авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< 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

Математическое обоснование способов увеличения интервалов между восстановлениями нормативного давления в шинах атс

На правах рукописи

Муртузов Муртуз Магомедович МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ УВЕЛИЧЕНИЯ ИНТЕРВАЛОВ МЕЖДУ ВОССТАНОВЛЕНИЯМИ НОРМАТИВНОГО ДАВЛЕНИЯ В ШИНАХ АТС 05.22.10 – «Эксплуатация автомобильного транспорта»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2012

Работа выполнена на кафедре «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис» Махачкалинского филиала Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) Научный руководитель доктор технических наук, профессор Рябов Игорь Михайлович.

Официальные оппоненты: Гребенников Александр Сергеевич, доктор технических наук, доцент, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А, кафедра «Автомобили и автомобильное хо зяйство», профессор;

Клементьев Сергей Вениаминович, кандидат технических наук, доцент, ООО «ОРВИЛ», коммерческий директор.

Ведущая организация Пензенский государственный университет архитектуры и строительства.

Защита состоится «15» февраля 2013 г. в 12 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государствен ного технического университета.

Автореферат разослан « 15 » января 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Ожогин Виктор Александрович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Проведенные в РФ и за рубежом исследования показали, что более половины всех эксплуатируемых автомобилей имеют пониженное давление в шинах. Это связано, в частности, с тем, что период времени, в течение которого давление в шине становится ниже нормативного, мал, и его следует увеличить.

Ущерб, приносимый народному хозяйству страны при эксплуатации автомобилей с пониженным давлением в шинах, огромен, поскольку при этом ухудшаются такие важные их эксплуатационные свойства АТС как топливная экономичность, экологич ность, управляемость и устойчивость, тормозные свойства, безопасность, что приво дит к увеличению затрат на эксплуатацию особенно в сложных горных условиях.

В литературе приводятся различные рекомендации по интервалам периодично сти восстановления нормативного давления в шинах при заправке их сжатым воздухом:

через 7 суток, 10-15 суток и даже 30 суток, однако научное обоснование этих рекомен даций с учетом свойств шин, а также методика определения газопроницаемости шин отсутствуют.

В шиномонтажных сервисах предлагают новую заправку шин инертным газом – техническим азотом, беря за это плату практически на порядок большую, чем при заправке шин сжатым воздухом, однако научного обоснования преимуществ и недос татков такой заправки также нет.

В связи с этим, математическое моделирование процессов в шине, для обосно вания существующих и разработки и новых способов обслуживания шин, увеличи вающих интервалы между восстановлениями нормативного давления и снижающих затраты на эксплуатацию, является актуальной задачей.

Цель работы: обоснование способов увеличения интервалов между восстанов лениями нормативного давления, на основе математического моделирования измене ния давления воздуха и концентрации кислорода в шине вследствие газопроницаемо сти ее материалов.

Научная новизна.

С помощью разработанных математических моделей изменения давления воздуха и концентрации кислорода в шине вследствие газопроницаемости ее материалов (в которых воздух рассматривается как смесь газов) установлены:

– закономерности изменения давления в шине с течением времени с учетом за правки ее воздухом, чистым азотом и техническим азотом;

– закономерность, позволяющая определить интервал до первого восстановления нормативного давления в шине, при котором обеспечивается минимальная концен трация кислорода в шине при ее заправке воздухом;

– зависимости изменения концентрации кислорода в шине от времени, анализ ко торых показывает, что шина, заправленная и подкачиваемая воздухом через опреде ленный период, практически полностью освобождается от кислорода.

Практическая ценность.

1. Разработанные математические модели процессов изменения давления воздуха и концентрации кислорода позволяют прогнозировать, и обоснованно назначать ин тервалы периодичности восстановления нормативного давления с учетом газопрони цаемости шин, которая определяется по разработанной методике.

2. Установлено, что при применении воздуха для заправки и подкачки шин интер валы между восстановлениями нормативного давления увеличиваются, т.к. коэффи циент газопроницаемости воздуха (смеси газов) с течением времени уменьшается и через определенный период становится практически равным коэффициенту газопро ницаемости азота.

