Испытания автомобилей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Измерительные преобразователи

2. Виды испытаний на надежность

3. Испытания кузовов и кабин автомобилей

Литература

Введение

Повышение качества выпускаемой продукции в немалой степени зависят от качества и метрологического обеспечения процессов испытаний и контроля на производстве. Растут требования к количеству и достоверности (точности) измерений, необходимых для объективной оценки высококачественных изделий. Для получения на всех стадиях жизненного цикла изделий информации об их качестве пользуются испытаниями и техническим контролем.

Испытаниями принято называть экспериментальное определение количественных и качественных характеристик свойств изделий в условиях эксплуатации, хранения и транспортирования, или при воспроизведении этих условий. Для проведения испытания используются средства испытаний, к которым относятся технические устройства, вещества и материалы.

Для оценки качественных свойств и количественных значений параметров изделий на стадиях разработки, производства и эксплуатации широкое применение получили различные виды испытаний.

В зависимости от общих признаков основные виды испытаний можно классифицировать по следующим группам:

- по виду воздействия внешних факторов;

- по назначению или цели;

- по условиям и месту проведения;

- по принципу осуществления;

- по продолжительности и значениям воздействующих нагрузок;

- по степени или результату воздействия;

- по определяемым характеристикам изделия;

- по стадиям жизненного цикла изделия.

Испытания автомобилей различаются по испытываемым объектам, назначению, способам проведения (в соответствии с ГОСТ 16504-74). Производят испытания опытных образцов новых или модернизированных автомобилей и их модификаций, образцов установочной серии новых моделей, базовых моделей или модификаций, автомобилей текущего производства и прошедших капитальный ремонт.

Опытные и макетные образцы автомобилей и их модификаций подвергают доводочным, предварительным и приемочным испытаниям. Автомобили текущего производства проходят контрольные, ресурсные, приемо-сдаточные и аттестационные испытания, а также испытания на надежность. Образцы всех автомобилей на любом этапе их разработки и производства могут проходить определительные, эксплуатационные, исследовательские и специальные испытания.

По методам, условиям и месту проведения испытания можно разделить:

- стендовые (лабораторные);

- дорожные (с регламентацией качества дорог общего пользования);

- эксплуатационные (в экспериментально-производственных и опорных автомобильных хозяйствах и испытания в северных, тропических, высокогорных и других особых условиях).

По продолжительности проведения испытания разделяют:

- нормальные;

- ускоренные.

Нормальные испытания - это испытания автомобиля, методы и условия проведения которых обеспечивают получение необходимого объема информации в такой же срок, как и в предусмотренных условиях и режимах эксплуатации. При ускоренных испытаниях необходимую информацию получают в более короткий срок. Автоматизация машиностроения не только увеличивает производительность труда, устраняет ручной тяжелый и монотонный труд, но и повышает качество и надежность изготовляемых изделий, улучшает коэффициент использования оборудования, сокращает цикл производства.

1. Измерительные преобразователи

испытание кузов автомобиль надежность

Измерительный преобразователь -- техническое средство с нормируемыми метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи, но непосредственно не воспринимаемый оператором. Измерительный преобразователь или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы) или применяется вместе с каким-либо средством измерений.

По характеру преобразования различают следующие преобразователи:

Аналоговый измерительный преобразователь -- это измерительный преобразователь, преобразующий одну аналоговую величину (аналоговый измерительный сигнал) в другую аналоговую величину (измерительный сигнал);

Аналого-цифровой измерительный преобразователь -- это измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования аналогового измерительного сигнала в числовой код;

Цифро-аналоговый измерительный преобразователь -- это измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования числового кода в аналоговую величину.

По месту в измерительной цепи различают следующие преобразователи:

Первичный измерительный преобразователь -- это измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина. Первичный измерительный преобразователь является первым преобразователем в измерительной цепи измерительного прибора;

Датчик -- это конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь;

Детектор -- это датчик в области измерений ионизирующих излучений;

Промежуточный измерительный преобразователь -- измерительный преобразователь, занимающий место в измерительной цепи после первичного преобразователя.

Передающий измерительный преобразователь -- измерительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации;

Масштабный измерительный преобразователь -- измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз.

По принципу действия преобразователи делятся на генераторные и параметрические.

