Разработка системы обеспечения работоспособности передней подвески и рулевого управления автотранспортных средств в эксплуатации
-1На правах рукописи
МЫРОЧКИН АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПЕРЕДНЕЙ ПОДВЕСКИ И РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ Специальность 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Владимир 2010 -2
Работа выполнена на кафедре автомобильного транспорта Владимирского государственного университета Научный руководитель кандидат технических наук, профессор Баженов Ю.В.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ Сергеев А.Г.
кандидат технических наук Шулаев В.Н.
Ведущая организация Ассоциация предприятий автомобильного транспорта Владимирской области
Защита диссертации состоится «» _2010 г. в ч. _ мин. на заседании диссертационного совета Д 212.025.02 ВАК РФ во Владимирском государственном университете по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ауд..
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Владимирско го государственного университета по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87.
Автореферат разослан «»_2010 г.
Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печа тью организации, просим направлять по адресу диссертационного совета уни верситета: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, ученому секретарю диссерта ционного совета Д 212.025.02.
Ученый секретарь диссертационного совета Ю. В. Баженов к.т.н., профессор -3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Автомобильный транспорт - одна из крупнейших отраслей общественного производства, влияющая на все сферы деятельности че ловека и развитие общества в целом. На долю автомобильного транспорта в РФ приходится более половины объма всех пассажирских перевозок, осуществляе мых наземным пассажирским транспортом общего пользования. Вместе с тем остается нерешенной задача снижения высокой дорожно-транспортной аварий ности.
Исследованиями в области безопасности дорожного движения (БДД) уста новлено, что основными причинами ДТП являются несоответствие темпов раз вития дорожно-транспортной системы темпам автомобилизации страны, слож ные дорожно-климатические условия, а также технические неисправности транспортных средств. По статистике около 15 % случаев ДТП от общего их числа происходят вследствие эксплуатации транспортных средств с неисправно стями систем, влияющих на их активную безопасность. Исследования, выпол ненные на базе филиала «14 автобусный парк» ГУП «Мосгортранс» в период с 01.01.07 г. по 01.01.09 г., показали, что ДТП связаны с отказами тормозной сис темы – 43 %, рулевого управления (РУ) – 15 %, передней подвески (ПП) – 32 %, прочих систем – 10 %.
Рулевое управление и передняя подвеска относятся к узлам, непосредст венно влияющим на БДД, и поддержание их в технически исправном состоянии в течение всего периода эксплуатации одно из важнейших условий снижения аварийности.
Качественное и своевременное выполнение необходимых технических воздействий позволяет предотвратить выезд неисправного автотранспортного средства (АТС) на линию и существенно уменьшить количество ДТП. Поэтому представляется весьма актуальной разработка методик и алгоритмов поиска воз никающих в ПП и РУ неисправностей и углубленного диагностирования этих систем, что позволит повысить активную безопасность АТС.
Цель работы – повышение технической готовности РУ и ПП за счет вне дрения углубленного диагностирования их технического состояния с предвари тельным контролем величины «увода» автобуса.
Основные задачи исследования:
- исследовать наджность элементов ПП и РУ в процессе эксплуатации;
- произвести выбор и обоснование диагностических параметров для оценки технического состояния ПП и РУ;
- разработать математическую модель, позволяющую определить влияние параметров технического состояния ПП и РУ на «увод» автобуса, характери зующую его устойчивость и управляемость;
- сформировать алгоритм поиска неисправностей в ПП и РУ при отклоне нии «увода» автобуса от допустимых значений;
- разработать методику углубленного диагностирования ПП и РУ и обос новать рациональную периодичность его проведения.
-4 Методы исследования базировались на теории вероятности и математи ческой статистике, экспериментальных данных по эксплуатационной наджно сти ПП и РУ, дорожных и стендовых испытаниях с использованием диагности ческих стендов и приборов.
Объектом исследования является система обеспечения работоспособного состояния ПП и РУ в процессе эксплуатации на примере автобуса модели ЛиАЗ-5256.
Научная новизна работы:
- выявлены закономерности формирования люфтов и зазоров в ПП и РУ на основе кинематического анализа их конструкций;
- обоснован комплекс диагностических параметров при оценке техниче ского состояния РУ и ПП;
- исследовано влияние параметров технического состояния РУ и ПП на «увод» автобуса от заданной траектории движения;
- предложена методика углубленного диагностирования РУ и ПП с предва рительным контролем величины «увода» автобуса;
- разработана система обеспечения работоспособности РУ и ПП на основе диагностической информации.
