АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ

Тарасов Юрій Володимирович

УДК 629.017

ПОЛІПШЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

ЛЕГКОВИХ АВТОМОБІЛІВ УДОСКОНАЛЮВАННЯМ

МЕТОДИКИ ВИБОРУ ГАЛЬМОВИХ КОЛОДОК

Спеціальність 05.22.20 – експлуатація та ремонт засобів транспорту

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Подригало Михайло Абович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри технології машинобудування та ремонту машин.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Бажинов Олексій Васильович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри автомобільної електроніки;

кандидат технічних наук, доцент Кашканов Андрій Альбертович, Вінницький державний технічний університет, доцент кафедри “Автомобілі та транспортний менеджмент”.

Провідна установа: Українська державна академія залізничного транспорту Міністерства транспорта та зв’язку України, кафедра експлуатації та ремонту рухомого складу, м. Харків.

Захист відбудеться “ 4 ” квітня 2007 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д?64.059.02 при Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті за адресою: 61002, Україна, м. Харків, вул. Петровського, 25.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського національного автомобільно-дорожнього університету за адресою: 61002, м. Харків, вул. Петровського, 25.

Автореферат розісланий “ 3 ” березня 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради І.С. Наглюк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Україна займає одне з перших місць у Європі по кількості ДТП на автомобільних дорогах. Однією з причин такого явища є нестабільність гальмових властивостей автомобілів, що обумовлена низькою якістю фрикційних матеріалів гальмових колодок, які поставляються на ринок України. Автомобіль, що сходить з конвеєра заводу має якісно підібрані гальмові колодки, але в експлуатації власник на нього установлює будь-які колодки, які купує на ринку. Це стосується в першу чергу старих автомобілів ВАЗ, ГАЗ, АЗЛК, ЗАЗ та інших. Вказана ситуація аргументує необхідність розробки методики вибору гальмових колодок для передніх і задніх гальмових механізмів в умовах експлуатації автомобілів, а також при оцінці їх гальмових властивостей, у тому числі – при розслідуванні дорожньо-транспортних пригод.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася:

- відповідно до постанови Національної ради з питань безпеки життєдіяльності населення №3 від 25 грудня 1997 р. “Про відповідність вимог охорони праці машин, транспортних засобів, устаткування, що виготовляється в Україні”;

- відповідно із планами науково-дослідної роботи ХНАДУ по проблемі: ”Безпека дорожнього руху”.

Мета і завдання дослідження.

Мета роботи – поліпшення активної безпеки легкового автомобіля за рахунок удосконалювання методики вибору фрикційних пар у процесі експлуатації.

Відповідно до поставленої мети в роботі були визначені наступні задачі:

- розробити фізичні та математичні моделі для оцінки гальмових властивостей автомобілів;

- провести експериментальні дослідження стабільності гальмових властивостей легкового автомобіля при різних варіантах сполучення фрикційних матеріалів на передніх і задніх осях в дорожніх умовах і на барабанному стенді;

- розробити методику раціонального вибору фрикційних пар передніх і задніх гальм автомобілів.

Об'єкт дослідження - динаміка гальмування автомобіля і процеси, що відбуваються на поверхнях тертя передніх і задніх гальмових механізмів легкових автомобілів при різному сполученні фрикційних пар.

Предмет дослідження - визначення взаємозв'язку між гальмівними властивостями легкових автомобілів та режимами гальмування, конструкцією гальмових механізмів і трибологічними характеристиками фрикційних пар.

Методи дослідження - у роботі використані теоретичні і експериментальні методи дослідження. Теоретичні методи: рішення і аналіз диференціальних рівнянь, теорія подоби, теорія імовірності і математична статистика. Експериментальні методи: натурне та фізичне моделювання.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше визначений взаємозв'язок між трибологічними характеристиками фрикційних матеріалів, розподілом гальмових сил між осями і гальмовими властивостями автомобіля при циклічних гальмуваннях.

Розроблена фізична модель, що дозволяє здійснити вибір фрикційних пар передніх і задніх гальмових механізмів по їх теплофізичним характеристикам. Отримано статистичні характеристики процесу екстреного гальмування автомобіля, які дозволяють оцінити розподіл гальмових сил і ефективність гальмування.

Практична значимість.

Розроблено методику підбору в процесі експлуатації сполучення фрикційних пар на передній і задній осях на прикладі легкового автомобіля другого класу. Методика може бути використана при проектуванні гальмових механізмів автомобілів, при проведенні сертифікації гальмових колодок і гальмових дисків (барабанів). Отримані результати використовуються відділом НДР інституту машин і систем Мінпромполітики і НАН України при модернізації конструктивних елементів гальмівної системи автомобілів, що перебувають в експлуатації, з метою підвищення їхніх техніко-експлуатаційних характеристик; Харківським НДІ судової експертизи імені Бокаріуса при аналізі причин виникнення ДТП.

Особистий внесок здобувача.

