Определение неисправностей гидравлических амортизаторов при стендовых испытаниях

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 629. 113
А. В. Поздеев1, А. В. Похлебин1, К. В. Чернышов1, Ю. М. Мухидинов2, Ш. М. Мухучев2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ АМОРТИЗАТОРОВ ПРИ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ
волгоградский государственный технический университет 2Махачкалинский филиал Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ)
(1pozdeev. vstu@gmail. com- 1chemykv@ramЫer. m- 2myrtuz. madi@list. ru- 2tamerlan68@rambler. ru
Статья посвящена стендовым испытаниям гидравлических амортизаторов и анализу их результатов, которые являются важными элементами активной безопасности автотранспортных средств. Методы испытаний амортизаторов непрерывно совершенствуются. Технические требования, методы испытаний и правила приемки гидравлических амортизаторов регламентируются стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 53 816−2010. Однако существующие методы стендовых испытаний не позволяют выявить все неисправности амортизаторов при их экспертизе вследствие ограниченных функциональных возможностей используемых стендов. Значительно более широкими функциональными возможностями обладает созданный в ВолгГТУ совместно с компаниями BISS-ITW (Индия) и ООО «Испытательные стенды» (Россия) стенд, представляющий собой научно-испытательный сервогидравлический комплекс для исследования различных узлов подвески транспортных средств, который позволяет реализовать стендовые испытания по разработанной программе. Проведены испытания амортизаторов по разработанной программе и их анализ, который позволил выявить неисправности, проявляющиеся только на некоторых режимах испытаний, и определить причины их возникновения.
Ключевые слова: гидравлический амортизатор, стендовые испытания, неисправность, испытательный стенд, гидропульсатор, программа испытаний, режим нагружения.
© Поздеев А. В., Похлебин А. В., Чернышов К. В., Мухидинов Ю. М., Мухучев Ш. М., 2015
The article is devoted to rig testing of hydraulic shock absorbers and the analysis of their results, which are important elements of active safety of the vehicle. However, even high-quality shock absorbers from leading manufacturers in the operation process are wear and their performance parameters are reduced. Therefore, these shocks need time to identify and replace. In this regard, methods of shock absorbers testing are continuously improved. Technical requirement, test methods and acceptance criteria of hydraulic shock absorbers are regulated by the standard of Russian Federation GOST R 53 816−2010. However, existing methods of rig testing do not reveal all the faults of absorbers with their expertise, due to the limited functionality of the existing stands. At the Volgograd State Technical University jointly with BISS-ITW (India) and & quot-Test benches& quot- (Russia) a test rig established which has much more functionality. It is representing a scientific and servo-hydraulic test system for studying the various components of the vehicle suspension. Test rig allows implementing the rig testing according to the developed program. Tests of shock absorbers according to the developed program and its analysis were conducted. Analysis allowed to identify their malfunctions, which are only visible on certain test modes, and to determine the reasons of their occurrence.
Keywords: hydraulic shock absorber, rig testing, malfunction, test rig, hydropulser, test program, loading mode.
В настоящее время на современных отечественных и зарубежных автомобилях для гашения колебаний колес и кузова исключительное применение получили гидравлические амортизаторы. Исправные амортизаторы обеспечивают стабильность контакта протектора шин с дорожным покрытием, от которого зависят устойчивость и управляемость автомобиля, а также величина тормозного пути при экстренном торможении. Таким образом, амортизаторы являются важными элементами активной безопасности автомобиля. Однако даже высококачественные амортизаторы ведущих производителей в процессе эксплуатации изнашиваются, а их характеристики ухудшаются, что приводит к снижению активной безопасности автомобилей.
