Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1. Техническое состояние транспортного средства и безопасность дорожного движения 8
1.2. Особенности конструкции и рабочего процесса автоматизированных тормозных систем 10
1.3. Основные причины изменения технического состояния элементов тормозной системы автомобиля с АБС 15
1.4. Методы исследования характеристик ресурса элементов тормозной системы с АБС 25
1.5. Цель и задачи исследования 27
Глава 2. Разработка расчетной методики прогнозирования степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс элементов тормозной системы с учетом условий эксплуатации 29
2.1. Режимы движения автомобилей и особенности функционирования тормозной системы 29
2.2. Анализ рабочего процесса и выявление критических элементов тормозной системы автомобиля с АБС 36
2.3. Основные отличия рабочего процесса критических элементов в традиционной и автоматизированной тормозных системах 39
2.3.1. Оценка степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозных барабанов, дисков и колодок 39
2.3.2. Оценка степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозных цилиндров колес автомобиля 51
2.3.3. Оценка степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс главного тормозного цилиндра 66
2.3.4. Оценка влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозных трубопроводов и шлангов 67
2.3.5. Оценка влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозной педали 68
2.3.6. Оценка влияния рабочего процесса АБС на ресурс стяжных пружин 70
2.3.7. Оценка влияния рабочего процесса АБС на ресурс сопряжений: «толкатель — поршень вакуумного усилителя», «шток — поршень ГГЦ», «торцевая поверхность тормозной колодки — поршень рабочего тормозного цилиндра» 71
2.3.8. Оценка влияния рабочего процесса АБС на изменение показателей качества тормозной жидкости 73
2.3.9. Оценка влияния рабочего процесса АБС на возможность самоотвинчивания или разрушения резьбовых крепежных элементов 74
2,4. Выводы по главе 74
Глава 3. Установка и методика экспериментального исследования характеристик ресурса элементов автоматизированной тормозной системы 77
3.1. Выбор средств для ресурсных испытаний элементов тормозной системы автомобиля с АБС .77
3.2. Общее устройство лабораторной установки 79
3.3. Методика проведения испытаний 85
3.3.1. Подготовительные операции 85
3.3.2. Рабочий процесс лабораторной установки 86
3.3.3. Операции, выполняемые после завершения испытаний 87
3.4. Методика проведения замеров 88
3.5. Оценка точности измерений 90
3.6. Выбор параметров испытаний .91
Глава 4. Результаты ресурсных испытаний элементов тормозной системы автомобиля с АБС 96
4.1. Определение хода поршня рабочего тормозного цилиндра заднего колеса 96
4.2. Исследование упругих свойств уплотнительных манжет 98
4.3. Ресурсные испытания элементов рабочих тормозных цилиндров на лабораторной установке 103
4.3.1. Условия проведения и основные результаты испытаний 103
4.3.2. Анализ результатов испытаний серии № 1 105
4.3.3. Анализ результатов испытаний серии №2 110
4.3.4. Анализ результатов испытаний серии № 3 112
4.3.5. Анализ результатов испытаний серии №4 115
4.3.6. Обобщение результатов испытаний 116
4.4. Сопоставление результатов, полученных на лабораторной установке, с данными по эксплуатации автомобилей без АБС 118
4.5. Рекомендации по эксплуатации тормозных систем автомобилей, оснащенных АБС 121
Общие выводы и предложения 125
Литература 127
Приложение 135
- Основные причины изменения технического состояния элементов тормозной системы автомобиля с АБС
- Оценка степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозных барабанов, дисков и колодок
- Оценка влияния рабочего процесса АБС на ресурс сопряжений: «толкатель — поршень вакуумного усилителя», «шток — поршень ГГЦ», «торцевая поверхность тормозной колодки — поршень рабочего тормозного цилиндра»
- Сопоставление результатов, полученных на лабораторной установке, с данными по эксплуатации автомобилей без АБС
Введение к работе
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 «Wabco», 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 систе-
б мы 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.
Основные причины изменения технического состояния элементов тормозной системы автомобиля с АБС
Принцип действия АБС заключается в следующем. На начальной стадии торможения управляющее воздействие водителя на тормозную педаль передается при помощи тормозного привода на тормозной механизм колеса, создающий на нем тормозной момент. При этом исполнительный механизм АБС отключен. В процессе торможения состояние вращения затормаживаемого колеса, находящегося в равновесии под действием сил и моментов со стороны тормозного механизма, дороги и шасси, контролируется датчиком D\. Датчики могут также располагаться на отдельных функциональных системах шасси для контроля за изменением параметров торможения.
