авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Трибоспектральная идентификация и прогнозирование критического состояния подсистемы тормозной диск – колодка автомобиля

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Харламов Павел Викторович

ТРИБОСПЕКТРАЛЬНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КРИТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДСИСТЕМЫ

«ТОРМОЗНОЙ ДИСК КОЛОДКА» АВТОМОБИЛЯ

Специальность: 05.02.04 – Трение и износ в машинах

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону

2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (РГУПС)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Шаповалов Владимир Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ахвердиев Камил Самедович,

кандидат технических наук, доцент

Кужаров Андрей Александрович

Ведущая организация – Южно-Российский государственный

технический университет (ЮРГТУ (НПИ))

г. Новочеркасск

Защита диссертации состоится «25» декабря 2009 г. в 13 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 218.010.02 Ростовского государственного университета путей сообщения по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, РГУПС, в конференц-зале.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан «24» ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор И.М. Елманов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Современное развитие автомобилестроения сопровождается непрерывным увеличением скоростей движения и грузоподъемностей автотранспортных средств (АТС), что приводит к установке разнообразных систем для управления транспортным средством в различных режимах движения. В частности, для уменьшения тормозного пути автомобиля необходимо обеспечить замедление колеса с оптимальным проскальзыванием, что позволяет сохранить устойчивость и управляемость автомобиля.

Наиболее распространенным решением данного вопроса является оснащение автотранспортного средства антиблокировочной системой (АБС), которая непрерывно сравнивает соответствие средней угловой скорости вращения колес и частоты вращения привода отдельного колеса. При блокировании тормозного диска (барабана) гидроагрегат АБС снижает давление в магистрали, понижая вероятность юза колеса.

Основными недостатками системы АБС являются: недостаточно высокая оперативность реагирования, обусловленная отсутствием надежных и простых средств определения скорости автомобиля, не связанных с изменением частоты вращения колес, и отсутствие учета процессов, протекающих на фрикционном контакте тормозного механизма.

Решению второй проблемы посвящена данная работа. Учитывая, что согласно статистическим данным около 12 % дорожно-транспортных происшествий происходят по причинам, связанным с тормозными системами (отказ тормозной системы, потеря устойчивости или управляемости автомобиля вследствие блокирования колес и т.д.), вопрос разработки способа мониторинга процессов, протекающих на фрикционном контакте тормозного механизма, является актуальным.

Цель работы.

Целью работы является повышение уровня активной безопасности автомобиля за счет снижения величины тормозного пути АТС путем разработки способа мониторинга процессов, протекающих на фрикционном контакте тормозного механизма.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

  1. Разработать метод идентификации процессов трения для прогнозирования критического состояния фрикционного контакта «тормозной диск – тормозная колодка».
  2. Установить информационные каналы и идентификационные параметры состояния фрикционного контакта, позволяющие осуществлять мониторинг процессов трения, протекающих на контакте «тормозной диск – тормозная колодка».
  3. Установить критерии идентичности процессов трения, протекающих в системе «тормозной диск – тормозная колодка» в натурных и модельных условиях.
  4. Сформировать базу трибоспектральных параметров, характеризующих критическое состояние фрикционного контакта «тормозной диск – тормозная колодка» в различных условиях для составления интегральной характеристики срабатывания АБС.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложены критерии, позволяющие обеспечить идентичность протекания трибологических процессов в натурном и модельном фрикционных контактах тормозного механизма.

2. Установлены информационные каналы, позволяющие с высокой степенью вероятности прогнозировать процессы, протекающие на фрикционном контакте тормозного механизма.

3. Разработана методика использования амплитудо-фазо-частотных характеристик в качестве идентификационных параметров для определения критического состояния фрикционного контакта тормозного механизма при блокировании колеса, учитывающая влияние диссипативных связей.

4. На базе методов физико-математического моделирования и трибоспектральной идентификации разработана методика определения устойчивости системы «тормозной диск – тормозная колодка».

