автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Влияние условий эксплуатации на долговечность и безотказность автомобильных шин

6{- 99 - Г/<2, {.¿'д - ¿г

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию Тюменский государственный нефтегазовый университет

На правах рукописи

Петров Артур Игоревич

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ НА ДОЛГОВЕЧНОСТЬ И БЕЗОТКАЗНОСТЬ АВТОМОБИЛЬНЫХ ШИН

Специальность 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Диссертация на соискание ученой степени кандидата Технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук профессор Л.Г. Резник

Научный консультант -кандидат технических наук доцент Н.С. Захаров

Тюмень -

1999

СОДЕРЖАНИЕ

СТР.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................. 6

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9

1.1. Факторы влияющие на надежность автомобильных шин............... 9

1.2. Влияние основных факторов условий эксплуатации на надежность шин.................................................................................... 16

1.2.1. Влияние на надежность шин дорожных условий......................... 16

1.2.2. Влияние на надежность шин режима работы автомобилей......... 20

1.2.3. Влияние на надежность шин природно-климатических

факторов.................................................................................................... 29

1.3. Влияние на надежность шин других факторов................................ 34

1.4. Выводы. Цель, задачи и общая методика исследований.................. 36

ГЛАВА 2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.............. ....................... 41

2.1. Отбор основных факторов условий эксплуатации, влияющих на изменение надежности шин................................................................ 41

2.1.1. Методика отбора факторов............................................................ 41

2.1.2. Предварительный отбор факторов................................................. 43

2.1.3. Выбор и обоснование показателей факторов................................ 47

2.1.4. Оценка тесноты связи между факторами условий эксплуатации

с надежностью шин.............................................................................. 51

2.2. Разработка математических моделей влияния условий эксплуатации на долговечность шин грузовых автомобилей............ 56

2.2.1. Математическая модель зависимости интенсивности изнашивания шин грузовых автомобилей от обобщенного показателя дорожных условий............................................................. 56

2.2.2. Математическая модель зависимости интенсивности изнашивания шин грузовых автомобилей от средней за срок эксплуатации шин величины вертикальной нагрузки........................ 57

з

2.2.3. Математическая модель зависимости интенсивности изнашивания шин грузовых автомобилей от температуры окружающего воздуха..........................................................................

2.2.4. Многофакторные математические модели влияния условий эксплуатации на долговечность шин................................................... 67

2.3. Разработка математических моделей влияния условий

эксплуатации на безотказность шин грузовых автомобилей............. 71

2.3.1. Математическая модель зависимости параметра потока отказов шин грузовых автомобилей от обобщающего показателя дорожных условий.................................................................................................. 71

2.3.2. Математическая модель зависимости параметра потока отказов шин грузовых автомобилей от средней за срок эксплуатации шины величины вертикальной нагрузки........................................................ 73

2.3.3. Математическая модель зависимости параметра потока отказов шин грузовых автомобилей от температуры окружающего воздуха

в день отказа......................................................................................... 74

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ..............................................76

3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований........................... 76

3.2. Анализ существующих методик экспериментального определения показателей надежности шин........................................ 76

3.3. Выбор условий для проведения эксперимента. Количественная оценка факторов условий эксплуатации, влияющих на надежность

шин........................................................................................................ 82

3.4. Методика экспериментальных исследований долговечности шин грузовых автомобилей.......................................................................... 93

3.4.1. Экспериментальное определение интенсивности изнашивания шин........................................................................................................ 93

3.4.2. Планирование трехфакторного эксперимента по определению интенсивности изнашивания шин.......................................................

3.5. Методика экспериментальных исследований безотказности шин грузовых автомобилей.......................................................................... 100

3.5.1. Экспериментальное определение параметра потока отказов шин 100

3.6. Обработка экспериментальных данных........................................... 103

3.7. Результаты экспериментальных исследований................................ 109

3.7.1. Результаты первоначального отбора факторов............................. 109

3.7.2. Влияние отобранных факторов на интенсивность изнашивания

шин грузовых автомобилей................................................................. 115

3.7.2.1. Влияние на интенсивность изнашивания шин обобщенного показателя дорожных условий............................................................. 115

3.7.2.2. Влияние на интенсивность изнашивания шин средней за период эксплуатации вертикальной нагрузки..................................... 119

3.7.2.3. Влияние на интенсивность изнашивания шин средней за период их эксплуатации температуры окружающего воздуха........... 122

3.7.2.4. Совокупное влияние на интенсивность изнашивания шин обобщенного показателя дорожных условий, средней за срок эксплуатации шин удельной нагрузки и средней за период их эксплуатации температуры окружающего воздуха............................ 125

3.7.3. Влияние отобранных факторов на параметр потока отказов шин грузовых автомобилей.......................................................................... 126