Информация от датчиков системы поступает в блок управления, который обрабатывает ее в соответствии с заложенным алгоритмом и выдает управляющие сигналы. Эти сигналы приводят в действие исполнительный механизм. Будучи встроенным в тормозную магистраль между главным тормозным цилиндром (ГТЦ) и рабочим тормозным цилиндром колеса, он, в свою очередь, воздействует на последний, препятствуя блокировке колеса путем сброса в нужные моменты времени давления в приводе тормозов с последующим его восстановлением на фазе затормаживания.
Таким образом, работа АБС, в отличие от торможения юзом, вызывает периодическое частичное растормаживание / затормаживание колеса, что позволяет ему катиться на грани блокировки. При этом величина относительного проскальзывания колеса поддерживается на уровне, соответствующем максимально возможному значению коэффициента сцепления, обеспечивая как максимальную эффективность торможения, так и возможность управления траекторией движения автомобиля.
Эти процессы принято отображать на временных диаграммах, показывающих изменение различных параметров в процессе торможения. Пример временной диаграммы [83] представлен на рис. 1.3.
Представленная на рис. 1.3. временная диаграмма отображает один из возможных вариантов рабочего процесса, при котором регулирование производится по величине порогового углового замедления колеса СО . Пунктиром показаны зависимости, характеризующие рабочий процесс традиционных тормозных систем.
При нажатии тормозной педали первоначально происходит процесс выборки зазоров в тормозном приводе, длящийся для системы с гидравлическим приводом 0,1 - 0,3 с. В этот период времени транспортное средство движется без замедления. На первом этапе собственно торможения (участок ОА кривой М? Рис- 1-3) давление в гидроприводе возрастает по линейному закону. При достижении некоторой величины тормозного момента (точка А кривой Л/т) происходит блокировка колес автомобиля. Дальнейший рост силы трения и тормозного момента невозможен. Такое состояние длится до тех пор, пока водитель не отпустит тормозную педаль.
При наличии АБС на первом этапе экстренного торможения рост давления в гидроприводе происходит так же, как и в обычной тормозной системе. Но при достижении определенной величины тормозного момента (точка Б), несколько меньшей значения, соответствующего началу блокировки колес, блок управления АБС вырабатывает команду на растормаживание. По истечении времени запаздывания із исполнительный механизм осуществляет сброс давления в тормозном гидроприводе, что вызывает перемещение тормозных колодок в направлении от поверхности барабана (диска), т.е. частичное растормаживание колеса (участок ВД). Причем рост угловой скорости колеса начинается лишь в точке Г (кривая ю
рис. 1.3), когда угловое ускорение СО становится положительным. Это связано с необходимостью снижения величины тормозного момента по сцеплению. В точке Г блок управления вырабатывает команду выдержки тормозного момента. Выдержка (участок ДЖ) необходима для разгона колеса с достижением "докритиче-ского" уровня проскальзывания. Как только необходимый уровень достигнут, вновь начинается затормаживание колеса. В дальнейшем рассмотренный цикл повторяется с частотой функционирования АБС.
В настоящее время на автомобилях применяются различные конструкции автоматизированных тормозных систем [83, 107-109], отличающиеся количеством и расположением основных элементов, характеристикой рабочего процесса. В системах с индивидуальным регулированием тормозного момента каждое колесо оснащается датчиком скорости и модулятором давления, такие системы наиболее сложны, но могут точно отслеживать состояние вращения колеса, в результате чего амплитуда изменения давления в процессе экстренного торможения у них ниже. Зависимые АБС проще по конструкции, дешевле, т.к. оснащаются одним датчиком и модулятором давления на два, а при групповом управлении — и на четыре колеса. Однако они имеют более широкий диапазон изменения давления рабочего тела.
Современные АБС характеризуются различной частотой модуляции давления рабочего тела. С повышением частоты увеличивается точность регулирования тормозного момента, поэтому наблюдается тенденция к созданию высокочастотных АБС: первые модели АБС работали с максимальной частотой до 5 Гц, в настоящее время разработаны конструкции, реализующие частоту до 25 Гц [109].
