*99547*

Левченко Р.В., к.т.н. Пузырь Р.Г., Мосьпан Д.В.

Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского, Украина

Совершенствование технологии и машин для профилирования ободьев колес транспортных средств в связи с повышением экологической безопасности

В последние десятилетия в связи с быстрым развитием автомобильного транспорта существенным образом заострились проблемы влияния его на окружающаю среду. Большую долю в загрязнении атмосферы составляют выбросы вредных веществ от автомобилей. В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения атмосферы, особенно в крупных городах.

Несомненно, наибольшей остроты эти проблемы достигли в загрязнении атмосферного воздуха выхлопами автомобилей.

Если в начале 70-х лет частица загрязнений, внесенных автомобильным транспортом в атмосферный воздух, составлял 10-13% , то в данное время эта величина достигла 50-60% и продолжает расти.

Снижение расхода топлива несет за собой и снижение вредных выбросов в атмосферу. Одним из путей уменьшения расхода топлива является уменьшение массы автомобиля. В ближайшие годы снижать вес автомобиля потребуется обязательно хотя бы потому, что почти во всех странах уже происходит ужесточение налогов на пользование автомобилями в связи со стремлением сократить содержание вредных веществ в отработавших газах, решается вопрос о введении налога на автомобиль в зависимости от расхода топлива и выбросов СО₂ (двуокиси углерода).

Выбросы СО₂ прямо пропорциональны расходу топлива автомобиля: чем меньше расход топлива, тем меньше выбросов двуокиси углерода. Масса автомобиля оказывает самое непосредственное влияние на расход топлива и содержание СО₂.

Существенные резервы снижения веса автомобиля заключаются в использовании новых материалов, в частности легких металлов, таких, как высокопрочная сталь, алюминий и магний, составляющие в сумме около 70% всей массы автомобиля.

Согласно исследованиям Департамента энергетики США, снижение массы даже на 33 % сократит потребление топлива на целых 23 %. Так, платформа Toyota Venza (Тойота Камри) состоит примерно из 400 отдельных частей, количество которых инженеры Lotus (Лотус) уменьшили до 211. Все они сделаны из стали, а для снижения массы доля компонентов распределена так: 37 %— алюминий, 30 % — магний, 21 % композитных материалов и 7 %— высокопрочные стали. Это поможет снизить массу платформы на 42 % - с 382 до 221 кг. По такой же схеме уменьшится вес кузова со 143 до 84 кг.

Известно [1], что колеса составляют основную долю неподрессоренных масс автомобиля и снижение их веса крайне благотворно сказывается на работе подвески: увеличивается плавность хода, улучшается реакция подвески, и обеспечивается более уверенный контакт колеса с дорогой. Расчеты специалистов показывают, что снижение неподрессоренной массы (колеса и детали подвески) на 1 кг эквивалентно уменьшению массы кузова (подрессоренной массы) на 15-20 кг, а для 4 колес все 60-80 кг.

Существует ряд эмпирических формул [2] для расчета расхода топлива в зависимости от массы автомобиля. На каждые 100 кг снаряженной массы легкового автомобиля (без пассажиров) приближенно принимают расход бензина порядка 1 л/100 км. По такой формуле автомобиль массой 600 кг должен потреблять в среднем 6 л/100 км, а автомобиль массой 1100 кг – 11 л/100 км.

Исследования проводились для типовых представителей своего класса ободьев колес: 8,25х22,5 – обод колеса с 15º полками для грузовых автомобилей, автоприцепов, автобусов; W8х16 – обод колеса для сельскохозяйственных машин. В ходе проведения экспериментальных и теоретических разработок было установлено, что существующие технологии и оборудование для радиально ротационного профилирования ободьев колес из стальных обечаек с применением операций листовой штамповки имеют значительные резервы для повышения качества, размерной точности и самое главное, для снижения веса колеса. Анализ распределения напряжений в ободе колеса позволяет определить зоны наибольшего нагружения в процессе эксплуатации, что дает возможности технологически изготавливать критические сечения наиболее функционально приспособленными к характеру и величине возникающих в них напряжений. Основные направления технологического усовершенствования процесса радиально ротационного профилирования связаны с поиском приемов и способов, которые обеспечивают уменьшение утонения в зонах радиусных переходов сопряжений при увеличении размеров наиболее напряженных зон обода. Это обеспечит его необходимую статическую и динамическую прочность и снимет ограничение на использование высокоэффективной технологии и оборудования при производстве ободов колес транспортных средств.

В лабораторных условиях были поставлены и проведены эксперименты с геометрически подобными цилиндрическими заготовками, которые получали путем скручивания листового материала на специальной оснастке, масштаб геометрического моделирования – 1:4. Материал модели и натуры выбирался одинаковым для полноты соответствия при физическом моделировании. Опробовывалась горизонтальная схема расположения профилирующих роликов с измененной схемой внешнего воздействия на полуфабрикат.

Статистическая обработка опытных данных показала, что утонение в местах радиусных переходовдля двух типов ободьев удалось уменьшить на 25-35%, по сравнению с принятой базовой технологией и оборудованием, что дает основания утверждать о необходимости применения более тонких полос для получения ободьев колес данных классов.

Заготовка обода колеса 8,25х22,5 – лист 7,0 мм из стали 10 пс. Наибольшее утонение металла в местах радиусных переходов составляет 12-16% при базовой технологии, т.е. ≈ 1,0 мм. Новая технология дает утонение в 0,7 мм. Значит соответственно заготовку выбераем толщиной 6,7 мм. Карта для обечайки для представляет собой прямоугольник со сторонами 1680 х 287 мм.

Масса обода по базовай технологии: 1,680 х 0,287 х 0,007 х 7800 = 26,3 кг.

Масса обода по новой технологии: 1,680 х 0,287 х 0,0067 х 7800 = 25,2 кг.

Выше приведенные исследования показали, что масса колеса по новой технологии уменьшается на 1,1 кг, а для всего транспортного средства на 4,4 кг, что соответствует снижению массы кузова на 80 кг, то есть автомобиль стал легче, отсюда не только улучшение ходовых качеств, но снижение расхода топлива примерно 1л/100км и вредных выбросов.

При снижении массы автомобиля необходимо учитывать не только требования по расходу топлива (снижение эмиссии СО₂), но и требования безопасности, защиты окружающей среды (токсичные выбросы, уровень внешнего шума), долговечности (защита от коррозии, интервалы техобслуживания), комфорта и другие.

Законодательные и потребительские требования по снижению расхода топлива и токсических выбросов - это две главные причины того, что снижение снаряженной массы автомобиля становится одним из важных и решающих критериев оценки совершенства конструкции. Существенные резервы снижения веса автомобиля заключаются в использовании новых материалов, в частности легких металлов, таких, как высокопрочная сталь, алюминий и магний, составляющие в сумме около 70% всей массы автомобиля.

Литература:

1. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977.- 278 с.

2. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Амортизаторы, шины, и колеса/Пер. с нем. В.П. Агапова; Под ред. О.Д. Златовратского. – М.: Машиностроение, 1986. – 320 с.