В монографии А. Д. Дербаремдикера [1] показано, что износ амортизатора, при котором сила сопротивления на ходах сжатия или отбоя за цикл колебаний уменьшается на 25%, является критическим порогом его ресурса. В стандарте Российской Федерации ГОСТ Р 53 816−2010 [2], посвященном, в частности, методам испытаний гидравлических телескопических амортизаторов, отмечено, что рабочие диаграммы новых амортизаторов должны соответствовать значениям, приведенным в конструкторской документации. При максимальных скоростях поршня от 0,25 до 0,52 м/с отклонения сил сопротивления амортизаторов от средних значений должны находиться в пределах ± 15% при отбое и ± 20% при сжатии. При максимальных скоростях поршня от 0,08 до 0,20 м/с предельные отклонения сил сопротивления амортизаторов от их средних значений должны находиться в пределах ± 30% при отбое и ± 50% при сжатии. Долговечность эксплуатируемых амортизаторов, устанавливаемых на автомобили, определяют по снижению их сил сопротивлений до предельно допускаемого уровня, равного 75% номинальной силы сопротивления амортизатора, как при отбое, таки при сжатии. При этом ресурс уже испытуемого амортизатора должен быть не менее 50% ресурса до первого капитального ремонта автомобиля.
Теоретическими исследованиями авторов статьи [3] показано, что при движении автомобиля с амортизаторами, достигшими порога ресурса по неровной дороге, колеса начинают отрываться от ее поверхности, причем тем больше, чем больше скорость движения, что ухудшает управляемость, устойчивость, тормозные свойства и безопасность автомобиля. Поэтому необходимо вовремя выявлять и заменять неисправные амортизаторы. В связи с этим непрерывно совершенствуются методы испытаний амортизаторов [1, 4−9], и проводятся исследования по выявлению закономерностей изменения их технического состояния и влиянию технического состояния амортизаторов на эксплуатационные свойства автомобиля [3, 10, 11].
Технические требования и методы испытаний, а также правила приемки гидравлических амортизаторов регламентируются стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 53 816−2010 [2]. При испытаниях амортизаторов определяют их герметичность, усилие сдвига штока, плавность перемещения подвижных деталей, шумность работы. На стенде записывают рабочие диаграммы, которые затем анализируют. Проверку новых амортизаторов проводят методом сплошного или выборочного контроля по ГОСТ Р ИСО 2859−1-2007. Результаты испытаний оформляют протоколом. В ГОСТ Р 53 816−2010 определены требования к испытательным стендам и измерительной аппаратуре. Однако существующие методы стендовых испытаний не позволяют выявить все неисправности амортизаторов при их экспертизе вследствие ограниченных функциональных возможностей используемых стендов. Значительно более широкими функциональными возможностями обладает созданный на кафедре «Автоматические установки» ВолгГТУ совместно с компаниями BISS-ITW (Индия) и ООО «Испытательные стенды» (Россия) стенд (рис. 1), представляющий собой научно-
испытательный серво-гидравлический комплекс для исследования различных механических систем, в том числе узлов подвески транспортных средств.
Рис. 1. Пространственная модель и общий вид силовой части стенда: 1 — основание стенда- 2 — гидропульсатор- 3 — направляющая стойка- 4 — подвижная в вертикальном направлении рама- 5 — груз- 6 — лебедка для подъема груза- 7 — испытуемый узел
Основными силовыми элементами стенда являются горизонтальное опорное основание 1, гидропульсатор 2, вертикальная направляющая стойка 3 с подвижной рамой 4 и грузом 5, имитирующими подрессоренную массу, и лебедка, снабженная муфтой сброса груза 6. В состав стенда также входят: насосная станция, блок сервогидроклапанов, блок электронного управления режимами работы стенда и записи параметров, регистрируемых соответствующими датчиками.
Основные параметры и диапазоны научно-испытательного сервогидравлического комплекса приведены в таблице.
Основные параметры стенда
Параметр Значение
Диапазон хода штока гидропульсатора 1,0 мкм — 0,5 м
Диапазон скоростей хода штока гидропульсатора 0,001−2,4 м/с
Диапазон частот колебаний штока гидропульсатора 0,0001−50 Гц и выше
Максимальное усилие гидропульсатора: — на ходе сжатия (при растяжении испытуемого элемента) — - на ходе растяжения (при сжатии испытуемого элемента) 50 кН 12 кН
Максимальный вертикальный размер испытуемого элемента 1,5 м
Основные режимы работы гидропульсатора: Гармонический треугольный прямоугольный случайный пользовательский
Диапазон подвижных грузов, имитирующих подрессоренную массу 0,2−2 т
Диапазон вертикального хода подвижного груза ± 0,25 м
Максимальное усилие лебедки 30 кН
Диапазон скоростей движения троса лебедки 0,01−0,1 м/с
Испытательный стенд имеет необходимые параметры точности, соответствующие ГОСТ [2]:
— погрешность установки начального положения ползуна ±1 мм-
— отклонение частоты колебаний не более 2%-
— погрешность измерения сил не более 2%-
— общая погрешность определения параметров амортизатора ± 5%.