Практическую ценность представляет разработанная система обеспече ния работоспособности ПП и РУ автобусов с программным обеспечением, вне дрение которой в производство повышает надежность этих узлов в эксплуата ции, сокращает затраты на поддержание их в технически исправном состоянии, способствует снижению аварийности на дорогах.
Реализация результатов работы. Результаты диссертации использованы в научно-исследовательской работе «Повышение эффективности функциониро вания системы сервисного обслуживания предприятиями дилерской сети ООО «ЦТД Русские автобусы», в учебном процессе кафедры «Автомобильный транс порт» при изучении дисциплин «Техническая эксплуатация автомобилей», «Ос новы работоспособности технических систем» и «Основы теории наджности и диагностика». Разработанная система поддержания работоспособности РУ и ПП автобусов внедрена в производство в филиале «14 автобусный парк» ГУП «Мос гортранс».
Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты исследований наджности основных элементов ПП и РУ ав тобусов ЛиАЗ-5256 в процессе эксплуатации;
- математическая модель «увода» автобуса, позволяющая определить влияние эксплуатационных и конструктивных параметров ПП и РУ на его вели чину;
- методика углублнного диагностирования РУ и ПП автобуса с предвари тельным контролем величины «увода»;
- программное обеспечение системы обеспечения работоспособности РУ и ПП автобусов.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях: «Перспективы развития ав тосервиса, посвященной 50 летию ВлГУ» (Владимир, 2008), «Фундаменталь -5 ные и прикладные проблемы совершенствования двигателей» (Владимир, 2010), научно-методических семинарах кафедры «Автомобильного транспорта» Владимирского государственного университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано девять научных статей, в том числе две в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объм работы. Диссертация содержит 179 страниц основ ного текста с 53 иллюстрациями и 21 таблицей, состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка литературы, включающего 137 источников и 8 приложений.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, излагаются цель, задачи и методы исследования, приведено научное и практическое значе ние работы.
В первой главе выполнен анализ причин высокой дорожно-транспортной аварийности в РФ. Рост числа ДТП, возникающих вследствие отказа систем ав тобуса, непосредственно влияющих на безопасность движения, объясняется тем, что нередко АТС эксплуатируются с техническими неисправностями ПП, РУ и тормозной системы. Своевременный вывод из эксплуатации технически неис правных транспортных средств позволит уменьшить риск возникновения ДТП и реализовать имеющийся потенциал для снижения уровня дорожно транспортного травматизма в стране.
Теоретические основы, связанные с решением этих проблем, заложены в работах Н.Я. Говрушенко, Л.В. Мирошникова, А.П. Болдина, И.Н. Аринина, Д.А. Соцкова, В.З. Русакова, Е.С. Кузнецова и др. российских ученых. Выпол ненный обзор работ показал, что основные факторы, определяющие реализацию надежности транспортных средств в эксплуатации, являются управляемыми, т.е.
на них можно воздействовать с целью повышения безотказности и сокращения затрат на поддержание их в технически исправном состоянии.
Действующая в стране система ТО и ремонта АТС «по наработке» не обеспечивает высокого уровня надежности и необходимой эффективности их эксплуатации. Поэтому в последнее время особое внимание уделяется новой, бо лее рациональной системе обслуживания и ремонта по «фактическому состоя нию». Опыт внедрения такой системы показывает, что существенно сокращают ся объмы профилактических и ремонтных работ, полнее используется ресурс машин. Однако в настоящее время нет достаточно обоснованных нормативов управления техническим состоянием ПП и РУ автобусов, выбранных в качестве объекта исследования, отсутствуют методики поиска их конкретных неисправ ностей, рекомендации по автоматизации процессов управления.
Анализ факторов, влияющих на устойчивость и управляемость автобуса, по казал, что их с некоторой условностью можно разделить на три группы: управ ляемые (зависящие от работы технической службы автотранспортного предпри ятия);
частично управляемые (условия эксплуатации, конструкционные особен ности элементов автобуса и др.) и неуправляемые (дорожные и климатические -6 условия, состояние дорожного покрытия и другие, т.е., не зависящие от работы технической службы АТП). Для повышения устойчивости и управляемости ав тобусов, находящихся в эксплуатации, наибольший интерес представляют управляемые факторы, непосредственно связанные с техническим состоянием транспортного средства. К ним, прежде всего, относятся РУ с гидроусилителем (ГУР), рулевым механизмом и рулевой трапецией;
ходовая часть с передней и задней подвесками, кузовом и колесами;
тормозная система с приводом и тор мозными механизмами. К параметрам, характеризующим техническое состояние этих узлов, относятся люфт в рулевом механизме, нарушение геометрии углов установки колес, перекосы передней и задней осей и т.д.