Практическая ценность.

Разработан способ динамического мониторинга состояния фрикционного контакта тормозного механизма, позволяющий существенно улучшить точность срабатывания антиблокировочной системы автомобиля, что обеспечит снижение величины тормозного пути АТС и тепловой напряженности деталей тормозного механизма.

Результаты работы внедрены в учебный процесс РГУПС для студентов по специальности 19.06.01 – «Автомобили и автомобильное хозяйство» и ЮРГУЭС: 19.06.01 – «Автомобили и автомобильное хозяйство», 19.06.03 – «Сервис транспортных технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)», 19.07.02 – «Организация безопасности движения».

Результаты диссертационной работы внедрены в виде методических рекомендаций по исследованию трибологических процессов, протекающих на фрикционном контакте диско-колодочного тормоза, на малом предприятии ООО «Таурус» г. Шахты Ростовской обл., ведущем научные исследования и разработки в области повышения активной безопасности автотранспортных средств.

Апробация работы. Основные результаты работы представлены и одобрены на научно-практических конференциях: «Транспорт-2007», Ростов-на-Дону, 2007 г.; «Транспорт-2008», Ростов-на-Дону, 2008 г.; «Транспорт-2009», Ростов-на-Дону, 2009 г.; «Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство», Ростов-на-Дону, 2009 г. В полном объеме материалы работы были представлены на научно-методическом семинаре им. М.Д. Кислика кафедры «Транспортные машины и триботехника» (РГУПС 2008 и 2009 гг.), а также на научных семинарах кафедры «Техническая эксплуатация автомобилей» (ЮРГУЭС, 2008 и 2009 гг.).

Публикации. По результатам исследований, проведенных в диссертационной работе, опубликовано 13 научных работ и получен патент РФ № 2006121024/28 (022825) от 24.04.2008 МКП G 01 N 3/56 «Способ испытаний узлов трения».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 164 страницах, списка литературы и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность решаемой задачи и приводится краткое содержание основных разделов диссертации.

В первой главе на основании работ М.

А. Бабичева, В.А. Белого, Н.А. Буше, Д.Н. Гаркунова, И.В. Крагельского, Б.И. Костецкого, А.В. Чичинадзе, М.М. Хрущева и других описаны процессы, происходящие на фрикционном контакте тормозного механизма. При рассмотрении процесса торможения автомобиля или одиночного колеса обычно вводят допущение, что величина тормозного момента изменяется по линейному закону и коэффициент трения фрикционной пары тормозного механизма постоянен. Используя эти допущения параметром, определяющим проскальзывания колеса, считают коэффициент сцепления в контакте колеса автомобиля с поверхностью дороги. Однако составляющим звеном любого тормозного механизма является фрикционный узел, изменение параметров которого системой не учитывается. В данной работе указанная задача решается путем разработки способа мониторинга фрикционного контакта дискоколодочного тормоза, который позволит обеспечить прогнозирование и предотвращение блокирования колеса, следовательно, сокращение тормозного пути.

Одним из наиболее распространенных решений задачи повышения устойчивости и управляемости автомобиля при торможении является его оснащение автоматической системой управления качением колеса на основе информации о его динамике – антиблокировочной системой (АБС). Работа АБС направлена не только на предотвращение блокирования колеса, но и на оптимизацию сцепления колеса с опорной поверхностью во время торможения. Оборудование автомобилей такими системами позволяет решить ряд проблем: смягчить ограничение скорости движения по соображениям безопасности; предотвратить складывание автопоезда, способствуя при этом увеличению грузоподъемности и числа звеньев; уменьшить вероятность ДТП и, соответственно, снизить ущерб, в том числе и от потери грузов и от травматизма.

Над проблемой создания АБС в России на протяжении многих лет работает целый ряд организаций и вузов, в том числе ЗИЛ, КамАЗ, НАМИ, НИИАЭ, МАМИ, МАДИ, СИБАДИ, ВолгГТУ и др.