Благодаря многофункциональной системе приспособлений, креплений и отверстий конструкция нового стенда (рис. 1) является универсальной и модульной, поскольку механическую часть стенда можно достаточно быстро адаптировать под различные конфигурации и геометрию испытуемых блоков и их отдельных элементов.
На рис. 2 приведены примеры установки на стенд пневмогидравлической рессоры, блока подвески, состоящего из амортизационной стойки с колесом, а также амортизатора.
Программное обеспечение так же, как и механическая часть испытательного комплекса, имеет ряд особенностей, которые отличают новый стенд от ранее известных аналогов. Первая особенность заключается в возможности управления работой гидропульсатора по каналам силы и перемещения. Вторая особенность состоит в автоматической и ручной тонкой настройке РГО-параметров работы высокоскоростного сервоклапана. К третьей особенности можно отнести задание истории нагруже-ния и возможность программирования режимов испытаний, которое может состоять из генерации как стандартных форм нагружения, так и вводимых оператором профилей нагружения.
Известные стенды для испытаний амортизаторов помимо типа привода можно разделить на два вида:
— стенды с возможностью задания только одного режима испытаний элемента (одна амплитуда, одна частота колебаний) —
— стенды с широко известной международной стандартной программой испытаний (одна амплитуда, изменяемая частота колебаний).
Зачастую такие стенды неспособны выявить наблюдаемые водителем транспортного средства дефекты, приводящие к стуку в амортизаторе, поскольку могут воспроизводить только стандартные режимы нагружения. Эти недостатки не имеет стенд кафедры «Автоматические установки» ВолгГТУ, поскольку он позволяет реализовать стендовые испытания по разработанной оператором программе.
Режимы нагружения, программируемые при стендовых испытаниях амортизаторов, могут состоять из циклов, временных задержек, спусков и подъемов с различными амплитудами, частотами колебаний и типами профиля, указанными в таблице. Оператор может задавать количество повторений испытаний, необходимое для определения их воспроизводимости.
Испытания гидравлических амортизаторов на стенде с записью рабочих диаграмм проводятся, как правило, при синусоидальном кинематическом перемещении его штока с различными ампли-
Рис. 2. Вид испытуемых элементов, установленных на стенд: а — пневмогидравлическая рессора- б — пружинная подвеска с колесом- в — газонаполненный гидравлический амортизатор
тудами и частотами. При этом величина хода поршня при испытаниях не должна превышать 80% от полного хода (для короткоходовых амортизаторов) и быть не более 100 мм (для длинноходовых амортизаторов).
Результаты стендовых испытаний гидравлических амортизаторов передней подвески легкового автомобиля марки BMW X5 и задней подвески автомобиля марки Hyundai Sonata, приведены соответственно на рис. 3, а, б и рис. 3, в, г.
1,5 -------
¦ ??
0
0 -1 I -1 -0. 51 5 40


-3
Ход поршня амортизаторе, мм
а
0,5 0. 4
Ход поршня амортизатора, i
б
¦0. 6
-0,7
ход поршня амортизатора, ны
в
-а. 7
Ход поршня амортизатора, мм
г
Рис. 3. Рабочие диаграммы новых гидравлических амортизаторов: а и б — передней подвески автомобиля марки BMW X5 при скорости поршня 0,25 м/с- в и г — задней подвески автомобиля марки Hyundai Sonata при скорости поршня 0,35 м/с
Испытания проводились при гармоническом кинематическом возмущении, постоянных максимальных скоростях поршня 0,25 и 0,35 м/с и ступенчато изменяемыми амплитудами в диапазоне 10−50 мм.
Анализ полученных рабочих диаграмм (рис. 3, а и б) позволяет сделать вывод о том, что второй испытуемый амортизатор автомобиля BMW X5 при амплитудах возмущения 10, 20 и 30 мм имеет на 35−40% меньшую максимальную силу на ходе сжатия, чем первый. Это превышает предельно допустимый уровень снижения силы амортизатора (25%) и свидетельствует, что амортизатор не исправен. Как правило, такая неисправность связана с нарушением работоспособности клапана хода сжатия и является следствием заводского дефекта.