Генераторные - это такие преобразователи, которые под действием входной величины сами генерируют электрическую энергию (с выходной величиной - напряжение, или ток). Генераторные измерительные преобразователи могут включаться в измерительную цепь, где отсутствует источник энергии. Примерами генераторных измерительных преобразователей являются термоэлектрические и фотоэлектрические измерительные преобразователи.

Параметрические - это такие преобразователи, которые под действием измеряемой величины изменяют значение выходной величины в зависимости от принципа действия (с выходной величиной в виде изменения сопротивления, емкости и в зависимости от значения входной величины), к ним относятся терморезистивные, емкостные измерительные преобразователи.

По физической закономерности, на которой основано действие преобразователя, все измерительные преобразователи можно разделить на следующие группы:

- резистивные;

- тепловые;

- электромагнитные;

- электростатические;

- электрохимические;

- пьезоэлектрические;

- фотоэлектрические;

- электронные;

- квантовые.

Рассмотрим некоторые группы измерительных преобразователей подробнее.

Резистивные измерительные преобразователи в настоящее время являются самыми распространенными. Принцип действия основан на изменении их электрического сопротивления при изменении входной величины.

Рисунок 1. - Схема резистивного измерительного преобразователя

При построении резистивного измерительного преобразователя стремятся к тому, чтобы изменение сопротивления R происходило под действием одной входной величины (реже двух).

Для этого влияние остальных входных величин, выступающих как паразитных, сводят к требуемому минимуму технологическим, конструктивным или схемотехническим путем. Простейшая схема данного преобразователя представлена на рисунке 1.1.

К достоинствам данного преобразователя относятся: простота конструкции, малые размеры и масса, высокая чувствительность, большая разрешающая способность при малом уровне входного сигнала, отсутствие подвижных токосъемных контактов, высокое быстродействие, возможность получения необходимого закона преобразования за счет выбора соответствующих конструктивных параметров, отсутствие влияния входной цепи на измерительную.

Недостатки: низкий уровень выходной мощности сигнала, нестабильность характеристик при изменении параметров окружающей среды, влияние паразитных, емкостей, для уменьшения потери мощности выходного сигнала схему настраивают на резонанс. Реактивное сопротивление нагрузки выбирают равным по значению и обратным по знаку внутреннему сопротивлению датчика.

Электромагнитные измерительные преобразователи - такие преобразователи составляют большую группу преобразователей для измерения различных физических величин и в зависимости от принципа действия бывают параметрическими и генераторными.

К параметрическим относятся преобразователи, в которых преобразуется выходное механическое воздействие в изменение параметров магнитной цепи - магнитной проницаемости , магнитного сопротивления RМ, индуктивность обмотки L.

К генераторным - преобразователи индукционного типа, использующие закон электромагнитной индукции для получения выходного сигнала. Они могут быть выполнены на базе трансформаторов и электрических машин. Последняя группа - это тахогенераторы, сельсины, поворотные трансформаторы.

Значения L и М можно изменять, уменьшая или увеличивая зазор , изменяя положение якоря, изменяя сечение S магнитного потока, поворачивая якорь относительно неподвижной части магнитной цепи, вводя в воздушный зазор пластину из ферромагнитного материала, соответственно уменьшая ₀ и магнитное сопротивление зазора.

Измерительные преобразователи, преобразующие естественную входную величину в виде перемещения в изменение индуктивности называют индуктивными.

Преобразователи, преобразующие перемещение в изменение взаимоиндуктивности М, принято называть трансформаторными.

Рисунок 2 - Схема измерительного преобразователя основанного на изменении магнитного сопротивления

;

В трансформаторных преобразователях изменение взаимоиндуктивности М можно получить не только при изменении магнитного сопротивления, но и при перемещении одной из обмоток вдоль или поперек магнитной цепи.

Если к замкнутой магнитной цепи преобразователя приложить сжимающие, растягивающие или скручивающие усилия, то под их воздействием изменится магнитная проницаемость 0 сердечника, что приведет к изменению магнитного сопротивления сердечника и соответственно к изменению L или М.

Преобразователи, основанные на изменении магнитного сопротивления, обусловленного изменением магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника под воздействием механической деформации, называются магнитоупругими. Их широко применяют для измерения сил, давлений, моментов.

Если в зазоре постоянного магнита, или электромагнита, через обмотку которого пропускается постоянный ток, перемещать обмотку, то согласно закону электромагнитной индукции в обмотке появляется ЭДС, равная

где - скорость изменения магнитного потока, сцепляющегося с витками обмотки W.