Автор выражает глубокую признательность к.т.н., доценту Чернышову К.В. за оказанную помощь при анализе и обсуждении полученных результатов 3. Обосновано, что применение известного способа увеличения интервалов между восстановлениями нормативного давления в шинах, основанного на использовании технического азота, нецелесообразно из-за высокой цены и меньшей доступности азо та, чем воздуха. Установлено, что заправка в шину технического азота не избавляет шину от кислорода, а лишь уменьшает его относительное количество примерно в 2, раза.





4. Предложен и обоснован способ увеличения интервалов между восстановления ми нормативного давления в шинах, состоящий в том, что первую заправку шин осу ществляют азотом, а последующие подкачки шин – воздухом, который позволяет уве личить период между восстановлениями давления на начальном этапе эксплуатации шин на 25 % и сократить затраты на обслуживание шин.

5. Обоснован способ увеличения интервалов между восстановлениями норматив ного давления в шинах, учитывающий сезонность их эксплуатации и состоящий в том, что шина заправляется воздухом и хранится в течение некоторого периода (сезона), и последующие восстановления давления в ней также осуществляются путем подкачки воздуха, который позволяет обойтись без использования технического азота.

6. Обоснован способ увеличения интервалов между восстановлениями норматив ного давления в шинах за счет повышения давления заправки до верхней границы нормы или несколько выше, который позволяет в 2 – 3 раза увеличить период восста новления давления и существенно уменьшить вероятность эксплуатации шин с пони женным давлением.

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

1) математические модели процессов изменения давления воздуха и концен трации кислорода в шине вследствие газопроницаемости ее материалов, в которых воздух рассматривается как смесь газов;

2) установленные закономерности изменения концентрации кислорода в шине в процессе ее эксплуатации и изменения интервалов между достижениями ниж ней границы нормы давления;

3) предложенные и обоснованные способы увеличения интервалов между восстановлениями нормативного давления в шинах, позволяющие сократить затраты на обслуживание шин и эксплуатацию автомобилей;

4) методика и результаты экспериментальных исследований газопроницае мости шин и изменения интервалов между достижениями нижней границы нормы давления;

5) оценка дополнительного расхода топлива, вызванного ненормативным давлением в шинах АТС, основанная на данных по распределению давления в шинах.

Достоверность и обоснованность научных положений работы обеспечена ис пользованием фундаментальных законов и зависимостей, применением современной вы числительной техники, точных контрольных устройств, согласованием полученных теоре тических и экспериментальных результатов исследований.

Объекты и методы исследований.

Объектом исследования являлись процессы изменения давления воздуха и концентрации кислорода в шине вследствие газопроницаемости ее материалов.

При решении поставленных задач использовались теоретические и теоретико эмпирические методы исследования использованием программируемой цифро вой вычислительной техники.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы доложены и получили одобре ние на научно-технических конференциях Волгоградского государственного техниче ского университета (2009 – 2012 г.), на международной конференции «Прогресс транспортных средств и систем – 2009 г.», на ХIII международной отраслевой научно практической конференции «Россия периода реформ» 20 – 22 мая 2009 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них входят в перечень изданий, рекомендуемых ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 4 раздела, ос новных результатов и выводов, списка использованной литературы. Содержит страниц машинописного текста, 39 рисунков и 8 таблиц. Список использованной ли тературы включает 127 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, практическая ценность работы, личный вклад автора, а также в реферативной форме приводится общая характеристика работы.

В первом разделе рассмотрены способы и средства поддержания нормативно го давления в шинах и анализ его влияния на эксплуатационные свойства шин и авто мобилей при эксплуатации с учетом горных условий. На основании выполненного об зора литературы для реализации цели в работе были поставлены следующие задачи:

1) разработать математическую модель процесса утечки воздуха из шины вследст вие газопроницаемости ее материалов, в которой воздух рассматривается как смесь газов;

2) выявить закономерности изменения концентрации кислорода в шине и измене ния интервалов между достижениями нижней границы нормы давления;

3) обосновать способы увеличения интервалов между восстановлениями норма тивного давления в шинах АТС;

4) провести экспериментальную проверку сходимости расчетных и эксперимен тальных данных и оценку дополнительного расхода топлива, вызванного ненорма тивным (пониженным) давлением в шинах АТС.

Второй раздел диссертации посвящен разработке математической модели про цесса утечки воздуха из шины вследствие газопроницаемости ее материалов, в кото рой воздух рассматривается как смесь газов.