Анализ существующих методов и средств контроля технического состоя ния ПП и РУ показал, что значительный экономический эффект в системе ТО и ремонта АТС может быть получен при использовании научно обоснованных ме тодов и современных средств диагностирования систем, обеспечивающих безопасность движения.
На основании выполненного анализа сформулированы цель, задачи и об щая методика исследования.
Во второй главе выполнены теоретические исследования закономерно стей формирования люфтов в ПП и РУ автобуса, причин возникновения отказов и неисправностей, обоснован комплекс диагностических параметров при оценке их технического состояния, рассмотрена методика оценки степени влияния вы бранных параметров на «увод» автобуса.
Основная причина возникновения зазоров в сопряженных парах механиз мов износ. При износе трущихся поверхностей изменяется характер сопряже ния деталей, в результате чего появляются перекосы, увеличиваются зазоры, из меняется геометрия элементов.
Определение люфтов в передней зависимой подвеске автобуса базирова лось на использовании дифференциального метода, сущность которого заключа ется в определении функции положения (ФП) механизма в размерной форме.
Величины эксцентриситетов во вращательных парах звеньев шарнирных меха низмов (реакции) проектируются на направления осей этих звеньев. Для получе ния ошибок механизма дифференцировались ФП и вместо полученных прира щений размеров вводились величины проекций эксцентриситетов.
Кинематический анализ конструкции ПП и РУ (рис. 1) позволил получить величины реакций во вращательных парах звеньев шарнирных механизмов ме тодом разложения сил. Для получения люфта в шкворневом соединении левого колеса S1 изображаем схему поводковой передачи, сохраняя направления звеньев такими, как в механизме с номинальными размерами звеньев, а сами люфты представляем в увеличенном масштабе (рис. 2). В результате дифферен цирования ФП получаем выражения для определения люфтов в шкворневых со единениях подвески левого S1 и правого S 2 колес:
-7 sin 1 1 1 lP1 cos1 1 3 4 tg1d1, (1) S1 2 cos1 l1 cos1 cos sin 21 2 1 lP 2 cos2 2 3 4 tg 2d1. (2) S2 5 cos 2 l2 cos 2 cos Рис.1. Кинематическая схема конструкции ПП и РУ автобуса ЛиАЗ-5256: 1 – ру левое колесо;
2 – угловой редуктор;
3 – рулевой механизм с распределителем ГУР;
4 – силовой цилиндр ГУР;
5 шаровой шарнир;
6 поперечная балка рамы;
7 пово ротный рычаг;
8 реактивная штанга;
9 рама;
10 колесо;
i направления реакций Ri в шкворневых соединениях;
i, i углы между силами возникающими в парах трения (А,Б,В,Г,Д,Е,Ж) и элементами рулевой трапеции li В рулевом механизме изменение зазоров зависит в основном от изменения радиуса зацепления при беззазорном со прикосновении деталей передаточной пары. Приращение радиуса зацепления происходит вследствие механического износа деталей зубчатой передачи, опор ных подшипников, втулок и т.д. Измене ние величины радиуса R зацепления Рис. 2. Схема определения величины из вызвано увеличением зазора y между носа в шкворневом соединении левого ко леса: i - люфты во вращательных парах.
гайкой и винтом. Выбор зазора S в за цеплении приводит к увеличению угла -8 поворота на величину, величина которого определяется по формуле:
720 o y tg, (3) r где половина угла, со ставляемого внутренними сторонами зубьев сектора ру левого механизма;
r радиус зацепления (рис. 3).
Важным звеном в оценке технического состояния ПП и РУ является обоснованный выбор диагностических па Рис. 3. Схема зацепления винт-гайка-сектор рулево- раметров, которые будут в го механизма автобуса ЛиАЗ-5256: 1 – винт, 2 гайка, конечном итоге управляю 3 сектор щими элементами разрабаты ваемой системы обеспечения ПП и РУ АТС в работоспособном состоянии. Вы бор диагностических параметров определялся на основе анализа их взаимосвязей со структурными параметрами (рис. 4).