Поскольку скорость изменения магнитного потока определяется скоростью перемещения обмотки в воздушном зазоре, то преобразователь имеет естественную входную величину в виде скорости линейных или угловых перемещений, а выходная в виде индуктируемой ЭДС. Такие преобразователи называют индукционными.

Пьезоэлектрические преобразователи - принцип действия таких датчиков основан на использовании прямого и обратного пьезоэлектрического эффекта.

Прямой эффект представляет собой способность некоторых материалов образовывать электрические заряды на поверхности при приложении механической нагрузки.

Обратный эффект - в изменении механического напряжения или геометрических размеров образует материала под воздействием электрического поля.

В качестве пьезоэлектрических материалов используют естественный материал - кварц, турмалин, а также искусственно поляризованную керамику на основе титанита бария, титанита свинца и цирконата свинца.

Количественно пьезоэффект оценивается пьезомодулем Кd, устанавливающем зависимость между возникающим зарядом Q и приложенной силой F, который можно выразить формулой:

Рассмотрим еще один тип измерительного преобразователя тепловые преобразователи.

Их принцип действия основан на использовании тепловых процессов (нагрева, охлаждения, теплообмена) и входной величиной таких датчиков является температура.

Однако они применяются как преобразователи не только температуры, но и таких величин, как тепловой поток, скорость потока газа, влажность, уровень жидкости.

При построении тепловых преобразователей наиболее часто используют такие явления, как возникновение термо-ЭДС, зависимость сопротивления вещества от температуры.

Термопара представляет собой чувствительный элемент, состоящий из двух разных проводников или полупроводников, соединенных электрически, и преобразующий контролируемую температуру в ЭДС.

Принцип действия термоэлектрического преобразователя основан на использовании термоэлектродвижущей силы, возникающей в контуре из двух разнородных проводников, места соединения (спаи) которых нагреты до различных температур.

Знак и значение термо-ЭДС в цепи зависят от типа материала и разности температур в местах спаев.

При небольшом перепаде температур между спаями термо-ЭДС можно считать пропорциональной разности температур:



С помощью термопары можно определять температуру.

В качестве материалов для термопар используют различные драгоценные металлы (платину, золото, иридий, родий и их сплавы), а также неблагородные металла (сталь, никель, хром, сплавы нихрома).

Сравнительно редко применяют термопары из кремния и селена (полупроводники), они имеют малую механическую прочность, обладают большим внутренним сопротивлением, хотя и обеспечивают большую термо-ЭДС по сравнению с металлами.

Термо-ЭДС возникает только в спаях разнородных материалов. При сравнении различных материалов в качестве базовой принимают термо-ЭДС платины, по отношению к которой определяют термо-ЭДС других материалов.

Для повышение выходной ЭДС используют последовательное включение термопар, образующее термобатарею.

Достоинства термопар - возможность измерений в большом диапазоне температур; простота устройства; надежность в эксплуатации.

Недостатки - не высокая чувствительность, большая инерционность, необходимость поддержания постоянной температуры свободных спаев.

Терморезисторные преобразователи работают на основе свойства проводника или полупроводника изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры.

Для таких датчиков используют материалы, обладающие высокой стабильностью, высокой воспроизводимостью электрического сопротивления при данной температуре, значительным удельным сопротивлением, стабильностью химических и физических свойств при нагревании, инертностью к воздействию исследуемой среды.

К таким материалам в первую очередь относятся платина, медь, никель, вольфрам. Наиболее распространены платиновые и медные терморезисторы.

Платиновые терморезисторы используют в диапазоне от 0 до 6500 С; от 0 до - 2000 С. Их недостаток - теряет стабильность характеристик, и возрастает хрупкость материала при высоких температурах.

Медные терморезисторы используются в диапазоне температур от 50 до 1800С, они довольно стойки к коррозии, дешевы.

Их недостатки: высокая окисляемость при нагревании, вследствие чего их применяют в сравнительно узком диапазоне температур в средах с низкой влажностью и при отсутствии агрессивных газов.

Полупроводниковые терморезисторы отличаются от металлических меньшими размерами и инерционностью. Недостаток - нелинейная зависимость сопротивления от температуры.

Терморезисторы обычно применяют для измерения температуры. При этом нагрузочный ток, проходящий через них должен быть мал. Если этот ток будет велик, то перегрев терморезистора по отношению к окружающей среде может стать значительным. Установившее значение перегрева и соответственно сопротивление при этом будет определяться условиями теплоотдачи поверхности терморезистора.

