Введение к работе
Актуальность работы. Прогресс в развитии технологического оборудования для контрольных операций при техническом обслуживании и ремонте (ТО и Р) автотранспортных средств (АТС) возможен на основе новых идей и технологий. Это в полной мере относится и к оборудованию для контроля геометрических параметров (геометрия кузова, геометрические параметры расположения осей и мостов, углы установки управляемых колес и т. д.), которые могут существенно изменяться под действием внешних факторов в процессе эксплуатации АТС. В настоящее время для этих целей в основном используют механические контактные меры и основанные на них методы измерений, однако уже сейчас в других областях техники широкое применение получили лазерные измерители. Использование лазерсодержащего оборудования на основе бесконтактных измерителей в практике ТО и Р автомобилей в условиях эксплуатации предусматривает множество вариаций его исполнения. Каждый вариант исполнения обладает определенной точностью получаемых результатов измерений. Отсутствие знаний о зависимости точности результатов измерений от параметров лазерсодержащего оборудования порождает противоречие, сдерживающее его массовое применение в сфере ТО и Р автомобилей.
На основании изложенного можно заключить, что обоснование и разработка требований к лазерному технологическому оборудованию для контроля геометрических параметров АТС, находящихся в эксплуатации, является актуальной задачей.
Рабочей гипотезой является предположение о том, что трудоемкость выполнения работ и снижение простоев АТС при ТО и Р можно значительно сократить путем использования бесконтактного лазерсодержащего технологического оборудования, обеспечивающего снижение среднеквадратических погрешностей измерения геометрических параметров автомобилей на основе оптимизации структуры и расположения его элементов.
Цель работы - снижение трудоемкости выполнения работ и простоев АТС во время ТО и Р за счет применения бесконтактного лазерного технологического оборудования, обеспечивающего снижение среднеквадратических погрешностей измерения геометрических параметров автомобилей.
Задачи исследования:
1. Разработать математическую модель, алгоритм и методику расчета среднеквадратических погрешностей измерения лазерными системами и на их основе научно обосновать структуру и варианты систем бесконтактного контроля геометрических параметров АТС в условиях эксплуатации на базе лазерных измерителей.
Выявить параметры лазерных измерительных систем, влияющие на точность измерения геометрических параметров АТС в условиях эксплуатации, установить зависимости погрешностей измерения от параметров измерительных систем, сформулировать требования к структуре, эксплуатационным параметрам и технологии применения бесконтактного лазерсодержащего оборудования.
Проверить работоспособность и применимость, оценить эффективность разработанных бесконтактных измерительных систем при выполнении операций ТО и Р АТС в условиях эксплуатации.
Объект исследований - технологические процессы контроля геометрических параметров АТС при их ТО и Р с применением оборудования, оснащенного системами лазерных измерителей.
Предмет исследования - зависимости среднеквадратических погрешностей измерения контролируемого геометрического параметра АТС от структуры и параметров измерительных систем.
Положения, выносимые на защиту:
Оптимальная структура и расположение элементов лазерных измерительных систем между собой и относительно контролируемого автомобиля обеспечивают минимальные среднеквадратические погрешности бесконтактных измерений его геометрических параметров, а также снижают трудоемкость выполнения работ и простои АТС во время ТО и Р.
Разработанные итерационный алгоритм и методика определения пространственных координат контрольных точек и погрешностей их измерения для дискретной ЗБ-бесконтактной измерительной лазерной системы устанавливают оптимальную структуру и расположение ее элементов между собой и относительно контролируемого автомобиля с позиции минимизации среднеквадратических погрешностей измерения его геометрических параметров.
Установленные закономерности изменения среднеквадратических погрешностей измерения геометрических параметров АТС от структуры лазерсо-держащего технологического оборудования и параметров расположения элементов бесконтактных измерительных систем и контролируемого АТС имеют экспоненциальный вид.
