Теоретичні основи оцінки працездатності шин легкового автомобіля в експлуатації

Характер охолоджування нагрітої шини свідчить про те, що є можливість виміру градієнтів температури на поверхні шини після її зупинки протягом 4-5 хвилин.

Наявність внутрішнього дефекту спричиняє місцеве підвищення температури в залежності від потужності джерела (розмірів і місця розташування дефекту) до 15 С на куті повороту колеса до 20 градусів. Великі коливання температур на поверхні шини по колу викликаються підвищеною силовою неоднорідність шини. Місця із зниженою температурою на поверхні пояснюються наявністю в шині повітряних пузирів (виробничий брак), які перешкоджають теплопередачі всередині шини. Такі дефекти на певній стадії свого розвитку не мають контакту між берегами розрізу і не здійснюють роботу сил тертя з виділенням тепла.

Шина, що має велике радіальне биття через наявність дисбалансу або не круглої форми має синусоїдальний розподіл поверхневої температури по колу.

У сьомому розділі Розглянуто аналіз і класифікація методів дефектоскопії шин, які дозволили зробити висновок про те, що для контролю якості виготовлення шин найкращим методом є рентгеноскопічний метод. Найкращим методом контролю цілісності шини в умовах експлуатації є інфрачервоний метод через доступність, дешевизну і надійність. Інфрачервоним методом контролю цілісності шини, можливо, виявити внутрішні дефекти типу розшарування на стадії експлуатації до руйнування шини. Цей метод контролю не володіє шкідливим впливом на людину і навчання персоналу досить просте. Проаналізовані методи і засоби дефектоскопії автомобільних шин, визначення місця розташування внутрішнього дефекту в шині по величині температури на її поверхні, розглянуто теоретичне обґрунтування оцінки залишкового ресурсу шини при наявності дефекту та технологічних процесів діагностування наявності прихованих дефектів у шині. Наведено техніко-економічне обґрунтування процесу діагностування наявності прихованого внутрішнього дефекту в середині шини за температурними полями на її зовнішній поверхні. Розроблена методика оцінки напружено-деформованого стану шини неруйнуючим способом за температурними полями на її зовнішній поверхні, а також пошуку технологічних дефектів у середині шини.

ВИСНОВКИ

1. Дисертаційна робота є складовою частиною наукових досліджень державної тематики проблеми теорії по діагностиці і прогнозуванню технічного стану рухомого складу автомобільного транспорту і є подальшим розвитком теоретичних основ конструювання складових частин автомобілів і діагностування технічного стану його систем. У дисертаційній роботі вирішувалася важлива народногосподарська проблема підвищення ефективності і якості діагностування технічного стану пневматичних шин. Це здійснювалося у двох основних науково-технічних напрямах - зниження трудомісткості діагностування і підвищення достовірності інформації про працездатність і безвідмовність у роботі автомобільної шини. Виконаний аналіз причин виходу шин з ладу свідчить про те, що своєчасне технічне обслуговування шин і дотримання правил їх експлуатації дозволяють збільшити термін служби шини до 50 %.

2. Проведені теоретичні дослідження розподілу деформацій в шині і на їх основі визначені найбільш небезпечні, з точки зору втомливої витривалості, зони шини. Досліджена функціональна залежність деформацій в цих зонах від дії експлуатаційних навантажень. На основі цих досліджень встановлені найбільш чутливі ознаки технічного стану шини. Розподіл радіальних деформацій має найбільше значення в нижній частині боковини і складає для шини 175/70R13 3,8 % розтягнення. Колові деформації досягають найбільшого значення в області борта шини. При експлуатації шин втомливі руйнування виникатимуть в області плечової зони та борта. Максимальні деформації виникають у локальній зоні на відстані 65-70 мм від бортового кільця. З збільшенням тиску повітря в шині до 0,23 МПа деформації знижуються у небезпечній зоні до 15 %.

3. Складена математична модель шини, що дозволяє визначати температурні поля в радіальному перетині шини. Ця модель використана в основі обґрунтування методу визначення внутрішніх дефектів в шині і визначення залишкового пробігу шини до розвитку дефектом свого критичного розміру. Досліджено вплив на температурний стан шини поверхневих дефектів типу тріщин і розшарування. Максимальна температура зовні шини приблизно в 1,4 рази менше максимальної температури всередині її гумового масиву. Зниження відношення висоти профілю до ширини бігової частини в діапазоні від 0,9 до 0,65 приводить до зниження максимальної температури на 10-15 С для усіх шин, що досліджувалися, і спостерігається у плечовій зоні.