Введено понятие «показатель проницаемости газа через данный материал »:

= kR, (1) где k называется коэффициентом газопроницаемости и измеряется в секундах, R – газовая постоянная диффундирующего газа (Дж/кг·К).

В этом случае математическая модель изменения давления в процессе газопро ницаемости любого отдельного газа из шины объемом V (м3), площадью S (м2), тол щиной герметизирующего слоя (м), при абсолютной температуре T, начальном дав лении газа p0, за время t (с) примет вид:

ST t p (t ) = p0 e V. (2) При математическом моделировании процесса изменения давления воздуха в шине вследствие ее газопроницаемости необходимо учитывать, что воздух представ ляет собой смесь газов, которая содержит примерно 78% азота, 21% кислорода и 1% прочих газов.

Используя формулу (2), можно получить математическую модель процесса проницаемости через шину воздуха, представляющего смесь газов.

Парциальное давление каждого из газов, находящихся в шине, пропорциональ но его доле i 0 в общем объеме смеси. Следовательно, начальное парциальное давле ние каждого i-го газа:

pi 0 = i 0 pш 0, (3) где pш 0 – начальное давление смеси газов в шине.

Парциальное давление i-го газа изменяется с течением времени по зависимости:

i ST t pi (t ) = pi 0 e V, (4) где i – показатель проницаемости i-го газа.

Давление воздуха (смеси газов) в шине также изменяется со временем по зави симости:

ш ST t p ш (t ) = p ш 0 e V, (5) где ш – показатель проницаемости смеси газов в шине.

Давление смеси газов в шине в любой момент времени равно сумме парциаль ных давлений этих газов:

k pш (t ) = pi (t ). (6) i = Тогда, используя в формуле (6) формулы (4) и (3), получим:

ST ST k ш t i t = pi 0 e V V pш 0 e. (7) i = С учетом формулы (3) получим i ST ш ST k t t = i 0 pш 0 e V V pш 0 e, (8) i = i ST ш ST k t t = i 0 e V V e откуда. (9) i = Из последней формулы можно выразить показатель проницаемости газовой смеси:

ST k t i ln i 0 e V i =1.

ш = (10) ST t V Из формулы (10) следует, что показатель проницаемости газовой смеси в шине (в отличие от показателя проницаемости отдельного газа) в процессе проницаемости меняется и является функцией времени: ш = ш (t ).

Подставив формулу (10) для показателя проницаемости газовой смеси в фор мулу (5), получим математическую модель изменения давления в шине в процессе проницаемости из нее смеси газов:

ш ( t ) ST i ST k t t pш (t ) = pш 0 e = p ш 0 i 0 e V V. (11) i = Эта формула описывает процесс проницаемости воздуха из шины при условии, что она не нагружена вертикальной нагрузкой, то есть объем шины не меняется с те чением времени, и давление в шине зависит только от утечки газа.

Для упрощения модели сделаем допущение, что в закачиваемом в шину возду хе находится только два газа: азот (79%) и кислород (21%). Такое допущение практи чески не повлияет на точность модели, так как доля неучитываемых газов по сравне нию с долями азота и кислорода ничтожно мала. Поскольку время заправки воздуха в шину мало по сравнению со временем процесса проницаемости воздуха через обо лочку шины, то для упрощения модели примем допущение, что заправка воздуха в шину происходит мгновенно.

Поскольку парциальное давление каждого из газов, находящихся в шине, про порционально доле этого газа, то в соответствии с формулой (3) начальное парциаль ное давление кислорода в шине pк 0 = 0 pш 0, а начальное парциальное давление азота pа 0 = (1 0 ) pш 0, где pш 0 – начальное давление смеси газов в шине, 0 – начальная концентрация (объемная доля) кислорода.

С течением времени парциальные давления азота и кислорода в шине изменя ются, соответственно, по зависимостям:

а ST k а Rа ST t t pа (t ) = pа 0 e = pа 0 e V V (12) к ST k к Rк ST t t p к (t ) = p к 0 e = pк 0 e V V и, (13) где Rа и Rк – газовые постоянные азота и кислорода соответственно, k а и k к – ко эффициенты проницаемости азота и кислорода соответственно, а и к – показатели проницаемости азота и кислорода соответственно.