Всі результати, що виносяться на захист, отримані автором самостійно і в основному викладені в роботах, опублікованих без співавторів. У спільних роботах здобувача:

- запропоновано вдосконалену математичну модель динаміки зміни гальмових сил на колесах автомобіля [1,2];

- запропоновано методику розподілу гальмових сил між осями автомобіля з урахуванням обертових мас трансмісії [3];

- проведено аналіз впливу сполучень гальмових накладок з різними властивостями на передній і задній осях легкового автомобіля на розподіл гальмових сил [4-9];

- розроблено методику раціонального вибору фрикційних пар передніх і задніх гальм автомобілів по температурних характеристиках [10].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися і обговорювалися на: IX-ій Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми технічного сервісу сільськогосподарської техніки". - Харків, ХДТУСГ 2003 рік; IX-ій Міжнародній науково-технічній конференції “Транспорт, екологія – стійкий розвиток”. – Варна, ВТУ, 2003 рік; Міжнародній науково-технічній конференції “Автомобільний транспорт в XXI столітті”. Харків: ХНАДУ, 19-20 листопада 2003 року; III-му Міжнародному семінарі “Перспективи розвитку автомобіле і тракторобудування”. – Харків: ХПІ, 27-28 квітня 2004 року; VII-ій Міжнародній науково-технічній конференції “Автомобільний транспорт: Проблеми і перспективи”. Севастополь: СевГТУ, 13-18 вересня 2004 року; IV-му Міжнародному семінарі “Перспективи розвитку автомобіле і тракторобудування”. – Харків: ХПІ, 26-27 квітня 2005 року; Міжнародній науково-технічній конференції “Технічні і економічні перспективи розвитку автотранспортного комплексу і дорожнього будівництва”. Харків: ХНАДУ, 16-17 травня 2005 року; Міжнародній науково-практичній конференції “Технічний прогрес в АПК”. - Харків, ХДТУСХ, 2006 рік; Наукових семінарах професорсько-викладацького складу ХНАДУ в 2003 - 2006 р.

Публікації. Основні результати роботи опубліковані в 9-и статтях у спеціалізованих наукових журналах, що входять у перелік ВАК України і 2-х збірниках тез доповідей на міжнародних конференціях.

Обсяг і структура роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатку. Повний обсяг дисертації складає 230 сторінок, в тому числі 55 рисунка на 48 сторінках, 19 таблиць на 16 сторінках; список використаних джерел з 104 найменувань на 12 сторінках і додатки на 61 сторінці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступній частині обґрунтовано актуальність і практичну цінність дослідження, сформульовано мету і задачі дослідження, визначено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі наведено аналіз літератури в якому розглянуто вплив стабільності характеристик фрикційних матеріалів на гальмові властивості автомобілів. Розглянуто вплив режимів гальмування автомобіля на енергонавантаженість та температурний режим фрикційних пар гальмових механізмів.

Процес гальмування з енергетичної точки зору являє собою процес перетворення в тепло кінетичної (а при русі на затяжному спуску і потенційної) енергії автомобіля, що рухається. Уперше енергетичний аспект роботи гальм був розглянутий Бухариним М.А. Надалі цією проблемою займалися Генбом Б.Б., Гредескул А.Б., Федосов О.С., Чичинадзе А.В., Вольченко О.І., Туренко А.М., Богомолов В.О., Решетников Е.Б., Доля В.К., Подригало М.А., Кушов В.Я., Городецький С.М., Бобров Я.А., Нагиев А.М., Гудз Г.С. та ін. Якщо поверхневі і об'ємні температури фрикційних поверхонь перевищать припустимі значення, то це приведе до зниження коефіцієнта тертя, підвищеного зношування пар тертя, погіршення умов взаємодії інших деталей гальмових механізмів. Характеристика, що визначає зміну гальмових властивостей матеріалу залежно від температури і виражається через зміну коефіцієнта тертя і інтенсивності зношування, називається характеристикою фрикційної теплостійкості. Погіршення фрикційної теплостійкості приводить до різкої зміни вихідних характеристик гальмових механізмів.

Літературний аналіз показав, що сьогодні у світовій практиці не проводиться комплексна перевірка сполучень гальмових колодок на передній і задній вісях. Як правило, іде оцінка трибофізичних властивостей фрикційних матеріалів на машині тертя та для одного гальма - на інерційному стенді (визначення температур фрикційних поверхонь при гальмуванні, коефіцієнтів тертя), після чого видається дозвіл на використання в експлуатації. Але при цьому не розглядається необхідність придбання в комплекті передніх і задніх гальмових колодок.

У другому розділі описано математичні моделі для оцінки гальмових властивостей легкових автомобілів.

Нагрівання фрикційних пар гальмових механізмів призводить до зміни коефіцієнтів тертя і, як наслідок, - до зміни розподілу гальмових сил між осями. Для того, щоб визначити енергонавантаженість гальмових накладок, потрібно визначити, як розподіляється поглинена кінетична енергія (робота тертя гальм). Тут істотну роль відіграють обертові маси, і, на відміну від відомих робіт, ми відокремили розподіл гальмових сил і розподіл гальмових моментів. На розподіл гальмових сил впливають обертові маси, що істотно для передньоприводних, та задньоприводних автомобілів.

Коефіцієнт розподілу гальмової сили на передню вісь із урахуванням наведених моментів інерції коліс автомобіля

. (1)

З вираження (1) видно, що з ростом відбувається збільшення вр стосовно вм, а зі збільшенням відбувається зменшення вр. Це означає, що легкові автомобілі класичного і задньомоторного компонування при однаковому з передньоприводними автомобілями значенні вм мають більш високе значення вр.