Рисунок 3 - Общий вид термоэлектрического преобразователя

Если нагретый терморезистор поместить в среду с переменными теплофизическими характеристиками, то появляется возможность измерения ряда физических величин: скорости потока жидкости и газов, плотности газов.

Чувствительность проволочных медных терморезисторов постоянна, а чувствительность платиновых изменяется с изменением температуры. При одинаковых значениях R₀ чувствительность медных терморезисторов выше.

Диапазон измеряемых температур с помощью терморезисторами с платиновыми и медными чувствительными элементами от - 200 до + 1100 ⁰С.

При измерении высоких температур применяются бесконтактные средства измерений - пирометры, которые измеряют температуру по тепловому излучению. Серийно выпускают пирометры, обеспечивающие измерение температур в диапазоне от 20 до 6000 ⁰С.

В основе бесконтактного метода измерения температур лежит температурная зависимость излучения абсолютно черного тела, т.е. тела, способного полностью поглощать падающее на него излучение любой длины волны.

2. Виды испытаний на надежность

ГОСТ 27883-88 распространяется на средства измерения изделия и устанавливает номенклатуру показателей надежности, требования к показателям и основные положения по испытаниям изделий на надежность.

В соотв. с ГОСТ: Надежность изделий обуславливается безотказностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью, долговечностью.

Основные показатели безотказности изделий:

- средняя наработка на отказТ₀;

- средняя наработка до отказа Т_ср;

- вероятность безотказной работы (за заданную наработку)P(t);

- параметр потока отказов щ(t);

- интенсивность отказов л(t).

Основные показатели долговечности изделий:

- средний срок службы Т_сл;

- средний ресурс Т_р;

- назначенный ресурс Т_рн;

- гамма-процентный ресурс Т_рг.

Кроме перечисленных показателей надежности могут устанавливаться комплексные показатели надежности (коэффициент готовности, коэффициент технического использования, коэффициент оперативной готовности) и качественные требования к обеспечению надежности.

Испытания на надежность подразделяют по видам:

- определительные;

- контрольные.

По определению характеристик свойств изделий испытания подразделяют:

- испытания на безотказность;

- испытания на ремонтопригодность;

- испытания на сохраняемость;

- испытания на долговечность (ресурсные испытания).

Испытания на надежность проводят в лабораториях на испытательных установках или в условиях эксплуатации.

Образцы изделий для проведения испытаний на надежность выбирают из числа прошедших приемо-сдаточные испытания.

Испытания изделий на надежность проводят в режиме (непрерывном, циклическом, периодическом и т.п.), предусмотренном в ТУ на изделия конкретных видов.

Во время испытаний на надежность проводят техническое обслуживание, предусмотренное эксплуатационной документацией.

Испытания изделий на надежность проводят в тех условиях, для которых нормативно-техническими документами установлены показатели надежности.

Оценку соответствия показателей надежности изделий требованиям, установленным в ТЗ на разработку изделия и в нормативно-технической документации, проводят следующими методами:

- экспериментальным (определительные или контрольные испытания);

- расчетно-экспериментальным;

- расчетным.

Выбор применяемых методов и требования к ним осуществляют по ГОСТ 27.410.

Надежностью принято называть свойство изделия сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Надежность характеризуется следующими основными свойствами: безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью, сохраняемостью и транспортабельностью.

В зависимости от назначения и технической возможности изделий, а также условий их применения и экономической целесообразности устранения возникающих в них отказов все изделия делят на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Для определения указанных выше показателей свойств надежности проводят испытания. Наибольшее применение получили лабораторные испытания.

Если испытаниям подвергают вновь разрабатываемые или модернизируемые изделия, то целью испытаний является определение фактических показателей надежности. Такие испытания называются определительными. Результаты этих испытаний служат основанием для определения соответствия фактических показателей надежности изделий требованиям технического задания (ТЗ) и внесения их в техническую документацию, а также для установления групп надежности. К различным группам надежности, установленным технической документацией, относятся изделия, характеризуемые определенными значениями одного из показателей.

Если испытаниям на надежность подвергают серийно выпускаемые изделия, то целью испытаний является установление степени соответствия показателей надежности требованиям технической документации, и их называют контрольными испытаниями. Указанным испытаниям периодически подвергаются изделия одного типа в сроки, предусматриваемые на изделие, а также при изменении конструкции, материалов, технологии, влияющих на параметры изделия.