Анализ рабочих диаграмм амортизаторов задней подвески автомобиля марки Hyundai Sonata (рис. 3, в и г) показывает, что при всех амплитудах возмущения у второго амортизатора наблюдается резкое снижение силы сопротивления (на 85%). На наш взгляд, это также связано с нарушением работоспособности клапана хода сжатия.
Дополнительная оценка снижения эффективности амортизатора может быть получена при вычислении площади рабочих диаграмм. Для этого можно использовать известные программы для вычисления площади произвольного замкнутого контура (например, lpSquare). В результате расчетов по этой программе получено, что площадь рабочей диаграммы на ходе сжатия у неисправного амортизатора на 87% меньше, чем у исправного (рис. 3, в и г).
Следует отметить, что предложенный метод определения неисправностей амортизаторов путем стендовых испытаний по разработанной оператором программе особенно важен в современных условиях при расширении использования на легковых автомобилях низкопрофильных шин, которые при неисправных амортизаторах более склонны к отрывам от поверхности дороги вследствие малого статического прогиба, что снижает безопасность движения. Для обеспечения безопасности движения автомобилей необходимо своевременное и качественное выявление неисправностей амортизаторов и их замена.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дербаремдикер, А. Д. Амортизаторы транспортных машин / А. Д. Дербаремдикер. — М.: Машиностроение, 1985. — 200 с.
2. ГОСТ Р 53 816−2010. Автомобильные транспортные средства. Амортизаторы гидравлические телескопические. Технические требования и методы испытаний. — М., 2010, 20 с.
3. О проблеме безопасности при эксплуатации автомобилей с неисправными амортизаторами / И. М. Рябов, К. В. Чер-нышов, М. М. Гасанов, Ш. М. Мухучев // Известия ВолгГТУ межвуз. сб. науч. ст. № 19 (146) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2014. — (Серия «Наземные транспортные системы» — вып. 9). — С. 103−106.
4. Стенды для испытания подвесок наземных транспортных средств: учеб. пособие / В. В. Новиков, И. М. Рябов, А. С. Дьяков, А. В. Поздеев, А. В. Похлебин — ВолгГТУ. — Волгоград, 2013. — 114 с.
5. Амортизаторы с рекуперацией энергии в цикле колебаний / В. В. Новиков, И. М. Рябов, К. В. Чернышов, В. В. Воробьев, А. В. Галов // Справочник. Инженерный журнал. — 2001. — № 7. — С. 31−34.
6. Типы конструкций инерционно-фрикционных амортизаторов, их моделирование и испытания / И. М. Рябов, В. В. Новиков, А. В. Поздеев, К. В. Чернышов, А. С. Митрошенко // Тракторы и сельхозмашины. — 2013. — № 4. — С. 23−26.
7. Пат. 2 142 585 РФ, МКИ Б 16 Б 7/10, В 60 О 13/18. Амортизатор / И. М. Рябов, В. В. Новиков- ВолгГТУ. — Бюл. № 34. 1999.
8. Пат. 2 142 586 РФ, МКИ Б 16 Б 7/10, В 60 О 13/18. Амортизатор / И. М. Рябов, В. В. Новиков- ВолгГТУ. — Бюл. № 34. 1999.
9. Пат. 2 313 014 РФ, МПК 7/10 В 60 О 15/30, Б16 Б 15/30 Амортизатор / И. М. Рябов, К. В. Чернышов, В. В. Воробьев, А. Ю. Соколов, ВолгГТУ. — Бюл. № 35. 2007.
10. Безверхий, С. Ф. Основы технологии полигонных испытаний и сертификация автомобилей / С. Ф. Безверхий, Н. Н. Яценко. — М.: ИПК Изд-во стандартов, 1996. — 600 с.
11. Безопасность транспортных средств (автомобили): учеб. пособие для вузов / В. А. Гудков, Ю. Я. Комаров, А. И. Ряб-чинский, В. Н. Федотов. — М.: Горячая линия-Телеком, 2010. — 431 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой