Влияние рабочего процесса АБС на ресурс элементов тормозной системы автомобиля тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.10, кандидат технических наук Полуэктов, Михаил Владимирович

• Полуэктов, Михаил Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Полуэктов, Михаил Владимирович

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.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние рабочего процесса АБС на ресурс элементов тормозной системы автомобиля»

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.

Заключение диссертации по теме «Эксплуатация автомобильного транспорта», Полуэктов, Михаил Владимирович

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

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Полуэктов, Михаил Владимирович, 2004 год

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.