Согласно формулам (6), (9) и (10):

pш (t ) = pа (t ) + pк (t ), (14) ш ( t ) ST а ST к ST t t t = (1 0 )e + 0 e V V V e, (15) ST ST t а к t ln (1 0 )e + 0 e V V ш (t ) =. (16) ST t V На основании формул (5) и (15) математическая модель процесса проницаемо сти смеси азота и кислорода через герметизирующий слой шины, не нагруженной вертикальной нагрузкой, при постоянной температуре:

ш ST а ST к ST t t t pш (t ) = pш 0 e = pш 0 (1 0 )e + pш 0 0 e V V V. (17) На рис. 1 приведены графики, показывающие изменение давления в шине с течени ем времени (вследствие газопроницаемости) из шины легкового автомобиля объемом V = 0,02 м 3, толщиной герметизирующего слоя = 0,002 м, с коэффициентами газо проницаемости кислорода kк = 1,3 10 16 с, азота kа = 0,35 10 16 с, площадью поверхно сти оболочки S = 1,1 м 2, при постоянной температуре T = 303 К, при ее заправке до нормативного давления pш 0 = 2,0 10 5 Па воздухом и чистым азотом.

На рис. 1 горизонтальной пунктирной линией отмечена нижняя граница норматив ного давления 1,9 10 5 Па. В шине с высокой газопроницаемостью заправленной возду хом (кривые 1 и 2), давление достигает этой границы через 4,70 суток, а при заправке чис тым азотом – через 6,86 суток. В шине с в 5 раз более низкой газопроницаемостью (кри вые 3 и 4) нижняя граница нормативного давления достигается соответственно через 22 и 32 суток.

p(t), Па10- 2, 1, 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 t, суток Рис. 1. Зависимости давления в шине, заправленной воздухом (кривые 1 и 3) и чистым азотом (кривые 2 и 4) от времени: 1 и 2 – шины с высокой газопроницаемостью;

3 и 4 – шины с низкой газопроницаемостью (при температуре 65 оС);

– экспериментальные точки Таким образом, заправка чистым азотом способствует стабилизации давления в шинах и позволяет увеличить интервал до первого восстановления нормативного дав ления в шине до 46%. Однако шиномонтажных мастерских шины заправляют не чис тым, а техническим азотом второго сорта, который содержит до 1% кислорода. При чем его заправляют в шину, в полости которой находился воздух под атмосферным давлением, содержащий 21% кислорода. В связи с этим, получена формула для расче та концентрация кислорода в шине, в момент заправки технического азота с концен трацией в нем кислорода а в шину, содержащую воздух с концентрацией кислорода к в до давления, которое превышает атмосферное в раз:

к в а в + а ш0 = + к= к к к. (18) +1 +1 + к Перед заправкой технического азота в новую бескамерную шину в ней нахо дится воздух под атмосферным давлением, содержащий 21% кислорода. Тогда после заправки технического азота до относительного давления = 2 объемная доля кисло рода в новой шине будет составлять 0,077, то есть примерно 8%. Таким образом, за правка в шину технического азота не избавляет шину от кислорода, а лишь уменьшает его относительное количество примерно в 2,8 раза. В шине, заправленной техниче ским азотом ( 0 = ш0 = 0,077 ), давление достигает границы нормативного давления к через 141 час (5,88 суток). При этом интервал до восстановления нормативного дав ления в шине увеличиваются только на 25%, а не на 46 % как при заправке шины чис тым азотом.

Необходимо отметить, что и в первом, и во втором случае результаты получен ных сравнений интервалов применимы только к первому восстановлению давления в шине. При каждом последующем восстановлении давления при достижении нижней границы нормативного давления интервалы между восстановлениями давления будут изменяться (кроме случая первой заправки и последующей дозаправки чистым азо том), поскольку с течением времени в шине, заправленной смесью газов, объемная доля кислорода изменяется.