Результаты этих работ отражены в публикациях таких исследователей как: В.В. Иваненко, В.И. Иларионов, Г.М. Косолапов, Н.Г. Мальцев, Б.И. Морозов, Я.Н. Нефядьев, Э.Н. Никульников, А.И. Попов, Н.К. Пчелин, А.А. Ревин, В.И. Сальников, Д.А. Соцков, А.К. Фрумкин, А.А. Юрчевский и д.р. Активно работают над созданием электронных АБС и зарубежные фирмы, лидирующие позиции по разработкам АБС среди них занимают компании Bosch и Wabco.

Итогом раздела является постановка задачи исследования.

Во второй главе представлена методика физико-математического моделирования системы «тормозной диск – колодка». Построение физико-математической модели осуществлялось с учетом накопленного опыта моделирования процессов трения и изнашивания, работ Э.Д Брауна, Ю.А Евдокимова, А.В. Чичинадзе.

Наиболее точным и эффективным способом проверки проектных решений, оптимизации, прогнозирования выходных трибохарактеристик фрикционных механических систем (ФМС) на стадии их проектирования, стендовых и лабораторных исследований, при макетных и доводочных испытаниях, является метод физико-математического моделирования. При этом механическую систему, как правило, считают линейной, реализуют ее в виде эквивалентной модельной механической системы с учетом фрикционного узла.

На сегодняшний день не существует методики, которая бы единым образом позволяла получать оптимальные решения, приемлемые для фрикционных муфт, тормозов, контакта колеса с рельсом и других фрикционных подсистем, являющихся составными частями единой фрикционной механической системы. В данной работе на базе фундаментальных исследований в области трибологии, динамики, физики твердого тела д.т.н., проф. В.Л Заковоротным и д.т.н., проф. В.В Шаповаловым разработаны теоретические основы создания физико-математической модели фрикционной системы и анализа ее амплитудно-фазочастотных характеристик. Полученные методики учитывают и используют для решения оптимизационных задач нелинейную взаимосвязь динамических процессов в механической подсистеме и на фрикционном контакте, при обеспечении адекватности процессов трения и изнашивания, протекающих на натурном и модельном фрикционных контактах. При этом процессы трения представляются в виде комплексных функций отражающих их упруго-диссипативную природу.

При выполнении исследований учтено, что константы подобия масс (моментов инерции) и жесткости системы равны друг другу. При этом модельный эксперимент должен проводиться в реальном масштабе времени. Проводя исследования ФМС на физических моделях, необходимо обеспечить их изготовление из тех же материалов, из которых изготовлены оригиналы. В связи с этим, время релаксации связей механической системы в реальных и модельных условиях равны, что обеспечивает равенство единице константы подобия времени.

Если моделировать фрикционный контакт на уровне микронеровностей путем принудительного изменения шероховатости в соответствии с масштабом линейных размеров Cl, при постоянстве параметров контактного давления и скорости проскальзывания для модели и реальной пары сцепления, то изменится и величина сближения. Подобная практика моделирования, с учетом принятых условий (после завершения процесса приработки и выхода на установившийся режим), приведет к реализации равновесной шероховатости на поверхностях моделей фрикционного контакта, соответствующую равновесной шероховатости поверхности трения натурного узла.

Свойства фрикционного контакта «тормозной диск – колодка» в значительной степени зависят от физико-механических характеристик контактирующих материалов. В свою очередь данные характеристики определяются величиной теплового потока, проходящего через контакт. Сечение этого контакта определяется фактической площадью касания и величиной теплового потока, определяемого мощностью трения. Для обеспечения идентичных процессов трения и изнашивания, а соответственно и выходных трибохарактеристик (величины и стабильности коэффициента трения f, интенсивности изнашивания) в приповерхностных слоях контактирующих тел необходимо обеспечить равенство объемных температур, их градиентов и динамики их изменения при реализации процессов трения в модельных и натурных условиях.