Розподіл гальмових моментів між передніми і задніми колесами

. (2)

Таким чином, якщо ми хочемо реалізувати ідеальний закон розподілу гальмових сил між осями, то необхідно забезпечувати розподіл гальмових моментів між осями відповідно до рівняння (2).

Для проведення подальшого дослідження дуже важливо змоделювати зміну гальмових сил на колесах. Справа в тому, що, дійсно, при описі динаміки гальмування, гальмова діаграма представляється ламаною лінією, хоча насправді вона ближче до експоненти. Через те, що подання ламаної лінії вимагає додаткових умов, для полегшення моделювання, ми описали зміни гальмових сил у процесі службових гальмувань по експоненті. Проведені раніше експерименти в ХНАДУ показали, що це цілком здійсненно і дозволяє нам описати однією функцією не тільки зміни гальмової сили, але і дію нерівномірності гальмових механізмів на лівому або правом колесі, а також зміни розподілу гальмових сил у динаміці.

Моделювання динаміки зміни гальмових сил на колесах автомобіля можливо виконувати наступним чином

. (3)

Опис безперервною функцією зміни моментів, що повертають, на осях, викликаних нерівномірністю гальмових механізмів, дозволяє полегшити аналіз впливу цієї нерівномірності на курсову стійкість автомобіля при гальмуванні.

Зміни моментів, що повертають, на осях визначаємо

,(4)

Опис динаміки зміни коефіцієнта розподілу гальмових сил між осями дозволяє здійснити аналіз впливу низької фрикційної теплостійкості гальмових механізмів на курсову стійкість автомобіля, що важливо при розробці методики вибору фрикційних пар (гальмових колодок і контртіл) передніх і задніх гальмових механізмів.

Динаміка зміни коефіцієнта розподілу гальмових сил між осями

, (5)

В дослідженнях, що проведені раніше, різні автори зображуючи 4-х колісну модель, показували велосипедну схему. Отримана нами модель показала, що, по-перше, бортовий перерозподіл ваги дає ефект нульового прискорення при будь-якому первісному кутовому відхиленні. Крім того, модель показує, як важлива стабільність гальмових механізмів, тому що одночасне блокування всіх коліс є гарантією відсутності розвитку замету.

Рівняння обертового руху в цьому випадку (рис. 1) має вигляд

. (6)

Температурні характеристики фрикційних пар гальмових механізмів (залежність коефіцієнта тертя від температури поверхні контакту, фрикційна теплостійкість) впливають не тільки на ефективність гальмування, але й на курсову стійкість автомобіля. Остання обставина обумовлена тим, що при нерівномірному поглинанні енергії гальмами лівого і правого бортів з'являється нерівномірність гальмових моментів і гальмових сил, момент що повертає і приводить до замету автомобіля.

Рис. 1. Розрахункова схема сил, що діють на автомобіль із усіма заблокованими колесами в початковий момент появи замету: В – колія передніх і задніх коліс; , , , – сумарні реакції в площині дороги на колесах.

Чим більше вплив зміни температур на коефіцієнт тертя, тим більше зазначений момент, що повертає. Зміни коефіцієнтів тертя фрикційних пар передніх і задніх гальм, також обумовлені впливом їхнього нагрівання, можуть привести до зміни розподілу гальмових сил між осями, створюючи умови для випереджального блокування задніх коліс і замету автомобіля.

Відхилення коефіцієнтів розподілу гальмових сил як між осями, так і бортами від своїх номінальних значень, обумовлені низькою фрикційною теплостійкістю, приводять до появи кутового прискорення, що викликає замет.

Отже, підвищення фрикційної теплостійкості гальмових моментів автомобілів є важливим напрямком забезпечення активної безпеки автомобілів.

У третьому розділі наведено програму методики та результати експериментальних досліджень..

Для здійснення оцінки ситуації, що склалася з гальмовими колодками в експлуатації автомобілів, нами було проведено дорожні випробування легкового автомобіля 2 класу АЗЛК-2140. Найбільш жорстким режимом, при якому проявляється фрикційна нестабільність пар тертя, є випробування тип І.

Випробування складалися із двох етапів:

- попереднього, за час якого гальмові механізми нагрівалися;

- основного, під час якого визначалася залишкова ефективність робочої гальмової системи.

Для проведення експерименту нами були використані гальмові колодки, що представлені на ринку запасних частин для легкового автомобіля 2 класу. У роботі було взято 7 комплектів для переднього дискового гальма і 3 комплекти на задній барабанний механізм, та проведені дорожні випробування при різних сполученнях передніх і задніх гальмових накладок (табл. 1).

При експериментальних дослідженнях було виконано наступне:

- проведено порівняння різних типів фрикційних накладок, застосовуваних на легковому автомобілі 2 класу, по критерію фрикційною теплостійкості;

- визначений вплив нагрівання гальмових колодок на параметри гальмування автомобіля;

- зроблена експериментальна оцінка правильності вибору комплекта фрикційних накладок до гальмових механізмів автомобіля;

- досліджена зміна розподілу гальмових сил легкового автомобіля 2 класу залежно від трибологічних характеристик фрикційних пар на передній і задній вісях за допомогою діагностичній станції ПДС-Л.

