Трибоспектральная идентификация и прогнозирование критического состояния подсистемы «Тормозной диск – колодка» автомобиля

Трибоспектральная идентификация и прогнозирование критического состояния подсистемы «Тормозной диск – колодка» автомобиля

На правах рукописи

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

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ахвердиев Камил Самедович,

кандидат технических наук, доцент

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 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

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 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. 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 № /28 (022825) от 01.01.2001 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 , , 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: , , , 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, .

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.

2. 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.

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

, (3)

где s – 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 w – 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:

(5)

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

, (6)

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

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

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

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

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

, (7)

где wN – частота Найквиста, равная половине частоты дискретизации; N – размерность преобразования Фурье, т. е. количество частотных гармоник преобразования.

Интегральную оценку степени диссипации фрикционно-механической системы, характеризующей свойства фрикционного контакта, можно оценить по значениям диссипативной и консервативной составляющих комплексного коэффициента передачи:

, (8)

Интегральную оценку приведенных к выходу энергетических потерь фрикционного узла трения можно определить по значениям автоспектральных и взаимноспектральной плотностей мощности анализируемых входных и выходных сигналов фрикционно-механической системы как:

, (9)

где и – оценки спектральной плотности мощности автоспектра входного x(t) и выходного y(t) сигналов фрикционной механической системы (определяемые как квадратичная функция интегральных преобразований Фурье).

Таким образом, полученное выражение комплексного коэффициента передачи анализируется прямыми и косвенными методами качества системы:

- в частотной области исследования на основе величины степени запаса устойчивости по амплитуде и фазе;

- интегральными оценками энергии диссипативной составляющей комплексного коэффициента передачи (7), степени диссипации (8) и приведенных к выходу энергетических потерь (9) как для всего частотного диапазона, так и по диапазонам частот;

Применение метода трибоспектральной идентификации позволит повысить степень достоверности определения триботехнических процессов, протекающих на фрикционном контакте путем установления частотных диапазонов, на которых происходит потеря устойчивости системы.

Четвертая глава посвящена созданию базы идентификационных данных для осуществления мониторинга фрикционного контакта дискоколодочного тормоза автомобиля ГАЗ.

Для решения поставленной задачи проводился анализ информационных каналов с точки зрения фиксируемых явлений, а также максимального уровня вероятности прогноза. На первом этапе, на тормозном механизме были установлены вибродатчики, регистрирующие амплитудный спектр виброускорений суппорта тормозного механизма дискового тормоза переднего колеса автомобиля ГАЗ–322132 (ГАЗель) (рис. 1).

Тормозные колодки

Суппорт тормозного механизма

Вибропреобразо-ватель АР

Тормозной диск

Рисунок 1 – тормозной механизм автомобиля ГАЗель

На рисунке 2 представлена амплитудо-частотная характеристика виброускорений суппорта тормозного механизма, регистрируемая соответственно при свободном вращении тормозного диска (колеса) автомобиля и при его торможении.

В

Б

А

Рисунок 2 – Амплитудно-частотная характеристика суппорта тормозного механизма:

1 – при экстренном торможении; 2 – при свободном вращении тормозного диска

В процессе выполнения исследований были получены следующие результаты (рис. 2):

- при свободном вращении тормозного диска амплитуды виброускорения суппорта уменьшаются на 20дБ при изменении частоты в 10 раз (до 18000 Гц);

- на более высоких частотах наблюдаются две ярко выраженные амплитудные гармоники на частотах 22000 и 32000 Гц, соответствующие собственным частотам суппорта тормозного механизма и тормозного диска;

- при возрастании тормозного усилия на суппорте тормозного механизма наблюдается уменьшение амплитуд виброускорений на частотах 15000 и 17000 Гц (поз. А рис. 2), причём на частотах 20000 и 24000 Гц (поз. Б рис. 2) появляются новые гармонические составляющие виброускорений суппорта тормозного механизма;

- амплитудные составляющие виброускорений тормозного диска на частоте 32000 Гц не изменились (поз. В рис. 2). Данные амплитудные составляющие связаны с наличием подшипников в ступице колеса;

- относительные амплитуды ускорений на частотах 15000 и 17000 Гц (поз. А рис. 2) снижаются на 10 дБ, что связано с уменьшением числа степеней свободы активных микрообъемов взаимодействующих трибослоев фрикционного контакта при затормаживании тормозного диска колодками.