На основе разработанной схемы структурно-следственных связей в ПП и РУ сформирован комплекс диагностических параметров, который наиболее полно оценивает техническое состояние рассматриваемых систем автобусов: ве личина суммарного люфта в РУ, град;
схождение передних колес, мм;
П перекос передней оси, мм;
З перекос задней оси, мм;
Н П относительная раз ность высот пневмобаллонов передней оси, %;
H З относительная разность вы сот пневмобаллонов задней оси, %;
F усилие на рулевом колесе, Н.
В качестве комплексного показателя, в наибольшей степени характери зующего устойчивость и управляемость, был принят «увод» автобуса – U, мм, который характеризует отклонение движения автобуса от заданной траектории вследствие воздействия на него внешних и инерционных сил. Он формируется из люфтов в рулевом механизме, угловом редукторе, рулевом приводе, ступич ных подшипниках, усилителе РУ, которые возникают из необратимых смещений в шарнирных сочленениях.
Для оценки степени влияния выбранных диагностических параметров на «увод» автобуса от заданной траектории была построена его математическая мо дель. В общем виде эта зависимость выражена с помощью уравнения регрессии:
k Y b1x1 b2 x2... bn xn bi xi, (4) i где Y – параметр оптимизации в закодированном виде («увод» автобуса, харак теризующий его устойчивость и управляемость);
k – количество отобранных па раметров в результате ранжирования;
bi коэффициенты модели (весовые ха рактеристики), учитывающие степень влияния i-го параметра на функцию от клика;
xi кодированные значения i-го параметра.
-9 Рис. 4. Схема структурно-следственных связей системы ПП и РУ автобуса ЛиАЗ-5256:
1-1 – рулевой привод автобуса;
1-2 – угловой редуктор;
1-3 – рулевой механизм;
1-4 – ГУР;
1- – ПП;
2-1 – рулевые тяги;
2-2 – шаровые шарниры;
2-3 - зубчатая коническая пара в зацепле нии;
2-4 – распределитель ГУР;
2-5 – зубчатое зацепление шариковой гайки-рейки и вала сектора;
2-6 – силовой цилиндр ГУР;
2-7 – насос ГУР;
2-8 – шкворневой узел ПП;
2-9 – сту пичный подшипник;
2-10 – реактивная штанга ПП;
3-1 – изменение длины рулевых тяг;
3-2 – люфт в шаровом шарнире;
3-3 – люфт в зубчатом зацеплении конической передачи углового редуктора;
3-4 – неполное открытие или закрытия перепускных отверстий в распределителе ГУР;
3-5 – зазор в зубчатом зацеплении гайки-рейки и вала-сектора;
3-6 – завоздушенность силового цилиндра;
3-7 – повышение или понижение давления в системе ГУР;
3-8 – люфт в шкворневом узле;
3-9 – зазор в ступичном подшипнике;
3-10 – изменение номинальной длины реактивной штанги;
4-1 – деформация рулевой тяги;
4-2 механический износ шарового пальца;
4-3 – механический износ конических шестерн;
4-4 – механический износ золотника ГУР;
4-5 – механический износ вала-сектора и гайки-рейки;
4-6 механический износ уплот нений;
4-7 износ предохранительного клапана;
4-8 – механический износ шкворня;
4-9 – ме ханический износ поверхностей ступичного подшипника;
4-10 – деформация реактивной штанги ПП;
5-1 – нарушение устойчивости и управляемости автобуса;
5-2 – увеличение ин тенсивности износа шин;
5-3 увеличение расхода топлива;
6-1 – увеличенный люфт в РУ;
6 2 – увод автобуса;
6-3 – отклонение углов установки колс;
6-4 – перекос передней оси;
6-5 – повышенное усилие на рулевом колесе Численные значения закодированных параметров ( x1, x2,...,xk ) и коэффи циенты ( b1, b2,...,bn ), по которым можно судить о величине влияния каждого из них на параметр оптимизации, вычислялись с помощью методики планирования эксперимента.
В третьей главе приведены результаты исследований эксплуатационной надежности элементов ПП и РУ, определены нормативные значения выбранных диагностических параметров, разработана многофакторная модель «увода» авто буса, оценивающая влияние параметров технического состояния рассматривае мых узлов на его величину.
Экспериментальные исследования проводились в реальных условиях экс плуатации автобусов ЛиАЗ-5256 на базе филиала «14 автобусный парк» ГУП «Мосгортранс». Полученные результаты исследований показывают, что основ - 10 ные причины потери работоспособности ПП и РУ износы и деформации их де талей. Чаще всего в исследуемых узлах появляются такие неисправности, как из нос резиновых втулок реактивной штанги 35 %, износ шаровых пальцев про дольной рулевой тяги 30 %, износ ступичных подшипников 20 %, износ пыльника шарового пальца – 17 %, износ шарового пальца наконечника ГУР.
Результаты обработки опытных данных по эксплуатационной надежности наиболее часто встречающихся неисправностей представлены на рис. 5.
Рис. 5. Гистограммы распределения наработок до отказа: а шаровых пальцев РУ L L20.32 f ( L) 0.11 e 28.88, б резиновых втулок реактивной штанги f ( L) 0.04 e 162 и L 66. в ступичных подшипников f ( L) 0.05 e Исследования показали, что наименее надежным элементом ПП и РУ явля ется шаровой палец рулевого привода, средняя наработка до отказа которого со ставляет X 20 тыс. км. Это обусловлено тяжелыми условиями работы данного элемента, поскольку шарнир соединяет подрессоренные массы автобуса с непод рессоренными.
Для построения регрессионной модели «увода» автобуса, позволяющей определить влияние выбранных диагностических параметров ПП и РУ на его ве личину, необходимо определить их номинальные, предельные и допустимые - 11 значения. Нормативные значения суммарного люфта РУ, схождения передних колес и усилия на рулевом колесе регламентированы НТД. Нормирование ос тальных диагностических параметров осуществлялось по методике, учитываю щей их взаимосвязи со структурными параметрами при минимизации затрат на эксплуатацию, ТО и ремонт.
Рассмотрим нормирование диагностических параметров на примере «уво да» автобуса от заданной траектории движения. Номинальное значение диагно стического параметра U Н соответствует новым, технически исправным автобу сам. Для его определения были выполнены экспериментальные исследования по измерению «увода» представительной выборки новых автобусов. Схема экспе римента представлена на рис. 6.
Измерение «увода» выполнялось в следующей последовательности:
- лазерный целеуказатель жстко крепился на передний бампер автобуса;
- штатив с измерительной шкалой устанавливался на расстоянии 16 м;
- при включении лазерного целеуказателя на измерительной шкале появля лась точка, которую выставляли на «нулевую» отметку;
- автобус начинал движение и при прохождении задними колесами отмет ки 10 м останавливался;
- на измерительной шкале фиксировалось смещение лазерной точки от «нулевого» значения, что соответствовало «уводу» автобуса.
Результаты обработки опытных данных представлены на рис. 7 в виде гис тограммы распределения. Найденное среднее значение «увода» U 9 мм при нимаем в качестве номинального диагностического норматива.
Рис. 6. Схема эксперимента по измерению «увода» автобуса от заданной траектории движения - 12 Для определения предельного значения «увода» автобуса U были вы полнены эксперимен тальные исследования представительной вы борки автобусов с пре дотказным состоянием ПП и РУ.
Предотказное со стояние ПП и РУ опре делялось по критерию качества функциониро вания и управления ав тобусом (нарушалась устойчивость и управ ляемость, увеличивался износ шин, расход топ лива и др.).
Рис. 7. Гистограмма распределения значений «увода» Дифференциаль (U 9) ная и интегральная новых автобусов f (U ) 0.33 e функции распределе ния «увода» автобусов с предотказным состоянием ПП и РУ представлены на рис. 8. По аналогии с принятой в теории надежности методикой ограничиваем поле рассеивания параметра U пределами, соответствующими требуемому уровню вероятности безотказной работы. Для ПП и РУ как узлов, непосредст венно влияющих на БДД, требуемый уровень вероятности принимаем равным P 0,85. Тогда предельное значение «увода» U составит 70 мм.
При постоянной периодичности диагностирования узлов и механизмов АТС в практической деятельности АТП целесообразно использовать не предель ный, а допустимый норматив «увода» U, который и будет основным при кон троле технического состояния рассматриваемых систем автобуса. ПП и РУ отно сятся к узлам, непосредственно влияющим на БДД, поэтому должны контроли роваться при каждом ТО-1, т.е. с постоянной периодичностью.
Для определения допустимого значения «увода» автобуса от заданной тра ектории движения были выполнены экспериментальные исследования с целью установления зависимости изменения этого параметра по наработке. Теоретиче ская кривая зависимости (функция изменения параметра U ), найденная по ре зультатам обработки опытных данных с помощью программы Microsoft Excel, имеет следующий вид:
- 13 U U Н ( L 103 ) 9 3 103 ( L 103 )1,0, (5) где U Н номинальное значение «увода»;
интенсивность изменения пара метра U ;
L пробег автобуса, км;
показатель степени.
