Метод оптимальной балансировки колес легковых автомобилей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.10, кандидат технических наук Горин, Станислав Леонидович

• Горин, Станислав Леонидович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Горин, Станислав Леонидович

Введение.

1. Анализ современного состояния вопроса.

1.1.1 Дисбаланс и биение колесного угла.

1.1.2 Факторы, влияющие на дисбаланс колесного узла.

1.1.3 Влияние дисбаланса и биения колес на работу автомобиля.

1.2 Статистический анализ результатов экспериментальных исследований.

1.2.1 Методика проведения исследований и состав опытов.

1.2.2 Анализ результатов измерений корректирующих масс для левой плоскости коррекции колес с диаметром диска R13.

1.2.3 Анализ результатов измерений корректирующих масс для правой плоскости коррекции колес с диаметром диска R13.

1.2.4 Исследование регрессионной зависимости между результатами измерений в левой и правой плоскостях коррекции колес R13.

1.2.5 Анализ результатов измерений корректирующих масс колес с диаметром диска R14.

1.2.6 Анализ результатов измерений корректирующих масс колес с диаметром диска R15.

1.2.7 Определение доли выбракованных колес по результатам статистического анализа.

1.3 Цель и задачи исследований.

2. Математическая модель оптимизации балансировки колес легковых автомобилей.

2.1 Основная идея метода и выбор модели.

2.1.1 Математическая основа модели.

2.1.2 Обзор принципов измерения вибраций.

2.2 Разработка алгоритма оптимизации при балансировке колес.

2.3 Уточненный алгоритм поиска угла, оптимизирующего остаточный динамический дисбаланс колеса.

2.4. Разработка рабочих программ для определения оптимального угла поворота шины относительно диска колеса.

2.5. Разработка алгоритма оптимизации при балансировке колес изменением угла поворота шины (вариант II).

2.6. Выводы по главе.

3. Экспериментальное исследование процесса поиска оптимального угла при динамической балансировке колеса.

3.1 Цели экспериментального исследования.

3.2. Оборудование для проведения испытаний.

3.2.1 Описание балансировочного станка.

3.2.2 Описание транспортира.

3.3 Описание технологии оптимальной балансировки колеса легкового автомобиля.

3.4. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных (доказательство адекватности процесса).

3.5. Описание счетного прибора для определения оптимального положения шины относительно диска колеса.

3.6 Статистический анализ результатов экспериментальных исследований.

3.6.1 Анализ результатов измерений корректирующих масс для левой плоскости коррекции колес с диаметром диска R13 после проведения операции «оптимизация» с использованием счетного прибора.

3.6.2 Исследование регрессионной зависимости между результатами измерений в левой и правой плоскостях коррекции колес R13 после проведения операции «оптимизация».

Анализ результатов измерений корректирующих масс колес R14 после проведения операции «оптимизация»

3.6.4 Анализ результатов измерений корректирующих масс колес R15 после проведения операции «оптимизация».

3.6.5 Определение доли выбракованных и балансируемых колес после проведения операции «оптимизация» по результатам статистического анализа.

4. Методика проведения работ по оптимизированной балансировке колес.

5. Определение экономической эффективности от внедрения результатов исследования.

Общие результаты и выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Метод оптимальной балансировки колес легковых автомобилей»

Актуальность проблемы. В наиболее массовых - уличных шиноремонтных мастерских процесс уменьшения вибрации автомобильных колес должен происходить с выполнением операции «оптимизация» колеса в сборе. Оптимизация - это выбор такого положения шины на диске, когда параметры вибрации в этом положении наименьшие по сравнению с другими положениями. Без проведения операции «оптимизация» балансировка колес легковых автомобилей будет некачественной, и даже при хороших показаниях величин дисбалансных масс в реальности остаточный дисбаланс колеса может значительно превышать эти показания. А от качества балансировки колес автомобилей зависят в первую очередь ресурс работоспособного автомобиля и его эксплуатационные свойства, в частности, влияющие на безопасность движения автомобиля и экологическое состояние окружающей среды. «Оптимизация» колес легковых автомобилей вообще не производится в наиболее массовых шиноремонтных мастерских, так как они не могут приобрести дорогие балансировочные станки, способные выполнять эту операцию. Эта известная проблема была остро поставлена в периодической печати, посвященной вопросам улучшения эксплуатационных свойств автомобильного транспорта.