Кроме того, установлено, что экстренное торможение увеличивает общую амплитуду виброускорений на всех частотах.

На втором этапе был смоделирован фрикционный контакт тормозного механизма с применением машины трения СМТ-1 2070, при этом регистрировались фрикционные колебания в нормальном и тангенциальном направлениях в широком диапазоне частот от 0 до 1000 Гц. Проведя анализ указанного диапазона, было установлено, что наиболее информативными являются частоты, лежащие в диапазоне от 0 до 100 Гц, соответствующие собственным частотам ФС «тормозной диск – колодка» для 1 – 3 гармоник. Указанный диапазон был разбит на 4 сектора, перекрывающих частоты собственных колебаний тормозного механизма, в каждом из которых находятся частоты собственных колебаний: 0 – 25 Гц; 25 – 50 Гц; 50 – 75 Гц; 75 – 100 Гц.

На рисунках 3 и 4 представлены графики степени диссипации фрикционно-механической системы, а также изменение коэффициента трения при выполнении плавного и экстренного торможения. Блокирование тормозного диска наблюдалось в обоих случаях. Степень диссипации фрикционно-механической системы Iγ на рисунках 3 и 4 определена во всем частотном диапазоне. На рисунках 5 и 6 представлены интегральные оценки степени диссипации по диапазонам частот при выполнении плавного и экстренного торможений. Указанные моменты блокирования тормозного диска отмечены позициями I и II на рисунках 5 и 6, соответственно.

Рисунок 3 – Степень диссипации энергии при плавном торможении

Анализ степени диссипации энергии по диапазонам частот (рис. 5 и 6), содержащих частоты собственных колебаний системы, показал, что в момент блокирования тормозного диска происходит уменьшение величины диссипации в низкочастотной области и повышение в высокочастотной. Амплитуда диссипации в низкочастотной области относительно стабильна (отмеченные моменты I рис. 5 и 6).

Рисунок 4 – Степень диссипации энергии при экстренном торможении

В работе и для модели поверхности трения, установлено, что сила трения, обусловленная рассеиванием энергии за счет упругих волн, возникающих при взаимодействии выступов трущихся поверхностей, обратно пропорциональна относительной скорости. Следовательно, изменение скорости проскальзывания в контакте «тормозной диск – колодка» и частоты вынужденных колебаний приведет к изменению сложившегося равновесного состояния. Переход системы в новое устойчивое состояние связан с изменением топографии поверхностей трения до установления равновесной шероховатости на другом резонансном уровне. Равновесная шероховатость поверхности трения определяется частотой вынужденных колебаний w и соответствует минимально возможному в данных условиях коэффициенту трения.

Как показано в работах , , при одинаковых условиях на контакте для модели и реальной поверхности равным сближениям соответствуют равные коэффициенты трения и равные удельные линейные износы . Согласно модели и , процесс изменения геометрических параметров идет до тех пор, пока на пятнах фактического контакта не выравнивается контактное давление.

Наличие диссипации энергии при блокировании колеса объясняется наличием диссипативной составляющей комплексного коэффициента передачи. Суммарная энергия начинает рассеиваться при приложении к колесу тормозного момента, что вызывает, в свою очередь, образование сил сцепления в контакте колеса с дорогой, которые дают еще одну диссипативную составляющую. Таким образом, в начале процесса торможения, при малых значениях проскальзывания колеса, диссипация протекает на тормозном механизме, а в конце — на контакте колеса с опорной поверхностью.