4. Отримані температурні поля по перетину шини свідчать про його нерівномірність, не залежно від того яка розрахункова модель використовувалася. Підвищені поля температур в місцях зміни геометрії шини або зміна конструкції свідчить про те, що локальна температура в якій-небудь точці шини може служити діагностичним параметром наявності внутрішнього дефекту. Збільшення навантаження на шину до 25 % відносно нормативного призводить до збільшення температури в області борта до 3 % і складає для шини 155/70R13 - 31,6 С, 165/70R13 - 32,4 С, 175/70R13 - 33,6 С, 205/70R14 - 35,1 С. Для вантажної шини це збільшення складає до 10 %. Збільшення тиску повітря призводить до збільшення температури до 1 %.

5. Порівняльні експериментальні дослідження різних методів, пристроїв і стендів для реєстрації вихідних характеристик шини дозволили визначити їх недоліки і переваги. Перепад температур на відстані до 15 мм від дефекту складає в середньому 3-5 градусів. При діагностуванні наявності дефекту у експлуатації треба враховувати те, що температурне поле стабілізується після 20 хвилин від початку руху шини і його збільшення незначне. Характер охолодження нагрітої шини свідчить про те, що є можливість виміру градієнтів температури на поверхні шини після припинення її руху на протязі 4-5 хвилин. Через 40-50 хвилин після початку руху шини при швидкості 60 км/годину температура у всіх точках, де проводилися вимірювання, практично стабілізується. Охолодження шини повітрям прискорює процес стабілізації температури на її поверхні, при цьому максимальні значення температур знижуються в середньому на 5-12 С. Внаслідок аналізу інформативності, достовірності, точності і чутливості діагнозу встановлена можливість застосування методу інфрачервоної дефектоскопії автомобільних шин у експлуатації.

6. Проведені експериментальні дослідження питомих сил в контакті шин з дорогою, розподіли їх по довжині контакту в залежності від експлуатаційних чинників, жорсткості боковини шини, неоднорідністі шини, дозволили зробити висновок про можливість оцінки пробігу шини до повного зношення рисунка протектора по величині роботи сил тертя. При зміні коефіцієнта тертя від 0,3 до 0,8 збільшення роботи тертя складає: для шини моделі ІД-220 (205/70R14) від 9 до 16 мДж/см² (1,9 рази); для шини моделі ВС-4 (175/70R13) - 1,3-1,4 рази; для шини моделі ВС-11(155/70R13) - 1,2 рази. Коливання тиску повітря для легкових шин у експлуатаційному діапазоні від 0,18 до 0,23 МПа призводить до зміни пробігу шин за зношенням протектора по степеневій залежності. Для шини 205/70R14 пробіг змінюється з 120 до 105 тис. км. Для шини 175/70R13 - з 105 до 90 тис. км. Для шини 155/70R13 - з 110 до 90 тис. км.

7. Залежність величини роботи тертя при зміні ширини брекеру має характер кривої з вираженим мінімумом. Застосування на автомобілі шин з меншою шириною брекерного слою (155 замість 175 мм) призводить до зменшення пробігу шини з 97 до 77 тис. км. Експлуатація шин на переднєприводних автомобілях призводить до додаткового навантаження шини обертаючим моментом та зниженню пробігу: для шини 165/70R13 з 92 до 80 тис. км; для шини 205/70R14 з 80 до 65 тис. км.

8. Збільшення жорсткості боковини шини в 2 рази приводить до зниження роботи тертя на 40 %. Подальше підвищення жорсткості боковини підвищує роботу тертя в контакті. Однак, збільшення жорсткості боковини приводить до погіршення умов роботи плечової зони за втомливими характеристиками матеріалів внаслідок більшої термонапруженості шини. Для шини 175/70R13 робота тертя зменшується з 17 до 8 МДж/см². Для шини 205/70R14 - з 16 до 9 МДж/см². Для шини 1555/70R13 - з 15 до 8 МДж/см².

9. При збільшенні навантаження, робота тертя збільшується до 30 %. Характер впливу близький до лінійного закону. Зміна висоти рисунка протектора приводить до збільшення роботи тертя. Теоретично ця залежність носить лінійний характер, однак, експериментальні дослідження, проведені в роботі, свідчать про деяке збільшення інтенсивності зношення по мірі зміни висоти рисунка протектора. Порівняння результатів показує розходження результатів до 8 %, що є прийнятним для інженерних розрахунків.