Таблиця 1

Варіанти сполучень установки різних типів фрикційних накладок гальмової системи легкового автомобіля 2 класу |

Накладки барабанного гальма

Миг | Харків | Начало

(ТИИР-445)“

А”“ | Б”“ | В”

ТИИР | 1 | 14 | 15

Dafmi plus | 2 | 13 | 16

DBB | 3 | 12 | 17

Соболь | 4 | 11 | 18

Best | 5 | 10 | 19

BAТИ | 6 | 9 | 20

Сильва | 7 | 8 | 21

Реєструвалися наступні параметри:

- температура роторів гальмових механізмів;

- тиск у гальмовій системі;

- час гальмування;

- число гальмувань;

- гальмовий шлях.

Результати дорожніх випробувань підтвердили наші припущення: по-перше, різні сполучення гальмових колодок давали зовсім різні показання ефективності гальмування в залежності від порядкового номера гальмування при випробуванні тип І (рис. 2.,3.), крім того, по-різному поводився і автомобіль із погляду стійкості при наступному тестовому гальмуванні.

Рис. 2. Температура гальмових накладок залежно від числа гальмувань: а) сполучення 2; б) сполучення 7: t1, t2, t3, t4 – температура передніх накладок, t5, t6 – температура задніх накладок

Рис. 3. Гальмовий шлях і час гальмування залежно від числа гальмувань: 8) сполучення 8; 9) сполучення 9; 10) сполучення 10; 11) сполучення 11; 12) сполучення 12; 13) сполучення 13; 14) сполучення 14

Так само дорожні випробування дозволили встановити, що серійні колодки підбираються автозаводами не завжди найкращим чином. За результатами проведених випробувань були отримані раціональні сполучення гальмових колодок для автомобіля 2 класу. Це наступні сполучення: ,,BAТИ- Миг”, ,,BAТИ- Харків ”, ,,Соболь- Харків”, ,,Соболь- Начало (ТИИР-445)”.

Після цього були відібрані сполучення гальмових колодок, які найкраще і найгірше виявили себе на дорозі. Для визначення гальмової ефективності автомобіля було проведено випробування автомобіля за існуючою методикою на діагностичному барабанному стенді кафедри “Технічної експлуатації і сервісу автомобілів” ХНАДУ. Потім визначався розподіл гальмових сил між осями (табл. 2., 3.). Проведені випробування дозволили нам зробити висновок про важливість підбору сполучення передніх і задніх гальмових колодок. Якщо ж цей вибір буде нераціональним, то можливо одержання дуже низького результату як за ефективністю гальмування, так і по стійкості автомобіля.

При гальмуванні необхідно забезпечувати стабільне значення коефіцієнта розподілу гальмових моментів на передню вісь що дорівнює заданому значенню .

Нормативне (задане) значення коефіцієнта розподілу гальмових сил для легкового автомобіля 2 класу “АЗЛК – 2140” =0,683.

Таблиця 2

Результати розрахунку дійсного значення коефіцієнта розподілу

гальмових сил сполучення ,,Сильва-Миг”

Температура у фрикційному контакті перед гальмуванням, °С | 60

Швидкість початку гальмування, м/с (км/г) | 13,88 (50) | 22,22 (80)

0,591 | 0,641

Таблиця 3

Результати розрахунку дійсного значення коефіцієнта розподілу

гальмових сил сполучення ,,Соболь- Начало (ТИИР-445)”

Температура у фрикційному контакті перед гальмуванням, °С | 60

Швидкість початку гальмування, м/с (км/г) | 13,88 (50) | 22,22 (80)

0,682 | 0,685

В результаті даного дослідження була виявлена погроза для безпеки дорожнього руху, яка полягає в тому що реальний розподіл гальмових сил між осями не відповідає нормативному і можлива ситуація замету при службовому гальмуванні.

Використовуючи методи кваліметрії, ми побудували порівняльну шкалу відносних величин (рис. 4., 5), що дає нам можливість одержати регресійний ряд, який дозволяє розставити ці пари колодок в залежності від їхньої стабільності.

Рис. 4. Залежність коефіцієнта ( ) і “рейтингу” сполучень гальмових накладок на попередньому етапі випробувань по тип I, гальмування 15: Z – “припустима границя” зниження коефіцієнта ( ); К1 – “робоча зона” гальмових накладок; К2 –“зона кризи”.

Рис. 5. Залежність коефіцієнта ( ) і “рейтингу” сполучень гальмових накладок при основному етапі випробувань по тип I: Z – “припустима границя” зниження коефіцієнта ( ); К1 – “робоча зона” гальмових накладок; К2 –“ зона кризи”.

Увели показник стабільності (мм2/кг), що дорівнює відношенню середнього уповільнення при гальмуванні до середнього тиску в приводі. Це оціночний показник, завдяки якому ми змогли побудувати відносну шкалу, де темною лінією показана припустима границя зниження коефіцієнта стабільності, а також показано, як коливається цей показник залежно від сполучень гальмових колодок при різному гальмуванні.

Для ілюстрації тут наведені тільки 15 гальмувань (рис. 4) і основний етап випробування тип I (рис. 5), визначимо, що різні сполучення гальмових колодок по-різному поводяться.