Выполнение вышеназванных условий проведения экспериментальных исследований фрикционного контакта обеспечено путем соблюдения выведенных в работе критериев подобия:

  1. Критерий идентичности реализации тормозного усилия . Этот критерий, характеризующий постоянную величину тормозного усилия, получается путем умножения критерия номинальной площади фрикционного контакта на критерий сопротивления пленок загрязнений срезу и деленному на критерии скорости нарастания нагрузки и коэффициента взаимного перекрытия с последующей подстановкой :

, (1)

где V – линейная скорость вращения тормозного диска; L – путь трения; t – время торможения; S – номинальная площадь тормозного диска; КВЗ – коэффициент взаимного перекрытия; - коэффициент сопротивления пленок загрязнений срезу; VN – скорость нарастания нагрузки.

  1. Если критерий тормозного пути трения разделить на произведение критериев площади пятна контакта шины , давления воздуха в шине и времени торможения с последующей подстановкой получим критерий идентичности тормозного пути ,

, (2)

где N – нормальная нагрузка на колесо; V – линейная скорость автомобиля; Sш – площадь пятна контакта шины с опорной поверхностью; Р – давление воздуха в шине.

  1. Критерий идентичности охлаждения тормозного механизма . Данный критерий получим путем умножения критерия температуры тормозного диска на критерий площади тормозного диска, обдуваемого воздушным потоком :

, (3)

где – коэффициент теплоотдачи поверхностей трения; N – нормальная нагрузка на тормозную колодку; Vск – скорость скольжения; S’ – площадь тормозного диска, обдуваемого воздушным потоком.

Таким образом:

  • предварительные исследования трибологических свойств пар трения возможно приводить на стандартных машинах трения при соблюдении масштабных коэффициентов основных факторов, определяющих такие свойства трибоузла как: физико-механические, нагрузочно-скоростные, тепловые, микро- и макро-геометрические, взаимного перекрытия и т.п. Выполненные преобразования позволяют определить масштабные коэффициенты перехода от объекта исследования к модельному эксперименту, выполнить стендовые испытания и перенести результаты испытаний на объект исследования;
  • процесс физического моделирования заключается в обеспечении равенства физико-механических свойств контактирующих материалов, объемных температур и их градиентов, равновесных шероховатостей, видов износа и его интенсивности, коэффициентов трения и их стабильности для натурных и модельных испытаний.

В третьей главе с целью осуществления поиска информационных каналов для мониторинга процессов, протекающих на фрикционном контакте, и прогнозирования его состояния, применен метод трибоспектральной идентификации.

Теоретические основы трибоспектальной идентификации, разработанные д.т.н., проф. В.Л Заковоротным и д.т.н., проф. В.В Шаповаловым, были адаптированы для прогнозирования процессов, протекающих на фрикционном контакте тормозного механизма.

Используя положения теории автоматического регулирования можно записать выражения для спектров входного x(t) и выходного сигналов y(t):

(4)

где – частота, , – Фурье-образы сигналов.

Зная спектры входного и выходного сигналов, рассчитывается взаимный спектр выходного и входного сигналов Syx, представляющий собой произведение их спектральных функций.

Комплексный частотный коэффициент передачи ФМС определяется соотношением:

Для ФМС комплексный частотный коэффициент передачи соответствует значениям комплексного коэффициента трения:

, (6)

где A() – модуль комплексного коэффициента передачи (амплитудно-частотная характеристика – АЧХ показывает, как пропускает исследуемый фрикционный узел трения сигнал различной частоты), ;

() – фаза вектора комплексного коэффициента передачи (фазочастотная характеристика – ФЧХ показывает фазовые сдвиги, вносимые ФК на различных частотах), ;

P() – действительная частотная характеристика, зависимость действительной части комплексного коэффициента передачи от частоты ;

Q() – мнимая частотная характеристика, характеризирующая диссипативные свойства ФМС .

Интегральная оценка энергии диссипативной составляющей комплексного коэффициента передачи (функции диссипации) определяется выражением:

, (7)



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.