Таким образом, обозначилась актуальная проблема: как с минимальными дополнительными затратами сделать возможным проведение операции «оптимизация» в наиболее массовых шиноремонтных мастерских.

Настоящая работа была выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ двух кафедр Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса (ЮРГУЭС): «Вычислительная техника (ВТ)» и «Автомобильный сервис, организация и безопасность движения (АСО и БД)».

Тема утверждена в отделе аспирантуры ЮРГУЭС и выполнена аспирантом под руководством профессора каф. «АСО и БД».

Научная новизна. Построена математическая модель процесса геометрической оптимизации шины относительно диска автомобильного колеса, позволяющая определить параметры оптимизации путем обработки информации, снятой с балансировочного станка, о характеристиках остаточного дисбаланса колеса в сборе и диска в отдельности.

Сконструирована система, позволяющая на базе этой модели проводить «оптимизацию» колес легковых автомобилей в наиболее массовых шиноремонтных мастерских на базе имеющихся специализированных балансировочных станков (не выполняющих самостоятельно операцию «оптимизация»).

Доказана адекватность математической модели «оптимизация» реальному процессу геометрической подгонки диска и шины колеса легкового автомобиля по параметрам остаточного дисбаланса.

Практическая ценность. Получен метод, позволяющий проводить операцию «оптимизация» колес легкового автомобиля в шиноремонтных мастерских, оснащенных обычными балансировочными станками и персональными компьютерами. Стоимость такой системы в 25-30 раз меньше, чем стоимость универсальных балансировочных станков, позволяющих проводить операцию «оптимизация» самостоятельно. Результаты исследований внедрены в производство на предприятиях города Шахты, и ведется внедрение в других городах Ростовской области. Экономический эффект от внедрения данной системы более качественной балансировки колес легковых автомобилей заключается в увеличении (на 10-15%) ресурса работы автомобиля, улучшении эксплуатационных свойств автомобиля (наносится меньший вред здоровью водителя и пассажира благодаря повышению эксплуатационной безопасности автомобилей, и вследствие этого уменьшается число ДТП).

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация автомобильного транспорта», Горин, Станислав Леонидович

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проблема улучшения качества балансировки колес легковых автомобилей, изложенная в настоящей работе, весьма актуальна. Ее кардинальное решение позволит:

- увеличить ресурс автомобиля;

- улучшить его эксплуатационные качества;

- снизить уровень вероятности ДТП.

Достижению этого будет способствовать внедрение фактора оптимизации положения шины колеса относительно диска в динамике.

2. Предлагаемый метод улучшения качества балансировки путем оптимизации шины колеса относительно диска колеса легкового автомобиля не зависит от метода балансировки на котором основывается балансировочный станок, а зависит лишь от точности параметров балансировки.

3. Метод основывается на допущении, используемом в широкой литературе по вопросам балансировки, что дисбаланс широкого ротора описывается в обеих плоскостях коррекции комплексными числами, модуль у которых масса груза, который необходимо закрепить на ободе колеса, а угол комплексного числа определяет место крепления этого груза. Это положение позволяет рассматривать математически дисбаланс колеса и дисбаланс шины.

4. По экспериментальным данным, снятым с балансировочного станка при прокручивании колеса в сборе и выводом из пункта «3» настоящих выводов можно построить модуль разделения дисбаланса колеса легкового автомобиля на дисбалансы шины и диска, далее построить модуль дисбаланса колеса при повороте шины относительно диска и установить наблюдения за целевой функцией оптимизации:

Ц(9) = шк1(0) + 1X1x2(9)—►min, где mKi(0), Шк2(0) - массы корректирующие дисбаланс колеса в зависимости от угла поворота «9» в плоскостях коррекции 1-1 и 2-2.

5. Математическим моделированием, а затем и экспериментально установлено, что функция Ц(0) - суть гармоническая, имеющая по два локальных минимума с каждой стороны шины, относительно неподвижного диска. Следовательно, для определения глобального минимума функции Ц(0) необходимо выбрать минимальное значение функции из четырех локальных минимумов.

6. Математическое моделирование показывает, что для поиска оптимального угла «0ОПТ» лучше использовать численный метод. Этот метод предполагает использование «ПК» и двух последовательных программ. Практика показывает, что сам счет на «ПК» составляет приблизительно десяток секунд.

