К ВОПРОСУ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ШИН ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Известно [1-4], что диагностические работы служат для определения технического состояния автомобиля, его агрегатов и узлов без их разборки и являются элементом управления технологическими процессами обслуживания и ремонта подвижного состава. Объем диагностических работ для современных автомобилей составляет по отношению к объему исполнительской части около 30%.

При диагностировании выявляют автомобили, техническое состояние которых не отвечает требованиям безопасности движения, а перед техническим обслуживанием определяют потребность в устранении неисправ- ностей или проведении ремонта; контролируют качество технического обслуживания (ТО) и текущего ремонта (TP); определяют возможность исправной  работы агрегатов и механизмов автомобиля  в предстоящем межконтрольном пробеге.

По назначению, периодичности, трудоемкости, перечню выполняемых работ и месту в технологическом процессе ТО и TP периодическое диагностирование делится на Д-1 и Д-2.

Д-1 предназначается главным образом для диагностирования механизмов, обеспечивающих безопасность движения автомобиля (тормоза, механизмы управления, углы установки передних колес, приборы освещения), уровень токсичности отработавших газов и его топливную экономичность. Оно может либо ограничиваться только определением годности объекта к дальнейшей эксплуатации (экспресс-диагностирование), либо включать в себя определение основных неисправностей и сопровождаться регулировочными работами с последующим контролем качества их выполнения. Экспрессное Д-1 производится на контрольном пункте при возвращении автомобиля в парк, а Д-1 при ТО-1 или перед ним. Кроме того, для проведения ТО-1 используют информацию, полученную при помощи средств встроенного диагностирования.

Д-2 предназначается для диагностирования автомобиля в целом по тягово-экономическим показателям и выявления неисправностей его основных агрегатов, систем и механизмов.

Д-2 проводят перед ТО-2, чтобы, подготовить производство к выполнению ремонтных работ и уменьшить простои автомобиля в плановом ТО-2. Одновременно с Д-2 выполняют некоторые технологически оправданные регулировочные работы и последующий контроль качества их проведения. Д-2 проводят также по заявкам перед TP в случаях необходимости выявления, неисправностей и определения потребного объема ремонта.

Информацию, необходимую для проведения ТО-2 и ремонта, получают при помощи диагностических стендов и переносных приборов. Для обнаружения неисправностей и отказов в процессе выполнения ТО и TP (на специализированных постах, линиях и в цехах) проводят оперативное технологическое диагностирование (ДР), используя при этом переносные приборы и настольные установки. Оперативное диагностирование выполняют также по потребности (по заявкам) на специализированных постах, оборудованных стендами.

Регулировочные работы заключаются в восстановлении без замены деталей и механизмов параметров технического состояния объекта до установленных технической документацией норм, величин зазоров, люфтов, свободных ходов, приводных усилий. Проводят их по результатам диагностирования и контроля качества выполненного ТО или ремонта

Известно также, что одним из важнейших видов выполнения диагностических работ являются работы связанные с диагностикой технического состояния ходовых частей автомобилей и в частности шин их рулевых и ведущих колѐс. В настоящее время для обнаружения дефектов в шинах применяют довольно простой, но достаточно трудоѐмкий технологический процесс, который заключается в том, что диагностируемое колесо или запасное заряжают давлением сжатого воздуха до эксплуатационного и затем погружают его в водяную ванну и по истечению воздушных пузырьков судят о месте еѐ дефекта. Как видно такой метод недостаточно эффективен, так как другие дефекты в шине им определить невозможно.

Учитывая указанные недостатки в ЕГУ имени И.А. Бунина на кафедре механики и технологических процессов, проводится бюджетная НИР на тему: «Динамика, прочность и надѐжность транспортных, сельскохозяйственных и строительно-дорожных машин, а также стандартного и нестандартного промышленного оборудования используемых в Чернозѐмном регионе РФ», один из разделов которой направлен на совершенствование конструкции и диагностики технического состояния легковых автомобилей.  Анализ многочисленных литературных и патентных источников позволил разработать перспективное техническое решение, позволяющее эффективно осуществлять диагностику технического состояния шин не только для легковых, но и другого автомобильного подвижного состава. Такая конструкция, признана изобретением (SU1678649).

Так на Рисунке 1 показан общий вид стенда для диагностики технического состояния шин и на Рисунке 2 укрупнѐнный вид части шины в момент начала еѐ диагностирования.

Такой стенд состоит из рамы 1, с пустотелой стойкой 2 жѐстко присоединѐнной к приводимым во вращение фланцами 3 и 4 снабжѐнных упругой оболочкой 5 (сам привод на рисунках не показан). В пустотелой стойке выполнены отверстия 6, а упругая оболочка 5 снабжена обратными