(U 66.8) f (U ) 0.12 e Рис. Дифференциальная и интегральная 20. 8.
(U 66.8) U 20.48 dx функции распределения «увода» автобусов с предотказным со F (U ) 0.12 e стоянием ПП и РУ При известной межконтрольной наработке Lд = 4000 км, величине пре дельного норматива U пр = 70 мм и интенсивности изменения «увода» автобуса 3 103 мм/км, значение допустимого норматива определяется из выражения - 14 U Д 3 10 3 1, 4000 70 12 58 мм. (6) 3 10 Нормативные значения остальных диагностических параметров для оценки технического состояния ПП и РУ, найденные по вышеизложенной методике приведены в таблице.
Таблица Диагностические параметры и их нормативные значения при оценке технического состояния РУ и ПП Значение параметра Обозначение Наименование начальное допустимое предельное, град Суммарный люфт РУ 12 16, мм Схождение передних колес 4 6 п, мм Перекос передней оси 0 6 y з, мм Перекос задней оси 0 6 Относительная разность высот Hп, % 0,5 1 пневмобаллонов передней оси Относительная разность высот Hз, % 0,5 1 пневмобаллонов задней оси Усилие на рулевом колесе F,Н 60 90 Увод автобуса U, мм 9 58 Одной из задач экспериментального исследования являлось определение математической модели «увода» автобуса, которая отражает влияние параметров технического состояния ПП и РУ на его величину. Анализ статистического ма териала, используемого при построении регрессионной модели, включал в себя следующие основные этапы:
- кодирование факторов, влияющих на «увод»;
- составление матрицы планирования эксперимента;
- проверка однородности дисперсий выполненных измерений;
- формирование уравнения регрессии;
- определение корреляционных зависимостей между «уводом» автобуса и влияющими на него параметрами;
- построение зависимостей «увода» от параметров технического состояния ПП и РУ.
После всех математических преобразований получим уравнение зависимо сти «увода» автобуса от выбранных параметров:
U 1,90 1,53 2,18 П 0,65 З 19,97. (7) - 15 В уравнение регрессии (7) не включены такие параметры, как усилие на рулевом колесе F, относительные разности высот пневмобаллонов пе редней Н П и задней Н З осей из-за их малого влияния на «увод» автобуса ( рис. 9).
Графическая зависимость «уво да» автобуса от выбранных парамет ров технического состояния ПП и РУ представлена на рис. 10. Наиболее существенное влияние на «увод», если исключить влияние тормозной систе мы и давление в шинах, оказывают такие параметры, как перекос перед ней оси U 2.17 4.5, перекос Рис. 9. Влияние параметров ПП и РУ на «увод» автобуса задней оси U 0.65 1.35, сум марный люфт рулевого управления U 1.9 20.63 и схождение передних ко лес U 1.53 5.2.
Рис. 10. Графическая зависимость «увода» автобуса от выбранных параметров технического состояния ПП и РУ В четвртой главе разработана система обеспечения работоспособности ПП и РУ автобусов в эксплуатации и приведены результаты ее практического применения.
- 16 В работе предложена трехступенчатая модель обеспечения работоспособ ности ПП и РУ. Принципиальное е отличие заключается в том, что решение по выполнению операций ТВ принимается на основании предварительного контро ля «увода» автобуса, и только при его отклонении за допустимые пределы про водятся необходимые операции поиска, уточнения и устранения возникших не исправностей (функциональная схема процесса представлена на рис. 11).
Рис. 11. Функциональная схема алгоритма поиска и устранения неисправностей в ПП и РУ На первом этапе (блоки 2, 3 алгоритма) осуществляется контроль «увода» ав тобуса от заданной траектории движения. Если «увод» автобуса не превышает предельно-допустимого значения (58 мм на 10 м, или 5,8 м/км), то элементы ПП и РУ находятся в технически исправном состоянии. В противном случае выпол няются операции диагностирования систем автобуса, влияющих на его устойчи вость и управляемость: передней и задней осей, схождения передних колес, по ложения пневмобаллонов, суммарного люфта в РУ, усилия на рулевом колесе (блоки 8, 11, 14, 18, 21).
С целью упрощения процесса поиска и устранения при необходимости неис правностей в элементах ПП и РУ было разработано его программное обеспече ние, представляющее собой систему управления базой данных (БД), в которой находятся все сведения о результатах проверки, назначенных и выполненных ТВ - 17 по каждому автобусу. Функциональная схема программного комплекса автома тизированной системы управления техническим состоянием ПП и РУ представ лена на рис.12.
