ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ
Бабічева Ольга Федорівна
УДК 629.11.012.55
ПІДВИЩЕННЯ РЕСУРСУ ПНЕВМАТИЧНИХ ШИН ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ
Спеціальність 05.22.20 – експлуатація та ремонт засобів транспорту
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків – 2005
Дисертацією є рукопис
Робота виконана на кафедрі міського електричного транспорту Харківської національної академії міського господарства Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор
Міренський Ігор Григорович,
Харківська національна академія міського господарства,
професор кафедри міський електричного транспорту
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Ларін Олександр Миколайович,
Академія цивільного захисту України, завідувач кафедрою пожежної та аварійно-рятувальної техніки
кандидат технічних наук, доцент
Волонцевіч Дмитро Олегович,
Харківський національний технічний університет “ХПІ”, доцент кафедри колісних та гусеничних транспортних засобів
Провідна установа: Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, кафедра “Автомобілі”, Міністерство освіти і науки України, м. Луганськ.
Захист відбудеться “_8_” _червня_ 2005 р. о _12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.
Автореферат розісланий “ __28_” _____квітня____ 2005 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради,
І.С.Наглюк
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Вступ. У комплексі заходів з підвищення надійності автомобільного та міського пасажирського транспорту особливе місце займає проблема довговічності шин, що залежить від умов їх експлуатації, конструкції та фізико-механічних властивостей матеріалів. Умови експлуатації шин визначають вимоги до їх конструкції, матеріалів та технології виготовлення. Якість шин характеризується опором гумовокордних матеріалів різним видам руйнування. Основні види руйнувань пневматичних шин пов’язані із втомними явищами, що виникають в результаті деформацій елементів шини при коченні по дорозі. Втомна витривалість матеріалів залежить від вихідної міцності та експлуатаційної швидкості рухомого складу (РС).
У даний час широке застосування одержали покришки, в яких як основний елемент арму-вання використовується металокорд. Якісні характеристики металокорду визнача-ють загальний ресурс працездатності шин, їх ремонтоздатність, експлуатаційні властивості, а та-кож впливають на технічний рівень і продуктивність технологічних процесів шинного виробництва. У зв'язку з цим у дисертації наведені результати теоретичних і експериментальних досліджень, що спрямовані на підвищення надійності транспортних засобів у цілому та їхніх вузлів.
Актуальність теми. Пневматична шина є одним з дорогих і відповідальних деталей сучасного автомобільного транспорту, автобусів і тролейбусів. Від її технічного стану залежать такі основні характеристики рухомого складу, як економічність, керованість, безпека та ін. Ресурс шини залежить як від якості виготовлення, так і умов їх експлуатації. Підвищення пробігу шин є одним з найбільш суттєвих резервів поліпшення техніко-економічних показників роботи транспортних підприємств. Найбільшого ефекту тут можна досягти шляхом узгодження експлуатаційних і технологічних факторів шин при оптимальному виборі параметрів якісних характеристик їх елементів. Розробка методів і заходів для визначення ресурсу шин в умовах реальної експлуатації дозволить за рядом факторів вибрати оптимальні режими їх експлуатації, що сприяють збільшенню строку їх служби. Отже, встановлення шляхів підвищення ресурсу шин заслуговує на особливу увагу, є актуальною проблемою, має велике наукове, практичне і господарське значення, вирішення якої сприяє економії цінної сировини і коштів, а також підвищенню ефективності використання машинного парку.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота пов'язана з пріоритетними напрямками розвитку транспортно-промислової галузі. Вона виконана за науково-технічною тематикою кафедри “Міський електричний транспорт” Харківської національної академії міського господарства, визначеною відповідно до Державних Програм з розробки та виробництва в Україні нового рухомого складу трамваїв та тролейбусів, а також організації виробництва міських автобусів великої місткості, затверджених постановою Кабінету Міністрів України №313 від 22.10.1991р., №66 від 03.02.1992р. та №39 від 26.01.1994р., Державною програмою розвитку нового рухомого складу міського електротранспорту, затвердженою постановою Кабінету Міністрів України №992 від 01.07.1998р., галузевою програмою “Наука” 1992-2002рр. Крім того за участю автора виконана робота відповідно до теми 18-07-01 „Розробка положення щодо організації оперативного контролю безпеки дорожнього руху та порядку проведення виробничих інструктажів на підприємствах міського електротранспорту” (№ держ. реєстрації 0102U000865).
Мета роботи: підвищення ресурсу пневматичних шин транспортних засобів за рахунок розробки ефективних методів удосконалення їх експлуатації і науково обґрунтованих рішень в області конструювання шин та технології виготовлення армуючого елемента.
Задачі дослідження:
1. Проаналізувати і виявити основні фактори, що роблять суттєвий вплив на ресурс пневматичних шин транспортних засобів.
2. Встановити багатофакторну залежність зміни ресурсу шин, що дозволяє оцінити їх пробіг для транспортних засобів та розглянути вплив основних умов експлуатації шин на їх ресурс.
3. Провести дослідити вплив конструкції армуючого елемента шин і його якісних характеристик на пробіг.
4. Виконати порівняльний аналіз результатів досліджень, отриманих теоретичним та експериментальним методами.
5. Розробити методики оцінки середнього ресурсу шин і визначення оптимальних режимів їх експлуатації.
