Введение к работе
"виклиотека
?.013
Актуальность темы. Характерной особенностью функционирования упругих элементов (листовых рессор, пружин, торсионов) подвесок автотранспортных средств (АТС) является цикличность их нагружения, приводящая к снижению долговечности и усталостному разрушению. В наибольшей степени это относится к листовым рессорам (ЛР).
Листовая рессора как объект синтеза находится в сложной взаимосвязи с элементами системы «дорога - автомобиль - водитель - груз», противоречиво влияя на различные показатели качества этой системы. Такими показателями принято считать: плавность хода, управляемость, устойчивость, комфортность, сохранность груза, степень воздействия на покрытие дороги. Дополнительная сложность учета взаимодействия обусловлена еще и тем, что количественные и качественные характеристики такого влияния могут кардинально изменяться в зависимости от габаритов и массы автомобиля, величины перевозимого груза и распределения нагрузки по осям автомобиля, упругих и демпфирующих свойств подвески. При этом упругие свойства рессоры определяются конкретным набором конструктивных параметров самой рессоры. Термическая обработка, пластическая деформация при изготовлении, знакопеременные напряжения, возникающие в поверхностном слое листа ЛР при эксплуатации, влияние внешней агрессивной среды приводят к образованию дефектных структур (вакансий, дислокаций и т.д.), их концентрации и последующему хаотичному движению. Такое движение способствует образованию и развитию в поверхностном слое ЛР микротрещин (МТ).
Формирование требуемых свойств ЛР осуществляется на стадиях их проектирования и производства. Существующие в настоящий момент методы проектных исследований ЛР не обеспечивают определения в явном виде набора их основных параметров с учетом микропрофиля дорог, скоростей движения автомобиля с целью повышения долговечности, а применяемый технологический процесс изготовления ЛР не может обеспечить необходимую долговечность пакета с учетом влияния МТ. Таким образом, исследования, направленные на совершенствование технологического процесса изготовления ЛР путем введения дополнительных операций, повышающих его долговечность, а также разработку метода их оптимизационного синтеза, являются актуальными.
Цель исследования - повышение долговечности и оптимизационный синтез пакета ЛР системы подрессоривания АТС путем формирования требуемых свойств поверхностного слоя каждого листа в отдельности и всего пакета на стадиях разработки и производства.
В соответствии с поставленной целью сформулированы основные задачи исследования:
-
Формирование математической модели механизма возникновения и развития микротрещин в поверхностном слое ЛР в условиях фреттинг-процесса.
-
Разработка и реализация комплексной методики экспериментальных исследований долговечности листовой рессоры с учетом процесса образования трещин.
-
Обоснование и разработка дополнительных технологических операций, изменяющих механизм межлистового взаимодействия в ЛР, обеспечивающих повышение ее долговечности за счет снижения тре-щинообразования.
-
Разработка и реализация метода оптимизационного синтеза ЛР в условиях задачи высокой размерности и многокритериальное с учетом реального воздействия микропрофиля дорог и скорости движения автомобиля.
Объект исследования - технология проектирования и изготовления ЛР, обеспечивающая повышение долговечности пакета в целом.
Предмет исследования — комплекс оценочных параметров ЛР, обеспечивающих ее долговечность, плавность хода, управляемость и устойчивость АТС.
Методы исследования. Результаты работы базируются на современных представлениях физики твердого тела, теории упругости, методах неразрушающего контроля с использованием современных компьютерных технологий. Экспериментальные исследования выполнялись на специально спроектированных и изготовленных оригинальных стендах, предназначенных для испытаний систем подрессоривания АТС, узлов и деталей на долговечность. В работе использованы теоретические и экспериментальные данные, полученные в Пензенском государственном университете.
Научная новизна:
по специальности 05.02.08 - Технология машиностроения
-
Разработана математическая модель дислокационной ползучести с учетом физико-химических процессов в поверхностном слое ЛР, позволяющая наметить и оценить результативность технологических мероприятий по предотвращению зарождения микротрещин.
-
Осуществлено обоснование и проведен выбор материалов покрытия, существенно снижающих интенсивность трещинообразования вЛР.
-
Определены структура и содержание дополнительных технологических операций, обеспечивающих в рамках существующего техно-
логического процесса изготовления ЛР повышение фреттингостойкости поверхностного слоя отдельных листов и долговечность системы под-рессоривания АТС.