Изменение объемной доли кислорода с течением времени связано с изменением давления смеси газов в шине pш (t ) и парциального давления кислорода pк (t ) зави симостью:

pк (t ) pк (t ) + ш (t ) pатм (t ) = = ш к. (19) pш (t ) + pатм к pш (t ) Эквивалентное выражение:

ш (t ) pш (t ) + ш (t ) pатм = pк (t ) + ш (t ) pатм. (20) к к к Отсюда изменение объемной доли кислорода с течением времени к ST к ST к ST t t t pe e V V V pe pк (t ) p (t ) ш (t ) = =kк = к 0 ST = в 0 к 0 ST = к 0 ST. (21) к pш (t ) k k k i i i pi (t ) pi 0 e V t t t p в 0 i 0 e i 0 e V V i =1 i =1 i =1 i = Поскольку одним из газов, составляющих воздух, является кислород, то к ST t к 0 e к V ш (t ) = =, (22) ST ST к ST k 1 ( i к ) k 1 i t к t t i 0 e i 0 e + к + к 0 e V V V i = i = где номерами i обозначены все газы, содержащиеся в воздухе, кроме кислорода.

Если принять допущение, что в закачиваемом в шину воздухе находится 79% азота и 21% кислорода, получим упрощенную формулу:

к ST t к 0 e к V p к (t ) ш (t ) = = =. (23) ST ST к ST pш (t ) ( а к ) а t к t t (1 к 0 )e + к (1 к 0 )e + к 0 e V V V На рис. 2 приведены графики изменения концентрации кислорода в шине с те чением времени, построенные по формуле (23).

Из графиков видно, что концентрация кислорода в шине с высокой газопрони цаемостью, заправленной воздухом с течением времени быстро уменьшается (кривая 1) вследствие большой проницаемости кислорода и примерно через 69 суток достиг нет начальной концентрации кислорода в шине, заправленной техническим азотом. У шин с низкой газопроницаемостью (кривая 4) для этого требуется почти год.

Рассмотрим влияние периодического восстановлении давления в шине путем заправки воздухом на изменение концентрации кислорода в ней с течением времени.

При заправке в момент времени t смеси газов с концентрацией в ней кислорода кг в з шину, содержащую воздух с концентрацией кислорода ш (t ) до нормативного давле к ния pш норм, превышающего давление в шине pш (t ) до заправки на p, получаем смесь газов с относительной концентрацией кислорода pш норм pш (t ) з г p ш (t ) + кг ш (t ) + к з pш (t ) + pатм pш (t ) + pатм к к к (t ) = =. (24) p pш норм pш (t ) 1+ 1+ pш (t ) + pатм pш (t ) + pатм ш (t ) к 0, 0, 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 t, сутки Рис. 2. Зависимость концентрации кислорода от времени в шине легкового автомобиля:

при заправке воздухом (кривые 1 и 3) и при заправке техническим азотом (кривые 2 и 4): 1 и 2 – шины с высокой газопроницаемостью;

3 и 4 – шины с низкой газопроницаемостью После преобразования этой формулы получим:

[ pш (t ) + pатм ] ш (t ) + [ pш норм pш (t )] кз г [ pш (t ) + pатм ] ш (t ) + [ pш норм pш (t )] кз г к (t ) = = к к pатм + pш норм pатм + pш норм (25) [ш (t ) + 1] ш (t ) + [ш норм ш (t )] кз г к (t ) = к или, (26) 1 + ш норм где ш (t ) – относительное давление в шине до заправки, ш норм – нормативное отно сительное давление в шине.

Формулу (11) для изменения давления в шине с течением времени можно пере писать в виде формулы для изменения относительного давления в шине от норматив ного относительного давления:

ш ( t ) ST i ST k t t ш (t ) = ш норм e = ш норм i 0 e V V. (27) i = Подставив в формулу (20) формулы (15) и (21), получим:

ST ST t к i i k k t ш норм i 0 e V + 1 + ш норм ш норм i 0 e V кг з ST ( ) t k + к 0 i =1 i = i 0e i к V к (t ) = i = 1 + ш норм.

(28) Если заправляемым газом является воздух, то ST ST k 1 i к t t ш норм i 0 e + ш норм к e V + V в в к (t ) = + i = к 1 + ш норм ST ( ) t k i 0 e + в i к V (29) к i = i ST к ST k 1 t t + ш норм ш норм i 0 e ш норм e V V в.