10. На основі виконаних досліджень розроблені наукові принципи створення методики діагностування наявності прихованих дефектів в шині в умовах експлуатації з використанням діагностичних стендів з біговими барабанами, що імітують реальні силові умови роботи шини. Судити про експлуатаційну придатність шин по поверхневих температурних полях можливо після початку руху через 10-15 хвилин на швидкості більш 30 км/год. Розроблена методика діагностування наявності прихованих дефектів в шині в умовах експлуатації, по поверхневім температурним полям, дозволяє оцінювати залишковий пробіг шини за критерієм збільшення розміру дефекту до критичного значення та дослідити вплив на залишковий пробіг окремих експлуатаційних параметрів. Так для шини 205/70R14 з лінійним радіальним дефектом довжиною 10 мм на боковині залишковий пробіг складає 22,6 тис. км, а при дефекті довжиною 30 мм - 4,6 тис. км.

11. З метою визначення вихідних характеристик шини при взаємодії з дорогою складена математична модель, що дозволяє розрахувати напружено-деформований стан шини при впливі різного поєднання експлуатаційних параметрів і визначати сили і прослизання в контакті шини з дорогою, що викликають зношення рисунку протектора. На цій підставі розроблена методика оцінки працездатності конструкції і діагностування технічного стану шини. Отримані рівняння регресії дозволять на стадії проектування шини мати розрахункові дані про залежність максимальних температур від швидкості кочення, навантаження на шину, внутрішнього тиску, температури навколишнього повітря, величини тепловіддачі з поверхні шини. Використання результатів роботи дозволить значно скоротити час при розробці і постановці на виробництво нових типів шин, підвищити їх конкурентоздатність, збільшити термін служби в експлуатації і підвищити надійність.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВІДОБРАЖЕНО У ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Ольшанский В.П., Ларин А.Н. Об изгибе боковины шины // Автомобильный транспорт: Сб. научн. тр., вып. 1. - Харьков: ХГАДТУ, 1998. - С. 38-40.

2. Ольшанский В.П., Ларин А.Н. Об установившемся температуре поле пластины в окрестности кругового источника тепла // Вестник Харьковского автомобильно-дорожного технического университета: Сб. научн. тр., вып. 9. - Харьков: ХГАДТУ, 1999. - С. 27-29.

3. Ольшанский В.П., Ларин А.Н. О стационарном температурном поле пластины в окрестности линейчатого источника тепла // Автомобильный транспорт: Сб. научн. тр., вып. 3. - Харьков: ХГАДТУ, 1999. - С. 27-30.

4. Перегон В.А., Ольшанский В.П., Ларин А.Н. Температурное поле боковины шины в области дефекта на ее поверхности // Автомобильный транспорт: Сб. научн. тр., вып. 4. - Харьков: ХГАДТУ, 2000. - С. 17-19.

5. Ларин А.Н. Температурное состояние элементов автомобильной шины при ее нагружении // Вестник Харьковского автомобильно-дорожного технического университета: Сб. научн. тр., вып. 11. - Харьков: ХГАДТУ, 1999. - С. 26-28.

6. Ларин А.Н. Методы дефектоскопии пневматических шин // Коммунальное хозяйство городов: Сб. научн. тр. Харьковской государственной академии городского хозяйства, вып. 22. серия: Технические науки - К.: "Техника", - 2000. - С. 241-244.

7. Ларин А.Н. Модель пневматической шины с использованием теории многослойной анизотропной оболочки // Коммунальное хозяйство городов: Сб. научн. тр. Харьковской государственной академии городского хозяйства, вып. 23. серия: Технические науки - К.: "Техника", - 2000. - С. 240-248.

8. Ларин А.Н., Школьный С. М. Контактная задача пневматической шины как слоистой анизотропной оболочки // Динамика и прочность машин: Сб. научн. тр. Харьковского государственного политехнического университета, вып. 57. - Харьков: ХГПУ. - 2000. - С. 35-43.

9. Ларин А.Н., Школьный С. М. Применение метода конечного элемента для расчета теплового состояния шины // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Сб. научн. тр. вып. 104. - Харьков: ХГПУ, 2000. - С. 11-14.

