пунктах // Сб. "Труды МАДИ", вып. 95. 1975. - С. 40 - 52

46. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин. -М.: Высшая школа, 1991. 319 с.

47. Колесников В. И. Теплофизические и адгезионные процессы в металло-. полимерных трибосистемах // www.tribo.ru. 1998. - №1. - с. 745

48. Комбалов B.C. Решение некоторых задач оптимизации трения и износа поверхностей деталей машин // Вестник машиностроения. — 2002. №8. - с.

49. Контактные уплотнения вращающихся валов. / Голубев Г.А., Кукин Г.М., Лазарев Г.Е., Чичинадзе А.В. М.: Машиностроение, 1976. — 264 с.

50. Коршак В.В. Химическое старение и температурные характеристики полимеров. М.: Наука, 1970. - 374 с.

51. Костецкий Б.И. Механо-химические процессы при граничном трении. — М.: Наука, 1972.-170 с.

52. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. Киев, 1970. — 395 с.

53. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

54. Крагельский И.В. и др. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. — 743 с.

55. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. М.: Машиностроение, 1984. - 278 с.

56. Крагельский И.В., Непомнящий Е.Ф. Теория износа высокоэластичных материалов. // В сборнике: Пластмассы в подшипниках скольжения (исследования и опыт применения). — М.: Наука, 1965. — с. 49-56.

57. Кугель Р.В. Испытания на надежность машин и их элементов. М.: Машиностроение, 1982.-243 с.

58. Куперман А.И., Миронов Ю.В. Безопасность дорожного движения: Справочное пособие. 2-е изд., испр. и доп. — М.: Высшая школа, 1999. - 320 с.

59. Лукинский B.C., Зайцев Е.И. Прогнозирование надежности автомобилей. Л.: Политехника, 1991.-224 с.

60. Лукинский B.C. и др. Долговечность деталей шасси автомобиля. М.: Машиностроение, 1984. - 232 с.

61. Машины для испытания материалов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1974. - 276 с.

62. Меламедов И.М. Физические основы надежности (Введение в физику отказов). Л.: Энергия, 1970. - 332 с.

63. Мамити Г.И., Льянов М.С. Расчет эффективности и энергоемкости тормозов // Автомобильная промышленность. — 2002. №10. — с. 23 — 25.

64. Метлюк Н.Ф. Расчет гидравлических и пневматических приводов. — М.: Машиностроение, 1978.-452 с.

65. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. М.: Наука, 1977. - 222 с.

66. Мордашов Ю.Ф. С учетом условий эксплуатации колесных цилиндров тормозных систем // Автомобильная промышленность. 1992. - №10. — С. 14-16

67. Морозов Е.М., Зернин М.В. Контактные задачи механики разрушения. — М.: Машиностроение, 1999. 544 с.

68. Мур Д. Основы и применения трибоники. М.: Мир, 1978. - 475 с.

69. ОСТ 37.001.067 86. Тормозные свойства АТС. Методы испытания.

70. ОСТ 38. 05. 208 88. Детали резиновые уплотнительные и защитные для гидропривода тормозной системы автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин. Технические условия.

71. ОСТ 37.001.298 85. СГПСП. Гидротормозная аппаратура, колесные цилиндры и скобы с цилиндрами тормозных механизмов. Номенклатура показателей и метод оценки технического уровня и качества.

72. Петров В.А., Башкарев А .Я., Веттегрень В.И. Физические основы прогнозирования долговечности конструкционных материалов. СПб: Политехника, 1993.-183 с.

73. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н., Голубев Н.Ф. Моделирование износостойкости и долговечности материалов и технических средств на основе структурно-энергетической теории изнашивания // Трение. Смазка. Износ. 2002. - №2.

74. Погосян А.К. Трение и износ наполненных полимерных материалов. — М.: Наука, 1977.-138 с.

75. Полимеры в узлах трения машин и приборов: Справочник / Под общей ред. Чичинадзе А.В. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. - 1988. -328 с.

76. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта / Минавтотранс РСФСР.-М.: Транспорт, 1988-78 с.

77. Польцер Г., Майснер Ф. Основы трения и изнашивания. М.: Машиностроение, 1984. - 264 с.