Научную новизну диссертационного исследования составляют:
алгоритм и методика определения пространственных координат контрольных точек и погрешностей их измерения, основанные на решении системы уравнений второго порядка с тремя неизвестными итерационным методом Гаусса - Ньютона, для ЗБ-измерительной лазерной системы, производящей дискретные бесконтактные измерения, позволяющие определять оптимальные параметры системы с минимальными среднеквадратическими погрешностями измерения геометрических параметров автомобиля;
научно обоснованные требования к структуре и параметрам технологического лазерсодержащего оборудования, обеспечивающие минимальные среднеквадратические погрешности бесконтактных измерений геометрических параметров автомобиля, а следовательно, и снижение трудоемкости выполнения работ по ТО и Р и простоев АТС;
зависимости изменения среднеквадратических погрешностей измерения геометрических параметров АТС от параметров расположения элементов бесконтактной дискретной измерительной системы, работающей в дискретном режиме, которые имеют экспоненциальный вид A = a-/1 (R2 = 0,7-0,99), где коэффициенты а и/принимают для каждого случая конкретные значения;
способ определения координат контрольных точек кузова АТС на основе дискретных измерений лазерными дальномерами, позволяющий бесконтактно определять контролируемые параметры АТС в условиях эксплуатации без использования специальных контактных мер и мишеней (патент РФ № 2291751 от 20.01.2007 г.);
способ контроля геометрических параметров АТС, позволяющий бес
контактно производить лазерными дальномерами как дискретные, так и непре
рывные измерения контролируемых параметров АТС в условиях эксплуатации
без использования специальных контактных мер и мишеней (патент РФ
№ 2314492 от 10.01.2008 г.), обеспечивающий снижение среднеквадратических
погрешностей измерения по сравнению с существующими системами на 13,4 %
и уменьшение трудоемкости работ на 5-10 %.
Практическая значимость заключается в том, что результаты исследований могут быть использованы:
предприятиями, осуществляющими ТО и Р, при контроле и восстановлении поврежденных геометрии кузова, углов установки управляемых колес, положения осей и мостов АТС в условиях эксплуатации;
испытательными лабораториями и центрами технической экспертизы автомобилей при испытаниях и сертификации АТС и их составных частей (кузова, рамы и т. д.), проверке качества выполнения работ после восстановления геометрических параметров АТС при их ТО и Р, а также экспертизе АТС после ДТП;
производителями АТС при осуществлении выходного или выборочного контроля геометрических параметров изготавливаемых автомобилей (кузова, рамы и т. д.);
высшими и средними учебными заведениями при подготовке специалистов по автомобильным специальностям.
Разработанные лазерные измерительные системы позволяют бесконтактным способом производить измерения без использования специальных контактных мер и мишеней с учетом требуемой точности определения пространственных координат, обеспечивают достоверность оценки технического состояния кузова и ходовой части АТС, сокращают время и материальные средства, затрачиваемые на проведение измерений.
Реализация результатов работы. На основании результатов исследований разработан стандарт организации СТП МО-7 «Контроль геометрических параметров автотранспортных средств. Технология измерения», который внедрен в Мостоотряде № 7 КФ ОАО «Сибмост».
Материалы исследований используются в учебном процессе СФУ при подготовке инженеров специальностей 190601.65 «Автомобили и автомобильное хозяйство», 190603.65 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)», бакалавров направления 190500.62 «Эксплуатация транспортных средств».
Основные результаты проведенных исследований поддержаны грантом и использованы при реализации проекта «Разработка методики контроля геометрических параметров транспортных средств на основе лазерных измерителей и ее аппаратная реализация», выполненного в рамках «Программы развития СФУ на 2007-2010 годы» (2008-2009 гг.).
Достоверность полученных результатов обеспечена: применением элементов теории решения навигационных задач (активно-дальномерный метод); решением уравнений второго порядка методом Гаусса - Ньютона в среде Math-Cad; корреляционно-регрессионным анализом факторов и зависимостей в среде Excel; использованием методов теории планирования эксперимента, теории ве-
роятностей и математической статистики; необходимым объемом экспериментальных исследований и данных, полученных с применением современного сертифицированного и в установленном порядке поверенного измерительного оборудования; адекватностью математической модели натурным условиям; удовлетворительной сходимостью расчетных и экспериментальных данных.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты исследования были доложены и обсуждены на IV и V Всероссийских научно-технических конференциях «Политранспортные системы» (Красноярск, 2006, 2007), Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука: начало XXI века» (Красноярск, 2008), VI Всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы» (Новосибирск, 2009), 69 конференции ААИ «Какой автомобиль нужен России?» (Омск, 2010), VI Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука» (Красноярск, 2010).
Публикации. Материалы диссертации изложены в 9 печатных работах, в том числе две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получены два патента Российской Федерации на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Работа изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 17 таблиц, 37 рисунков, 2 приложения, список использованной литературы включает 121 наименование.