Рис. 12. Функциональная схема программного комплекса автоматизированной сис темы обеспечения работоспособности ПП и РУ автобусов ЛиАЗ Схема предусматривает выполнение следующих операций:
- оператор вносит значения диагностических параметров в память ЭВМ либо осуществляет поиск в БД имеющейся информации;
- программа воспринимает вводимые данные, сравнивает с допустимыми значениями и выдает заключение;
- если все параметры находятся в пределах допуска, ЭВМ сообщает об этом оператору;
при отклонении какого-либо из параметров за пределы допуска - 18 программа предложит выполнить необходимые операции, направленные на вос становление работоспособности рассматриваемых узлов;
- данные о выполненных ТВ заносятся в БД.
Использование современных автоматизированных систем управления тех ническим состоянием ПП и РУ позволяет более эффективно решать практиче ские задачи обеспечения их работоспособности в эксплуатации.
Опыт внедрения разработанной системы в производственный процесс АТП указывает на существенное снижение материальных и трудовых затрат на обеспечение работоспособности ПП и РУ в эксплуатации. Экономическая эф фективность от внедрения системы обеспечения работоспособности ПП и РУ ав тобусов возникает за счет уменьшения расходов на эксплуатацию (приобретения запасных частей и проведения ремонтно-регулировочных операций). Этот эф фект обусловлен тем, что в результате своевременного проведения контрольно диагностических и при необходимости регулировочных и ремонтных воздейст вий существенно снижается интенсивность изнашивания узлов ПП и РУ. Сред невзвешенный годовой экономический эффект от внедрения разработанной сис темы в филиале «14 автобусный парк» ГУП «Мосгортранс» составил 136 тыс. руб. (928 руб. на 1 автобус).
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 1. Решена задача обеспечения работоспособности передней подвески и ру левого управления автотранспортных средств в эксплуатации за счет внедрения диагностирования их технического состояния с предварительным контролем ве личины «увода» от заданной траектории движения.
2. На основе разработанной модели структурно-следственных связей в ПП и РУ сформирован комплекс диагностических параметров для оценки техниче ского состояния этих узлов: суммарный люфт РУ, схождение передних колес, перекосы передней и задней осей, относительные разности высот пневмобалло нов передней и задней осей, усилие на рулевом колесе. В качестве комплексного параметра, в наибольшей степени характеризующего устойчивость и управляе мость автотранспортных средств, был выбран «увод» от заданной траектории.
3. Выполненные на базе филиала «14 автобусный парк» ГУП «Мосгор транс» исследования работоспособности ПП и РУ автобуса ЛиАЗ-5256 показали, что наименее надежными их элементами являются шаровые пальцы рулевого привода (средняя наработка до отказа Lcp 20,3 тыс. км), резиновые втулки ре активной штанги ( Lcp 31,0 тыс. км) и ступичные подшипники ( Lcp 66,2 тыс.
км). Выявление деталей, лимитирующих надежность исследуемых узлов, позво лило обосновать периодичность их регламентного контроля.
4. Обоснованы нормативные значения диагностических параметров для оценки технического состояния ПП и РУ. Нормирование осуществлялось по ме тодике, учитывающей закономерности изменения параметров по наработке при минимизации затрат на эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт рас сматриваемых узлов.
- 19 5. Разработана и экспериментально подтверждена математическая модель, позволяющая оценить влияние параметров технического состояния ПП и РУ на «увод» автобуса. Наиболее значительными параметрами являются перекос пе редней оси (степень влияния 0,32 ), суммарный люфт рулевого управления ( 0,20 ), перекос задней оси ( 0,18 ) и схождение передних колес ( 0,12 ).
Проверка модели с помощью F критерия Фишера подтвердила е адекват ность.
6. Сформирован комплекс технических воздействий, направленных на обеспечение работоспособности ПП и РУ автотранспортных средств, и разрабо тан алгоритм поиска, локализации и устранения неисправностей, обеспечиваю щий проведение диагностических и ремонтно-регулировочных операций с наи меньшим коэффициентом повторяемости.
7. Разработан и внедрен в производство программный комплекс управле ния техническим состоянием ПП и РУ автобусов в эксплуатации, который по зволяет формализовать процесс принятия решений по контролю и восстановле нию при необходимости их работоспособного состояния.