Анализ структурной схемы и рабочего процесса автоматизированных тормозных систем показывает, что установка на автомобиль АБС неизбежно должна сказаться на ресурсе элементов тормозной системы и эксплуатационной надежности системы в целом. В первую очередь можно выделить следующие основные факторы, проявляющиеся при установке на автомобиль АБС: 1. Снижение надежности тормозной системы в целом вследствие наличия ряда дополнительных элементов, в том числе подверженных механическому изнашиванию. 2. Повышение энергонагруженности тормозных механизмов в процессе экстренного торможения. В традиционной тормозной системе после наступления блокировки колес кинетическая энергия движущегося автомобиля гасится за счет трения шин о дорожное покрытие. В автоматизированной тормозной системе вся кинетическая энергия переходит во внутреннюю энергию тормозных механизмов (за исключением потерь на сопротивление воздуха, трение в трансмиссии и т.д., в совокупности не превышающих 10% от общей энергии [31, 33]), что способствует более интенсивному нагреву тормозных механизмов. Высокие температуры часто являются причиной повышения интенсивности изнашивания. Практика эксплуатации автомобилей, оснащенных АБС, показала, что ресурс шин для них выше, по различным данным, на 5 - 15 % [98, 109]. Следует ожидать, что избыток кинетической энергии будет поглощаться тормозными механизмами, усиливая их износ. Данные об уменьшении ресурса тормозных механизмов автомобилей, оснащенных АБС, в литературе не приводятся, что объясняется как причинами рекламного характера, так и отсутствием исследовательских работ в данном направлении. 3. Циклический характер изменения нагрузки на элементах тормозной системы. В процессе работы АБС давление в тормозном гидроприводе и сила прижатия тормозных колодок изменяются с относительно высокой частотой (2 - 25 Гц), что может способствовать усталостному разрушению элементов, имеющих в обычной тормозной системе достаточный запас прочности, и более интенсивному изнашиванию поверхностей трения.
Оценка степени влияния рабочего процесса АБС на ресурс тормозных барабанов, дисков и колодок
По данным Л.В. Гуревича [33], вследствие низкой теплопроводности фрикционных накладок, свыше 95 % выделившегося при торможении тепла поглощается тормозным барабаном, С учетом массы и удельных теплоємкостей составных частей тормозного барабана, повышение средней объемной температуры тормозного барабана за одно экстренное торможение составляет: без АБС - 1,6С, при наличии АБС - 17,4С. Изменение температуры тормозного диска -соответственно 2,9 С и 31,2 С. Таким образом, величина прироста температуры за одно экстренное торможение увеличивается вследствие функционирования АБС в 11 раз, в предельных случаях - от 8 до 14 раз.
Для более точного расчета термодинамических параметров существует ряд методик, требующих знания большого числа параметров, часть из которых определяется по данным эксперимента. В данном исследовании был выполнен расчет по методике А.В. Чичинадзе [102] с использованием среднестатистических значений параметров, точные величины которых определить не представлялось возможным. Расчет показал, что прирост средней объемной температуры тормозного барабана в процессе экстренного торможения при наличии АБС выше на 22,4 %. Был также проведен расчет по методике Т.С. Гудза [32], в результате которого получен прирост средней объемной температуры 17 %.
Считая средний прирост температуры равным 20 %, следует ожидать, что при экстренном торможении автомобиля с АБС температура поверхности трения тормозного барабана в тяжелых условиях может достигать 420 - 480С, тормозного диска- до 720С (в легких условиях - 70 - 120С). В указанном диапазоне температур возможна трибодеструкция материала фрикционных накладок тормозных колодок, приводящая к проявлению водородного изнашивания. Кроме того, с ростом температуры повышается интенсивность окислительного изнашивания.
В общем случае зависимость интенсивности изнашивания от температуры имеет вид, представленный на рис. 2.8 [4]. Как видно, даже при небольшом изменении температуры возможен резкий рост интенсивности изнашивания, связанный с переходом от одного вида изнашивания к другому. Однако конкретные значения критических температур зависят от материалов пары трения и могут быть определены лишь экспериментальным путем.