У четвертому розділі було розроблено методику, яка дозволяє на стадії проведення сертифікації, гальмових колодок здійснити перевірку придатності нового матеріалу до використання у відомому автомобілі з відомими вже гальмовими колодками на колесах протилежної осі. Це дозволить сьогодні проводити контроль якості продукції, що представлено на ринку автозапчастин, забезпечити необхідний рівень безпеки руху, а також вплине на об'єктивність розслідування дорожньо-транспортних випадків.

Нами запропоновані наступні умови підбору фрикційних пар тертя гальмових накладок:–

“ідеальний партнер” - це гальмові колодки характеристика фрикційної теплостійкості матеріалу яких буде такою, що при спільній роботі з відомими нам накладками (що мають характеристику ), при реальних режимах навантаження, забезпечує коефіцієнт розподілу гальмових сил між осями .

- при підборі сполучень передніх і задніх гальмових накладок по їх фізико-трибологичнім характеристикам ураховується зміна розподілу енергії, що розсіюється до передніх і задніх гальмі викликана нестабільністю останніх.

Виконання даних умов буде гарантувати випереджальне блокування передніх коліс при проведенні тестового гальмування в процесі випробувань (тип 1).

При гальмуванні необхідно забезпечувати значення коефіцієнта розподілу гальмових моментів на передню вісь , рівне розрахунковому значенню . У цьому випадку повинне забезпечуватися наступне співвідношення

, (9)

де ; - гальмові моменти на передніх і задніх колесах.

Характеристика коефіцієнта тертя на фрикційні пар передній осі дискового гальма автомобіля, у якого на задній осі також установлені дискові гальма відкритого типу павина відповідати умові

, (10)

де , - коефіцієнти Q1 й Q2 для j-ої фрикційної пари заднього гальма;

- коефіцієнт Q3 для j-ої фрикційної пари заднього гальма.

Залежність (10) накладає умови, щоб при нагріванні передніх і задніх гальм у процесі циклічних гальмувань значення коефіцієнта тертя у фрикційних парах передніх гальм (ліва частина нерівності) було вищим, ніж значення функції в правій частині, обумовлене величиною . Виконання умови (10) буде забезпечувати випереджальне блокування передніх коліс при проведенні тестового гальмування в процесі випробувань (тип 1).

Для гальмової системи з дисковими гальмами відкритого типу на передньої осі і барабанного типу на задній осі

. (11)

При установці на передніх колесах барабанних гальм із двома колодками, що заклинюють, а на задніх - барабанних гальм будь-якого типу, повинна виконуватися умова

. (12)

З вираження (13) виходить, що коефіцієнт розподілу гальмового моменту на передню вісь є функцією від величин та . Щоб визначити динаміку зміни , потрібно визначити динаміку зміни температур нагрівання фрикційних поверхонь передніх і задніх гальм.

. (13)

У відповідних стандартах і технічних умовах (ТУ) на фрикційні матеріали приводяться графіки і таблиці, що інформують про взаємозв'язок температури і коефіцієнта тертя в контакті фрикційних пар. Маючи таку інформацію, можна не тільки моделювати на ЕОМ зміну з використанням залежності (13), але і здійснювати перевірку правильності підбору фрикційних пар передніх і задніх гальм відповідно до умов (10), (11), (12).

Маючи реальні трибофизичні характеристики гальмових накладок на одній осі конкретного автомобіля, і заданий розподіл гальмових сил, можна підрахувати, якою повинна бути характеристика “ідеального партнера” (рис. 6., 7.). Отже, можна констатувати: маючи характеристику “ідеального партнера”, ми відразу бачимо зону, в яку повинна потрапити характеристика “реального партнера”. Якщо мова іде про задні гальмові механізми, то крива повинна проходити вище характеристики матеріалу (рис. 6.), якщо ж мова іде про передню вісь, то характеристика повинна проходити нижче характеристики матеріалу (рис. 7.).

Рис. 6. Зміна коефіцієнта тертя залежно від числа гальмувань для сполучення матеріалів “Б”: 1 – дійсний коефіцієнт тертя на передній осі “реальний партнер”, 2 – дійсний коефіцієнт тертя на задній осі , 3 - коефіцієнт тертя “ідеального партнера” й.п. на задній осі

Рис. 7. Зміна коефіцієнта тертя залежно від числа гальмувань для сполучення матеріалів “Б”: 1 – дійсний коефіцієнт тертя на передній осі матеріалу “Б”, 2 – дійсний коефіцієнт тертя на задній осі “реальний партнер”, 3 – коефіцієнт тертя “ідеального партнера” й.п. на передній осі.

Рис. 8. Зміна коефіцієнта розподілу гальмових сил сполучення “Б” залежно від числа гальмування: 1 - заданий розподіл (у нашому випадку ), 2 - коефіцієнт розподілу гальмових сил за умови дійсного коефіцієнта тертя на задній осі і “ідеального партнера” на передній осі, 3 - коефіцієнт розподілу гальмових сил за умови дійсного коефіцієнта тертя на передній і “ідеального партнера” на задній осі, 4 - коефіцієнт розподілу гальмових сил за умови дійсного коефіцієнта тертя на передній і на задній осі.

