Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы испытаний транспортно-технологических машин и оборудования. Учебное пособие.pdf
б) закручивание кузова моментом, составляющим 0,7..0,9
максимально возможного для данного автомобиля при одном вывешенном колесе, и одновременно изгиб с коэффициентом перегрузки 1,0…1,5 (условия соответствуют случаю переезда автомобилем кювета под углом к его оси). Уровень напряжений в элементах кузова при действии указанных нагрузок не должен достигать
предела текучести материала.
Для грузовых автомобилей рекомендованы такие же режимы,
но коэффициент перегрузки выше из-за тяжелых условий эксплуатации и большей жёсткости подвесок, например, 3,0…4,5.
На рисунке 7, а представлена схема нагружения кузова (рамы)
легкового автомобиля при статических испытаниях на изгиб.
Рис. 7. Схема нагружения кузова при статических испытаниях
а – на изгиб; б – на кручение
31
Суммарное усилие Р∑ с помощью системы рычагов раскладывается на четыре составляющие Р1 – Р4, которые имитируют воздействие на несущую систему автомобиля четырёх основных сосредоточенных масс: двигателя в сборе со сцеплением и коробкой
передач, переднего сиденья и двух сидящих на нём пассажиров,
заднего сиденья и трёх сидящих на нём пассажиров, бензобака с
топливом и багажа. Суммарное усилие Р∑ = Р1 + Р2 + Р3 + Р4 в каждом конкретном случае определяют исходя из характеристик указанных масс и принимаемого коэффициента перегрузки.
При испытаниях кузова легкового автомобиля на изгиб на
стенде можно использовать распределённую по длине салона вертикальную нагрузку 4000…4450 Н. В исследовательских лабораториях компании «Форд» (США) проверка конструкции на изгиб и
кручение производится в стендовых условиях путём нагружения
кузова изгибной нагрузкой, соответствующей двукратной перегрузке, и закручиванием его моментом 3000 Н⋅м.
Одной из задач статических испытаний является определение
жёсткости конструкции, которую оценивают по замеренным деформациям и перемещениям элементов кузова. Для этого на базовую плиту стенда устанавливают определённое число стрелочных
индикаторов с делением 0,01…0,02 мм или применяют установку
типа «Alpha-3Јb, позволяющую фиксировать перемещение любой
точки кузова с высокой точностью. Для несущих кузовов легковых
автомобилей максимальный прогиб силовых элементов основания
при действии номинальной эксплуатационной нагрузки обычно
находится в пределах 0,5…1,0 мм.
Жёсткость несущей системы на кручение проверяют при нагружении её скручивающим моментом измерением угла закручивания (рис. 7, б).
С этой целью кузов 1 на фальшрессорах 2 устанавливают на
подвижных опорах – передней скользящей и задней качающейся в
поперечной плоскости. К консольной части задней опоры 3 прилагают усилие (измеряемое динамометром 4), вызывающее поворот
опоры относительно продольной оси кузова. Таким образом, на
конструкцию действует скручивающий момент. Усилие передается
от электродвигателя 6 через редуктор 5 с большим передаточным
числом.
По результатам исследования жёсткости кузова (рамы) на кручение оценивают жёсткость, например, по формуле:
32
В = М
кр / γб
,
где Мкр – скручивающий момент, действующий на испытываемую
конструкцию, кН⋅м; γб – угол относительного поворота сечений,
расположенных над передней и задней осью автомобиля (угол закручивания несущей системы на длине базы автомобиля, рад.).
При одинаковой силовой схеме несущей системы удлинение
базы автомобиля приводит к уменьшению показателя жёсткости В,
поэтому при характеристиках жёсткости различных кузовов учитывается длина базы автомобиля.
На специальных стендах проводят тензометрические исследования несущих систем и кузовов: на грузовых автомобилях устанавливаемое число тензорезисторов может быть от 200 до 500 ед.,
а на кузовах легковых автомобилей – до 1500 ед.