к i = Используя обоснованное допущение, что в закачиваемом в шину воздухе нахо дится 79% азота и 21% кислорода, получим упрощенную формулу для определения концентрации кислорода в шине после подкачки воздухом в момент времени t:

ST ST а к t t ш норм (1 к )e + ш норм к e V + V в в в к (t ) = + к 1 + ш норм ST ( ) t (1 в )e + в а к V (30) к к а ST к ST t t + ш норм ш норм (1 )e ш норм e V V в в.

к к На рисунке 3 представлена зависимость, построенная по формуле (30) при прежних условиях.

к(t), % 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 t, сутки Рис. 3. График зависимости концентрации кислорода в шине легкового автомобиля, получаемой в результате первого восстановления нормативного давления посредст вом дозаправки воздухом, от времени, прошедшего до дозаправки: 1 – для шин с вы сокой газопроницаемостью, 2 – для шин с низкой газопроницаемостью Из зависимости следует, что концентрация кислорода в шине в момент времени после ее дозаправки воздухом, с увеличением времени, проходящего до первой доза правки воздухом снижается, и достигает минимального значения через 118 суток ( месяца). С дальнейшим увеличением времени, проходящего до первой дозаправки воздухом, концентрация кислорода в момент после дозаправки воздухом увеличива ется постепенно и стремится к пределу:

в ш норм к (t ) = к 1 + ш норм (31) С использованием формул (23) и (30) получена зависимость концентрации ки слорода в шине от времени при условии заправки ее воздухом до нормативного дав ления через различные промежутки времени, например через месяц (рис. 4).

ш (t ), % к 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 t, сутки Рис. 4. График изменения концентрации кислорода в шине легкового автомобиля с уче том заправки воздухом до нормативного давления через 1 месяц: 1 – шина с высокой га зопроницаемостью;

2 – шина с низкой газопроницаемостью Выявлена закономерность, позволяющая определить интервал до первого восста новления нормативного давления в шине, при котором обеспечивается минимальная концентрация кислорода в шине при ее заправке воздухом.

Установлено, что чем меньше интервал между восстановлениями давления в шине, тем быстрее в ней уменьшается средняя концентрация кислорода. Таким обра зом, при нормальной эксплуатации шины (восстановлении давления через определен ный срок) концентрация кислорода в шине, заправленной воздухом, быстро снижает ся, и через 300 суток шина с высокой газопроницаемостью практически полностью очищается от кислорода. При этом интервалы между восстановлениями давления, не обходимые для поддержания его в пределах нормативного с течением времени рег рессивно увеличиваются почти на 47% вследствие уменьшения концентрации кисло рода, имеющего больший показатель проницаемости (рис. 4, кривая 2). В связи с вы шеизложенным можно сделать вывод, что постоянно заправлять шины азотом абсо лютно нецелесообразно. Тем не менее, для сокращения времени избавления шины от кислорода и увеличения периода обслуживания шины на начальном этапе ее эксплуа тации можно рекомендовать следующий способ заправки: первую заправку шины производить азотом, а при последующих дозаправках использовать воздух, который значительно дешевле. Это связано с тем, что дозаправка шин техническим азотом не дает эффекта по стабилизации давления.

ш (t ), % tп, сутки к 3 10 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 t, сутки Рис. 4. Графики изменения концентрации кислорода в шине с учетом заправки воздухом при достижении нижней границы нормативного давления (кривые 1 и 3) и графики изменения периода восстановления нормативного давления (кривые и 4): кривые 3 и 4 соответствуют шине с в 2 раза меньшей газопроницаемостью;

– экс периментальные точки В третьем разделе обосновывается простой способ увеличения интервалов между восстановлениями нормативного давления в шинах состоящий в повышении давления заправки до верхней границы нормы, или несколько выше. Рассмотрено влияние из менения давления в шинах на плавность хода автомобиля.

В правилах по эксплуатации шин указано, что отклонение давления воздуха в шине от нормативного уровня (указанного в технической характеристике АТС), не должно превышать:

– для шин легковых автомобилей, тракторов и сельхозмашин ± 0,1 Па 10-5;

– для шин грузовых автомобилей, автобусов и троллейбусов ± 0,2 Па 10-5.

Исходя из этого на рис. 5 приведены построенные по формуле (18) графики, кото рые отражают зависимости давления в шине от времени в случае отсутствия восстановле ния давления (кривая 1), а также при различных способах восстановления давления (уча стки А, Б, В и Г). Ширина участков определяет период между восстановлениями давления.

Для оценки степени повышения интервала периодичности обслуживания шины на участках Б, В, и Г по сравнению с интервалом на участке А использовался относитель ный коэффициент периодичности обслуживания, который определялся по формуле:

p min pmin K t = ln ln, (32) p зап pнорм где pнорм – нормативное давление воздуха для шины.

p(t), Б А В Г Па10- 2, 1, 1,50 1, 1, 0 30 60 150 120 210 t, сутки Рис. 5. Графики изменения во времени давления в шине при различных способах вос становления давления: кривая 1 – без периодического восстановления давления;

кривые на участках А, Б, В и Г – при различных способах восстановления давления:

А – при восстановлении давления до середины нормы (рекомендуемое давление) с после дующим его снижением на 0,1 Па 10-5, т.е. до нижней границы нормы;

Б – при восстановлении давления в шине до верхней границы нормы (на 0,1 Па 10-5 выше рекомендуемого) с последующим его снижением на 0,2 Па 10-5, т.е. до нижней границы нормы;

В – при заправке шины до давления выше верхней границы нормы на 0,1 Па 10-5 (на 0, Па 10-5 выше рекомендуемого) и при его снижении на 0,3 Па 10-5, т.е. до нижней границы нормы;

Г – при заправке шины до давления выше верхней границы нормы на 0,1 Па 10-5 (на 0, Па 10-5 выше рекомендуемого) и при снижении давления на 0,1 Па 10-5 ниже нижней гра ницы нормы Расчеты по формуле (32) дали следующие результаты: для наиболее часто используе мого при эксплуатации шин способа восстановления давления (участок А) относи тельный коэффициент периодичности обслуживания Kt = 1,00, для участка Б – Kt = 1,96;

для участка В – Kt = 2;

86;

для участка Г – Kt = 3,92.

Проведенная оценка влияния повышения давления в шинах на 10 % выше верхней границы нормы не оказывает влияния на ускорения кузова в области низко частотного резонанса, но пропорционально увеличивает ускорения кузова в области высокочастотного резонанса. Однако для высоких частот нормы вибронагруженности человека выше, поэтому влияние небольшого повышения давления в шинах на плав ность хода автомобиля не существенно.

В четвёртом разделе приведена методика и результаты экспериментальной проверки сходимости теоретических и экспериментальных данных. Выявлено влия ние различных факторов на точность экспериментального определения среднего ко эффициента газопроницаемости шины. Проведено сравнение результатов расчетов на разработанной математической модели с результатами экспериментов, которое пока зало их хорошую сходимость (рис.1 и 4). На основе статистических данных по рас пределению давления в шинах легковых автомобилей получен закон распределения относительного расхода топлива Qотн, выражаемый плотностью вида:

( Qотн 1, 0157 ) 1 21, 0170 f (Qотн ) = e. (33) 1,0170 Выявлено, что средний дополнительный расход топлива, вызванный эксплуатацией АТС с пониженным давлением в шинах, составляет более одного процента от расхода топлива, который идет на движение автомобиля.

Общие выводы по работе 1. Решена важная научно-практическая важная научно-практическая проблема, на правленная на повышение стабильности давления в шинах АТС и снижение затрат на их эксплуатацию, особенно в горных условиях, за счёт разработки и обоснования на основе математического моделирования процессов в шине, способов увеличения ин тервалов между восстановлениями нормативного давления.

2. Разработаны математические модели процессов изменения давления воздуха и кон центрации кислорода в шине вследствие газопроницаемости ее материалов, с помо щью которых выявлены закономерности указанных процессов, необходимые для обоснования способов увеличения интервалов между восстановлениями нормативно го давления.

3. Выявлено, что при заправке шины воздухом концентрация кислорода в нем с течением времени уменьшается по экспоненциальной кривой, причем шина, заправленная и под качиваемая воздухом, практически полностью освобождается от кислорода через 70… 350 суток (в зависимости от газопроницаемости ее материалов), а период между восстановлениями нормативного давления в шине при этом увеличивается.

4. Предложен и обоснован способ увеличения интервалов между восстановлениями нормативного давления в шинах, состоящий в том, что первую заправку шин осуще ствляют азотом, а последующие заправки шин – воздухом, который позволяет увели чить период между восстановлениями давления на начальном этапе эксплуатации шин на 25 % и сократить затраты на обслуживание шин.