На рис. 8 показані коефіцієнти розподілу гальмових сил . За умови дійсних значень коефіцієнта тертя на одній осі і його “ідеального партнера” на протилежній осі легкового автомобіля, ми бачимо, що при притримуванні критеріїв , виконуються необхідні умови як по ефективності гальмування, так і по стійкості автомобіля.

При підборі сполучень передніх і задніх гальмових накладок по їх фізико-трибологічним характеристикам ураховується зміна розподілу енергії, що розсіюється до передніх і задніх гальм, викликана нестабільністю останньої.

Якщо характеристика коефіцієнта тертя буде значно більшим, ніж , то буде забезпечуватися і більш високе значення енергонавантаженості, тому що енергонавантаженість гальм залежить від співвідношення коефіцієнтів тертя. Енергонавантаженість автомобілів визначається не тільки обраним співвідношенням приводних зусиль, але й розподілом гальмових моментів. Розподіл гальмових сил повинен впливати на розподіл гальмових моментів, але не визначає їх, тому що розподіл гальмових сил при дискових гальмах відрізняється від барабанного. Зміна матеріалу гальмових накладок на передній і задній вісях спричиняє перерозподіл енергонавантажености між осями автомобіля. Звідси випливає, визначення дійсного циклічного підведення енергії за одне гальмування автомобіля:

для передньої осі автомобіля

, (14)

де - циклічне підведення енергії за одне гальмування автомобіля, Дж.

для задньої осі автомобіля

. (15)

Температурний режим гальма визначається температурою гальмового диска (барабана):

для передньої осі

, (16)

для задньої осі автомобіля

, (17)

де - теплоємність матеріалу гальмового ротора ;

- маса гальмового ротора;

- температура навколишнього середовища.

Маючи для даної моделі автомобіля характеристику фрикційної теплостійкості, підставляючи конкретні параметри автомобіля і його гальмової системи, знаючи характеристику його “ідеального партнера” (не проводячи численних випробувань), можемо відразу попередньо сказати, як будуть поводитися ці фрикційні матеріали.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз літературних джерел і нормативних документів показав, що сьогодні при сертифікації фрикційних пар гальм не враховується сумісність характеристик фрикційної теплостійкості гальмових колодок передньої і задньої осей. Відсутність методики вибору гальмових колодок для передніх і задніх гальмових механізмів легкових автомобілів може стати однією з причин виходу параметрів розподілу гальмових сил за межі припустимих значень, що може викликати втрату курсової стійкості при гальмуванні.

2. Отримані залежності, які дозволяють оцінити динаміку гальмових сил на окремих колесах і осях автомобіля, а також загальну гальмівну силу. Описані безперервною функцією зміни моментів, що повертають на осі, викликані нерівномірністю гальмових механізмів, дозволили нам полегшити аналіз впливу цієї нерівномірності на курсову стійкість автомобіля при гальмуванні.

3. Підвищення енергонавантаженості гальм є рівним розподілу гальмових моментів між передніми і задніми колесами. При рівному (м= 0,5) розподілі гальмових моментів між передніми і задніми колесами розподіл гальмових сил Р0,5 для задьоприводних автомобілів і Р0,5 для передньоприводних автомобілів при службових гальмуваннях із включеним зчепленням. Для повнопривідних автомобілів Р=м= 0,5.

4. Запропоновані фізичні і математичні моделі динаміки зміни коефіцієнта розподілу гальмових сил між осями дозволили здійснити аналіз впливу низької фрикційної теплостійкості гальмових механізмів на курсову стійкість автомобілів. Уточнені моделі, запропоновані в роботі, лягли в основу методики вибору фрикційних пар (гальмових колодок і контртіл) передніх і задніх гальмових механізмів автомобілів.

5. На підставі проведених досліджень розроблена вдосконалена методика для проведення сертифікації гальмових колодок, що поставляються на ринок України, згідно якої рекомендується проводити сертифікаційні випробування комплектами передніх і задніх гальмових колодок, що виключає залежність гальмових властивостей автомобіля від невідповідних фізико-трибологічних характеристик пар тертя.

6. Запропоновано коефіцієнт ефективності як критерій функціональної стабільності гальмових властивостей автомобіля, що являє собою відношення середнього уповільнення до середнього приводного тиску, обчислювальних за одне гальмування. Використання зазначеного критерію дозволило визначити, що використовуване сполучення гальмових колодок “Соболь” на передній осі і “Начало (ТИИР-445)” на задній осі дають найкращий результат =0,87. У той же час можливе одержання низького значення коефіцієнта ефективності = 0,58 при деяких сполученнях існуючих передніх і задніх гальмових колодок, як українського, так і закордонного виробництва. Отримані результати необхідно враховувати як при проведенні сертифікаційних робіт випробування гальмових колодок, так і при їхній експлуатації, а також при автотехничній експертизі ДТП.

7. При проведенні випробування комплекту передніх і задніх гальмових колодок уведено поняття “ідеального партнера”, під яким розуміється фрикційний матеріал, характеристики фрикційної теплостійкості якого в сполученні з аналогічними характеристиками фрикційного матеріалу на протилежній осі, забезпечують постійне значення коефіцієнту розподілу гальмових моментів на передній осі при циклічному гальмуванні.

