CC BY
32
УДК 518.1.001+681.326.32:64
ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРОНАГРУЖЕННОСТИ КОЛЕСА С ШИРОКОПРОФИЛЬНОЙ ШИНОЙ
© 2012 г. П.В. Харламов , С.Л. Горин
Ростовский государственный университет путей Rostov State Transport
сообщения University
**Южно-Российский государственный "South-Russian State University
университет экономики и сервиса, г. Шахты of the Economy and Service, Shahty
Представлена методика снижения вибронагруженности колеса автомобиля с широкопрофильной шиной путем оптимизации размещения шины относительно колесного диска, что позволяет снизить массы уравновешивающих грузиков при выполнении балансировки автомобильного колеса. Достоверность разработанной методики подтверждается результатами эксперимента.
Ключевые слова: автомобильное колесо; дисбаланс; уравновешивание; автомобильная шина; уравновешивающий груз.
The drop technique vibration wheel with the wide-profile tyre by optimization of seating of the tire concerning a wheel disk that allows to lower weights counterbalancing cargo at performance of balancing of an automobile wheel is presented. Reliability of the developed technique proves to be true results of experiment.
Keywords: an automobile wheel; an unbalance; an equilibration; an automobile tire; counterbalancing cargo.
Современное развитие автомобилестроения сопровождается непрерывным увеличением скоростей движения и грузоподъемностей автотранспортных средств (АТС), что приводит к повышению требований обеспечения безопасности движения и эксплуатации. Первое условие обеспечивается за счет установки на автотранспортные средства различных систем активной безопасности, которые, используя информацию о динамике процессов, протекающих в узлах и агрегатах автомобиля, предотвращают развитие критических ситуаций [1]. Несмотря на большое разнообразие существующих конструкций машин, динамические качества любой машины могут быть исследованы по методике, базирующейся на законах теоретической механики и теории колебаний. Учитывая, что транспортное средство является механической колебательной системой, снижение амплитуд колебаний позволит повысить эксплуатационную надежность как конкретных механизмов, так и транспортного средства в целом.
Дисбаланс колес относится к неисправностям, которые напрямую влияют на безопасность и комфортность езды. С точки зрения физики, дисбаланс колеса -это неравномерное распределение его массы относительно оси и/или центральной плоскости вращения, что приводит к возникновению спектра колебаний, влияющих на состояние подвески автомобиля, подшипников ступицы колеса, тормозные механизмы, рулевое управление.
Самое большое влияние на суммарную величину дисбаланса колесного узла оказывает шина, так как она наиболее удалена от центра вращения и имеет значительную массу. При высоких скоростях движения дисбаланс может стать причиной больших динамических нагрузок, вызывающих преждевременный
износ и поломки деталей. В процессе эксплуатации дисбаланс может сильно возрасти вследствие неравномерного износа шин, ремонтных воздействий, повреждения и биения колес.
К основным факторам, влияющим на дисбаланс и биение покрышки, относят: стыковку протектора, неравномерность протектора по толщине (допуск ±0,76 мм), стыковку корда в слое и слоев в каркасе и брекере, концентричное расположение бортовых колец, непостоянство угла наклона нитей корда, точность изготовления пресс-формы, неодинаковость радиальной жесткости шины по окружности, разную толщину боковин шины и т. п. Повышение требований к точности изготовления шин, строгий контроль за технологическими операциями и поступающими материалами позволяет снизить величину дисбаланса, улучшить качество шин, уменьшить расход материалов [2].
Существующие методы балансировки предусматривают балансировку колес легковых автомобилей согласно ГОСТ 4754-97, который предусматривает ограничения дисбалансных масс в плоскостях коррекции. Анализ статистики показал, что 25 % колес не удовлетворяют этим требованиям, в частности колеса, восстановленные после каких-либо видов повреждений (правка обода диска колеса, вулканизация бокового пореза шины колеса и т.д.), необходимо выбраковывать. Прибор для определения оптимального положения шины относительно диска колеса позволяет на базе математической модели процесса оптимизации шины относительно диска колеса в условиях динамической балансировки колес проводить «оптимизацию» колес легковых автомобилей [3, 4].
В настоящее время колеса, оснащённые широкопрофильными шинами, массово используются в лег-
ковом транспорте. Обслуживание широкопрофильных шин требует применения специализированного шиномонтажного оборудования, которое не всегда имеется в шиномонтажных мастерских. Далее приводятся результаты исследования динамической балансировки колёс, оснащённых широкопрофильными шинами.
Задача исследования - установить зависимость изменения дисбалансных масс в зависимости от угла поворота шины относительно диска колеса с широкопрофильной шиной, являющейся популярной среди владельцев автотранспортных средств [2, 3].
Для проведения исследования применялся метод динамической балансировки колеса с оптимизацией положения шины относительно колесного диска.
Метод в целом включает в себя технологию с использованием вычислительного прибора и проводится на базе средств для динамической балансировки колес легковых автомобилей. Основная операция в предложенном методе, вводимая дополнительно при динамической балансировке колес легковых автомобилей, -«оптимизация» положения шины относительно диска колеса. Проведения дополнительной операции позволяет повысить качество выполнения балансировки автомобильного колеса за счет снижения массы балансировочных грузов [2]. Без проведения данной операции балансировочный станок не в полной мере использует свои возможности, так как качество балансировки автомобильных колес зависит от конкретного колеса, параметры дисбаланса которого можно изменять поворотом шины относительно диска колеса.