Контрольные испытания проводятся методом однократной выборки или последовательным методом. Они сводятся к контролю вероятности безотказной работы за время, указанное в документации для экспоненциального и нормального законов распределения, за время наработки на отказ (средняя наработка до отказа), а также за время, указанное в технической документации, или за его половину для других неизвестных законов распределения.

Результатом испытаний на надежность является определение

значений показателей надежности, которые условно можно разбить на две группы:

- временные показатели - средняя наработка на отказ; процентная

наработка до отказа; средний ресурс; средний срок службы; средний срок сохраняемости;

- вероятностные показатели - вероятность безотказной работы; вероятность восстановления работоспособного состояния.

Временные показатели являются случайными интервалами времени, вероятностные показатели - случайными числами событий при испытаниях (число отказов, число восстановлений). Для получения в результате испытаний достаточного объема данных в целях определения указанных показателей необходимо учитывать следующие факторы: число испытуемых изделий, контролируемые параметры изделий и способы их контроля, характер проведения испытаний (с восстановлением или заменой отказавших изделий либо без восстановления).

Различные сочетания указанных факторов приводят к необходимости осуществления испытаний на надежность в соответствии с рядом рекомендуемых планов.

Надежность автомобиля в целом оценивают рядом комплексных показателей, например коэффициентом технического использования

где: t_cум, t_обс, t_рем - суммарное время (всех исследуемых автомобилей) соответственно работы, простоев планового и внепланового технического обслуживания и ремонтов.

Основными показателями долговечности автомобиля являются средний и гамма-процентный ресурс. Средний ресурс - это математическое ожидание ресурса, измеренного в километрах пробега. При испытании определяют обычно средний ресурс до капитального ремонта и до списания автомобиля.

Гамма-процентный ресурс - это пробег, в течение которого автомобиль и его основные агрегаты не достигнут предельного состояния с заданной вероятностью г процентов. Обычно при испытаниях определяют 90%-ный ресурс.

Дорожные испытания на надежность, долговечность - информацию об эксплуатационной надежности получают при изучении рекламаций, поступающих от владельцев в течение гарантийного пробега их автомобилей, и регулярном анализе работы автомобилей на предприятиях. Более полную и систематизированную информацию об эксплуатационной надежности получают из наблюдений за работой автомобилей в экспериментально-производственных и опорных автохозяйствах, которые расположены в различных районах страны, отличающихся климатическими и дорожными условиями.

В случае проведения ресурсных и длительных контрольных испытаний на дорогах общего пользования ставится задача определения надежности, долговечности автомобилей в определенных эксплуатационных условиях. Эти испытания проводят самостоятельно или как первый этап ресурсных испытаний.

При ресурсных и длительных контрольных испытаниях автомобилей с балластом (до номинальной грузоподъемности) должны быть установлены общая длина пробега и распределение пробегов по отдельным видам дорог, которое регламентируется стандартами и типовыми программами соответствующих видов испытаний. Например, для легковых автомобилей согласно стандарту пробег по отдельным видам дорог распределяется следующим образом: по дорогам I, II и III классов 40%, по городу 30%, по булыжным, гравийным и щебеночным дорогам III, IV и V классов 20%, по грунтовым дорогам 10%.

Целесообразно общую длину пробега испытаниях на надежность и ресурсных испытаниях разбить на ряд блоков (циклов), сохраняя внутри каждого блока установленное распределение пробегов по отдельным видам дорог. Таким образом, общая длина пробега при испытаниях будет равна длине одного блока, умноженной на их число.

После окончания длительных контрольных и ресурсных испытаний определяют техническое состояние автомобиля, разбирают его основные агрегаты и микрометрируют изношенные детали. Дефектные детали подвергают металлографическим исследованиям и производят химический анализ материала.

Коэффициент перехода для приведения полученных данных о долговечности деталей автомобиля на полигонных дорогах к обычным эксплуатационным условиям подсчитывают по формуле

К_п = L₁/L₂

где: L₁ - долговечность испытываемой детали автомобиля в обычных эксплуатационных условиях автополигона, км.

L₂ - долговечность испытываемой детали автомобиля в условиях автополигона, км.