8. Запропонована методика вибору передніх і задніх гальмових накладок дозволила нам визначити раціональні сполучення гальмових колодок для легкового автомобіля 2 класу “АЗЛК - 2140”: “ВАТИ-МИГ”, “ВАТИ-Харків”, “Соболь-Харків”, “Соболь-Начало (ТИИР-445)”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Тарасов Ю.В. Анализ методик оценки температурного режима пар трения автомобильных тормозов// Автомобильный транспорт. – Харьков: ХНАДУ. – 2003. – № 13. – С.106–109.

2. Тарасов Ю.В. Испытания фрикционных материалов тормозных механизмов автомобилей на теплостойкость// Механіка та машинобудування – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2005. – №1. – С. 179 – 184.

3. Кухтов В.Г., Тарасов Ю.В. Физическая модель высокотемпературного изнашивания фрикционных материалов автомобилей и тракторов// Автомобиле- и тракторостроение. – Харьков: Вестник НТУ “ХПИ”. – 2004 № 16. – С. 77-80. Здобувачем запропоновано фізичну модель високотемпературного зношування фрикційних матеріалів автомобілів.

4. Подригало М.А., Тарасов Ю.В. Распределение тормозных сил между осями автомобиля с учетом вращающихся масс трансмиссии // Автомобиле-и тракторостроение. – Харьков: Вестник НТУ “ХПИ”. – 2005. № 10. – С. 102-106. Здобувачем визначено вплив обертових мас трансмісії на енергонавантаженість гальмових механізмів автомобіля.

5. Подригало М.А., Тарасов Ю.В. Моделирование динамики изменения тормозных сил на колесах автомобиля// Автомобильный транспорт. – Харьков: ХНАДУ. – 2005. – № 16. – С.162–165. Здобувачем запропоновано залежності моделювання динаміки зміни гальмових сил на колесах автомобіля.

6. Подригало М.А., Тарасов Ю.В. Определение общей тормозной силы автомобиля и коэффициента ее распределения на переднюю ось // Транспорт, экология - устойчивое развитие. – Варна: ТУ. – 2005. – № 9. – С. 368–374. Здобувачем запропоновано опис динаміки зміни коефіцієнта розподілу гальмових сил між осями в процесі службових гальмувань по експоненті.

7. Подригало М.А., Волков В.П., Тарасов Ю.В. Оценка курсовой устойчивости двухосных автомобилей при торможении со всеми заблокированными колесами// Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – Луганськ: СНУ імені В. Даля. – 2005. – № 6. – С. 43 – 46. Здобувач визначив вплив стабільності фрикційних властивостей гальмових механізмів на курсову стійкість

8. Подригало М.А., Тарасов Ю.В., Павленко В.Н. Оценка устойчивости легковых автомобилей против заноса в процессе служебных торможений// Автомобиле- и тракторостроение. – Харьков: Вестник НТУ “ХПИ”. – 2006 № 6. – С. 93-97. Здобувачем проведено моделювання процесу гальмування з урахуванням розподілу гальмових сил між осями автомобіля.

9. Подригало М.А., Волков В.П., Тарасов Ю.В., Павленко В.Н. Влияние нестабильности тормозных механизмов на распределение тормозных сил между осями легкового автомобиля // Транспортные системы Сибири – Красноярск: КГТУ. – 2005. – № 1 – С. 158 –160. Здобувачем проведено аналіз впливу стабільності характеристик фрикційних матеріалів на гальмові властивості автомобілів.

10. Тарасов Ю.В., Павленко В.Н. Влияние нагрева тормозных колодок на параметры торможения автомобиля// Механізація сільськогосподарського виробництва. – Харьков: ХГТУСХ. – 2005. – № 41. – С. 152 – 160. Здобувачем проведена оцінка зміни гальмових властивостей автомобіля при нагріванні гальмових колодок.

11. Подригало М.А., Тарасов Ю.В. Методика рационального выбора фрикционных пар передних и задних тормозов автомобилей по температурным характеристикам // Автомобильный транспорт. – Харьков: ХНАДУ. – 2004. – № 15. – С.13–17. Здобувачем розроблено методику вибору фрикційних пар тертя за критерієм функціональної стабільності коефіцієнта розподілу гальмових сил.

АНОТАЦІЯ

Тарасов Ю. В. Поліпшення експлуатаційних властивостей легкових автомобілів удосконалюванням методики вибору гальмових колодок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.22.20 - експлуатація та ремонт засобів транспорту. - Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2007.

Дисертація присвячена питанням поліпшення активної безпеки легкового автомобіля за рахунок удосконалювання методики вибору фрикційних пар у процесі експлуатації, а саме впливу низької фрикційної теплостійкості гальмових механізмів на курсову стійкість автомобіля.

Визначено, що бортовий перерозподіл ваги дає ефект нульового прискорення при будь-якому первісному кутовому відхиленні, крім того, модель показує важливість стабільності гальмових механізмів, тому що одночасне блокування всіх коліс є гарантією відсутності розвитку замету.

