Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8380Повний запис метаданих
| Поле DC | Значення | Мова |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | Тарандушка , Людмила Анатоліївна | - |
| dc.contributor.author | Богомол, Владислав Юрійович | - |
| dc.date.accessioned | 2026-03-14T15:42:49Z | - |
| dc.date.available | 2026-03-14T15:42:49Z | - |
| dc.date.issued | 2024 | - |
| dc.identifier.uri | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8380 | - |
| dc.description.abstract | Кваліфікаційна робота магістра на тему: «Дослідження впливу тиску і вагового навантаження на ресурс шин та витрати палива транспортного засобу» містить 102 с., 30 ілюстрацій, 40 формул, 19 таблиць, 19 використаних джерела. Об’єкт дослідження − інтенсивність зносу шин. Предмет дослідження − моделі і методика керування ресурсом шин за рахунок зміни експлуатаційних факторів. Метою кваліфікаційної роботи магістра було вивчення питань управління ресурсом шин на основі використання систем моніторингу експлуатаційних факторів транспортних засобів. Актуальність роботи полягає в пошуку методів і обладнання, які дозволяють збільшити ресурс шин і знизити витрату палива. В результаті дослідження методом планування експерименту розроблені регресійні моделі, які прогнозують інтенсивність зносу протектора шин в залежності від експлуатаційних факторів: тиску в шині і вагового навантаження на шину. Для зниження інтенсивності зносу і витрати палива, обґрунтовано застосування системи моніторингу тиску в шинах, що дозволить підвищити ресурс шин на 12%, знизити витрати на заміну шин і паливо, а так само знизити викиди в навколишнє середовище шкідливих токсичних речовин, що мають канцерогенний ефект. | uk_UA |
| dc.language.iso | uk | uk_UA |
| dc.title | Дослідження впливу тиску і вагового навантаження на ресурс шин та витрати палива транспортного засобу | uk_UA |
| dc.type | Master Thesis | uk_UA |
| Розташовується у зібраннях: | 274 Автомобільний транспорт (Автомобільний транспорт) | |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Богомол В.Ю..pdf Restricted Access | 4.02 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460, тел./факс (0472) 71 00 92
ЗАТВЕРДЖУЮ
зав. кафедри автомобілів та
технологій їх експлуатації, професор
______________ Л. А. Тарандушка
«___» __________________20__ р.
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА
ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ ТИСКУ І ВАГОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ НА
РЕСУРС ШИН ТА ВИТРАТИ ПАЛИВА ТРАНСПОРТНОГО ЗАСОБУ
Керівник роботи:
д.т.н. професор _______________ Л.А. Тарандушка
(посада) (підпис) (Ініціали, прізвище)
Виконавець:
студент 2 курсу, гр. мАВ-39 ______________
спеціальності 274 – Автомобільний
транспорт _______________В.Ю. Богомол
(підпис) (Ініціали, прізвище)
Черкаси 2024
2
РЕФЕРАТ
Кваліфікаційна робота магістра на тему: «Дослідження впливу тиску і
вагового навантаження на ресурс шин та витрати палива транспортного засобу»
містить 102 с., 30 ілюстрацій, 40 формул, 19 таблиць, 19 використаних джерела.
Об’єкт дослідження − інтенсивність зносу шин.
Предмет дослідження − моделі і методика керування ресурсом шин за
рахунок зміни експлуатаційних факторів.
Метою кваліфікаційної роботи магістра було вивчення питань управління
ресурсом шин на основі використання систем моніторингу експлуатаційних
факторів транспортних засобів.
Актуальність роботи полягає в пошуку методів і обладнання, які дозволяють
збільшити ресурс шин і знизити витрату палива.
В результаті дослідження методом планування експерименту розроблені
регресійні моделі, які прогнозують інтенсивність зносу протектора шин в
залежності від експлуатаційних факторів: тиску в шині і вагового навантаження
на шину. Для зниження інтенсивності зносу і витрати палива, обґрунтовано
застосування системи моніторингу тиску в шинах, що дозволить підвищити
ресурс шин на 12%, знизити витрати на заміну шин і паливо, а так само знизити
викиди в навколишнє середовище шкідливих токсичних речовин, що мають
канцерогенний ефект.