6. Надати рекомендації виробництву щодо підбору раціональних параметрів настроювання механізму несправжнього скручування, що спрямовані на підвищення якісних показників металокорду та удосконалення технології його виготовлення.
Об'єкт дослідження – ресурс пневматичних шин транспортного засобу.
Предмет дослідження – вплив умов експлуатації і якісної характеристики армуючого елемента на ресурс пневматичних шин.
Методи дослідження. У процесі вивчення стану питання, досягнень науки й практики в галузі технології виготовлення та експлуатації шин транспорту використовувались метод теорії розмірностей, графоаналітичний метод з використанням сучасного математичного апарату та ЕВМ, сучасні методи досліджень у промислових умовах з використанням різних засобів вимірювальної техніки, аналіз вірогідності отриманих результатів, підтверджених дослідно-промисловою перевіркою та зіставленням з реальними даними пробігу шин транспортного засобу, методи математичної статистики, теорії надійності, інформатики.
Наукова новизна одержаних результатів.
Здобув подальший розвиток метод оцінки ресурсу шин за критерієм втомних руйнувань, в основу якого покладена модель встановлення пробігу шин, яка вперше дає можливість визначити його з урахуванням впливу якісної характеристики армуючого елемента.
Виявлено взаємозв’язок між експлуатаційними факторами і якісною характеристикою металокорда, а також їх вплив на ресурс шин.
Вперше отримана нелінійна багатофакторна залежність зміни залишкової крутимості гнучкого армуючого елемента типу 9Л15/27 від ряду факторів з урахуванням настроювання параметрів механізму несправжнього скручування, якісних показників готового виробу та вихідного матеріалу.
Практичне значення отриманих результатів.
Запропонована модель дає змогу визначити пробіг шин з високим ступенем вірогідності, що підтверджена на прикладі підприємств „Міськелектротранс” м. Харкова.
Розроблена методика визначення ресурсу шин транспорту різного призначення дозволяє врахувати інтенсивність експлуатації, стан дорожньо-кліматичних умов, ступінь хімічного забруднення, а також вплив стану армуючого елемента на їх довговічність.
Розроблені номограми з визначення ресурсу шин дозволяють здійснити вибір оптимальних режимів їх навантаження та оцінити строк служби шин для конкретних умов експлуатації.
Рекомендовані оптимальні параметри настроювання механізму несправжнього скручування забезпечують отримання прямолінійного металокорду з мінімальною залишковою крутимістю на рівні світових стандартів. Обґрунтовані технологічні параметри виготовлення металокорду з високими якісними показниками сприяють розробці рекомендацій виробництву щодо збільшення ресурсу шин та підвищення надійності транспортних засобів у цілому.
Результати досліджень реалізовані на державному підприємстві „Міськелектротранс” м. Харкова, Білоцерківському шинному заводі, в Білоцерківському тролейбусному управлінні, а також у навчальному процесі ХНАМГ при підготовці молодих фахівців.
Особистий внесок здобувача. У роботах із співавторами особистий внесок автора полягає в наступному:
- проаналізовано параметри технічного стану пневматичних шин, вивчено фактори, що впливають на їх довговічність, виявлені найбільш суттєві з них, які лягли в основу передумов для розробки наукових рішень до оцінки ресурсу пневматичних шин [1-3, 5, 9, 10];
- отримано нову аналітичну залежність, що дозволяє визначити й оцінити пробіг шин для тролейбусів різних типів, зібрано статистичний матеріал з напрацювання шин рухомого складу в м. Харкові, виконана оцінка вірогідності запропонованого критерію оцінки ресурсу шин [4-6, 9, 11];
- запропоновані номограми, що дають можливість визначити параметри роботи шини, а також оцінити їх ресурс [6, 11];
- запропоновано для армування каркаса шин, що експлуатуються на тролейбусах та автобусах, металокорд типу 9Л15/27 для якого визначено раціональні й оптимальні параметри настроювання механізму несправжнього скручування, що забезпечують отримання прямолінійного гнучкого армуючого елемента з мінімальною залишковою крутимістю та підвищення його довговічності в цілому, обгрунтовано технологічні параметри виготовлення металокорду з високими якісними показниками [7, 8].
Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень, що відображені в дисертаційній роботі, оприлюднені на IV міській науково-практичній конференції “Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених Харківщини” (Харків, 2001р.), ХХХ - ХХХІ науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів і співробітників ХДАМГ (Харків 2000-2002р.), 64 – 65-й міжнародних науково-технічних конференціях кафедр академії та спеціалістів залізничного транспорту і підприємств (м. Харків, 2002 – 2003рр.), Технічній раді при службі рухомого складу ХКП „Міськелектротранс” (м. Харків, 2003р.).
Публікації. Основні наукові положення дисертаційної роботи відображені в 11 публікаціях; з них 3 без співавторів, у тому числі 9 – статті у фахових наукових спеціалізованих виданнях за переліком ВАК України, 2 – у матеріалах і тезах доповідей конференцій.
Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи складає 202 сторінки, в тому числі 61 рисунок на 35 сторінках, 22 таблиці на 13 сторінках, список використаних джерел із 115 найменувань на 11 сторінках і 6 додатків на 39 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі розкриті сутність і стан наукового завдання підвищення довговічності пневматичних шин для рухомого складу транспортних засобів, обґрунтовані актуальність і доцільність роботи, наукова новизна і практична цінність виконаних досліджень. Сформульована мета дисертаційної роботи й основні задачі, які необхідно вирішити.