Показания тензорезисторов в большой степени зависят от выбора места измерения и степени соответствия направления оси тензорезистора направлению действия главных напряжений. Для правильного проведения тензометрирования необходимо иметь представление об усталостных трещинах в элементах кузова данного
типа, которые имели место в эксплуатации. Хорошие результаты
даёт предварительное изучение нагруженности элементов несущей
системы с помощью метода хрупких покрытий.
2.6. МЕТОДЫ ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ КУЗОВОВ
В условиях эксплуатации несущие элементы автомобиля подвергаются воздействию динамических нагрузок, приводящих к усталостным повреждениям. На специальных стендах создают динамическое нагружение на изгиб и скручивающим моментом, причём
оба вида нагрузки могут воздействовать на испытываемый объект
одновременно или поочередно. Частота нагрузок на стендах установлена в пределах 2…12 Гц, что соответствует реальным условиям. В случае использования для усталостных испытаний несущих
систем резонансных режимов диапазон частот устанавливают
опытным путём.
Разработан ряд программ, отличающихся разнообразием условий испытаний. Если испытания на усталость систем проводят по
сравнительно простой программе, то кузов жёстко закрепляют
в плоскости, проходящей через заднюю ось автомобиля и нагружают знакопеременным скручивающим моментом в плоскости,
проходящей через переднюю ось. В процессе испытаний величину
33
момента увеличивают ступенями после первых 50 тыс. циклов, а
затем после каждых 100 тыс. циклов нагружения (всего четыре
ступени значений амплитуд скручивающего момента). Появляющиеся усталостные трещины фиксируют до существенного понижения жёсткости кузова. Недостаток указанной методики испытаний – трудность оценки действительного ресурса кузова.
Информация к размышлению. Компания «Форд» (США)
проводит испытания кузовов с использованием электродинамических вибраторов направленного действия. В результате определяют
усталостную прочность деталей, а также ряд динамических характеристик (частоты собственных колебаний конструкции в сборе и
отдельных панелей, формы частотных резонансов и др.). Методика
проведения испытаний имеет ряд особенностей. Кузов подвешивают на трёх очень мягких пружинах, что способствует уменьшению
демпфирования в опорах и повышению чувствительности системы
к изменениям в конструкции кузова. Два вибратора воздействуют
на поперечину передней подвески автомобиля: при их работе
в фазе на кузов воздействует динамическая изгибающая нагрузка,
в противофазе – динамический крутящий момент. Частота прикладываемых динамических воздействий составляет 10…40 Гц.
Для форсирования испытаний можно использовать резонансные режимы, однако наиболее часто при усталостных испытаниях
используют следующие уровни динамических нагрузок: кручение с
амплитудой ± 0,5М
; изгиб с амплитудой, соответствующей
кр mах
двукратной перегрузке. С применением резонансных режимов
уменьшаются энергетические затраты и значительно сокращается
время испытаний, но при этом основным показателем становится
сравнительная оценка надёжности исследуемых конструкций, и
перенести результаты стендовых испытаний на реальные условия
работы в этом случае трудно.
Перспективными считаются испытания на динамических
стендах с программированным управлением нагрузкой (рис. 8).
Информация к размышлению. Методики проведения испы-
таний на усталость рам и кузовов имеют много общего. Как правило, при выборе нагрузки предпочтение отдают кососимметричному
нагружению (скручиванию). Однако для усталостной прочности
лонжеронов рамы, особенно при наличии различного рода ослаблений и концентраторов напряжений, наиболее опасен режим изгиба. Обычно частота изменения нагрузки на стенде находится в пределах 2…5 Гц.