В случае дорожных испытаний автомобиля на надежность определяют обычно долговечность нескольких узлов автомобиля одновременно, а при стендовых, как правило, - долговечность одного узла или даже одной детали, что позволяет в каждом конкретном случае подобрать оптимальную программу нагружения как по уровням нагрузок, так и по последовательности их приложения.

3. Испытания кузовов и кабин автомобилей

Сложность геометрических форм рам, кузовов и кабин, многообразие условий их нагружения при эксплуатации автомобиля в различных дорожных условиях затрудняют расчет конструкций. Поэтому необходимо проведение комплекса специальных испытаний.

В соотв. с ГОСТ 18507-73, испытания на прочность несущих систем и кабин автомобилей проводят на стендах статического и динамического нагружения, а также в дорожных условиях. По результатам аэродинамических испытаний кузовов и кабин автомобилей оценивают обтекаемость автомобиля и совершенство линий кузова (кабины), вентиляцию и отопление салона, степень забрызгивания водой и грязью стекол (особенно ветрового и заднего) при движении по мокрой дороге.

Исследуют герметичность кузовов и кабин, уровни шума в различных точках салона. Испытывают на прочность и долговечность детали кузовной арматуры (замки, стеклоподъемники, выключатели, регулировочные устройства сидений), вспомогательное оборудование кузова (стеклоочистители, вентиляторы).

Рамы и несущие кузова в лабораторных условиях испытывают для определения их жесткостных и прочностных характеристик под действием статических и динамических нагрузок, вызывающих изгиб и кручение несущей системы.

Жесткость и напряженное состояние рам и кузовов при статическом нагружении определяют на стендах, позволяющих воспроизводить нагрузку, которую воспринимает несущая система автомобиля от двигателя, водителя и пассажиров, грузов или багажа, бензинового бака, запасного колеса и других агрегатов. Одним из способов создания нагрузки при испытаниях кузова на изгиб является применение одного нагружающего винта и рычажной системы, распределяющей усилие от винта по отдельным точкам кузова, либо нескольких винтов или каких-нибудь других нагружающих устройств. Для испытаний рам и кузовов на кручение используют специальные стенды.

Деформации и напряжения в разных точках кузова и рамы определяют различными методами, в том числе методом хрупких лаковых покрытий, позволяющих дать качественную оценку напряженности на отдельных участках конструкции по величине и направлению трещин, которые образуются при деформации системы. Для определения величины деформаций, особенно в наиболее напряженных местах, целесообразно использовать механические тензометры - приборы с большим передаточным числом механизма.

Существуют и другие методы, однако в последнее время наиболее распространен метод электротензометрирования, заключающийся в определении деформаций исследуемого объекта с помощью тензорезисторов (тензосопротивлений), схематически показанных на рисунке 1.4, а.



Рисунок 4 - Конструкция и схема включения тензорезистора

Основной частью тензорезистора является зигзагообразная, обычно константановая нить 1 из проволоки диаметром 30 мкм либо из фольги толщиной примерно 10 мкм. Применение константана обусловлено большой чувствительностью его к деформации и малой чувствительностью к колебаниям температуры. Сверху и снизу нить закрыта бумагой 2 и 4, к концам нити припаяны медные выводы 3, к которым подводится электрический ток.

Тензорезистор наклеивают на поверхность детали. При деформации детали будут меняться длина и поперечное сечение нити тензорезистора, что вызывает изменение его сопротивления, а следовательно, и величины протекающего тока.

Таким образом, по изменению силы тока в цепи можно судить о величине действующих деформаций в детали, если провести предварительную тарировку.

Для увеличения чувствительности тензорезисторы соединяют по мостовой схеме (рисунок 1.4, б). При этом с помощью одного из резисторов измеряют деформации, например резистором R1; функции резисторов R2 и R3 выполняют резисторы питающего прибора или усилителя. Резистор R4 наклеивают на деталь, которая не деформируется, однако находится с исследуемой в одинаковом температурном состоянии, чем исключается влияние температуры на результаты тензометрирования.

Колебания силы тока, вызванные изменением сопротивления тензодатчиков, усиливаются электронным усилителем и подаются на прибор визуального отсчета, в качестве которого используется микроамперметр, или на записывающий прибор - самописец или осциллограф.

Рисунок 5 - Стенд для усталостных испытаний рам на кручении

На усталостную прочность рамы и кузова испытывают на стендах-пульсаторах с механическим, электромагнитным и инерционным возбуждением.