7. Справедлив расчет количества выборки колес, которые должны участвовать в эксперименте, по предварительной выборке в пять колес и снятия предварительных статических данных. Эта выборка не должна быть менее 1.1.

8. Сравнение результатов экспериментов с результатами счета при общих начальных данных показывает достаточно высокую степень адекватности модели и эксперимента. Расхождения по углу оптимизации не превышают 9%.

10. Метод геометрической оптимизации колеса доступен, рассчитан на понимание студентами и внедрен в программу учебного процесса по дисциплине «Основы работоспособности технических систем».

11. Метод может отлаживаться, улучшаться и имеет дальнейшее развитие и усовершенствование. На данном же этапе цель работы достигнута, все поставленные задачи для достижения цели решены.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Горин, Станислав Леонидович, 2007 год

1. Кнороз В.И. Работа автомобильной шины / Кнороз В.И., Кленников Е.В., Петров И.П., Шелухин А.С., Юрьев Ю.М. «Транспорт», 1976. -238 с.

2. Третьяков О.Б. Трение и износ шин / Третьяков О.Б., Гудков В.А., Тарновский В.Н., М.: Химия, 1992. - 176 с.

3. Кленников Е.В., Шины легковых автомобилей / Е.В. Кленников. М.: Транспорт, 1979 . - 48 с.

4. Березный О.В. Балансировка роторов в собственных корпусах при непостоянстве их частоты вращения: Автореф. дис. на соиск. учен. степ, канд. техн. наук : 05.02.02 / Мое. гос. ун-т путей сообщ. М., 1998. - 24 с. -Библиогр.: с. 23-24.

5. Смирнов В.А. Алгоритмы цифровой обработки информации при балансировке неравномерно вращающегося ротора: Автореф. дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук : 05.13.14 / Юж.-Урал. гос. ун-т. Челябинск, 2000. - 23 с. - Библиогр.: с. 23.

6. Кошарный Н.Н. Совершенствование методики диагностирования управляющего колесного модуля автомобиля: Автореф. дис. на соиск. учен, степ. канд. техн. наук : 05.22.10 / Укр. трансп. ун-т. Киев, 1995. - 19 с. -Библиогр.: с. 18.

7. Gengenbach W. Experimentelle Untersuchung uber das Aufschwinmen von Kraftfahrzeugreifen auf Nasser Fahrbahn // Automobil Industrie - 1968. №10

8. Gengenbach W. Weber R. Der Einfluss des Fahrbahnbelages, der Geschwindigkeit und der Profilteile von Reifen auf den Kraftschluss bei Nasse // Automobil Industrie/ - 1970. №4

9. Нестеренко В.П. Теория и практика устройств автоматической балансировки роторов: Автореф. дис. на соиск. учен. степ, д.т.н.: (05.02.18) / Новосиб.электротехн. ин-т.- Новосибирск, 1990.- 34с.

10. Allbert В., Walker I.C. Tire to wet Road Friction at Hign Speeds // A.D. Proc. Inst. Mech. Engrs. 1980. №6

11. Gough V.E., Badger D.W. Tyres and road safety/ L., 1966/

12. Grosh K.A. Oil extended NR // Rabber Age. 1967. №10

13. Гамма автоматических балансировочных машин: В сб.: «Теория и практика балансировочной техники» / Л. 3. Вартанян, А. X. Григорян, С. Г. Кандаян и др.; М.: «Машиностроение», 1973.435 с.

14. Захаров В.А. Автоматизация балансировочных работ / В. А. Захаров. В сб.: «Теория и конструкция балансировочных машин». - М.: Машгиз, 1963.-405 с.

15. Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств./ С. П. Моржаков, К. С. Терехова. М.: «Машиностроение», 1977. с.

16. Кожевников С. Н. Теория механизмов и машин / С. Н. Кожевников. -М.: «Машиностроение», 1969. 556 с.

17. Козлянинов Т. П. Исследование конструктивных особенностей балансировочной машины с двумя неподвижными опорами / Т. П.

18. Козлянинов. Сб.: «Теория и конструкция балансировочных машин». М.: Машгиз, 1963. 72 с.

19. Левит М. Е. Вибрация н уравновешивание роторов авиадвигателей / М. Е. Левит, М. Е. Ройзман. М.: «Машиностроение», 1970. - 172 с.