У першому розділі розглядається питання з виявлення шляхів підвищення ресурсу шин та причин вибуття їх із ладу. В останні роки значна частина досліджень проводилася в області автомобілебудування, зокрема легкових автомобілів. Виконаний аналіз літературних джерел і проведених досліджень в області конструювання і технологічного забезпечення коліс машин різного призначення дозволив виявити найбільш суттєві фактори, що забезпечують безпеку експлуатації та економічність РС, а також впливають на їх ресурс. У цьому плані треба зазначити роботи вчених Харківської школи: Туренка А.М., Говорущенка М.Я., Богомолова В.О., Александрова Є.Є., Юр-ченка А.М., Макєєва Ю.П., Карпенка В.О., Ларіна О.М., Міренського І.Г.; Дні-про-петровської школи: Кваші Є.М., Дзюри Є.Н., Науменка О.П., Нікітіної Л.Д., Смирнова О.Г., Вариводи В.М.; Київської школи: Сахно В.П., Курникова І.П., Безбородової Г.Б., Кошарного М.М., Рудзинського В.М.; російських вчених Бі-де-рмана В.Л., Бухіна Б.Л., Кнороза В.І., Мухіна О.М., Новопольського В.І., Пателя Х.П., Пугіна В.О., Тарновського В.М., Третьякова О.Б., Фотинича О.В. та ін.
До факторів, що впливають на ресурс шин, слід віднести: внутрішній тиск у шині, її температуру з урахуванням умов навколишнього середовища, навантаження, що діють на колесо під час руху, швидкість руху транспортного засобу і залишкову крутимість армуючого елемента. Виявлено також основні причини виходу з ладу шин: виробничі дефекти, механічні пошкодження, знос протектора та втомні руйнування, причому в даний час останні є головною причиною скорочення ресурсу пневматичних шин транспортних засобів. Встановлено, що на втомні руйнування значний вплив має стан армуючого елемента. Сучасні шини армують металокордом різного типу. Дослідження літературних джерел показали, що не до кінця ще вивчено вплив якісної характеристики металокорду на довговічність шин. Таким чином, вказані вище фактори лягли в основу розробки нових підходів до оцінки гумовотехнічних виробів транспортних засобів.
У другому розділі наведено теоретичні дослідження впливу ряду експлуатаційних факторів та якісної характеристики металокорду (залишкової крутимості) на скорочення терміну служби шин.
Вперше, застосовуючи метод розмірностей, отримана нова багатофакторна аналітична залежність, що сприяє визначенню пробігу шин за спрощеною схемою. Аналіз впливу факторів різного характеру на довговічність шин транспортних засобів дозволив вибрати найбільш вагомі з них, які лягли в основу одержання нової аналітичної залежності для оцінки їх ресурсу. Зокрема, до них віднесені зовнішні навантаження - вертикальне (FВ), Н, тангенціальне (гальмове) (FГ), Н, бічне (FБ), Н; швидкість руху транспорту (VР), км/год.; тиск у шині (Р), МПа; температура шини (t), 0С; якісна характеристика армуючого елемента (металокорду) – (), оберт. У загальному вигляді вплив цих факторів на ресурс шини (Тр) можна подати таким чином:
. (1)
Користуючись методами теорії розмірностей, представимо критерій ТР (1) у вигляді степеневого ряду за базовими розмірностями довжини L, маси M, часу T :
. (2)
Невідомі показники ступенів у виразі (2) визначаємо з умов, що враховують їх наявність при базових розмірностях:
. (3)
У результаті перетворень одержуємо наступну формулу для обчислення пробігу шин з коефіцієнтом корекції розмірностей:
. (4)
На підставі цієї моделі (4) і з урахуванням ряду експлуатаційних та технологічного факторів, визначено середній ресурс шин, які експлуатуються на передньому і задньому мостах машин, а також у цілому для транспортних засобів.
Для визначення ресурсу за виразом (4) розглянуті й визначені для тролейбусів різних типів навантаження, що діють на колесо. Аналіз отриманих даних показав, що великі зусилля виявлені в колесах передніх мостів, тому що при менших нормальних навантаженнях вони випробують підвищений знос через сили гальмування і бічних зусиль, які прикладаються до них під час руху.
Досліджено залежність теплового фактора пневматичної шини. Температура матеріалу шини у різних точках її перерізу неоднакова, має нелінійний характер зміни і для тролейбусних шин моделі 12.00R20 коливається в діапазоні 30?600С. Основними причинами збільшення температури таких шин, що експлуатуються з мінімальною швидкістю 15?19 км/год., є підвищенні навантаження, нестабільний режим керування (з частими зупинками, підгальмуваннями та розгонами), стан дорожнього покриття, фізико-механічні характеристики гумовокордного матеріалу і показник часу шини (чим старіше шина, тим вище її температура). На підставі отриманих результатів побудована номограма зміни теплоутворення шини від ряду факторів, таких як швидкість руху, навантаження, що діє на колесо під час експлуатації, і плече перевезень. Аналіз одержаних результатів свідчить, що збільшення навантаження на 5 кН при фіксованому значенні експлуатаційної швидкості сприяє підвищенню температури пневматичної шини на 3?12 0С.