34
Рис. 8. Стенд для испытаний автомобильного кузова на усталость:
1 – АСУ стенда; 2 – перфолента, задающая углы поворота роторов
гидроусилителей момента; 3 – насосная станция, питающая гидроусилитель;
4 – кривошипно-шатунный нагружатель; 5 – гидроусилитель момента;
6 – соединительная муфта; 7 – контрольное устройство
(датчик обратной связи); 8 – испытываемый кузов
Наибольшая достоверность результатов дорожных и стендовых испытаний обеспечивается при применении методики, предполагающей воссоздание нагрузок, возникающих в реальных условиях. Согласно такой методике на испытательных стендах используют гидравлические пульсаторы, управляемые быстродействующими сервоклапанами с обратной связью (рис. 9).
Рис. 9. Стенд с гидропульсаторами для усталостных испытаний
ходовой части и несущей системы автомобиля
35
Стенд имеет 4 вертикальных гидропульсатора. Один канал аппаратуры пульта создаёт сигналы, воздействующие на сервоклапаны правых пульсаторов, а второй – для левых. Сигналы записаны
в различных дорожных условиях, эквивалентных профилю различных дорог. У каждого канала имеются две считывающие магнитную запись головки. Система обратной связи обеспечивает контроль отработки пульсаторами заданных магнитной записью вертикальных перемещений. Таким образом, на стенде создают условия нагружения ходовой части и кузова автомобиля, близкие к реальным.
Испытания деталей арматуры и оборудования кузова на
стендах. К деталям арматуры относятся замки и петли дверей, ка-
пота и крышки багажника, стеклоочистители и омыватели, стеклоподъёмники, прикуриватели, механизмы привода съёмной крыши
(у автомобилей с кузовами типа кабриолет и фаэтон).
В лабораторных условиях применяют гидравлические нагружатели и приводные механизмы. Так, на специальном стенде производят неоднократное открывание и закрывание дверей, крышки
багажника и капота. Дверная арматура должна выдерживать не менее 100 тыс. раз открывания и закрывания, капота – 5 тыс., а крышки багажника – 20 тыс. раз.
Испытания запирающих устройств осуществляют на стенде
путём открывания и запирания замков двери поворотом вправо и
влево на 180°. Таким же образом испытывают и замки зажигания.
Надёжность сидений определяют после 200 тыс. циклов нагружений их манекеном массой 135 кг.
При испытаниях сидений определяют также упругую и ам-
плитудно-частотную характеристику подушки. Эти характеристики
используются для оценки комфортабельности посадки водителя и
пассажиров, проводят испытания на упругость и амплитудночастотную характеристику подушки, которую определяют на вибростендах с регулируемой частотой колебаний. При проведении
эксперимента на подушку сиденья помещают массу 52…55 кг,
примерно равную массе тела человека и измеряют амплитуды колебаний при различных частотах.
Дорожные испытания несущих систем и кабин. Исследова-
ния реальных нагрузочных режимов несущих систем и кабин осуществляют в дорожных условиях различными способами. Например, с помощью тензорезисторов, устанавливаемых в различных
36
точках конструкции, их показания фиксируют на светолучевой осциллограф или многодорожечный магнитограф.
При исследовании нагрузочных режимов кузовов легковых автомобилей применяют тензосистему, состоящую из 8 тензорезисторов, наклеенных к продольной оси лонжеронов подмоторной
рамы попарно на боковых полках лонжеронов под углом 45° и соединённых в измерительный полумост (рис. 10).
Эта система передаёт электрический сигнал, пропорциональный действующему на кузов скручивающему моменту.
Информация к размышлению. Для полного анализа нагру-
зочных режимов кузова (рамы) получают данные о вертикальных
динамических усилиях, действующих со стороны подвески, установкой между кузовом и подвеской силоизмерительных устройств.
Иногда для этих же целей измеряют относительные перемещения
кузова и колёс, а затем, зная характеристики подвесок, рассчитывают усилия. Однако такой пересчёт даёт относительно большие
погрешности из-за нелинейности характеристик подвесок и не
обеспечивает возможности учёта сил сопротивления амортизаторов.