10. Ларин А.Н. Обзор методов экспериментального исследования теплового состояния автомобильных шин // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Сб. научн. тр. вып. 95. - Харьков: ХГПУ, 2000. - С. 136-141.

11. Ларин А.Н. Причины выхода из эксплуатации шин легкового автомобиля и тенденции развития их конструкций шин // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Сб. научн. тр. вып. 78, серия: Новые решения в современных технологиях. - Харьков: ХГПУ, 2000. - С. 51-53.

12. Ларин А.Н. Анализ методов и средств экспериментального исследования работоспособности автомобильных шин // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Сб. научн. тр. вып. 79, серия: Новые решения в современных технологиях. - Харьков: ХГПУ, 2000. - С. 41-44.

13. Ларин А.Н. Тепловое состояние шины // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Сб. научн. тр. вып. 80, серия: Новые решения в современных технологиях. - Харьков: ХГПУ, 2000. - С. 52-54.

14. Ларин А.Н., Коханенко В.Б. Распределение температуры на поверхности и между слоями грузовой шины // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Сб. научн. тр. вып. 81, серия: Новые решения в современных технологиях. - Харьков: ХГПУ, 2000. - С. 53-54.

15. Ларін О.М. Прогнозування залишкового ресурсу шини до міжшарового руйнування за температурою на її поверхні // Збірник наукових праць. Харківська державна академія залізничного транспорту, вип. 42, ч.1. - Харків: ХарДАЗТ. - 2000. - С. 112-117.

16. Ларин А.Н. Температурные поля пневматической шины // Автошляховик України. - 2000. - № 4. - С. 14-17.

17. Ларін О.М. Математична модель шини для рішення контактної задачі // Машинознавство. - 2000. - № 6-7(36-37). - С. 53-57.

18. Ларін О.М. Експериментальне дослідження роботоздатності шини легкового автомобіля // Методи та прилади контролю якості.: Науково-технічний журнал Івано-Франківського державного технічного університету нафти і газу, вип. № 5. - Івано-Франківськ. - 2000. - С. 51-55.

19. Ларін О.М. Пробіг шини до повного зносу протектора // Методи та прилади контролю якості.: Науково-технічний журнал Івано-Франківського державного технічного університету нафти і газу, вип. № 6. - Івано-Франківськ. - 2000. - С. 108-110.

20. Ларін А. Експериментальне дослідження деформацій бортової зони і боковини шини легкового автомобіля // Вісник Тернопільського державного технічного університету. Науковий журнал. том 5, № 2. - Тернопіль: ТДТУ ім. Івана Пулюя. - 2000. - С. 62-67.

21. Ларін О.М., Яковлев О.М., Коханенко В.Б. Експериментальне дослідження температурних полів на поверхні шини// Вісник Тернопільського державного технічного університету. Науковий журнал. том, №. - Тернопіль: ТДТУ ім. Івана Пулюя. - 2000.

22. А.С. № 1668898 СССР, МКИ G01М17/02. Устройство для определения касательных сил в пятне контакта пневматической шины с опорной поверхностью / Макеев Ю.П., Ларин А.Н., Артеменко О.А. (СССР) - № 4670340./11; Заявлено 30.03.89; Опубл. 07.08.91. Бюл. № 29.

23. А.С. № 16814611 СССР, МКИ G01М17/02. Устройство для определения сил сопротивления качению колес транспортного средства / Макеев Ю.П., Ларин А.Н., Артеменко О.А. (СССР) - № 4738100/11; Заявлено 13.09.89; Опубл. 15.10.91. Бюл. № 38.

24. Макеев Ю.П., Ларин А.Н., Пясецкий П.В. Влияние эксплуатационных факторов на ресурс автомобильной шины //Автомобильный транспорт: Республиканский межведомственный научно-технический сборник. вып. 28. - К.: Тэхника. - 1991. - С. 85-88.

25. Коханенко В.Б., Ларин А.Н. Определение ходимости шины пожарного автомобиля по величине ее поверхностной температуры // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. вып. 2. - Харьков: ХИПБ, 1997. - С. 70-73.

26. Кривошей Б.И., Ларин А.Н. Определение достаточной высоты рисунка протектора шины пожарного автомобиля // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. вып. 2. - Харьков: ХИПБ, 1997. - С. 85-87.