Виконано оцінку впливу характеристик армуючого елемента на працездат-ність шин. Для підвищення можливості шини витримувати велике на-вантаження треба поліпшити якість армуючого елемента корду або збільшити кількість шарів корду в області плями контакту. У цьому плані для армування каркаса автобусних і тролейбусних шин запропонована конструкція металокорду типу 9Л15/27. Вона менш трудо-містка у виготовленні і дозволяє знизити необхідну товщину обкла-дочної гуми за рахунок меншого типорозміру. Виконаний розрахунок шар-ності шин показав, що використання цього типу корду сприяє збільшенню кіль-кості шарів (на 2 шари) у порівнянні з металокордом типу 28Л18 і значне зменшення (на 10 шарів) – при армуванні тканиною, що поясню-ється показником границі міцності, який у металокорда 9Л15/27 менше, ніж у 28Л18, 29Л18/15 та 40Л15, але перевер-шує за значенням віскозний і нейлоновий корди.
Встановлено вплив якісної характеристики металокорду на втомну витривалість шин при різних експлуатаційних режимах (при зміні внутрішнього тиску повітря та теплоутворення в шинах, швидкості руху транспорт-ного засобу, навантаже-ності на колесо). Аналіз теоре-тичних результатів свідчить, що для шини при заданих конструк-ційних та технологічних умовах правильно підібраний оптималь-ний режим експлуатації сприяє збільшенню їх ресурсу (рис.1). Так, з по.к.= 0ч±0,5?бер. та при оптимальному режимі навантаження ресурс шин в середньому складає 80 тис.км, а при по.к.=±1ч±4 ?бер. – 68,5 тис.км.
У третьому розділі виконаний аналіз експериментальних досліджень, що складаються з двох груп. До першої групи відносяться дослідження, спрямовані на одержання характеристик експлуатаційних параметрів шин, які необхідні для реалізації отриманої моделі визначення ресурсу шин, та перевірка розрахункових результатів.
Викладено аналіз причин скорочення довговічності тролейбусних шин, який показав, що більшість виходів з ладу шин приходиться на втомні руйнування і складає 68%. Аналіз металокордних шин, списаних внаслідок втомних руйнувань, свідчить, що основну масу складають втомні руйнування самого корда – 52%, які відбуваються лавиноподібно, причому гума знаходилась у задовільному стані.
Дослідження оцінки ресурсу шин від ряду факторів в умовах експлуатації проводили на тролейбусах м. Харкова. Був зібраний масив даних пробігу шин для тролейбусів різних типів. На підставі отриманих результатів побудовано графічні залежності (рис.2), які показали високу збіжність між експериментальними й розрахунковими значеннями ресурсу шин. Мінімальна різниця між цими величинами спостерігається для тролейбусів DAC 217-E і ROCAR і складає 7,37,9%, а максимальна для тролейбусів ЗіУ-9 - 10,7 17,4%.
Слід також взяти до уваги норми се-реднього ре-сурсу пнев-матичних шин, що експлуатуються на тролейбу-сах у всіх регіонах України за період 1997-2003рр. Порів-нюючи норма-тивні значення пробігу з експлуатаційними, необхідно відзначити насту-пне. Шини Білоцерківського заводу-виготовлювача мають більш високий ресурс у порі-внянні з гумовотехнічними виробами дніпропетровського виробництва. Так, для шин моделі И-150А тролейбусів ЗіУ -9 спостерігалося збільшення пробігу на 14,1%, ПМЗ Т1 – 10,4%, DAC 217Е та ROCAR - 13,1% і ЗіУ -10 – 13,6%. Для шин моделі ИД-304,У-4 тролейбусів типів ЗіУ-9 і ПМЗ Т1 харак-терне зниження середнього пробігу на 16,8 і 2,8% відповідно. При цьому відзна-чена тенденція переваги шин Білоцерківського заводу-виготовлювача є стабільною, незважаючи на підвищені но-рмативні величини пробігу в порів-нянні з Дніпропетровським шинним заводом.
На базі отрима-ного нового критерію оцінки ресурсу шин побудовані номограми, що дають змогу оцінити пробіг шин, а та-кож сприяють своє-часній розробці тех-нічних заходів щодо підвищення довговічності шин (рис.3).
Для перевірки отриманої математичної моделі були проведені експериментальні дослідження в умовах Білоцерківського шинного заводу і виявлено вплив зміни внутрішнього тиску повітря в шині, швидкості руху та навантаження на ресурс шин і підтверджено зроблені теоретичні припущення (рис.4-6). Аналіз отриманих даних показав, що найбільш значним критерієм є режим навантажування шин.
Характеристики що дозволяють витримувати задані навантаження, закладаються в процесі конструювання та виготовлення шин. Таким чином, підвищення довговічності шин значно залежить від якості й технології виготовлення їх елементів, тому подальші дослідження, що відносяться до вказаної вище другої групи, присвячені вирішенню ряду технологічних завдань з підвищення надійності гнучкого армуючого елемента шин. У зв’язку з цим експериментальні дослідження були спрямовані на виявлення припустимих раціональних параметрів настроювання механізму несправжнього скручування. При кожному фіксованому значенні підкрутки й відкрутки на 4 – 6 зразках визначалась залишкова крутимість металокорду, а також показники його прямолінійності (відхилення за висотою і шириною) згідно з вимогами стандарту. Таким чином, був зібраний статистичний масив даних, що дозволив розглянути вплив ряду факторів на залишкову крутимість корду.