20. Петров Г. Н. Балансировочные машины без жестких связей оси ротора с неподвижным основанием Г. Н. Петров, В. А. Суетин, А. П. Устинов. - Труды МВТУ. «Теория механизмов». Вып. 6. - М.: 1973. - 76 с.

21. Самсаев Ю. А. Измерение фазы сигнала от дисбаланса при наличии помех / Ю. А Самсаев. В сб.: «Теория и практика балансировочной техники». М.: «Машиностроение», 1973. с.

22. Самсаев Ю. А. Автоматические устройства к балансировочным станкам / Ю. А. Самсаев, П. Н. Феоктистов, Ю. В. Трунаев. «Механизация и автоматизация производства», 1972. № 5, 20 с.

23. Соколов П. К. Балансировочные машины для динамического уравновешивания жестких роторов / П. К. Соколов. В сб.: «Теория и практика балансировочной техники». М.: «Машиностроение», 1973. - 417 с.

24. Щепетильников В. А. Современное состояние балансировочной техники / В. А. Щепетильников. В сб.: «Уравновешивание машин и приборов». - М.: «Машиностроение», 1965. - 7 с.

25. Щепетильников В. А. Общие вопросы балансировки вращающихся масс в учебном курсе теории механизмов и машин / В. А. Щепетильников. -В сб.: научно-методических статей по «Теории механизмов и машин». Вып. 3. М., «Высшая школа», 1973. 56 с.

26. Щепетильников В. А. Балансировочные машины пятого класса типа Б / В. А. Щепетильников. Труды МИИТ. Вып. № 97, 1958. - 50 с.

27. Теория и практика уравновешивания машин и приборов / Под ред. проф. В. А. Щепетильникова. М., «Машиностроение», 1970. - 440 с.

28. Теория и практика балансировочной техники / Под ред. проф. В. А. Щепетильникова. М. «Машиностроение», 1973. - 456 с.

29. Мячин В. Е. Элементы теории и метод определения динамической неуравновешенности роторов / В. Е. Мячин. Известия вузов, «Машиностроение», № 2,1962, - 5—13 с.

30. Ковалев М.П. Динамическое и статическое уравновешивание гироскопических устройств / М. П. Ковалев. М.: «Машиностроение», 1974.- 252 с.

31. Уравновешивание вращающихся тел лучом лазера / В. М. Суминов. и др.: М: «Машиностроение», 1974. - 176 с.

32. Исследование точности уравновешивания роторов лучом оптического квантового генератора / В. М. Суминов и др.: Сб. науч. Трудов / «Теория и практика балансировочной техники» / Под ред. В. А. Щепетильникова. М.: «Машиностроение», 1973. - 456 с.

33. Суминов В. М. Устройство для автоматической балансировки роторов / В. М. Суминов, М. М. Гольдберг, П. Н. Баранов. Авторское свидетельство № 415531 от 23.2.71. - Бюллетень изобретений, 1974, №6.

34. Левит М. Е. Повышение эффективности балансировки роторов: В сб. / «Колебания и балансировка роторных систем». М.Е. Левит, А.И. Максименко; Под ред. канд. техн, наук А. А. Гусарова. М.: «Наука», 1974.- 69—76 с.

35. Левит М. Е. Вибрация и уравновешивание роторов авиадвигателей / М.Е. Левит, М. Ройзман «Машиностроение», 1970. - 172 с.

36. Шубин А. А. Рациональные режимы работы балансировочных машин с подвижными опорами для точного уравновешивания роторов / А.А. Шубин . В сб. / «Теория и конструкция балансировочных машин» / Под ред. проф. В. А. Щепетильникова. М: Машгиз, 1963, - 51—71 с.

37. Мадатов В. Р. Автоматическая балансировка электрических машин электротехническим воздействием на вращающийся ротор: Дис. .канд. техн. наук: / В.Р. Мадатов . Ереван, 1973. - 160 с.

38. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника / В.И. Тихонов. М.: «Советское радио», I960. - 678 с.

39. Васильев А. Я О классификации роторов для их уравновешивания / В сб. / «Теория и практика балансировочной техники»; Под ред. В. А. Щепетильннкова. М: «Машиностроение», 1973. 193—201 с.

40. Хронин Д. В. Теория и расчет колебаний в двигателях летательных аппаратов Д.В, Хронин. М: «Машиностроение», 1970. 335—342 с.

41. Основы балансировочной техники: Т.1: Уравновешивание жестких роторов и механизмов / Под. ред. В.А. Щепетильннкова. М.: Машиностроение, 1975. -528 с.