Рис. 10. Тензосистема для исследования нагрузочных режимов
кузовов легковых автомобилей
37
Особенно эффективны дорожные испытания, проводимые на
специальных полигонах, так как в этих условиях можно направленно форсировать нагружения.
Ускоренные испытания на усталостность ходовой части,
рам, кузовов и кабин автомобилей осуществляют на дорогах типа
«бельгийская мостовая» и др. Применяют также искусственно созданные ухабистые дороги или треки со сменными неровностями,
которые вызывают сильные перекосы (скручивание) несущих систем автомобилей, и повышенные изгибающие нагрузки, действующие на продольные силовые элементы.
На полигонах (на специальных участках с грязевыми и водяными ваннами, пылевыми камерами) испытывают также герметичность кузова, надёжность уплотнителей оконных и дверных проёмов, защищённость основных узлов автомобиля от попадания пыли, грязи и влаги.
Испытания на коррозийность материала кузова автомобиля
проводят в водяных бассейнах, которые заливаются морской водой
или солевыми растворами определённых концентраций. Автомобиль неоднократно прогоняют в бассейне. В результате таких испытаний значительно ускоряется процесс изучения стойкости конструкции к коррозии, так как скорость возникновения очагов коррозии и их развития возрастает в 10 – 15 раз.
Вопросы для самоконтроля
1. Укажите требования, предъявляемые к конструкциям ру-
левых управлений.
2. В каком случае рулевое управление считается безопасным?
3. Какую нагрузку должны выдерживать крепление сиденья,
устройства его регулирования и стопорные устройства?
4. Как определяется эффективность подголовников?
5. Как оценивается прочность работы дверных замков и пе-
тель?
6. Какие испытания проводятся для оценки ремней безопас-
ности?
7. Как проводятся полигонные испытания автомобилей на
пассивную безопасность?
8. В чём суть методики, разработанной специалистами из
Швеции, для испытаний грузовых автомобилей на пассивную безопасность?
38
9. С какой целью в испытаниях используются манекены и что
является обязательным условием для них?
10. Для чего проводятся лабораторные испытания в условиях
статического нагружения?
11. Какие режимы испытаний на прочность и жёсткость пре-
дусмотрены для легковых автомобилей?
12. Как оценивают жёсткость конструкции при статических
испытаниях?
13. Как испытывают жёсткость несущей системы на кручение?
14. Укажите основные моменты испытаний на усталость сис-
темы.
15. Какие испытания проводятся для замков и петель дверей,
капота и крышки багажника?
16. Охарактеризуйте основные моменты дорожных испытаний
несущих систем и кабин.
17. В чём особенность ускоренных испытаний на усталост-
ность ходовой части, рам, кузовов и кабин автомобилей?
39
3. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ АВТОМОБИЛЯ
3.1. УСТАНОВКИ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛ И МОМЕНТОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА УЗЛЫ АВТОМОБИЛЯ
Для измерения сил и моментов, действующих на узлы автомобиля, выпускают целую серию устройств, например приборы типа У,
С, Р, ТДС отечественного производства или LC-KD, LT-KB японской фирмы «Киова». Чувствительный элемент в них – кольцо, шарик или стержень. Сферический чувствительный элемент работает
только на сжатие и не реагирует на боковые составляющие нагрузки.
По экватору сферического чувствительного элемента наклеивают
тензорезисторы, которые включают в измерительную схему.
Из-за специфики дорожных испытаний типовые измерители
силы не нашли широкого применения. В специальных измерительных устройствах чувствительным элементом служит деталь автомобиля или особый элемент, который выполняет функцию этой
детали.
Информация к размышлению. Для измерения сил, дейст-
вующих в зоне контакта колеса с дорогой в процессе движения автомобиля, разработаны и изготовлены две динамометрические ступицы, одна – для ведомого колеса (рис. 11, а), а вторая – для ведущего (рис. 11, б).
40
Рис. 11. Схемы динамометрических ступиц для колёс:
а – ведомого; б – ведущего