У результаті обробки масиву даних із залученням сучасних методів математичної статистики і після їх перетворень для металокорду 9Л15/27 отримано множинне кореляційне рівняння:
(5)
де - залишкова крутимість армуючого елемента, об.;
д – ?іаметр дроту, мм;
увр – тимчасовий опір розриву дроту, МПа;
Кк – коефіцієнт, що характеризує розмір кільця дроту і дорівнює відношенню діаметра до 20;
апр, hпр – параметри, що характеризують прямолінійність металокорду (відхилення від площини за шириною і висотою), мм.
Отримана математична залежність дозволяє розглянути вплив параметрів механізму несправ-жнього скручування, показників прямоліній-ності і якісних характе-ристик елементів на за-лишкову крутимість металокорду різних ти-пів. Запропоноване ко-реляційне рівняння по-казало високу тісноту зв'язку між розрахунко-вими й експеримента-льними даними.
Знайдені характе-ристики – коефіцієнт множинної нелінійної регресії (R=0,7318), за-лишкова дисперсія () і похибка між імовірними й експерименталь-ними значен-нями (%) свідчать, що наведене вище рів-няння гарно апрок-си-мує отриманий ма-те-ріал. На основі знай-деного виразу побудована номограма ви-бору параметрів ме-ха-низму несправжнього скручування для мета-локорду типу 9Л15/27 (рис.7)
Вирішуючи за-леж-ність (5) при фік-сації факторів , виявилася мо-жливість визна-чити раці-ональні параметри настроювання меха-нізму несправж-нього скручування, що забезпечують одер-жання прямо-ліній-ного металоко-рду 9Л15/27 з мінімаль-ною за-лишковою крути-містю. Враховуючи великий масив отриманих раціо-нальних значень настро-ювання меха-нізму несправж-нього скручування і для зручності їх-ньої реалізації встановлені області оптималь-них параметрів за умови . На їхній базі здійснена якісна оцінка впливу кож-ного фактора окремо при незмінності всіх інших (рис.8). Рекомендовані ра-ціональні параметри настроювання повного торсіону дозволяють одержати прямолінійний металокорд з мінімальною залишковою крутимістю і підвищити надійність звивального обладнання в цілому.
Для оцінки вірогідності отриманих результатів досліджень у заводських умовах проведена дослідно-промислова перевірка якісних показників металокорду 9Л15/27. Аналіз наведених даних (табл.1) свідчить, що реалізація запропонованих обертів роторів підкрутки й відкрутки дозволила підвищити розривне зусилля, адгезію та витривалість металокорду відповідно на 7,8, 29,6 та 7,3%.
У четвертому розділі запропоновано методики для автотранспортних і тролейбусних підприємств, що дозволяють визначити й оцінити напрацювання шин транспортних засобів різного призначення з урахуванням різних режимів навантаження шин та експлуатаційних особливостей будь-якого регіону України.
Таблиця 1
Вплив раціональних параметрів настроювання механізму несправжнього скручування на якість металокорду типу 9Л15/27
Кільце дроту, мм | Параметри настроювання роторів повного торсіону, | Якісні показники металокорду | Роз-ривне зусилля, Н | Міцність зв’язку з гумою, Н | Вит-рива-лість, цикли
, об. | , мм
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8
120,0 | 1111 | 379 | +0,25 | 3 | 974,6 | 303,0 | 5785
+0,50 | прямолінійний
+0,15 | 2
-//- | 1213 | 442 | 0 | прямолінійний | 956,0 | 340,9 | 6809
0 | -//-
0 | 2
-//- | 1286 | 493 | -0,5 | 5 | 973,6 | 329,3 | 8334
-0,25 | 3
-0,5 | 5
-//- | 1364 | 547 | -0,25 | прямолінійний | 941,4 | 337,5 | 9043
-0,25 | 3
-0,75 | прямолінійний
-//- | 1535 | 687 | 0 | -//- | 942,5 | 283,9 | 6749
0 | -//-
0 | -//-
-//- | 1581 | 709 | -0,15 | 5 | 965,0 | 320,7 | 5673
-0,25 | 3
0 | прямолінійний
-//- | 1783 | 852 | 0 | -//- | 980,3 | 320,6 | 7609
0 | 4
+0,25 | 7
-//- | 1895 | 932 | -0,25 | 8 | 963,4 | 341,9 | 6207
-0,50 | 3
0 | прямолінійний
-//- | 2081 | 1079 | 0 | -//- | 941,8 | 337,4 | 9601
0 | -//-
0 | -//-
Для шинного й метизного виробництв здійснено обґрунтування використання прогресивної конструкції преформатора на опорах кочення, вибір раціональних параметрів настроювання механізму несправжнього скручування, удосконалення технологічної схеми виготовлення металокорду типу 9Л15/27, а також оцінка її ефективності в промислових умовах.
Запропонований новий принцип здійснення попередньої преформації елементів у процесі звивання металокорду дозволив розробити прогресивну конструкцію технологічного пристрою на опорах кочення, що має ряд переваг у порівнянні з раніше розробленими. Застосування дводискового преформатора на опорах кочення дає змогу знизити динамічний натяг, зменшити амплітуду коливання, що сприяє зниженню обривності звивальних елементів і підвищенню якісних показників крученого виробу.