Тормозные цилиндры представляют собой пары трения с возвратно-поступательным движением элементов. Внутри цилиндров расположены поршни и уплотнительные манжеты, совершающие перемещение под действием давления тормозной жидкости и усилия со стороны стяжных пружин. В главе 1 рассмотрены условия работы тормозных цилиндров автомобилей без АБС и выдвинуты предположения об основных причинах изменения технического состояния. Проверка предположений производилась на станциях технического обслуживания и эксплуатационных предприятиях.
Внешний осмотр тормозных цилиндров, выработавших ресурс в реальных условиях эксплуатации на автомобилях без АБС, выявил наличие большого количества загрязнений и продуктов коррозии на внешних поверхностях деталей. В ряде случаев вследствие сильной коррозии от цилиндров не удавалось отсоединить подводящий трубопровод.
Резиновые защитные колпачки (пыльники) в большинстве случаев теряют упругость и легко снимаются, что способствует проникновению загрязнений внутрь тормозных цилиндров. 70 % колпачков имеют повреждения (трещины, разрывы, порезы). На рабочей поверхности (зеркале) тормозного цилиндра можно выделить несколько характерных зон, которые представлены на рис. 2.9: 1) Нерабочая зона - часть зеркала, которая не вступает в контакт с поршнем. Здесь имеется достаточно большое количество продуктов коррозии и загрязнений, которые в отдельных случаях создают помехи при разборке цилиндров. При отсутствии продуктов коррозии и удалении загрязнений внешний вид поверхности не отличается от поверхности новых тормозных цилиндров. 2) Зона хода поршня. В процессе работы полируется поршнем, вследствие чего имеет малую шероховатость и блеск. В то же время, на поверхности имеются продольные риски, являющиеся следствием абразивного изнашивания. В отдельных случаях, часть поверхности покрыта тонкой пленкой продуктов коррозии или спрессованными продуктами износа уплотнительных манжет. Данная зона, в свою очередь, может включать участок, на котором происходит трение края поршня (участок 2.1 на рис. 2.9). Последний характеризуется более интенсивным абразивным и окислительным изнашиванием. 3) Зона перемещения манжеты. В зависимости от условий работы может иметь вид, аналогичный зоне хода поршня, либо темную матовую поверхность, представляющую собой металл, покрытый прочно адсорбированными частицами резины.
Оценка влияния рабочего процесса АБС на ресурс сопряжений: «толкатель — поршень вакуумного усилителя», «шток — поршень ГГЦ», «торцевая поверхность тормозной колодки — поршень рабочего тормозного цилиндра»
Трубопроводы и шланги передают давление тормозной жидкости от главного тормозного цилиндра к колесным (рабочим). Основные причины выхода из строя трубопроводов и шлангов охарактеризованы в главе 1.
Исследование элементов, имеющих наработку в реальных условиях эксплуатации на автомобилях без АБС, показало, что вследствие старения и усталостных процессов на поверхности шлангов образуются трещины, которые, разрастаясь, приводят к их разрушению. Случаи усталостного разрушения трубопроводов на практике не наблюдались. Нарушение герметичности в местах соединения трубопроводов возникает вследствие вибрации при их ненадежном закреплении.
Соединения элементов гидравлической системы подвергаются значительному коррозионному воздействию. В большинстве случаев отворачивание резьбовых деталей затруднено.