Работа стенда происходит следующим образом. Предварительно на фланец 4 укладывают диск 10 колеса с шиной 11 (шина на Рисунке 1 показана пунктиром). Затем переместив по стрелке А кронштейн 13 и демонтажными рычагами 14 и роликами 15 демонтируют шину 11 с диска 10 колеса. После этого кронштейн 13 демонтажных рычагов 14 перемещают винтом 17 в сторону противоположную стрелке А, что приводит к само перемещению покрышки 11 по стрелке В итоге она занимает такое положение как это показано на Рисунке 2 при этом к еѐ внутренней полости примыкает пространство образованное фланцами 3 и 4, а также упругая оболочка 5. После этого в пустотелую стойку по стрелке С подают сжатый воздух, который истекая из отверстий 6 упруго деформирует упругую оболочку 5. При определѐнном давлении сжатого воздуха во-первых, происходит уплотнение зазоров находящихся в между упругой оболочкой 5 и шиной 11 и, во-вторых срабатывание обратных клапанов 7, которые пропускают сжатый воздух во внутреннюю полость шины 11(см. Рисунок 1,где движение потока сжатого воздуха показано стрелками). По мере поступления сжатого воздуха во внутреннюю полость шины можно проверит наличие в ней дефектов таких как отверстий,, прорывов, трещин, изломов корда и других дефектов. После проведения осмотра подачу сжатого воздуха в упругую оболочку 5 прекращают и соединяют пустотелую стойку 2 с атмосферой в результате чего упругая оболочка 5 занимает исходное положение такое, как это показано на Рисунке 1. При наличии каких либо дефектов в шине 11 еѐ удаляют совместно с диском колеса 10 или в случае отсутствия дефектов с помощью роликов 15 производят монтаж еѐ на диск 10 колеса.

Анализируя представленную конструкцию стенда видно, что достаточно ответственным еѐ конструктивным элементом является упругая оболочка 5 (Рисунок 2), так как от неѐ существенно зависит качество обнаружения дефектов имеющихся в ней при  еѐ диагностировании. Следует также отметить, что подобные конструкции, обеспечивающие герметизацию различных машин и их агрегатов, широко применяются в практике и носят название пневматические уплотнители. Обычно пневматические уплотнители состоят из двух частей упругой тонкостенной камеры и более жѐсткой упругой диафрагмы. В нашем же случае роль диафрагмы и камеры выполняет один элемент, имеющий значительную толщину вертикальной стенки названный упругой оболочкой, которая уплотняет внутреннюю круговую поверхность шины при подаче сжатого воздух в последнюю через клапаны 7 (Рисунок 2).

Известно [5], что способность пневматических уплотнителей к герметизации  определяется значением контактного давления Q, зависящего от удельного контактного давления q и ширины зоны контакта s, т.е. по зависимости Q = q∙s. Численное значение удельного контактного давления определяют по формуле q = р2 – р1, где р2 рабочее давление, а р1 давление затрачиваемое на деформацию диафрагмы до касания еѐ с уплотняемой поверхностью, которая в данном случае является диагностируемой шиной. На рис.3 показана расчѐтная схема диафрагмы до монтажа и после еѐ нагружения давлением сжатого воздуха подаваемого в пустотелую стойку 2 (Рисунок 2). В этом случае прогиб h1 диафрагмы можно определить по известной зависимости [5,6],  h1 = р1l∙(2R)2/8N1, тогда из этого уравнения можно определить численное значение давление, затраченное на деформацию диафрагмы по формуле:

где, l1 – длина средней линии диафрагмы при нагружении еѐ до касания с уплотняемой поверхностью и в нашем случае с шиной колеса автомобиля.

Учитывая что:

Следует отметить, что величины h (монтажная деформация) диафрагмы и R, а также l, обеспечивающие выполнение условия уравнения (2) могут быть выбраны конструктивно и тогда численное значение контактного давления Q обеспечивающего герметизацию диафрагмы и диагностируемой шины можно вычислить по формуле [5]:

В качестве исходных данных, выбрав, например, шину колеса легкового автомобиля «Волга М24» размером 170×380×620 для диагностирования еѐ на предложенном стенде, примем следующие геометрические параметры диафрагмы (Рисунок 4): l = 2R = 175∙10-3м, h= 2,5∙10-3м, H1 = h1= 25∙10-3м (полная деформация диафрагмы), E= 5∙106Па, ε1 = 0,35, р2 = 0,25∙106Па, р1 = 0,2∙106Па, b = 10,0∙10-3м. Подставив численные значения таких параметров в формулу (5) и используя пакет прикладных программ MathCad (на Рисунке 4 показано окно такой программы) установлено, что контактное давление Q обеспечивающее     герметизацию     диафрагмы     в     зоне      контакта     еѐ     с диагностируемой шиной равно 1721Н/м. Подобным образом на предложенном стенде можно диагностировать и другие шины, у которых их внутренний диаметр лежит в пределах 380 - 450 мм.

Результаты исследования рекомендуются к использованию отраслевым НИИ автомобильной промышленности, сельскохозяйственного машиностроения и конструкторским подразделениям предприятий серийно изготавливающим, ремонтирующим и эксплуатирующим автотранспортную технику, как в нашей стране, так и за рубежом с целью возможной доработки и в дальнейшем внедрения предложенного технического решения в практику.

Список литературы

1.     Напольский    Г.М.     Технологическое    проектирование    автотранспортных    предприятий     и     станций технического обслуживания: Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1993.

2.     Рябчинский А.И. и др. Динамика автомобиля и безопасность дорожного движения. Учебное пособие. М.: МАДИ , 2002.

3.     Техническая эксплуатация автомобилей. Учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. / Под ред. Е.С. Кузнецова. М.: Наука 2001.

4.     Положение о техническом обслуживании и ремонте  подвижного состава автомобильного транспорта. Минавтотранс РФ. М.: Транспорт, 1986.

5.     Лепетов В.А., Юрцев Л.Н. Расчѐты и конструирование резиновых изделий: Учеб. пособие для вузов.-3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 408 с.

6.     Федосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1970, 544 с.