Для виготовлення металокорду з мінімальною залишковою крутимістю кордозвивальні машини оснащені механізмом несправжнього скручування, який складається з роторів підкрутки й відкрутки, швидкість та напрямок обертання яких залежать від конструкції і технологічної схеми виготовлення металокорду, а також мають вплив на якість його виготовлення.
Результати проведених теоретичних і експериментальних досліджень створили умови для розробки більш ефективної технологічної схеми виготовлення латуньованого металокорду, що використовується як арму-ючий елемент пневматич-них шин транспортних за-собів. Удосконалена технологія виготовлення відрізняється від існуючої тим, що для здійснення операції попередньої деформації елементів гнучкого виробу застосову-ється дводисковий техноло-гічний пристрій на опорах кочення з наступними па-раметрами настроювання: і , де і - діаметри направляючого і деформуючого роликів, - відстань між центрами канавок, а також механізм несправжнього скручування з раціональними величинами рекомендованої швидкості обертання роторів підкрутки й відкрутки.
Порівняльну оцінку якості металокорду, виготовленого за різними технологічними процесами, здійснювали на основі зібраного статистичного масиву в процесі звивання на аналогічних кордозвивальних машинах DV – 2 (1+6/165) і комплексу стандартних випробувань готового корду.
Аналіз показав, що запропонована удосконалена технологія виготовлення дозволила одержати металокорд з більш високими якісними показниками порівняно із заводським технологічним процесом. Так, з нульовою залишковою крутимістю було виготовлено в середньому 87,5% від загального числа гнучкого виробу проти 29,1% за заводською технологією. Крім того, за запропонованою новою схемою виготовлення спостерігається значно вужчий діапазон зміни залишкової крутимості [0 +1,0], тоді за заводською - [(-1,0) +3,0]. Щодо механічних характеристик готового металокорду, необхідно відзначити аналогічну перевагу удосконаленої технології в порівнянні з існуючою технологією і вимогами стандарту. Зокрема, спостерігається підвищення в середньому величини агрегатного розриву на 3,7 і 8,9% відповідно, адгезії – на 25,3 і 35,8%, витривалості – на 7,6% і в 1,39 раза. Досвід експлуатації кордозвивального обладнання показав, що оснащення машин преформуючими пристроями на опорах кочення і застосування механізму несправжнього скручування з рекомендуючими параметрами настроювання, особливо мінімальних обертів, у поєднанні з іншими технологічними пристроями сприяє зниженню обривності дроту в процесі звивання (у 4.07 раза), полегшенню заправлення кордового обладнання, підвищенню продуктивності машин на 5% і надійності окремих вузлів і механізмів. Реалізація його з високими якісними і механічними характеристиками в пневматичних шинах дозволяє збільшити пробіг шин транспортних засобів різного призначення.
ВИСНОВКИ
У роботі узагальнено результати теоретичних та експериментальних досліджень, спрямованих на розробку заходів з підвищення ресурсу пневматичних шин транспортних засобів, зокрема тролейбусів за рахунок розробки методів удосконалення їх експлуатації та ефективних технічних рішень в області конструювання та технології виготовлення металокорду. На підставі проведеного аналізу наведені науково обґрунтовані рекомендації щодо визначення ресурсу в цілому та для різних мостів транспортних засобів, встановлення оптимальних режимів експлуатації для конкретних умов, вибору прогресивної конструкції гнучкого армуючого елемента, а також вишукування шляхів підвищення його надійності та якості.
Основні результати роботи зводяться до наступного.
1. Розглянуто комплекс факторів, що впливають на працездатність шин, а також їх конструкційні і технологічні параметри, які забезпечують безпеку експлуатації та економічність РС. Результати виконаних досліджень дали можливість виявити найбільш вагомі фактори (внутрішній тиск у шині, температура, зовнішні навантаження, що діють на колесо під час експлуатації, швидкість руху РС та якісна характеристика армуючого елемента), які лягли в основу розробки нових підходів до оцінки ресурсу шин.
2. На основі теоретичних досліджень із застосуванням методу розмірностей запропонована нова математична модель визначення ресурсу шин рухомого складу. Для її реалізації визначено з урахуванням умов експлуатації вид та величину зовнішніх навантажень, що діють на колеса транспортних засобів. Аналіз отриманих даних показав, що найбільш навантаженими є колеса ведучих мостів двовісних тролейбусів ЗіУ-9, які в середньому більше на 11,3% у порівнянні з іншими моделями тролейбусів. Максимальне навантаження на передні осі відзначається для тролейбусів ПМЗ Т1 і складає 39,45 кН. В той же час навантаження на колеса відомих мостів тролейбусів ЗіУ-9 нижче на 24,6%, ЗіУ-10 –6,8%, DAC – 217Е та ROCAR – на 19,5%.
Враховуючи специфіку експлуатації безрейкового міського електрич-ного транспорту, розроблена номограма зміни теплоутворення в шинах від ряду факторів. Збільшення зовнішніх навантажень на 5 кН при фіксованому значенні швидкості руху РС викликає підвищення температури на 3?12 0С.
Визначено, що одним із шляхів підвищення напрацювання шин служить збільшення кількості шарів корду в зоні плями контакту його з дорогою. В якості армуючого елемента запропонована більш проста в технологічному плані конструкція металокорду типу 9Л15/27. Виконаний розрахунок конструкції каркаса шини показав, що використання вказаного типу корду викликає збільшення шарів (на 2) у порівнянні з іншими конструкціями металокорду і значне зменшення (на 10 шарів) – з віскозним та капроновим армуючими елементами.
3. Встановлено вплив якісної характеристики металокорду на ресурс шин при різних експлуатаційних режимах. Аналіз результатів досліджень свідчить, що правильно підібраний режим експлуатації сприяє збільшенню їх ресурсу. Так, при оптимальному режимі навантаження ресурс шин, армованих гнучким латуньованим виробом з по.к.= 0ч±0,5 ?бер. в середньому складає 80 тис.км, а при по.к.=±1ч±4 ?бер. – 68,5 тис.км.
4. На основі виконаних експериментальних досліджень встановлено, що одним з найбільш вагомих показників, який суттєво впливає на працездатність, шин, є режим навантаження. Збільшення навантаження на 10кН викликає зниження ресурсу в середньому на 14,1%, а зміна його від Gном до Gмах - на 32,4 тис.км. Здійснено перевірку збіжності між теоретичними й екс-пе-ри-мен-таль-ни-ми да-ними, отриманої моделі, яка показала високий ступінь вірогідності запропонованого підходу, при цьому розбіг значень коливається в діапозоні 7,3 – 17,4%.
Уперше отримана аналітична залежність, яка дозволила розглянути вплив параметрів підкрутки і відкрутки механізму несправжнього скручування, показників прямолінійності та якісних характеристик вихідного матеріалу на залишкову крутимість металокорду. На підставі цієї закономірності знайдені раціональні параметри настроювання механізму несправжнього скручування і встановлені області оптимальних значень, що дозволяють отримати прямолінійний металокорд з мінімальною залишковою крутимістю (0?±0,5обер.) та підвищити надійність звивального обладнання в цілому. Так, реалізація запропонованих обертів роторів підкрутки й відкрутки дозволила підвищити розривне зусилля, адгезію та витривалість відповідно на 7,8%, 29,6% та 7,3%.
5. Розроблені методики для автотранспортних підприємств дозволяють визначити й оцінити напрацювання шин транспортних засобів різного призначення з урахуванням різних режимів навантажування шин та експлуатаційних особливостей будь-якого регіону України.
6. На підставі запропонованих раціональних параметрів настроювання механізму несправжнього скручування та науково обґрунтованого застосування дводискового преформатора удосконалена технологічна схема виготовлення латуньованого гнучкого виробу з високими фізико-механічними характеристиками. У порівнянні з існуючою заводською технологією спостерігається підвищення агрегатного розриву (3,7%), адгезії – (25,3%), витривалості – (7,6%), продуктивності кордозвивального обладнання - (5%) та зниження обривності дроту в процесі звивання (в 4,07 раза). Застосовування цього армуючого елемента сприяє збільшенню ресурсу шин.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Миренский И.Г., Бабичева О.Ф. Пути повышения ресурса пневматических шин. // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ. - 1999.- Вып.№46. - С.35-37 (здобувачем проаналізовано технічний стан пневматичних шин).
2. Бабичева О.Ф. Пневматические шины повышенного ресурса для колёсного транспорта. //Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: ХГПУ. - 1999.- Вып. №59-С.72-74
3. Бабичева О.Ф. Перспектива развития пневматических шин. // Вісник Харківського університету. – 2001. - №506. - С.281-284
4. Миренский И.Г., Бабичева О.Ф. Критерий оценки ресурса колес городского транспорта. // Вестник национального технического университета “ХПИ”.– Харьков: НТУ „ХПІ”. - 2001.- Вып.14. - С. 157 – 162 (здобувачем розроблено математичну модель визначення ресурсу шин і проведено аналіз її вірогідності).
5. Миренский И.Г., Бабичева О.Ф. Влияние некоторых факторов на надежность колес транспортных средств.// Коммунальное хозяйство городов: Науч. – техн. сб. Серия: технические науки. – К.: Техніка. - 2001. – Вып.30. – С.241 – 249 (здобувачем проаналізовано фактори, що впливають на ресурс шин).
6. Миренский И.Г., Бабичева О.Ф. Прогнозирование ресурса колес для разных типов троллейбусов. // Коммунальное хозяйство городов: Науч. – техн. сб. Серия: архитектура и технические науки. – К.: Техніка. - 2002. – Вып.38. – С.291 – 295 (здобувачем розроблено складні номограми по визначенню ресурсу шин).
7. Миренский И.Г., Бабичева О.Ф. Конструкции армирующего элемента для колес городского транспорта. // Коммунальное хозяйство городов: Науч. – техн. сб. Серия: технические науки и архитектура. – К.: Техніка. - 2002. – Вып.45. – С.232 – 237 (здобувачем розроблена математична залежність впливу параметрів механізму несправ-жнього скручування, показників прямоліній-ності і якісних характе-ристик елементів на за-лишкову крутимість металокорда різних ти-пів).
8. Миренский И.Г., Бабичева О.Ф. Витое изделие для армирования колес транспортных средств. // Коммунальное хозяйство городов: Науч. – техн. сб. Серия: технические науки и архитектура. – К.: Техніка, - 2003. – Вып.53. – С.197 – 202 (проведено експериментальні дослідження вірогідності запропонованої технології виготовлення гнучкого армуючого елемента).
9. Бабичева О.Ф. Особенности эксплуатации троллейбусных шин. // Вісник Національного технічного університету „ХПІ”. - Харьков: НТУ „ХПІ”. - 2004.-№39. - С.51-55
10. Миренский И.Г., Бабичева О.Ф. Повышение надёжности пневматических шин. //Тезисы ХХХ научно – технической конференции преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ. Ч.2. – Харьков: ХГАГХ. - 2000. – Ч.2. - С.9 (проаналізовано вплив експлуатаційних та конструкційних параметрів шин на їх ресурс).
11. Миренский И.Г., Бабичева О.Ф. Оценка ресурса пневматических шин.// ХХХІ научно-техническая конференция преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ. – Харьков: ХГАГХ. - 2002. – ч.2. - С.9 – 10 (проведено аналіз вірогідності запропонованої моделі по визначенню ресурсу шин).
АНОТАЦІЯ
Бабічева О.Ф. Підвищення ресурсу пневматичних шин транспортних засобів. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 – Експлуатація та ремонт засобів транспорту. – Харківський національний автомобільно-дорожній університет. Харків, 2005.
Дисертація присвячена вирішенню питання підвищення ресурсу шин транспортних засобів за рахунок розробки ефективних методів удосконалення їх експлуатації і науково обґрунтованих рішень в області конструювання шин та технології виготовлення армуючого елемента. Використовуючи метод розмірностей, отримано новий критерій оцінки довговічності шин транспортних засобів, за допомогою якого можна визначити та спрогнозувати їх ресурс у цілому і для різних мостів РС. На підставі отриманих результатів розроблено методики для визначення напрацювання шин транспортних засобів різного призначення з урахуванням експлуатаційних особливостей будь-якого регіону України.
Встановлено, що підвищити можливості шин витримувати велике навантаження можна за рахунок поліпшення якості корду або збільшення кількості шарів корду в області плями контакту. Для одержання гнучкого армуючого елемента з високими механічними властивостями визначено раціональні параметри настроювання повного торсіону і на їх основі встановлено області оптимальних значень, що сприяють отриманню прямолінійного металокорду з мінімальною величиною залишкової крутимості. Удосконалено ефективну технологію виготовлення металокорду, що дозволила одержати прямолінійний латуньований гнучкий армуючий елемент з високими фізико-механічними властивостями.
Ключові слова: пневматична шина, ресурс, підвищення довговічності, математична модель, металокорд, несправжнє скручування, залишкова крутимість, визначення та оцінка пробігу шин.
АННОТАЦИЯ
Бабичева О.Ф. Повышение ресурса пневматических шин транспортных средств. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.20 – Эксплуатация и ремонт средств транспорта. – Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет. Харьков, 2005.
Диссертация посвящена решению вопроса повышения ресурса пневматических шин транспортных средств и за счет разработки эффективных методов усовершенствования их эксплуатации и научно обоснованных решений в области конструирования шин и технологии изготовления армирующего элемента. В работе выполнен анализ параметров технического состояния пневматических шин и эксплуатационных факторов, оказывающих влияние на их долговечность. Среди них были выявлены наиболее существенные, которые легли в основу многофакторной аналитической зависимости определения ресурса шин.
Применяя метод размерностей, получена математическая модель оценки ресурса шин транспортных средств. На ее основании построены составные номограммы, которые дают возможность оценить ресурс шин транспорта различного назначения и способствуют своевременной разработке технических мероприятий по повышению их долговечности. Сравнительная оценка достоверности расчетных и эксплуатационных данных, собранных на предприятиях “Горэлектротранспорта” г. Харькова, показала их высокую сходимость (7,3ч17,4%) ? подтвердила эффективность предложенного метода.
Рассмотрены и определены нагрузки, действующие на колесо троллейбусов разных типов, которые вызывают со стороны дороги реактивные силы - вертикальные, тангенциальные и боковые. Установлено, что большие усилия выявлены у колес передних осей, так как они испытывают повышенный износ из-за сил, прикладываемых к колесу во время движения. Получена номограмма теплового фактора пневматической шины, которая позволяет осуществить качественную оценку влияния на теплообразование в шине ряда эксплуатационных факторов. Анализ полученных результатов показал, что повышение значений рассматриваемых факторов способствует увеличению адекватного показателя пневматической шины и негативно сказывается на качественных показателях шин.
Повысить возможности шины выдерживать большую нагрузку можно за счет улучшения качества или увеличения количества слоев корда в области пятна контакта. На основании полученной модели, осуществлена оценка влияния ряда факторов и качественной характеристики армирующего элемента (остаточной крутимости металлокорда) на ресурс шин. Анализ полученных данных показал, что для шины при заданных конструкционных и технологических условиях правильно подобранный оптимальный режим эксплуатации способствует увеличению их ресурса.
Получена математическая зависимость, позволившая рассмотреть влияние параметров механизма ложной крутки, показателей прямолинейности и качественных характеристик исходного материала на остаточную крутимость металлокорда предложенного типа. Определены рациональные параметры настройки механизма ложной крутки и на их основе установлены области оптимальных значений, которые позволяют получить прямолинейный металлокорд с минимальной остаточной крутимостью .
Для получения витого армирующего элемента с высокими механическими свойствами усовершенствована технология изготовления металлокорда, позволившая получить прямолинейный латунированный витой армирующий элемент с минимальной остаточной крутимостью. Реализация его с высокими качественными и механическими характеристиками в качестве армирующего элемента пневматических шин дает возможность увеличить ресурс шин транспортных средств.
Ключевые слова: пневматическая шина, ресурс, повышение
