Модернизация стенда для стабилизации входного параметра и тестирования качества работы сайлентблоков подвески автомобилей

Автомобиль является одним из наиболее распространенных видов транспорта, эксплуатируемых во всем мире. Его эксплуатация всегда связана с повышенным риском. Статистические данные показывают, что в 2016 г. в Российской Федерации произошло 4902 ДТП [1] по причине неисправности или неудовлетворительного технического состояния автомобиля, повлекших ранения и гибель людей. Еще одним существенным фактором, приводящим к ДТП, являются условия эксплуатации автомобилей, как правило, достаточно сложные. Это и качество дорожного покрытия, и климатические условия, сложный рельеф местности, особые условия движения в горной местности и т.д.

Анализ ряда ДТП свидетельствует о том, что зачастую их причиной является отсутствие достаточно эффективных способов диагностирования систем и диагностического воздействия для выявления зарождающихся и развивающихся неисправностей [1].

В условиях эксплуатации актуальной задачей является обеспечение требуемого уровня исправности и безопасности движения автомобиля. Одним из наиболее эффективных методов является проведение технического обслуживания (ТО) с применением современного диагностического оборудования, которое позволяет учитывать специфику узлов и деталей автомобиля [2, 3].

Одной из ответственных систем автомобиля является система подрессоривания. Подвески большинства современных автотранспортных средств включают в свою конструкцию сайлентблоки (резинометаллические шарниры), призванные функционировать на кручение и соединять рычаги подвески [4]. Однако даже высококачественные сайлентблоки ведущих производителей в процессе эксплуатации изнашиваются, а их характеристики ухудшаются. Диагностика этих сайлентблоков в основном проводится в комплексе мероприятий по определению технического состояния подвески в целом. Эти методы диагностирования в основном оценивают работу демпфирующих свойств амортизаторов автомобиля и не позволяют с достаточной достоверностью контролировать качество работы резино-металлических шарниров, а следовательно, влияние на управляемость, устойчивость и активную безопасность транспортного средства. Поэтому возникла необходимость в новом более эффективном стенде.

Экспериментальные оценки силовых характеристик сайлентблоков требуют создания специальных стендов, которые позволят получать опытные характеристики испытуемых сайлентблоков.

Для испытаний и оценки сайлентблоков легковых автомобилей на кафедре «Автомобили» ВСГУТУ разработан стенд (рис. 1), реализующий режим статического и динамического нагружения [5].

Стенд включает электропривод, кривошипно-шатунный механизм, измерительные устройства, линейную шкалу. Диапазон частоты колебаний рычага с испытуемыми сайлентблоками может быть задан в диапазоне от 0 до 1,16 Гц.

Испытания сайлентблоков, проведенные с использованием стенда, выявили существенный недостаток в его конструкции - в некоторых режимах при увеличении диапазона частот создаваемый сайлентблоком момент при закручивании больше крутящего момента на выходном валу редуктора. Синусоидальное кинематическое перемещение, получаемое с датчика перемещения, имеет искаженную характеристику (рис. 2), что дает значительную погрешность измерений для дальнейшей обработки экспериментов. Кроме того, проблематично установить на стенд сайлентблоки другого типоразмера. Поэтому стенд в основном используется в учебном процессе при выполнении лабораторных работ.

Рисунок 1 - Стенд для исследования силовых характеристик сайлентблоков:

1 - направляющее устройство: 2 - кривошипно-шатунный механизм; 3 - электродвигатель; 4 - гидромотор;

5 - редуктор; 6 - согласующее устройство

Рисунок 2 - Искаженный сигнал перемещения

Таким требованиям соответствует стенд, который имеет возможность накапливать кинетическую энергию для увеличения крутящего момента на выходном валу, в случае, когда испытуемый сайлентблок создает больший момент при его закручивании, а также иметь минимальную силу трения в согласующем устройстве.

В состав измерительной системы такого стенда входят датчики силы, перемещения и синхронизации.

Целью данной работы является модернизация диагностического стенда сайлентблоков подвески автомобилей. В состав модернизированного стенда будут входить аккумулятор кинетической энергии (маховик), мультипликатор и демультипликатор (за основу взяты КПП ВАЗ-2109), редуктор (за основу взят задний редуктор Toyota Mark II), линейные модули, профильные рельсовые направляющие для согласования криволинейного движения рычага подвески, электродвигатель, частотный преобразователь. Мультипликатор в свою очередь предназначен для раскручивания маховика, накапливания кинетической энергии. Демультипликатор, наоборот, понижает количество оборотов на выходном валу, передавая его на кривошипно-шатунный механизм с необходимым крутящим моментом. У всех редукторов для передачи крутящего момента заблокированы дифференциалы. Использование регулируемого частотного преобразователя позволяет плавно, бесступенчато регулировать частоту оборотов двигателя. Структурная схема модернизированного стенда представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Структурная схема модернизированного стенда:

1 – частотный преобразователь; 2 – электродвигатель; 3 – редуктор; 4 – мультипликатор;

5 – демультипликатор; 6 – аккумулятор кинетической энергии; 7 – кривошип; 8 – шатун; 9 – направляющее устройство; 10 – рычаг подвески; 11 – испытуемый сайлентблок; 12 – датчик силы; 13 – датчик перемещения; 14 – усилитель; 15 – аналого-цифровой преобразователь; 16 – компьютер

Сравнить два графика – искаженного и правильного сигнала перемещения (рис. 4), можно сделать вывод, что стенд удовлетворяет требованиям проведения эксперимента. Тарировка датчика показывает линейную зависимость (рис. 5).

При сравнении двух графиков (см. рис. 2, 4) видно, что качественная характеристика улучшилась.

$, Мое

’ - моиуееме 2 - Разгругегее

Рисунок 5 – График тарировки

Механизмы стенда и его контрольно-измерительная система позволяют получать силовые характеристики испытуемых сайлентблоков (рис. 6) с достаточно высокой точностью при помощи регистрирующих устройств и персонального компьютера.

Рисунок 6 – Силовая характеристика сайлентблока

Выводы

Благодаря многофункциональной системе приспособлений, креплений конструкция модернизированного стенда является универсальной, поскольку механическую часть стенда можно достаточно быстро адаптировать под различные конфигурации рычагов подвески испытуемых сайлентблоков.

Представленная на рисунке 6 силовая характеристика подтверждает возможность использования модернизированного стенда для получения силовых динамических характеристик сайлентблоков. В ходе дальнейших исследований были проведены эксперименты, направленные на определение силовых динамических характеристик сайлентблоков, имеющих измененные параметры технического состояния, проведена оптимизация режимов нагружения сайлентблоков .