Анотація до роботи:

Коханенко В.Б. Розробка методів діагностики внутрішніх руйнувань автомобільних шин в умовах експлуатації. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.20 - Експлуатація та ремонт засобів транспорту.

Харківський національний автомобільно-дорожній університет, Харків, 2005 р.

Дисертація присвячена створенню методик контролю та засобів діагностування технічного стану автомобільних шин в умовах експлуатації, що дозволить оцінити їх залишковий ресурс і підвищити безпеку руху.

Визначені характерні дефекти шин радіальної конструкції та розроблені засоби оцінки їх технічного стану, а також визначена можливість прогнозування довготривалості шин в експлуатації.

Проведено аналіз методів математичного моделювання процесів, які відбуваються при коченні пневматичної шини, та разроблено математичні моделі для рішення контактної задачі, визначення напружено-деформованого та теплового станів шин.

Виготовлено комплекти шин, розроблено комплекс обладнання та методики для проведення експериментальних робіт. Проведено експериментальну перевірку визначених теоретичних залежностей, в результаті чого отримано підставу для можливості оцінки технічного стану шин за значеннями їх поверхневих температурних полів та розроблено методику діагностування прихованих дефектів в них.

Рекомендації та технічні рішення, запропоновані в роботі, впроваджені й використовуються при проектуванні шин у відкритому акціонерному товаристві “РОСАВА”. Методика діагностування наявності прихованого дефекту в шині за значеннями температурних полів на її зовнішній поверхні впроваджена в Білоцерківському тролейбусному управлінні та в загоні технічної служби ГУ МНС України в Харківській обл.

1. У дисертаційній роботі вирішена науково-технічна задача підвищення безпеки експлуатації автотранспортних засобів за рахунок періодичного діагностування технічного стану їхніх шин і своєчасного вилучення з експлуатації дефектних шин. Розроблені методи діагностики внутрішніх руйнувань автомобільних шин в умовах експлуатації дозволили визначати експлуатаційну придатність шини за результатами поверхневих температурних полів і оцінити залишковий пробіг шини за критерієм розвитку дефекту до критичного стану. Визначити збільшення температурного стану шини в зоні дефекту можливо за допомогою нескладних переносних перетворювачів, які працюють на основі інфрачервоного методу.

2. Розраховані напружено-деформований та тепловий стани шини при впливі різноманітного сполучення експлуатаційних факторів і конструктивних параметрів дозволило розробити методи оцінки роботоздатності конструкції шини і діагностувати її технічний стан. З підвищенням тиску повітря в шині на 20 % деформації на каркасі збільшуються на 3-7 % і складають до 26 %. Збільшення навантаження на шину на 25 % зменшує пробіг шини по деформаціям першого шару в 3-5 разів, а по другому шару – в 2 рази. Збільшення внутрішнього тиску повітря в шині на 25 %, але не вище 2.2 МПа, призводить до збільшення пробігу шини по брекеру на 40 %.

3. Проведені теоретичні та експериментальні дослідження розподілу деформацій в шині і на їх підставі визначені найбільш небезпечні, з точки зору втомливої витривалості, зони шини. Ними являються області плечової зони та зони борта шини. Більший термонапружений стан боковини і кромок брекера шини легкового автомобіля підтверджується підвищенням їх температури на 22-23 % в порівнянні з температурою в центрі шини (для шин 165/70 R13 и 205/70 R14) та на 8-11 % - посередині шини.

4. Напружено-деформований стан в середині шини з припустимою похибкою можливо визначити через її поверхневу температуру. Збільшення навантаження на шину до 25 % призводить до збільшення температури в бортовій області до 3 % і складає для шини 165/70R13 - 31,6⁰ С ; для шини 175/70R13 – 32,4⁰ С; для шини 185/70R14 – 33,6⁰ С; для шини 205/70R14 – 35,1⁰ С, а для вантажної шини 210508R це збільшення складає до 10% и досягає 37,9⁰ С.

5. Встановлена нерівномірність розподілу температурних полів по перерізу шини: максимальна температура на поверхні шини в 1.4 рази менше максимальної температури всередині її гумового масиву. Встановлено, що наявність екрануючого шару в шинах легкових автомобілів підвищує їх термонапружений стан по другому шару брекера в 1.6 рази. Довготривала робота шин серії „S” (більше дух годин) на швидкостях руху близьких до критичних (V=52 м/с) призводить до різкого збільшення температури в зоні деформації і до виходу шин з експлуатації.