Рисунок 5 – Интегральная оценка степени диссипации по диапазонам частот при плавном торможении: I и II – моменты остановки диска

Рисунок 6 – Интегральная оценка степени диссипации по диапазонам частот при экстренном торможении: I и II – моменты остановки диска

Согласно анализу экспериментальных данных, отмеченные моменты (рис. 5 и 6) соответствуют потери устойчивости по амплитуде. В эти моменты наблюдается резкое повышение АЧХ в высокочастотной области. На рисунке 7 представлены АЧХ и ФЧХ, в моменты зарождения неустойчивости и потери устойчивости. Как видно, в момент потери устойчивости величина комплексной передаточной функции не изменяется, однако амплитуда колебаний значительно увеличивается, что приводит к возникновению температурных всплесков, а соответственно к тепловому поражению локальных участков тормозного диска.

Рисунок 7 – Амплитудо - и фазо-частотные характеристики в момент потери

устойчивости по амплитуде

Как показали исследования, в момент потери устойчивости комплексный коэффициент передачи не изменяется (горизонтальный участок АЧХ на уровне –8 дБ от 0 до 7 Гц), однако АЧХ деформации поверхностных слоев тормозной колодки и тормозного диска значительно увеличиваются: с –40 до –18 дБ (в два раза). При этом комплексный коэффициент передачи на частотах 10…10,5; 105 и 240 Гц превышает единичное значение (уровень 0 дБ на АЧХ) — сила фрикционного взаимодействия по модулю на указанных частотах превышает нормальную составляющую этого воздействия.

Анализируя полученные данные, можно сделать выводы, о том, что потеря устойчивости системы сопровождается падением комплексного коэффициента передачи, температурным всплеском и ведет к возрастанию амплитуд колебаний нормальной и тангенциальной составляющих силы трения, что в свою очередь предшествует блокированию колеса. Учитывая указанные процессы, введение предлагаемого информационного канала в АБС позволит системе прогнозировать момент блокирования колеса, следовательно, повысить оперативность срабатывания системы, что обеспечит сокращение тормозного пути автомобиля. Кроме того, при недопущении потери устойчивости фрикционной системы будут отсутствовать выбросы энергии, сопровождаемые всплесками температуры в зоне фрикционного контакта, что снизит тепловую напряженность тормозного механизма, а также степень термоповреждения тормозного диска.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана физико-математическая модель подсистемы фрикционного контакта «тормозной диск – колодка» позволяющая определить диапазоны частот для организации мониторинга критического состояния натурного фрикционного контакта «тормозной диск – колодка».

2. Использование метода трибоспектральной идентификации фрикционных систем позволяет определить процессы, протекающие на фрикционном контакте и прогнозировать критическое состояние фрикционного контакта «тормозной диск – колодка», что может обеспечивать предотвращение блокирования колеса, следовательно сокращение тормозного пути.

3. Экспериментально установлено, что притормаживание и полная остановка тормозного диска сопровождаются резким увеличением амплитуды колебаний нормальной нагрузки на тормозную колодку. Наиболее информативными для осуществления мониторинга процессов, протекающих на фрикционном контакте тормозного механизма, являются частоты, лежащие в диапазонах 0 – 25 Гц и 75 – 100 Гц, соответствующие собственным частотам ФС «тормозной диск – колодка» автомобиля ГАЗ–322132.

4. Установлены критерии, обеспечивающие идентичность протекания трибологических процессов в натурном и модельном фрикционных контактах диско-колодочного тормозного механизма.

5. По итогам теоретических и лабораторных исследований рассматриваемой модели трибосистемы определены динамические характеристики в виде АФЧХ системы.

6. В результате лабораторных исследований рассматриваемой модели была сформирована база трибоспектральных параметров, характеризующих состояние системы.

7. Результаты диссертационной работы внедрены:

- в качестве методических рекомендаций по исследованию трибологических процессов, протекающих на фрикционном контакте диско-колодочного тормоза, на малом предприятии г. Шахты Ростовской обл., ведущем научные исследования и разработки в области повышения активной безопасности автотранспортных средств;

- в учебный процесс при подготовке специалистов специальности 19.06.01 – «Автомобили и автомобильное хозяйство» РГУПС; 19.06.01 – «Автомобили и автомобильное хозяйство», 19.06.03 – «Сервис транспортных технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)», 19.07.02 – «Организация безопасности движения» ЮРГУЭС.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

опубликованы в следующих работах:

1. Об обеспечении активной безопасности при торможении автомобиля/ // Бытовая техника, технология и техническое оборудование предприятий сервиса и машиностроения: юбилейный международный. Сб. науч. трудов. – Шахты: ЮРГУЭС, 2007. – С. 90-91.

2. К вопросу определения критериев подобия при моделировании фрикционного узла «тормозной диск - тормозная колодка» / // Тр. всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2007». Ч.1. – Ростов н/Д: РГУПС, 2007. – С. 139-141.

3. , К вопросу о блокировании автомобильного колеса при торможении/ , // Бытовая техника, технология и техническое оборудование предприятий сервиса и машиностроения. Юбил. междунар. сб. науч. трудов. – Шахты: ЮРГУЭС. – 2007. – С. 91-93.

4. , К вопросу исследования динамических процессов фрикционного контакта / , , // Межвуз. сб. науч. тр., посв. памяти профессора «Наука и инновации в области сервиса автотранспортных средств и обеспечение безопасности дорожного движения» – Шахты: ЮРГУЭС, 2008. – С. 129-135.

5. Моделирование транспортных фрикционных механических систем/ // Наука и инновации в области сервиса автотранспортных средств и обеспечение безопасности дорожного движения. Межвуз. сб. науч. тр., посв. памяти проф. – Шахты: ЮРГУЭС. – 2008. – С. 135-146.

6. , Применение метода трибоспектральной идентификации при исследовании фрикционных автоколебаний / , // Тр. всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2008». Ч.1. – Ростов н/Д: РГУПС, 2008. – С. 280-283.

7. , К вопросу применения систем автоматического регулирования торможением с целью повышения устойчивости и управляемости автомобиля / , // Тр. всерос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2008». Ч.1. – Ростов н/Д: РГУПС, 2008. – С. 291-292.

8. Патент РФ № 000 к заявке №/28 от 01.01.2001 МКП G 01 N 3/56 «Способ испытаний узлов трения».

9. Озябкин, А. Л., Физико-математическое моделирование фиркционного контакта диско-колодочного тормозного механзма автомобиля // Озябкин, А. Л., , – Вестник РГУПС, 2009. – № 1. – С. 15-22, ISSN X.

10. Шаповалов, В. В., Применение методов физико-математического моделирования и трибоспектральной идентификации для мониторинга фрикционных механических систем // , , - «Вестник машиностроения», г. Москва, 2009г. №5, с. 49-%)

11. Харламов, П. В., Обзор антиблокировочных систем применяемых на автомобильном транспорте // , - Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009».– Ростов-на/Д: РГУПС, 2009. – Ч.1.– С. 385-3%)

12. Харламов, П. В., Физико-математическое моделирование как способ исследования динамических процессов фрикционного контакта // , - Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2009».– Ростов-на/Д: РГУПС, 2009. – Ч.1.– С. 388-3%)

13. Харламов, П. В., Исследование динамических процессов фрикционного контакта методом физико-математического моделирования // , - Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство: международный сб. науч. трудов.– Ростов-на/Д: РГУПС, 2009. – С. 111-1%)

14. Харламов, П. В., Антиблокировочная система как система управления скоростью транспортного средства // , , - Проблемы и перспективы развития транспортного комплекса: образование, наука, производство: международный сб. науч. трудов.– Ростов-на/Д: РГУПС, 2009. – С. 113-1%)

15. Шаповалов, В. В., Амплитудо-фазочастотный анализ критических состояний фрикционных систем: Монография / , , . — М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2009. — 383 с. ISBN 0021-5

Автор выражает благодарность научному руководителю, а также к. т.н., доц. и д. т.н., проф. за оказанную помощь при работе над диссертацией.

ТРИБОСПЕКТРАЛЬНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КРИТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДСИСТЕМЫ «ТОРМОЗНОЙ ДИСК – КОЛОДКА» АВТОМОБИЛЯ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Подписано к печати __.___._______г. Формат 60x84/16

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №_______

Ростовского государственного университета путей сообщения

Ризография РГУПСа

Адрес университета: г. Ростов-на-Дону, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2