8. С учетом выполненных теоретических и экспериментальных исследова ний разработана система обеспечения работоспособности ПП и РУ автобусов в эксплуатации. В результате опытного внедрения системы в производственный процесс филиала «14 автобусный парк» ГУП «Мосгортранс» в 2009 г. был полу чен экономический эффект в размере 136 425 руб. (928,06 руб. на один автобус), что подтверждает целесообразность использования системы на других АТП.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ 1. Мырочкин, А. В. Диагностирование рулевого управления и передней подвески автобусов / А. В. Мырочкин, Ю. В. Баженов // Автотранспортное пред приятие. 2009. №11. С. 42 45 (изд-е перечня ВАК РФ).
2. Мырочкин, А. В. Анализ факторов, влияющих на устойчивость и управ ляемость автобуса / А. В. Мырочкин, Ю. В. Баженов // Вестник МАДИ. вып. (19). 2009. С. 14 17 (изд-е перечня ВАК РФ).
3. Мырочкин, А. В. Исследование эксплуатационной надежности элемен тов передней подвески и рулевого управления автобуса / А. В. Мырочкин, Ю. В. Баженов // Перспективы развития автосервиса : материалы Междунар. на уч.-практ. конф. / Владим. гос. ун-т. – Владимир : Изд – во Владим. гос. ун – т, 2008. – С.34 36. – ISBN 978-5-89368-895-5.
4. Мырочкин, А. В. Методика построения модели поиска неисправностей, влияющих на увод автобуса / А. В. Мырочкин, Ю. В. Баженов // Перспективы развития автосервиса : материалы Междунар. науч.-практ. конф. / Владим. гос.
ун-т. – Владимир : Изд – во Владим. гос. ун - т, 2008. – С.31 33.
– ISBN 978-5-89368-895-5.
5. Мырочкин, А. В. Анализ факторов, влияющих на «увод» автобуса от за данной траектории движения / А. В. Мырочкин, Ю. В. Баженов // Перспективы развития автосервиса : материалы Междунар. науч.-практ. конф. / Владим. гос.
- 20 ун-т. – Владимир : Изд – во Владим. гос. ун - т, 2008. – С.28 30.
– ISBN 978-5-89368-895-5.
6. Мырочкин, А. В. Выбор стенда для диагностирования параметров гео метрии установки управляемых колес автобуса / А. В. Мырочкин, Ю. В. Баженов // Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования двигателей:
материалы XI Междунар. науч.-практ. конф. / Владим. гос. ун-т. – Владимир :
Изд – во Владим. гос. ун - т, 2008. – С.319 322. ISBN 978-5-89368-809-2.
7. Мырочкин, А. В. Анализ неисправностей, связанных с нарушением ус тойчивости и управляемости автобуса / А. В. Мырочкин, Ю. В. Баженов // Фун даментальные и прикладные проблемы совершенствования двигателей : мате риалы XI Междунар. науч.-практ. конф. / Владим. гос. ун-т. – Владимир : Изд – во Владим. гос. ун - т, 2008. – С.323 326. ISBN 978-5-89368-809-2.
8. Мырочкин, А. В. Система поддержания работоспособности передней подвески и рулевого управления в эксплуатации/ А. В. Мырочкин, Ю. В. Баже нов // Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств: материа лы XIII Междунар. науч.-практ. конф. / Владим. гос. ун-т. – Владимир : Изд – во Владим. гос. ун - т, 2009. – С.33 36. ISBN 978-5-89368-969-3.
9. Мырочкин, А. В. Автоматизированная система управления техническим состоянием передней подвески и рулевого управления в эксплуатации / А. В. Мырочкин, Ю. В. Баженов, М. В. Латышев // Актуальные проблемы экс плуатации автотранспортных средств : материалы Междунар. науч.-практ. конф.
/ Владим. гос. ун-т. – Владимир : Изд – во Владим. гос. ун - т, 2010. – С. 328. ISBN 978-5-9984-0079-7.
Личный вклад автора. В работах [1], [2] обоснованы нормативные значе ния диагностических параметров при оценке технического состояния ПП и РУ;
в статьях [3], [5], [7] проанализированы характерные неисправности и отказы, вы зывающие нарушение устойчивости и управляемости АТС;
в статьях [4], [8] предложены методика и алгоритм поиска неисправностей, влияющих на «увод» автобуса;
в статье [6] выполнен метрологический анализ стендов для диагности рования углов установки управляемых колес;
в статье [9] предложено программ ное обеспечение процесса диагностирования ПП и РУ.