Установка на автомобиль АБС приводит к следующим изменениям в работе трубопроводов и шлангов: 1)В процессе экстренного торможения давление тормозной жидкости изменяется с большой частотой и в довольно широких пределах, что способствует повышению интенсивности усталостных процессов; 2) Вибрация трубопроводов, возникающая при работе АБС, может вызвать ослабление затяжки гаек в местах соединения трубопроводов, вследствие чего возможно разрушение контактирующих поверхностей (например, при фреттинг - коррозии), нарушение герметичности соединений, самоотворачивание гаек. Число циклов изменения давления внутри трубопроводов и шлангов равно числу двойных ходов поршней колесных тормозных цилиндров. В разделе 2.3.2 показано, что при установке на автомобиль АБС это число возрастает в средних принятых для расчета условиях эксплуатации в 2,5 раза. Согласно нормативным документам [44, 96], тормозные шланги автомобилей ВАЗ рекомендуется заменять на новые при пробеге 100 тыс. км независимо от их состояния. В принятых условиях в тормозном приводе автомобиля, не оснащенного АБС, за этот период времени произойдет N = 840 тыс. циклов изменения давления. При наличии АБС за тот же период число циклов возрастет в среднем до ЛР = 1848 тыс. Вид кривых усталостной прочности, приведенный выше (см. рис. 1.5), показывает, что для трубопроводов изменение числа циклов в средних условиях не оказывает заметного влияния на усталостную прочность, однако в предельно тяжелых условиях работы появляется возможность усталостного разрушения. Поскольку для тормозных шлангов понятия предела выносливости не существует, увеличение числа циклов изменения нагрузки неизбежно будет способствовать снижению их ресурса. Определение численных характеристик этого процесса возможно лишь экспериментальным путем. Тормозная педаль по конструкции представляет собой рычаг, передающий усилие. Теоретически возможным видом ее разрушения является изгиб под действием максимального усилия. Вместе с тем, согласно ОСТ 37.001.016 — 70, педаль является элементом гарантированной прочности, т.е. она не должна выходить из строя на протяжении всего срока службы АТС. Поэтому при проектировании автомобиля задаются большим значением коэффициента запаса прочности для тормозной педали. Узел крепления тормозной педали к кузову автомобиля и узел крепления толкателя к педали являются парами трения (подшипниками скольжения). Предположения о видах изнашивания данных узлов представлены в главе 1. В практике эксплуатации автомобилей случаи выхода из строя тормозной педали не наблюдались. Детали подвижных соединений тормозной педали в процессе работы подвергаются изнашиванию и пластической деформации в незначительной степени. Установка на автомобиль АБС вызывает циклическое изменение нагрузки на тормозную педаль со стороны главного тормозного цилиндра в процессе экстренного торможения. Водитель ощущает это по колебаниям педали с частотой работы АБС. Такой режим нагружения может способствовать усталостным процессам и повышению интенсивности изнашивания узлов крепления. Циклический характер воздействия нагрузки при небольших амплитудах перемещения может стать причиной изнашивания при фреттинге.
Проведенное ранее экспериментальное исследование показало, что амплитуда колебаний площадки тормозной педали в процессе работы АБС составляет 4-5 мм, что соответствует, с учетом длин плеч педали, амплитуде относительного перемещения бронзовой втулки узла крепления педали порядка 0,5 мм. Согласно исследованиям Д.Н. Гаркунова [20], величина амплитуды перемещений, при которой возможен фреттинг - процесс, составляет 0,25 - 2,5 мм. Следовательно, для рассматриваемых условий имеется вероятность фреттинга. Вместе с тем, изнашивание при фреттинге наблюдается для плотно контактирующих поверхностей. В данном случае плотный контакт возможен на протяжении достаточно короткого времени (по результатам расчета в разделе 2.3.1, в принятых для расчета усредненных условиях - 2,5 с), затем происходит перемещение с относительно большой амплитудой, при котором продукты износа выходят из зоны трения. Расчет изменения пути трения элементов втулки при установке на автомобиль АБС может быть произведен по формуле (2.23) с помощью разработанной программы (см. рис. 2.15). При этом из геометрических соотношений и результатов замеров полный ход тормозной педали соответствует пути трения втулки в 13,1 мм, а при служебном торможении - 11,2 мм. Тогда пути трения для автоматизированной и традиционной тормозных систем будут отличаться в принятых условиях движения на 5,7 %. В предельно возможных случаях разность может составлять от 2 до 55 %.
В связи с тем, что значения основных факторов, влияющих на изнашивание, для рассматриваемого узла при установке на автомобиль АБС изменяются незначительно, можно с большой степенью достоверности предположить, что при одинаковом пробеге износ узла крепления тормозной педали автомобиля, оснащенного АБС, будет на 5,7 % больше, чем для автомобиля с традиционной тормозной системой. Уточнение найденной величины прироста возможно экспериментальным путем.
Повышенный износ втулки крепления тормозной педали способствует росту свободного хода педали, что требует более частой регулировки. Вместе с тем, т.к. ресурс узлов крепления педали в обычных условиях достаточно большой, а полученная прибавка соизмерима с погрешностью расчета, полученные изменения не должны сказаться существенным образом при эксплуатации автомобилей.
Сопоставление результатов, полученных на лабораторной установке, с данными по эксплуатации автомобилей без АБС
В настоящем исследовании из всего многообразия режимов работы выделяется цикл работы АБС, представленный на приведенной выше осциллограмме (см. рис. 3.5), замененный на цикл с постоянной частотой и амплитудой.