27. Ларин А.Н., Коханенко В.Б. Влияние сопротивления качению шин на уровень расхода топлива // Пожежна безпека: Наук. зб. ч. 3. - Черкаси, ЧІПП ім. Героїв Чорнобиля - 1999. - С. 19-21.

28. Яковлев О.М., Коханенко В.Б., Ларін О.М. Залежність роботи сил тертя у контакті шини з дорогою від навантаженості та тиску повітря // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. вып. 4. - Харьков: ХИПБ, 1998. - С. 228-230.

29. Ларін О.М., Яковлев О.М., Коханенко В.Б. Вплив кутів установки керованих коліс автомобіля на величину пробігу шини // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. вып. 4. - Харьков: ХИПБ, 1998. - С. 122-125.

30. Коханенко В.Б., Ларин А.Н. Влияние температуры на работу шин автомобиля // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. вып. 5. - Харьков: ХИПБ, 1999. - С. 128-130.

31. Ларин А.Н., Яковлев А.М., Шпирин Е.Н. Температурное поле боковины шины в области точечного дефекта // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. вып. 5. - Харьков: ХИПБ, 1999. - С. 141-143.

32. Ольшанский В.П., Ларин А.Н. Идентификация параметров кругового источника тепла в бесконечной пластине по замеренным значениям температуры // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. вып. 6. - Харьков: ХИПБ, 1999. - С. 116-118.

33. Ольшанский В.П., Ларин А.Н., Яковлев А.М., Коханенко В.Б. Локальное поле температуры в пластине с линейчатым источником тепла // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. вып. 6. - Харьков: ХИПБ, 1999. - С. 119-121.

34. Ларин А.Н. Обзор литературных работ по исследованию температурного состояния пневматических шин // Проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. вып. 7. - Харьков: ХИПБ, 2000. - С. 131-138.

35. Ларин А.Н., Коханенко В.Б., Яковлев А.М. Расчет температурного состояния шины методом конечного элемента // Науковий вісник будівництва. вип. 8. - Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. - 1999. - С. 115-117.

36. Ларин А.Н., Артеменко О.А. Определение потерь на качение автомобильной шины // Сборник трудов IV Междунар. науч.-практ. конф. "Современные проблемы геометрического моделирования". - ч.3. - Мелитополь: ТГАТА. - 1997. - С. 75-77.

37. Ларин А.Н., Коханенко В.Б. Температура пневматической шины в области дефекта // Сборник трудов IV Междунар. науч.-практ. конф. "Современные проблемы геометрического моделирования". - ч.3. - Мелитополь: ТГАТА. - 1997. - С. 78-80.

38. Яковлев А.М., Ольшанский В.П., Ларин А.Н. Взаимодействие автомобильной шины с дорогой // Сборник трудов IV Междунар. науч.-практ. конф. "Современные проблемы геометрического моделирования". - ч.3. - Мелитополь: ТГАТА. - 1997. - С. 81-84.

39. Ларин А.Н., Кривошей Б.И. Определение достаточной высоты протектора шины пожарного автомобиля // Сборник трудов IV Междунар. науч.-практ. конф. "Современные проблемы геометрического моделирования". - ч.3. - Мелитополь: ТГАТА. - 1997. - С. 85-90.

40. Ларин А.Н., Школьный С. М. Расчет напряженно-деформированного состояния пневматической шины методом конечного элемента шин // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Сб. научн. тр. вып. 101. - Харьков: ХГПУ, 2000. - С. 134-138.

41. Ларин А.Н., Коханенко В.Б., Артеменко О.А. Тепловое состояние пневматической шины // Труды междунар. науч.-техн. конф."Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье", Харьков, 12-14 мая 1997г. В пяти частях. ч. 5. - Харьков, Мишкольц, Магдебург: Харьк. гос. политехн. ун-т, Мишкольц. ун-т, Магдебург. ун-т. - 1997. - С. 177-179.

42. Ларин А.Н., Коханенко В.Б., Кривошей Б.И. Диагностика работоспособности пневматической шины косвенными методами // Труды междунар. науч.-техн. конф."Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье", Харьков, 12-14 мая 1997г. В пяти частях. ч. 5. - Харьков, Мишкольц, Магдебург: Харьк. гос. политехн. ун-т, Мишкольц. ун-т, Магдебург. ун-т. - 1997. - С. 180-182.