Общий вид стенда с инерционным возбуждением, на котором проводятся усталостные испытания рам при кручении вокруг продольной оси, показан на рисунке 1.5.

Основными элементами инерционных стендов являются двухвальные вибраторы, закрепляемые на раме и создающие усилие либо момент, которые изменяются по синусоидальному закону. В этом случае рама 5, установленная на пружинных или резиновых опорах 4, представляет собой упругое звено колебательной системы, а вибраторы 3, связанные с рамой, в совокупности со специальными грузами 1, закрепленными на ярме 2, или без них выполняют роль инерционных элементов. Перемещая по раме вибратор, а также изменяя вес грузов, можно создавать различные схемы нагрузок. Статические и динамические реакции, воспринимаемые опорами стендов, фиксируются с помощью динамометрических элементов с тензодатчиками, которые указывают действующие на раму нагрузки. Регулируя частоту вращения и величину эксцентриситета неуравновешенных масс вибратора, изменяют режим испытаний.

С помощью таких стендов можно моделировать многие из типичных, возникающих в эксплуатации поломок лонжеронов, поперечин и заклепочных соединений при минимальных затратах времени и средств на испытания. Вибрационные стенды применяют также при испытаниях кузовов, кабин грузовых автомобилей и оперения.

При испытании кабин, кузовов и их оборудования используют также ударные стенды. На этих стендах испытуемому объекту, укрепленному на платформе, сбрасываемой с определенной высоты, можно сообщать ускорения в диапазоне 0-100g. Величину ускорения регулируют изменением жесткости резиновых прокладок, расположенных между основанием и платформой.

Герметичность кабины и кузова проверяют, например, методом нагнетания в салон воздуха под давлением.

Специальным испытаниям подвергают сиденья для определения жесткости подушки, а также элементов подвески сидений, если они подрессорены (грузовые автомобили).

На звукоизоляцию кузов испытывают в лабораторных условиях на роликовом стенде путем замера уровня шума, подвешивая шумомер упруго на высоте головы пассажиров каждого ряда сидений. Уровень шума измеряют при работе двигателя с максимальной мощностью на каждой передаче, а также в режиме торможения двигателем. В процессе испытаний стекла кабины должны быть подняты, воздухозаборник закрыт, а электродвигатель отопления выключен.

Испытание кузова на водонепроницаемость проводят в дождевальной камере с включенными стеклоочистителями, приборами освещения и сигнализации. Обычно автомобиль находится в камере в течение 15 мин, при этом фиксируется проникновение воды в салон, багажник и отсек двигателя. Не допускается проникновение воды в ответственные части электроаппаратуры, образование конденсата в приборах освещения.

Методику проведения статических испытаний несущих систем автомобилей обычно упрощают. Так, действие распределенных по длине автомобиля масс, вызывающих изгиб кузова (рамы), заменяют действием сосредоточенных сил (от одной до пяти). Вместо режима совместного действия симметричных и кососимметричных нагрузок применяют режим чистого закручивания кузова (рамы), поскольку для пространственных конструкций закручивание более опасно. Максимально возможная величина скручивающего момента

М_{кр max} = 0,5G₁b,

где: G₁ - полная нагрузка, приходящаяся на наименее нагруженную ось автомобиля (обычно передняя);

b - колея наименее нагруженной оси автомобиля.

На рисунке 1.6а, представлена схема нагружения кузова (рамы) легкового автомобиля при статических испытаниях на изгиб. Суммарное усилие Р_? с помощью системы рычагов раскладывается на четыре составляющие Р₁-Р₄, которые имитируют воздействие на несущую систему автомобиля четырех основных сосредоточенных масс: двигателя в сборе со сцеплением и коробкой передач, переднего сиденья и двух сидящих на нем пассажиров, заднего сиденья и трех сидящих на нем пассажиров, бензобака с топливом и багажа. Суммарное усилие тогда будет определятся по формуле:

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 распределенную по длине салона вертикальную нагрузку 4-4,45 кН.

В исследовательских лабораториях компании «Форд» (США) проверка конструкции на изгиб и кручение производится в стендовых условиях путем нагружения кузова изгибной нагрузкой, соответствующей двукратной перегрузке, и закручиванием его моментом 3000 Нм.