Основным объектом испытаний являются уплотнительные манжеты тормозных цилиндров. Объем и методика проверочных испытаний этих элементов узаконены ОСТ 38.05.208 - 88 [71], согласно которому предусматривается ряд испытаний манжет в различных условиях. В данном случае наибольший интерес представляют испытания при пульсирующей нагрузке. Значения основных параметров данного вида испытаний по ОСТ приведены в табл. 3.1.
Как видно, значения параметров, установленные ОСТ, соответствуют режиму работы тормозной системы при движении автомобиля по городу в условиях интенсивного движения. При экстренном торможении автомобиля с АБС указанные параметры принимают иные значения. Таким образом, при проведении испытаний были приняты значения показателей, соответствующие результатам ранее проведенных дорожных экспериментов, а также теоретических исследований автора. Данные значения также представлены в табл. 3.1.
Для определения режимов испытаний были проанализированы факторы, влияющие на процессы изнашивания, усталостного разрушения, коррозии и т.д. Наиболее значимыми в данном случае являются следующие факторы: - температура в зоне трения; - скорость относительного перемещения поверхностей и ее изменение во времени; - наличие абразивных частиц в зазоре пары трения; - свойства смазочного материала (тормозной жидкости). Скорость перемещения поршней внутри тормозных цилиндров и ее изменение во времени определяются частотой модуляции давления АБС. В данном исследовании частота является постоянной величиной, равной 10 Гц, что составляет максимально возможное значение для АБС старого поколения и среднее — для новых разработок. Предусмотрена возможность регулирования частоты изменения давления.
В качестве варьируемых факторов использованы: температура в зоне трения, наличие абразивных частиц (характеризуется суммарной массой частиц загрязнений, помещенных под каждый из защитных колпачков тормозного цилиндра). При модернизации установки, а также за счет использования дополнительного оборудования возможно исследование влияния на процесс изнашивания таких факторов, как вязкость и температура кипения тормозной жидкости (характеризуют наличие воды в жидкости, а следовательно, ее коррозионную активность и смазывающие свойства).
В данном исследовании основная часть экспериментов направлена на получение данных по наработке тормозных цилиндров до предельного состояния в условиях циклического изменения нагрузки. Помимо наработки элементов до предельного состояния, оцениваются качественные и количественные изменения характеристик элементов в течение всего времени испытания. Интерес представляет изменение параметров во времени или по пробегу. Для одного из рассматриваемых случаев после определения ресурса производятся испытания до наработки, составляющей его часть.
В общем случае кривая изнашивания элементов имеет вид, представленный на рис. 3.9, т.е. включает два криволинейных участка и один -линейный.
Для построения кривой необходимо знать положение пяти характерных точек. Анализ кривых изнашивания, полученных различными исследователями [22, 102], показывает, что наработка до состояния, характеризуемого точкой 3, составляет 5 - 10 % от наработки до предельного состояния. Таким образом, помимо основных серий испытаний, проводится серия, в которой элементы подвергаются промежуточному контролю при наработках, близких к положению характерных точек.
В предлагаемой установке цикл нагружения элементов отличается от реального незначительно. В отдельных случаях, т.е. для некоторых типов АБС, отклонение реальной закономерности изменения давления от создаваемой кулачковым механизмом может быть достаточно существенным и повлиять на точность получаемых результатов. Полное соответствие цикла нагружения реальному может быть получено в ходе дорожных экспериментов. Более экономичным и доступным методом является испытание на комплексной модели 95 рующей установке (КМУ), в которой цикл нагружения задается при помощи ЭВМ и имитирует движение автомобиля в различных дорожных условиях. КМУ, созданная в лаборатории кафедры ТЭРА ВолгГТУ, предназначена для предварительных испытаний элементов автоматизированных тормозных систем и исследования характеристик рабочего процесса АБС. КМУ включает в себя элементы реальной тормозной системы и математическую модель дорожных условий.
Таким образом, КМУ позволяет точно моделировать рабочий процесс АБС и получить те же данные, что и предлагаемая экспериментальная установка. Однако ее применение затруднительно вследствие невозможности создания непрерывного цикла нагружения. Следовательно, использование КМУ для оценки соответствия результатов, полученных на рассматриваемой установке, является одним из перспективных путей совершенствования лабораторных методов исследования характеристик ресурса элементов автоматизированных тормозных систем.