5. Обоснован способ увеличения интервалов между восстановлениями нормативного давления в шинах, учитывающий сезонность их эксплуатации и состоящий в том, что шина заправляется воздухом и хранится в течение некоторого периода (сезона), и по следующие восстановления давления в ней также осуществляются путем заправки воздуха, который позволяет обойтись без использования технического азота.

6. Обоснован способ увеличения интервалов между восстановлениями нормативного давления в шинах за счет повышения давления заправки до верхней границы нормы или несколько выше, который позволяет в 2 – 3 и более раз увеличить интервал меж ду восстановлениями давления и существенно уменьшить вероятность эксплуатации шин с пониженным давлением.

7. Выполненная на основе статистических данных по распределению давления в ши нах легковых автомобилей оценка дополнительного расхода топлива из-за понижен ного давления, выявленного у 67 % автомобилей, показала, что в среднем он состав ляет более одного процента от расхода топлива, который идет на движение автомоби ля. Поэтому даже небольшое снижение вероятности эксплуатации шин с пониженным давлением за счет широкого внедрения предложенных и обоснованных способов уве личения интервалов между восстановлениями нормативного давления в шинах АТС, даст РФ экономический эффект в сотни миллионов рублей.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

В изданиях, рекомендованных ВАК России:

1. Рябов, И.М. Способ увеличения периода технического обслуживания шин путем создания запаса давления / И.М. Рябов, К.В. Чернышов, Ш.Д. Гечекбаев, М.М. Мур тузов, Т.Б. Залимханов // Грузовик. – М.: Машиностроение, 2011. – № 2. С. 12-15.

2. Чернышов К.В. Математическое моделирование процесса диффузии воздуха из шины / К.В. Чернышов, И.М. Рябов, Ш.Д. Гечекбаев, М.М. Муртузов // Грузовик. – М.: Машиностроение, 2011. – № 11. С. 14-18.

3. Чернышов К.В. Прогнозирование давления в шинах и рекомендации по периодич ности их обслуживания с учетом условий эксплуатации/ К.В. Чернышов, И.М. Рябов, Ш.Д. Гечекбаев, М.М. Муртузов // Грузовик. – М.: Машиностроение, 2011. – № 12. С.

4. Чернышов К.В. Изменение давления и концентрации кислорода в процессе диффу зии воздуха из шины / К.В. Чернышов, И.М. Рябов, К.В., Т.Б. Залимханов, М.М.

Муртузов // Грузовик. – М.: Машиностроение, 2011.- № 5. С. 9-17.

В прочих изданиях:

5. Гудков В.А. Диалектический подход к конструктивной эволюции шин и колес ав томобилей/ В.А. Гудков, И.М Рябов, М.М, Гасанов, М.М. Муртузов // Шина плюс:

всеукраинский журнал. – 2010. – №1. С. 15-19.

6. Гудков В.А. Анализ направления развития современных конструкций шин / В.А. Гудков, И.М Рябов, М.М, Гасанов, Т.Б. Залимханов, М.М. Муртузов // Шина плюс: всеукраинский журнал. – 2010. – №2. С. 9-11.

7. Гудков В.А. Влияние перекачивания шин на периодичность восстановления давле ния / В.А. Гудков, И.М Рябов, К.В.Чернышов, Ш.Д. Гечекбаев М.М. Муртузов // Шина плюс: всеукраинский журнал. – 2010.- № 3. С. 12-13.

8. Гудков В.А. Информационные системы контроля давления в шинах / В.А. Гудков, И.М Рябов, Д.В. Гудков, Т.Б. Залимханов, М.М. Муртузов // Шина плюс: всеукраин ский журнал. – 2010. – № 4. С. 11-13.

9. Гудков В.А. Воздух или азот? / В.А. Гудков, И.М Рябов, К.В. Чернышов., Д.В. Гудков, М.М. Муртузов // Шина плюс: всеукраинский журнал. – 2011. – № 1.

С. 10-11.

Формат 60х84 1/16. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № Типография Махачкалинского филиала МАДГТУ (МАДИ).

367026 г. Махачкала, пр. Акушинского, 13.



 



Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.