3.7.3.1. Влияние на параметр потока отказов шин грузовых автомобилей обобщенного показателя дорожных условий............... 126

3.7.3.2. Влияние на параметр потока отказов шин грузовых автомобилей средней за период эксплуатации вертикальной нагрузки................................................................................................. 129

3.7.3.3. Влияние на параметр потока отказов шин грузовых автомобилей среднесуточной в день отказа температуры воздуха .... 133

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ МЕТОДОВ ПРАКТИЧЕСКОГО

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ

ЭКСПЛУАТАЦИИ НА НАДЕЖНОСТЬ ШИН........................................................................................137

4.1. Основные направления использования полученных результатов... 137

4.2. Методика планирования потребности автотранспортных предприятий в шинах......................................................................................................................................................137

4.3. Принципы построения и работы имитационной модели потока требований на замену шин......................................................................................................................................144

4.4. Программная реализация имитационной модели........................................................150

4.5. Результаты имитационного моделирования..........................................................................158

4.6. Эффективность результатов исследований............................................................................160

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ............................................................................................................................................................163

ЛИТЕРАТУРА...................................................................................................................................................................165

ПРИЛОЖЕНИЕ 1..............................................................................................................................................................................178

ПРИЛОЖЕНИЕ 2..............................................................................................................................................................................183

ПРИЛОЖЕНИЕ 3..............................................................................................................................................................................192

ПРИЛОЖЕНИЕ 4..............................................................................................................................................................................203

ПРИЛОЖЕНИЕ 5................................................................................................................................................................................205

ПРИЛОЖЕНИЕ 6..............................................................................................................................................................................222

ВВЕДЕНИЕ

Одной из важнейших на транспорте является задача снижения себестоимости перевозок. Значительную долю в себестоимости автомобильных перевозок составляют затраты на шины. Уменьшение издержек на эксплуатацию шин ведет к снижению себестоимости перевозок. Разработка и внедрение в практику ресурсосберегающих методик является прогрессивным направлением повышения эффективности эксплуатации шин. Одним из вариантов совершенствования управления эксплуатацией шин является использование в практике работы автотранспортных предприятий (АТП) методики расчета потребности в шинах, учитывающей закономерности влияния на долговечность и безотказность шин условий эксплуатации. В настоящее время для АТП нет единой утвержденной методики определения потребности в шинах. В практике работы АТП используются методы расчета потребности в шинах, не обеспечивающие достаточной точности, недостаточно учитывающие влияния условий эксплуатации на надежность шин.

Условия эксплуатации автомобильных шин изменяются в широких пределах, значительно влияя на изменение срока их службы. В связи с этим используются коэффициенты корректирования норм пробега шин. Применяемые в настоящее время коэффициенты носят усредненный характер, имеют одинаковые значения и не учитывают различный уровень приспособленности шин различных моделей к тем или иным условиям эксплуатации. Не учитывается разное, дифференцированное влияние условий внешней среды на шины различных моделей. Указанные недостатки ведут к потерям из-за ошибок в расчетах потребности в шинах. Для их эффективного устранения необходимы соответствующие научные основы. Задача снижения издержек при организации поставок шин в АТП особенна важна в настоящее время, когда экономическая ситуация в стране диктует требование

минимизации расходов всех видов. Это свидетельствует об актуальности исследований по установлению научных основ расчета потребности в шинах.

Целью данной работы является повышение эффективности использования шин путем установления закономерностей влияния условий эксплуатации на изменение их долговечности и безотказности и разработки на этой основе методики расчета потребности в шинах.

Для реализации поставленной цели были сформулированы следующие задачи исследования.

1. Установить основные факторы условий эксплуатации, влияющие на изменение показателей долговечности и безотказности автомобильных шин.

2. Разработать математические модели, отражающие закономерности влияния факторов условий эксплуатации на долговечность и безотказность шин.

3. Экспериментально определить численные значения параметров математических моделей.

4. Доказать необходимость дифференцированного корректирования показателей надежности шин различных марок и моделей.

5. Разработать методику дифференцированного расчета потребности автотранспортных предприятий в шинах.

6. Внедрить результаты исследований и определить их экономическую эффективность.

Научная новизна состоит в том, что:

разработаны математические модели, описывающие закономерности влияния показателя дорожных условий, температуры окружающего воздуха и вертикальной нагрузки на интенсивность изнашивания и параметр потока отказов шин грузовых автомобилей;

установлены численные значения параметров математических моделей;

разработана имитационная модель потока требований на замену шин;

разработана методика расчета потребности автотранспортных предприятий в шинах, учитывающая дифференцированное влияние условий внешней среды на шины различных марок и моделей.

Практическая ценность работы заключается в том, что внедрение разработанной методики расчета потребности в шинах снижает затраты на их использование и повышает эффективность эксплуатации автомобилей.