6. Експериментально підтверджено перевищення температурного стану шини в зоні дефекту (як зовнішнього, так і внутрішнього) по відношенню до бездефектних зон в межах 3-5 ⁰С, що дає змогу його інструментального визначення. Термонапружений стан боковини та кромок брекера шини легкового автомобіля підтверджується збільшенням їх температури на 22-23% в порівнянні з температурою в центрі шини (для шин 165/70 R13 і 205/70 R14) і на 8…11 % - посередині шини (для шин 175/70 R13 и 165/70 R13).

7. На підставі проведених досліджень розроблені методи діагностування наявності прихованих дефектів в шині в умовах експлуатації з використанням діагностичного стенду з біговими барабанами. Оцінити придатність шин до подальшої експлуатації за значеннями їх поверхневих температурних полів можливо після 15-20 хвилин з початку їх котіння по біговому барабану зі швидкістю V = 40 км/год. Термонапружений стан центру шини вантажного автомобіля підтверджується збільшенням його температури на 32-37 % в порівнянні з боковиною та на 9-25 % в порівнянні з кромками брекера шин 10.00 R20 і 12.00 R20.

8. Основні результати дисертаційної роботи використовуються в відкритому акціонерному товаристві „Росава”, а метод діагностування наявності дефекту всередині шини за її температурними полями на її зовнішній поверхні впроваджений в Белоцерківському тролейбусному управлінні та в загоні технічної служби ГУ МНС України в Харківській області.

Публікації автора:

1. Ларин А.Н., Коханенко В.Б., Яковлев А.М. Расчет температурного состояния шины методом конечного элемента // Науковий вісник будівництва: Вип. 8. – Харків: ХДТУБА ХОТВ АБУ. – 1999. – С. 115 – 117. Автором запропонована математична модель шини та результати розрахунків.

2. Ольшанский В.П., Ларин А.Н., Коханенко В.Б. О распределении изгибных напряжений в боковине шины // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Сб. научн. тр. ХГПУ. – Вып. 7. – Ч. 1. – Харьков, 1999. – С. 341 – 344. Автору належить обробка результатів експерименту, їх аналіз та проведення теоретичних розрахунків.

3. Ларін О., Яковлев О., Коханенко В. Експериментальне дослідження взаємодії шини з поверхнею дороги // Вісник Тернопільського державного технічного університету. Науковий журнал, том 5. № 3. - Тернопіль: ТДТУ ім. Івана Пулюя. - 2000. - С. 66-70. Автору належить постановка експерименту та розробка методик його проведення.

4. Ларин А.Н., Коханенко В.Б. Распределение температуры на поверхности и между слоями грузовой шины // Вестник Харьковского государственного политехнического университета: Сб. научн. тр. - Вып. 81 - Серия: Новые решения в современных технологиях. - Харьков: ХГПУ, 2000. С. 53-54. Автору належить проведення експерименту та обробка експериментальних даних.

5. Коханенко В.Б., Юрченко А.Н., Богомолов В.А., Ларін О.Н., Яковлев О.М. Исследование влияния рисунка протектора на термонапряженное состояние шины // Коммунальное хозяйство городов: Научн.-техн. сборник - Вып. 33. - Серия: Архитектура и технические науки - К.: «Техника». - 2001. - С. 273-276. Автору належить постановка експерименту та розробка методик його проведення.

6. Коханенко В.Б., Юрченко А.М., Ларін О.М. Порівняльні дослідження температурних полів шин автомобілів // Автошляховик України. - 2002. - №3-С. 20 - 22. Автору належить обробка експериментальних даних та обгрунтування висновків.

7. Коханенко В.Б., Юрченко АН., Богомолов В.А., Ларин А.Н., Яковлев А.М. Влияние конструктивных изменений в шине на ее температурное состояние // Вестник Национального технического университета "ХПИ": Сб. научн. тр. Тематический выпуск: Новые решения в современных технологиях. - Харьков: НТУ (ХПИ). - 2002. - № 3. - С. 156 - 160. Автору належить проведення експерименту та обробка експериментальних даних.

8. Коханенко В.Б. Огляд експериментальних методів виміру температурних полів у твердих тілах // Проблемы пожарной безопасности. Сб. научн. тр. АПБ Украины. – Вып. 10. – Харьков: Фолио, 2001. - С. 88 - 92.

9. Коханенко В.Б., Ларин А.Н., Яковлев А.М., Чернобай Г.А. Исследование влияния внутренних дефектов в шине на ее поверхностные температурные поля // Коммунальное хозяйство городов: Научн.-техн. сборник. - Вып. 42. - Серия: Технические науки. - К.: «Техника». - 2002. - С. 202 - 206. Автору належить постановка експерименту та розробка методик його проведення.