43. Артеменко О.А., Ларин А.Н., Кривошей Б.И. Распределение энергетических потерь в пневматической шине // Труды междунар. науч.-техн. конф."Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье", Харьков, 12-14 мая 1997г. В пяти частях. ч. 5. - Харьков, Мишкольц, Магдебург: Харьк. гос. политехн. ун-т, Мишкольц. ун-т, Магдебург. ун-т. - 1997. - С. 149-151.

44. Ольшанский В.П., Ларин А.Н., Коханенко В.Б., Яковлев А.М. К определению работы трения в пневматической шине // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Сб. научн. тр. ХГПУ. вып. 6. в четырех частях. ч.1. - Харьков: Харьк. гос. политехн. ун-т. - 1998. - С. 115-119.

45. Ольшанский В.П., Ларин А.Н., Коханенко В.Б., Яковлев А.М. Косвенный метод определения надежности автомобильной шины // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Сб. научн. тр. ХГПУ. вып. 6. в четырех частях. ч.1. - Харьков: Харьк. гос. политехн. ун-т. - 1998. - С. 120-123.

46. Ольшанский В.П., Ларин А.Н., Яковлев А.М. Определение параметров точечного источника тепла в бесконечной пластине по замеренным значениям температуры // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Сб. научн. тр. ХГПУ. вып. 7. в четырех частях. ч.1. - Харьков: Харьк. гос. политехн. ун-т. - 1999. - С. 338-340.

47. Ольшанский В.П., Ларин А.Н., Коханенко В.Б. О распределении изгибных напряжений в боковине шины температуры // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Сб. научн. тр. ХГПУ. вып. 7. в четырех частях. ч.1. - Харьков: Харьк. гос. политехн. ун-т. - 1999. - С. 341-344.

АНОТАЦІЯ

Ларін О.М. Теоретичні основи оцінки працездатності шин легкового автомобіля у експлуатації. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Національний транспортний університет, Київ, 2001.

Дисертацію присвячено питанням створення наукових основ методів і засобів діагностування, контролюючих правильність експлуатації автомобільних шин, що дозволять підвищити ефективність і безпеку експлуатації рухомого складу автомобільного транспорту. У дисертації розроблено новий напрямок оцінки залишкового ресурсу шини, при наявності втомливого дефекту, за величиною її поверхневої температури, який ґрунтується на одержаних залежностях між температурою і міжшаровими деформаціями усередині шини. Встановлено, що інфрачервоний метод діагностування працездатності шини можливо застосовувати при контролі її виробництва. Запропоновано конструкції діагностичного обладнання та проаналізовані конструкції шин легкового автомобіля з метою їх подальшого вдосконалення. Основні результати праці знайшли промислове впровадження при проектуванні нових конструкцій шин з метою підвищення безпеки їх експлуатації та зменшення витрат при виробництві.

Ключові слова: шина, автомобіль, температура, деформації, працездатність, робота тертя, пробіг шини.

АННОТАЦИЯ

Ларин О.М. Теоретические основы оценки работоспособности шин легкового автомобиля в эксплуатации. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени доктора технических наук по специальности 05.22.20 - "Експлуатація та ремонт засобів транспорту". - Национальный транспортный университет, Киев, 2001.

Диссертация посвящена вопросам создания научных основ методов и средств диагностирования, контролирующих правильность эксплуатации автомобильных шин, которые позволят повысить эффективность и безопасность эксплуатации подвижного состава автомобильного транспорта. В диссертации разработано новое направление оценки остаточного ресурса шины, при наличии усталостного дефекта, по величине температуры на поверхности, которое основывается на полученных зависимостях между температурой и межслойными деформациями внутри шины.

Выполненный анализ причин выхода шин из строя свидетельствует о том, что своевременное техническое обслуживание шин и соблюдение правил их эксплуатации позволяют увеличить срок службы до 50 %.

При изучении взаимодействия колеса с опорной поверхностью отсутствует единый подход. В ряде случаев встречаются противоречивые результаты теоретических исследований, а экспериментальные работы настолько разнохарактерны, что в них трудно найти даже общую основу. Выполненная классификация основных расчетных моделей шин свидетельствует о том, что однозначный выбор при решении конкретных расчетных задач невозможен. Необходимо иметь ряд моделей, различающихся по полноте описания одного и того же явления, с тем, чтобы применять разные модели на разных стадиях работы.