Одной из задач статических испытаний является определение жесткости конструкции. Прогиб основания и деформации проемов кузова или кабины в момент действия максимальных изгибающих или скручивающих нагрузок не должны превышать допустимых величин, определяемых зазорами между силовыми, элементами дверных проемов и соответствующими поверхностями дверей. Дополнительные ограничения на величину допустимых деформаций кузовных элементов могут быть связаны с конструкцией дверных замков, так как самопроизвольное открывание дверей при действии нагрузок на кузов (раму) недопустимо.

Оценивают жесткость системы по измеренным деформациям и перемещениям элементов кузова. Для этого на базовую плиту стенда устанавливают определенное число стрелочных индикаторов с делением 0,01-0,02мм или применяют установку типа «Alpha-3Јb, позволяющую фиксировать перемещение любой точки кузова с высокой точностью. По данным измеренных перемещений силовых элементов основания кузова или лонжеронов рамы строят эпюры прогибов. Характерной величиной является максимальный прогиб конструкции при действии нагрузки определенного уровня. Для несущих кузовов легковых автомобилей максимальный прогиб силовых элементов основания при действии номинальной эксплуатационной нагрузки обычно находится в пределах 0,5-1,0мм.

Жесткость несущей системы на кручение проверяют при нагружении ее скручивающим моментом измерением угла закручивания (рисунок 1.6, 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. Для измерения углов закручивания используют стрелочные индикаторы, устанавливаемые слева и справа под силовыми элементами несущей системы и фиксирующие их вертикальные перемещения в процессе нагружения. По полученным данным строят линии упругих деформаций левого и правого лонжеронов рамы (или соответственно левого и правого порогов кузова) и вычисляют углы закручивания последовательно расположенных сечений. Углы закручивания можно определять также угломерными устройствами, например оптическими квадрантами.

При оценке результатов исследования жесткости кузова (рамы) на кручение часто оперируют не углами относительного закручивания сечений, а характеристиками жесткости.

Одну из характеристик определяют по формуле:

В = М_кр/г_б,

где: М_кр - скручивающий момент, действующий на испытываемую конструкцию, кН*м;

г_б - угол относительного поворота сечений, расположенных над передней и задней осью автомобиля (угол закручивания несущей системы на длине базы автомобиля), рад.

Рисунок 6 - Схема нагружения кузова при статических испытаниях: а - на изгиб; б - на кручение

При одинаковой силовой схеме несущей системы удлинение базы автомобиля приводит к уменьшению показателя жесткости, так как увеличивается угол закручивания системы при действии того же момента М_кр. Поэтому сопоставлять характеристики жесткости различных кузовов необходимо с учетом длины базы автомобиля.

Более перспективны испытания несущих систем на усталость на динамических стендах с программированным управлением нагрузкой. При разработке программ нагружения в качестве исходного материала используют статистические данные о реальных нагрузочных режимах рамы (кузова). С этой целью проводят эксперименты с измерением изгибающих и скручивающих динамических нагрузок при движении автомобиля в различных дорожных условиях. Программа испытаний является аппроксимацией наиболее общих режимов нагружения, отражающих типичные условия движения данного автомобиля.

На рисунке 1.7 показана установка кузова легкового автомобиля для усталостных испытаний по указанной методике на динамическом стенде.

Рисунок 7 - 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

Перед началом испытаний измеряют жесткость кузова на кручение. По этому параметру в процессе испытаний оценивают состояние конструкции, выявляют степень влияния усталостных трещин на общую жесткость системы, делают своевременное заключение о необходимости окончания эксперимента. По мере появления усталостных трещин жесткость кузова уменьшается, причем особенно интенсивно после возникновения больших трещин (до 25-30% периметра сечения) в передних и задних стойках кузова. С ослаблением сечения стоек нарушаются связи между основанием и крышей, и верхняя силовая обвязка резко уменьшает способность воспринимать кососимметричные нагрузки.

Методики проведения испытаний 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.

Литература

1. ГОСТ 27883-88 - Средства измерения и управления технологическими процессами. Надежность.

2. ГОСТ 27.410-87 - Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность.

3. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: конспект лекций. Л.Н. Тюленев, В.В. Шушерин, А.Ю. Кузнецов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ УПИ, 2005

4. ГОСТ 6616-94 - Преобразователи термоэлектрические. Общие технические условия

5. ГОСТ Р 8.585-2001 - Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования

6. ГОСТ 18507-73 - Автобусы и легковые автомобили. Методы контрольных испытаний после капитального ремонта.

Размещено на Allbest.ru