Реализация результатов работы внедрены в Хозрасчетной автоколонне технологического транспорта и ДАООТ «Нижневартовское УТТ-4».

Результаты исследований доложены и одобрены на Региональной научно-практической конференции "Транспортный комплекс в современных условиях" (Омск, СибАДИ, 1993), на международных научно-технической конференциях "Нефть и газ Западной Сибири. Проблемы добычи и транспортировки" (Тюмень, ТюмИИ, 1993, ТюмГНГУ 1996 гг.), на международной научно-практической конференции "Повышение эффективности проектирования, испытаний и эксплуатации автомобилей, вездеходных, специальных, строительных и дорожных машин" (Нижний Новгород, НГТУ, 1994), на IX симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов. Надежность, стабильность - качество» (Москва, НИИШП, 1998).

Основные положения диссертации опубликованы в 10 статьях и 2 отчетах о НИР.

На защиту выносятся:

результаты определения основных факторов условий эксплуатации, влияющих на изменение надежности шин автомобилей;

математические модели, описывающие закономерности влияния основных эксплуатационных факторов на показатели надежности шин;

результаты экспериментальных исследований влияния указанных факторов на показатели надежности шин грузовых автомобилей; имитационная модель потока требований на замену шин; методика расчета потребности автотранспортных предприятий в шинах.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Факторы влияющие на надежность автомобильных шин

На надежность шин в процессе эксплуатации влияет большое число самых разнообразных факторов. Анализ литературных источников позволяет выделить факторы, влияющие на изменение надежности шин.

Классификация Янчевского В.А. [98] основана на учете возможности управления факторами с позиций технической службы АТП. К неуправляемым факторам автор относит состояние дороги и климатические условия. К частично управляемым - скорость движения, качество вождения и нагрузку на автомобиль. К полностью управляемым - техническое состояние автомобиля.

Согласно результатам исследований, проведенных Алаэддином A.M. [10], все факторы, влияющие на надежность шин, объединены в восемь групп:

группу эксплуатационных факторов (крутящий и тормозной моменты, боковая сила и схождение, вертикальная нагрузка на колесо, внутреннее давление воздуха в шинах, скорость движения, режим работы автомобиля, интенсивность движения);

группу факторов технического состояния автомобиля; группу организационно-технологических факторов; группу факторов, характеризующих квалификацию водителя; группу факторов дорожно-климатических условий; группу факторов конструкции и технологии изготовления шин; группу факторов, характеризующих конструкцию автомобиля; группу прочих факторов (таких как езда по горячему асфальту, длительное пребывание автомобиля в консервации и т.д.

Оценивая значимость перечисленных выше факторов посредством экспертного опроса, Алаэддин A.M. пришел к выводу, что наиболее значимыми являются первые пять групп факторов.

Классификация, выполненная Мирошниковым Л.В. и соавторами [82], содержит пять основных групп факторов: техническое состояние автомобиля; организационно-технологические факторы; качество вождения; условия вождения;

конструкция и технология изготовления шин.

Авторами на основе априорного ранжирования, авторами установлено, что наиболее значимыми факторами являются техническое состояние автомобиля, организационно-технологические факторы, условия эксплуатации.

Рахимов Р.Х. и Власов В.М., анализируя факторы, оказывающие влияние на надежность шин, указывают, что отрасль автомобильного транспорта может оказывать непосредственное влияние на техническое состояние автомобиля, организационно-технологические факторы, квалификацию водителя, а на качество шин - косвенное через планирующие и регулирующие органы, а также через реализацию требований отрасли к автомобильной и шинной промышленности [74]. Одним из таких требований является настоятельное пожелание специалистов к предприятиям шинной промышленности учитывать при конструировании и изготовлении шин потребность максимальной приспособленности к реальным дорожным условиям.

Цукерберг С.М. и соавторы [69, с.95] отмечают, что наиболее сильно на показатели надежности из эксплуатационных факторов влияют дорожные и климатические условия, скорость движения автомобилей и повышение весовой нагрузки. Бродский Г.И. и соавторы [42, с. 165] пишут по этому поводу: "В числе многообразных факторов, объединяемых понятием "условия эксплуатации", можно отметить четыре основных: передаваемую через шину касательную нагрузку, изменение этой нагрузки во времени, температуру и качество дорожного покрытия".

Условия эксплуатации, при которых используется автомобиль, влияют на режимы работы агрегатов и деталей, ускоряя или замедляя интенсивность изменения параметров их технического состояния [75, 77, 78]. Разные авторы [2, 28, 52, 55, 61] сходятся во мнении, что весь диапазон условий эксплуатации можно классифицировать на такие основные группы как, группу дорожных условий, группу природно-климатических условий и группу транспортных условий. Кроме того, некоторые авторы [28,29] выделяют в отдельные группы сезонные условия и коррозионную агрессивность окружающей среды.

Как отмечает большинство автор