Проведен анализ существующих математических моделей, применяемые для описания взаимодействия шины с дорогой и средств экспериментальной оценки работоспособности и дефектоскопии автомобильных шин. Рассмотрены методы и средства экспериментального исследования теплового состояния автомобильных шин и средств дефектоскопии автомобильных шин. Изучены причины выхода шин из эксплуатации и влияние эксплуатационных факторов на её работоспособность.

Разработана математическая модель шины на основе теории многослойной анизотропной оболочки. Определены напряжения в слоях шины. Проведен расчет напряженно-деформированного состояния шины методом конечного элемента с изучением теплового состояния шины. Теоретически исследованы тепловые поля на поверхности шины в области источника тепла произвольной формы. Предложен метод определения месторасположения внутреннего дефекта в шине по величине температуры на поверхности и теоретически обоснована оценка остаточного ресурса шины.

Предложены конструкция стенда для исследования процессов, происходящих в контакте шины с опорной поверхностью и устройство для определения силы сопротивления качению, а также датчики для замера деформаций в шине. Исследовано влияние условий эксплуатации на величину и характер износа протектора шины в контакте с дорогой. Экспериментально исследовано влияние конструкции шины на величину работы трения и износ шин. Изучено напряженно-деформированное состояние шины при её взаимодействии с опорной поверхностью. Исследованы межслойные температурные поля шины при её движении.

На основании выполненных автором теоретических и экспериментальных исследований сформулированы основные принципы решения проблемы диагностирования пневматических шин, созданы системы стендовой оценки их технического состояния в стационарных условиях, проектирования технических средств диагностирования с учетом глубины поиска дефектов и достоверности диагностирования и разработки алгоритма функционирования автомобиля.

Проведены теоретические исследования распределения деформаций в шине и на их основе определены наиболее опасные, с точки зрения усталостной выносливости, зоны шины. Исследована функциональная зависимость деформаций в этих зонах от действия эксплуатационных нагрузок. На основе этих исследований установлены наиболее чувствительные признаки технического состояния шины.

Сравнительные экспериментальные исследования различных методов, устройств и стендов для регистрации выходных характеристик шины позволили определить их недостатки и преимущества. Вследствие анализа информативности, достоверности, точности и чувствительности диагноза установлена возможность применения метода инфракрасной дефектоскопии автомобильных шин. Перепад температур на расстоянии до 15 мм от дефекта составляет в среднем 3-5 градусов.

Судить об эксплуатационной пригодности шин по поверхностным температурным полям, возможно, после начала движения через 10-15 минут. Через 40-50 минут после начала движения шины при скорости 60 км/ч температура во всех точках, где проводились измерения, практически стабилизируется. Охлаждение шины воздухом ускоряет процесс стабилизации температуры на ее поверхности, при этом максимальные значения температур снижаются в среднем на 5-12 С.

При увеличении нагрузки, работа трения увеличивается до 30 %. Характер влияния близкий к линейному закону. Изменение высоты рисунка протектора приводит к увеличению работы трения. Теоретически эта зависимость носит линейный характер, однако, экспериментальные исследования, проведенные в работе, свидетельствуют о некотором увеличении интенсивности износа по мере изменения высоты рисунка протектора. Сравнение результатов показывает расхождение результатов до 8 %.

Основные результаты работы нашли промышленное внедрение при проектировании новых конструкций шин с целью повышения безопасности их эксплуатации и уменьшение расходов при производстве.

Ключевые слова: шина, автомобиль, температура, деформации, работоспособность, работа трения, пробег шины.

ABSTRACT

O.M. Larin Theoretical basis for estimating serviceability of car tires while in service. - Manuscript.

Dissertation for the degree of doctor of technical sciences in field 05.22.20 - "vehicle service, repair and maintenance". National Transport University, Kiev, 2001.

The dissertation deals with the problems of developing a scientific basis for the methods and diagnostic means for the correct service control of car tire enabling a rise in efficiency and safety of automobile transport service. The dissertation develops a new trend in estimating the residual resource of a tire with a fatigue defect. The estimation is conducted according to the surface temperature value resulting from the dependencies obtained between the temperature and inter-layer deformations in the tire. The possibility of employing the infra-red method of tire serviceability diagnostics at production control was proved. Diagnostic equipment designs were presented and car tire designs were analyzed for their future updating. The main results of the research were industrially implemented in developing new car tire designs to increase their service safety and to decrease production costs.

Key words: tire, car, temperature, deformations, serviceability, friction work, tire run.

Размещено на Allbest.ru