Розроблено методику підбору в процесі експлуатації сполучення фрикційних пар на передній і задній осях, на прикладі легкового автомобіля другого класу. Методика може бути використана при проектуванні гальмових механізмів автомобілів, при проведенні сертифікації гальмових колодок і гальмових дисків (барабанів). Отримані результати використовуються відділом НДР інституту машин і систем Мінпромполітики і НАН України при модернізації конструктивних елементів гальмівної системи автомобілів, що перебувають в експлуатації, з метою підвищення їхніх техніко-експлуатаційних характеристик; Харківським НДІ судової експертизи імені Бокаріуса при аналізі причин виникнення ДТП.

Ключові слова: ефективність гальмування, фрикційна теплостійкість, енергонавантаженість гальм, стабільність гальмових властивостей.

АННОТАЦИЯ

Тарасов Ю. В. Улучшение эксплуатационных свойств легковых автомобилей совершенствованием методики выбора тормозных колодок. - 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, 2007.

Диссертация посвящена вопросам улучшения активной безопасности легкового автомобиля за счет совершенствования методики выбора фрикционных пар в процессе эксплуатации.

В ходе проведения исследования предложено описание динамики изменения тормозных сил на отдельных колесах при помощи экспонентной модели. Дело в том, что, действительно, при описании динамики торможения, тормозная диаграмма представляется ломанной линией, хотя на самом деле она ближе к экспоненте. Так как представление ломанной линии требует дополнительных условий, для того, чтобы облегчить моделирование, мы описали изменения тормозных сил в процессе служебных торможений по экспоненте. Описание динамики изменения коэффициента распределения тормозных сил между осями при помощи экспоненты позволяет осуществить анализ влияния низкой фрикционной теплостойкости тормозных механизмов на курсовую стойкость автомобиля, который важен при разработке методики выбора фрикционных пар (тормозных колодок и контртел) передних и задних тормозных механизмов.

Определено, что бортовое перераспределение веса дает эффект нулевого ускорения при любом первоначальном угловом отклонении, кроме того, модель показывает важность стабильности тормозных механизмов, так как одновременное блокирование всех колес является гарантией отсутствия развития заноса.

В ходе дорожных и стендовых испытаний легкового автомобиля с различными сочетаниями тормозных колодок на задней и передней осях была выявлена угроза для безопасности дорожного движения, так как реальное распределение тормозных сил =0,591 между осями не отвечает заданному значению =0,683 и возможно возникновение заноса при служебном торможении.

Для автомобилей и автопоездов необходимо обеспечить не только высокие тормозные свойства, но и равномерное распределение тормозных сил по осям автопоезда. Если на передней оси автомобиля или на автопоезде будут установлены тормозные накладки с существенно низкой стабильностью свойств, а на задней оси или прицепе будут установлены с существенно высокими свойствами, то это может привести к перераспределению тормозных сил между осями. Неравномерное распределение тормозных сил между осями автомобиля приводит к различной энерго- и теплонагруженности тормозов передней и задней осей. Нагрев до различных температур поверхностей фрикционных пар передних и задних тормозных механизмов приводит к изменению тормозных моментов и перераспределению тормозных сил между осями и отдельными колесами автомобилей. Если произойдет явление, описанное выше, колеса задней оси заблокируются первыми, что неминуемо приведет к заносу, а возможно и к ДТП.

Ввели показатель стабильности (мм2/кг), который равняется отношению среднего замедления при одном торможении к среднему давлению в приводе. Это оценочный показатель, по которому мы смогли построить относительную шкалу, где темной линией показана допустимая граница снижения коэффициента стабильности, а также показано, как колеблется этот показатель в зависимости от сочетаний тормозных колодок при разном торможении.

Разработанная методика выбора в процессе эксплуатации сочетаний на передней и задней осях фрикционных пар, которые получены от настоящих производителей, на примере легкового автомобиля второго класса. Методика может быть использована при проектировании тормозных механизмов автомобилей, при проведении сертификации тормозных колодок и тормозных дисков (барабанов). Полученные результаты используются отделом НИР института машин и систем Минпромполитики и НАН Украины при модернизации конструктивных элементов тормозной системы автомобилей, которые находятся в эксплуатации, с целью повышения их технико-эксплуатационных характеристик; Харьковским НИИ судебной экспертизы имени Бокариуса при анализе причин возникновения ДТП.

Ключевые слова: эффективность торможения, фрикционная теплостойкость, энергонагруженность тормозов, стабильность тормозных свойств.

ABSTRACT

Tarasov Y. V. The improvement of working character istics of motor-cars by the improvement of the brake block choice method.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of technical sciences specialization 05.22.20 - operation and repair of vehicles. Kharkov National Automobile and Highway University, Кharkov, 2007.

The thesis is dedicated to matters concerning the improvement of active safety of vehicles at the expense of the improvement of friction pair choice method in the process of operation.

It has been determined in the given work that on-board redistribution of the weight produces the effect of the zero speedup under any initial corner deflection, besides, the model evidences the importance of brake mechanisms stability, since simultaneous locking of all the wheels is a warranty of absence of the snowdrift development.

The method of the choice in the process of operation of the combinations on front and back axises of friction pairs, which are delivered by real producers, by the example of second-class vehicles has been developed. The given method can be used when designing brake mechanism for vehicles, when carrying out the ratification of brake blocks and brake drums. The obtained results are used by SDW department of Machine Institute and Minprompolicy systems and NAS of Ukraine at modernizations of constructive element of brake system of vehicles, which are in the operation