42. Основы балансировочной техники: Т.2: Уравновешивание гибких роторов и балансировочное оборудование / Под. ред. В.А Щепетильннкова. -М.: Машиностроение, 1975. 679 с.

43. Балансировочно измерительный прибор БИП-7. Техническое описание и инструкция по эксплуатации П 624 ТО/ Министерство энергетики и электрификации СССР. Главэнергоремонт. ЦКБ. 1979. - 52с.

44. Исаакович М.М. Устранение вибрации электрических машин / М.М. Исаакович , Л.И. Клейман , Б.Х. Перчанок . -J1: Энергия, 1979.- 200 с.

45. Техническая эксплуатация автомобилей: Под ред. д.т.н., профессора Е.С Кузнецова. М: «Транспорт», 1991. -413 с.

46. Аппель П. Теоретическая механика/ П. Аппель. Физматгиз, 1960.

47. Беркулли И. Избранное сочинение по механике / И. Беркулли. -ГТТИ, 1937.

48. Чаплыгин С.А. Избранные труды / Механика жидкости и газа, Математика. Общая механика. «Наука», М.: 1976. - 496 с.

49. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике / Л.И. Седов. изд.7-е, - М.: 1972.

50. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика / Г.Н. Абрамович. Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука». М.: 1969. -824 с.

51. Лебедев А.А. Оптимальное управление движением космических летательных аппаратов / А.А.Лебедев, М.Н. Красильщиков, В.В. Малышев. -М.: «Машиностроение», 1974.-200 с.

52. Хапланов М.Г. Теория функций комплексного переменного / М.Г.Хапланов. Издательство Ростовского университета. 1959. 196 с.

53. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн. Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», М.: 1970. 720 с.

54. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы: Пер. с англ. / Н.В.Леви. Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука» М.: 1983. - 174 с.

55. Бронштейн И.Н. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов / И.Н. Бронштейн , К.А. Семендяев. М.: Наука, 1981.

56. Биргер И.А. Техническая диагностика / И.А. Биргер. М.: «Машиностроение», 1978. - 240 е.: ил. - (Надежность и качество)

57. Павлов Б.В. Акустическая диагностика машин / Б.В. Павлов. М.: Машиностроение, 1966. - 147 с.

58. Попков В.И. Виброапцептическая диагностика и снижение виброактивности судовых механизмов / В.И. Попков. Л.: Судостроение, 1974. -218с.

59. Комаров А.А. Надежность гидравлических устройств самолетов / А.А. Комаров. М.: Машиностроение, 1976. 223 с.

60. Кузьмин Р.В. Техническое состояние и надежность судовых механизмов / Р.В. Кузьмин. Л.: Судостроение, 1974. 334 с.

61. Коханенко В.Н. Оптимизация колес легковых автомобилей в авторемонтных мастерских. / В.Н. Коханенко . А.Г. Курьянов , С.Л. Горин . ЮРГУЭС, Сборник трудов университета, 2001.

62. Сигорский В.П. Математический аппарат инженера / В.П. Сигорский. Издательство « Техника, Киев.: 1975. 766 с.

63. Берштейн А.С. Модели и методы принятия решений в интегрированных интеллектуальных системах / А.С.Берштейн, В.П.Карелин, А.И.Целых. Ростов-на-Дону: Издательство Ростовского университета, 1999. -278 с.

64. Прохоров Г.В. Пакет символьных вычислений Марве / Г.В. Прохоров , М.А. Леденев, В.В. Колбеев. М.: Компания Петит, 1997. 200 с.

65. Основы балансировочной техники. Том-1. Уравновешивание жестких роторов и механизмов. Под ред. В.А. Щепетильникова. М., Машиностроение, 1975, 528с.

66. Основы балансировочной техники. Том-2. Уравновешивание гибких роторов и балансировочное оборудование. Под ред. В.А Щепетильникова. М., Машиностроение, 1975, 679с.

67. Балансировочно измерительный прибор БИП-7. Техническое описание и инструкция по эксплуатации П 624 ТО/ Министерство энергетики и электрификации СССР.Главэнергоремонт. ЦКБ. 1979. 52с.

68. Техническая эксплуатация автомобилей. Под ред.д.т.н., профессора Е.С Кузнецова. Москва «Транспорт» 1991.-413с.