10. Коханенко В.Б., Ларин А.Н., Яковлев А.М., Чернобай Г.А. Исследование влияния внешних дефектов в шине на ее поверхностные температурные поля // Вісник Національного технічного університету "ХПІ": Збірник наукових праць. – Тематичний випуск: Нові рішення в сучасних технологіях. - Харків: НТУ (ХПІ). - 2002. - № 7. Т. 2. - С. 104 - 107. Автору належить постановка експерименту, розробка методик та його проведення.

11. Коханенко В.Б. Анализ конструкций современных автомобильных шин // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. АПБ Украины. – Вып. 11. – Харьков: Фолио, 2002. – С. 115 - 120.

12. Ольшанский В.П., Ларин А.Н., Коханенко В.Б., Яковлев А.М. Косвенный метод определения надежности автомобильной шины // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Сб. научн. тр. ХГПУ. – Вып. 6. В четырех частях. Ч. 1. – Харьков: Харьк. гос. политехн. ун-т, 1998. – С. 120 – 123. Автор запропонував метод визначення надійності автомобільної шини.

13. Коханенко В.Б., Ларин А.Н. Влияние температуры на работу шин автомобиля // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. – Вып. 5. – Харьков: ХИПБ, 1999. – С. 128 – 130. Автором запропоновані діагностичні ознаки працездатного стану шин.

14. Ольшанский В.П., Ларин А.Н., Яковлев А.М., Коханенко В.Б. Локальное поле температуры в пластине с линейчатым источником тепла // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. – Вып. 6. – Харьков: ХИПБ, 1999. – С. 119 – 121. Автором запропонована теплова математична модель шини.

15. Коханенко В.Б., Ларин АН. Влияние геометрической формы рисунка протектора на долговечность автомобильной шины // Геометричне та комп'ютерне моделювання: Зб. наук. пр. - Вип. 1: 32 наук. праці: Редкол.: Л.М. Куценко (відпов. ред.) та ін.; Харк. держ. акад. технол. та орг. харчування. - Харків, 2002. - С. 60 - 63. Автору належить обробка результатів експерименту, їх аналіз та обгрунтування висновків.

16 Коханенко В.Б., Юрченко А.Н., Ларин А.Н., Богомолов В.А., Кипа А.В. Исследование температурных полей шин легковых автомобилей // Вестник Национального технического университета "ХПИ": Сб. научн. тр. Тематический вып.: Новые решения в современных технологиях. -Харьков: НТУ (ХПИ). - 2002. - № 6. Т. 1. – С. 46 - 50. Автору належить постановка експерименту, розробка методик та його проведення.

17. Коханенко В.Б., Ларін О.М. Оптимізація геометрії рисунка протектора автомобільної шини // Геометричне та комп’ютерне моделювання: Зб. наук. праць. – Вип. 3: 24 наук. праці: Редкол.: Л.М. Куценко (відпов. ред.) та ін.; Харк. держ. університет харчування та торгівлі. – Харків, 2003. – С. 97 - 101. Автору належить обгрунтування методики оптимізації геометричної форми рисунка протектора.

18. Ларін О.М., Яковлев О.М., Коханенко В.Б. Вплив кутів установки керованих коліс автомобіля на величину пробігу шини // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. Вып. 4. - Харьков: ХИПБ, 1998. – С. 122 – 125. Автору належить обробка результатів експерименту, їх аналіз та чисельна оцінка теоретичних розрахунків.

19. Ларін О.М., Коханенко В.Б., Необхідність контролю за експлуатацією шин пожежних автомобілів та визначення можливості оцінки їх технічного стану // Матеріали 6 науково-практичної конференції “Пожарная безопасность - 2003”. – Харків, Академія пожежної безпеки України – 2003. – С. 292 - 294. Автор обгрунтував можливість та доцільність оцінки технічного стану шин пожежних автомобілів.

20. Ларин А.Н., Коханенко В.Б., Кривошей Б.И. Диагностика работоспособности пневматической шины косвенными методами // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Тр. междунар. научн.-техн. конф., Харьков, 12-14 мая 1997 г. В пяти частях. Ч. 5. – Харьков, Мишкольц, Магдебург: Харьк. гос. политехн. ун-т, Мишкольц. ун-т, Магдебург. ун-т, 1997. – С. 180 – 182. Автор запропонував методику діагностування працездатності шини за значеннями її температурних полів.

21. Макеев Ю.П,, Коханенко В.Б. Исследование связей между деформациями и тепловым режимом внутренних слоев шины // Труды третьего всесоюзного симпозиума «Проблемы шин и резинокордных композитов. Нелинейность и нестационарность». - М.: НИИШП, 21 – 25 октября 1991 г. - С. 14 - 18. Автор визначив залежності між деформаціями і температурним станом внутрішніх шарів шини.