-
Обеспечено прогнозирование долговечности ЛР на основе полученной зависимости изменения длины микротрещины от величины приложенной силы к ЛР.
-
Установлена возможность оценивания результативности технологических мероприятий по упрочнению поверхностного слоя листов ЛР на основе полученных зависимостей приведенной эффективной длины микротрещины и приведенной усталостной прочности ЛР от пробега АТС.
по специальности 05.05.03 — Колесные и гусеничные машины
-
Предложен новый метод оптимизационного синтеза для многокритериальных задач высокой размерности, основанный на дифференцированном анализе поля исследуемых вариантов и едином комплексе трех алгоритмов оптимизации на базе планов единой структуры.
-
Обоснована возможность получения конструкций ЛР, обеспечивающих удовлетворение комплекса противоречивых требований для автомобилей общего назначения, с учетом диапазона изменения ее свойств, микропрофиля дорог и типовых скоростей движения автомобиля по ним.
-
Установлена возможность использования базовой конструкции ЛР с вариацией длин накладок для крепления в зависимости от региона эксплуатации автомобиля.
Практическая ценность работы:
-
Усовершенствован и внедрен в производство технологический процесс изготовления ЛР, обеспечивающий повышение долговечности путем нанесения фреттингостойкого покрытия и упрочнения поверхностного слоя листа рессоры.
-
Снижены общие затраты на изготовление и эксплуатацию ЛР за счет существенного повышения их долговечности (до 50 %).
-
Разработаны экспериментальные стенды и методики проведения ускоренных испытаний ЛР системы подрессоривания и оценки их долговечности методом акустической эмиссии (АЭ), обеспечивающие снижение затрат на исследование рессор.
-
Предложенный метод оптимизационного синтеза обеспечивает сокращение сроков и ресурсных затрат проектных разработок ЛР.
На защиту выносятся:
1 Математическая модель дислокационной ползучести с учетом физико-химических процессов в поверхностном слое ЛР, позволяющая
наметить и оценить результативность технологических мероприятий по предотвращению зарождения микротрещин.
-
Результаты обоснования выбора материалов покрытия, существенно снижающих интенсивность трещинообразования в ЛР.
-
Структура и содержание дополнительных технологических операций, обеспечивающих в рамках существующего технологического процесса изготовления ЛР повышение фреттингостойкости поверхностного слоя отдельных листов и долговечность системы подрессорива-ния АТС.
-
Модель изменения длины микротрещины от приложенной к рессоре силы, обеспечивающая оценку долговечности ЛР.
-
Модели приведенной эффективной длины микротрещины и приведенной усталостной прочности ЛР от пробега АТС, обеспечивающие возможность оценивания результативности технологических мероприятий по упрочнению поверхностного слоя листов ЛР.
6 Метод оптимизационного синтеза для многокритериальных и
многопараметрических задач, основанный на дифференцированном
анализе поля исследуемых вариантов и едином комплексе трех алго
ритмов оптимизации на базе планов единой структуры.
Реализация полученных результатов. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований использованы в госбюджетной научно-исследовательской работе по заказу Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные основы нано-структурирования для обеспечения качества поверхностного слоя ответственных деталей машиностроения», в учебном процессе кафедры «Транспортные машины» Пензенского государственного университета. Результаты работы внедрены в производство в ОАО «Пензадизель-маш», ФГУП ФНПЦ «ПО "Старт" им. М. В. Проценко» (г. Заречный, Пензенская обл.), ОАО «Объединенные автомобильные технологии» (Управляющая организация ЗАО «Сердобский машиностроительный завод») и ОАО «Специальное конструкторское бюро турбонагнетателей» (г. Пенза).
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на VIII Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (г. Пенза, 2005 г.), X Международной научно-технической конференции «Современные тенденции развития транспортного машиностроения» (г. Пенза, 2005 г.), Международной научно-технической конференции «Прогресс транспортных систем - 2005» (г. Волгоград, 2005 г.), IV Международной научно-технической конференции «Проблемы ис-
следования и проектирования машин» (г. Пенза, 2008 г.), научно-технических конференциях ПТУ (2004-2012 гг.), расширенных заседаниях кафедр машиностроительного профиля ПТУ (2004—2012 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 11 научных работах (без соавторов 3 работы), в том числе в 4 изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ № 2366919 «Стенд для испытания элементов подвески автотранспортных средств».
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка литературы из 130 наименований и трех приложений, содержит 127 страниц основного текста, 57 рисунков и 14 таблиц.