Дополнительным оборудованием, необходимым для реализации предлагаемого метода, является:
- вычислительный прибор [3];
- прибор для вычисления углов поворота шины относительно диска для определения мест крепления грузиков.
Технология динамической балансировки с операцией «оптимизация» заключается в следующем:
- проводим общую метку на диске и шине, накачиваем до рабочего давления, устанавливаем на балансировочный станок и проводим первичную балансировку;
- снимаются показания остаточного дисбаланса:
ОТкЪ УкЪ mк2, Ук2. (1)
Показания масс mк1, mк2 считываются с цифрового дисплея, на колесе отмечаются места установки балансировочных грузиков;
- колесо снимаем со станка и измеряем углы ук1, ук2 от общей метки на диске и шине до меток установки балансирующих грузиков (измерение проводим против часовой стрелки);
- колесо частично разбираем и шину поворачиваем против часовой стрелки на пробный угол у (у = 90°), далее колесо в сборе устанавливается на
балансировочный станок и считывается информация:
* * * *
mкl, mK2 , Тк1, Тк2 . (2)
Информации (1), (2) и угол у = 90° вводятся в вычислительный прибор, который выдает следующие параметры:
- сторона шины р = 1, 2 - соответственно, наружная и внутренняя сторона шины относительно балансировочного стенда;
- величина угла поворота шины до оптимального места расположения балансировочного грузика;
- словами указывается направление вращения шины (по часовой стрелке или против).
При выполнении указанной методики были получены результаты:
1. Исследуемое колесо FIREHAWK 700 195/60 R14.
Изменение корректирующей массы mк1 и mк2 груза в плоскости коррекции колеса показано на рис. 1. 120т 100
60 40 20
1\
А t Y |./ Г\ } \, Л, А
\1
60 120 180 240 Угол, град а
300
360
140
и 120
§100 й
S 80
60
N А Л -г-' Л У
V •V \ f \ 1 V/ А V
0
60
240
300 360
120 180 Угол, град б
Рис. 1. Изменение корректирующей массы mк1 и mк2 груза в плоскости коррекции колеса: а - для mк1 с внутренней стороны колеса; б - для mк1 с наружной стороны колеса
2. Исследуемое колесо ЮЮ SNOWPROX S 940 215/ 65 R15.
Изменение корректирующей массы mк1 и mк2 груза в плоскости коррекции колеса представлено на рис. 2. 40 Т
120 180 240 Угол, град
а
360
120 180 Угол, град б
Рис. 2. Изменение корректирующей массы mк1 и mк1 груза в плоскости коррекции колеса: а - для mк1 с внутренней стороны колеса; б - для mк1 с наружной стороны колеса
0
3. Исследуемое колесо NOKIAN HAKKAPELITTA NRW 225/55 R16.
Изменение корректирующей массы mKl и mK2 груза в плоскости коррекции колеса показано на рис. 3.
N.
V
\
0 60 120 180 240 300 360 Угол, град а
Угол, град б
Рис. 3. Изменение корректирующей массы mк1 и mк2 груза в плоскости коррекции колеса: а - для mк1 с внутренней стороны колеса; б - для mк2 с наружной стороны колеса
Анализ всех зависимостей показывает, что изменение корректирующих масс груза в обеих плоскостях коррекции имеет непрямолинейную зависимость. Причиной такой непрямолинейности является конструктивный и технологический дисбаланс. Технологический дисбаланс возникает в результате неточности
Поступила в редакцию
изготовления изделия, т. е. отклонения размеров, неоднородности материалов и неточности геометрической формы, возникающих при заданном технологическом процессе. Большое влияние оказывает то, что все колеса имеют усталостные разрушения дисков, диск второго колеса был восстановлен сваркой, незначительные деформации дисков, коррозионные разрушении. Так же на непрямолинейность зависимостей оказывает влияние техническое состояние шин, которые имеют равномерный износ в процессе эксплуатации и восстанавливаемые повреждения (порезы, которые при восстановлении могут удовлетворять критериям ремонтопригодности колес) [5].
Литература
1. Шаповалов В.В., Озябкин А.Л., Харламов П.В. Применение методов физико-математического моделирования и трибоспектральной идентификации для мониторинга фрикционных механических систем // «Вестн. машиностроения. М., 2009. № 5. С. 49 - 57.
2. Работа автомобильной шины / В.И. Кнороз [и др.] М., 1976. 238 с.
3. Горин С.Л., Харламов П.В. Метод снижения вибронагру-женности колеса легкового автомобиля // Вестн. Ростовского государственного университета путей сообщения: науч.-техн. журн. Ростов н/Д., 2011. № 1. С. 12 - 17.
4. Горин С.Л., Сапронов Ю.Г., Фетисов В.Г. Математическое моделирование технологических процессов в автомобильном сервисе (монография). Шахты, 2009, 136 с.
5. ГОСТ 4754-97. Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легковых грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости. Технические условия.
31 октября 2011 г.
Горин Станислав Леонидович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Техническая эксплуатация автомобилей», Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. Тел. 8-918-513-11-68. E-mail: [email protected]
Харламов Павел Викторович - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Транспортные машины и триботехника», Ростовский государственный университет путей сообщения. Тел. 8-928-774-57-85. E-mail: [email protected]
Gorin Stanislav Leonidovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «The Technical Operation of Cars», South-Russian State University of the Economy and Service. Ph. 8-918-513-11-68. E-mail: [email protected]
Kharlamov Pavel Viktorovich - Candidate of Technical Sciences, assistant professor, department «Transport machines and tribotechnique», Rostov State Transport University. Ph. 8-928-774-57-85. E-mail: [email protected]