3
Зміст
ВСТУП ............................................................................................................................ 5
РОЗДІЛ 1 СТАН ПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ................................ 8
1.1 Аналіз науково-дослідних робіт по темі дослідження .................................. 8
1.2 Виявлення і класифікація основних груп факторів, що впливають на термін
служби і інтенсивність зносу шини ..................................................................... 22
1.2.1 Тиск повітря в шині ...................................................................................... 24
1.2.2 Навантаження на шину ................................................................................ 27
1.2.3 Швидкість руху ............................................................................................. 28
1.2.4 Технічний стан .............................................................................................. 28
1.2.5 Неоднорідність коліс і дисбаланс ............................................................... 29
1.2.6 Дорожні і кліматичні умови ........................................................................ 30
1.3 Існуючі системи контролю тиску шин на підприємстві ............................. 31
1.4 Системи моніторингу тиску в шинах ............................................................ 32
1.4.1 Види систем моніторингу тиску в шинах .................................................. 34
1.5 Аналіз шин і рухомого складу на підприємстві ........................................... 38
1.5.1 Характеристика досліджуваного рухомого складу .................................. 38
1.5.2 Характеристики і прохідність шин ............................................................. 39
1.6 Методи оцінки інтенсивності зносу шин ...................................................... 44
1.7 Мета, завдання та загальна методика дослідження ..................................... 47
РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕОРІЇ
ПЛАНУВАННЯ БАГАТОФАКТОРНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ ............................. 50
2.1 Визначення факторів для обліку у регресійній моделі і їх вплив на
інтенсивність зносу шин ....................................................................................... 50
2.2 Інтерпретування моделі процесу інтенсивності зносу шин в вигляді «чорного
ящика» .................................................................................................................... 52
2.3 Методика планування багатофакторного експерименту ............................ 54
2.4 Вибір рівняння регресії ................................................................................... 55
2.5 Побудова матриці планування експерименту .............................................. 57
4
РОЗДІЛ 3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ І ПОДАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ
....................................................................................................................................... 60
3.1 Оцінка точності методу вимірювання інтенсивності зносу шин ............... 60
3.2 Проведення експерименту .............................................................................. 62
3.4 Оцінка адекватності моделей ......................................................................... 69
РОЗДІЛ 4 РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ. ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ........... 80
4.1 Інтерпретація результатів дослідження ........................................................ 80
4.2 Моделювання ресурсу шин в залежності від рівня варіювання факторів 83
4.3 Економічний ефект від використання системи моніторингу ..................... 85
4.4 Оцінка ефективності інвестицій на впровадження системи моніторингу 88
4.5 Оцінка екологічного ефекту від впровадження системи моніторингу ...... 93
ВИСНОВКИ ................................................................................................................. 99
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................. 100
5
ВСТУП
Актуальність роботи. Доставка автомобільним транспортом на
сьогоднішній день є найбільш затребуваним видом доставки вантажів і пасажирів
не тільки в України, але і у всьому світі. Так, за даними служби державної
статистики за 2016 год [1], автомобільним транспортом було перевезено 5041 млн.
тон вантажу, що складає 67,5% вантажоперевезень України за всіма видами
транспорту. Аналогічна ситуація і з пасажироперевезеннями: 13,166 млн. чоловік
або 68,9%. З огляду на великі обсяги автомобільних перевезень та їх соціально-
економічну значимість, проблема підвищення ефективності автомобільного
транспорту є досить актуальною. Як зазначено в роботі [2], ефективність
автомобільного транспорту залежить не тільки від організації перевезень або
технічного стану рухомого складу, а й від експлуатаційних характеристик і
терміну служби шин. Думку авторів [2] можна пояснити тим, що шина є одним з
найбільш дорогих елементів конструкції автомобіля, а витрати на підтримку і
відновлення працездатності шини посідають друге місце після витрат на паливо.
Знизити витрати на шини можна збільшенням показників її довговічності,
на які впливає безліч факторів. Ці чинники можна виділити у дві групи: керовані
і некеровані. Керовані фактори – це фактори, на які можна впливати для
управління ресурсом шин, до них відносяться: тиск в шині, дисбаланс (статичний
і динамічний), стан підвіски, навантаження на автомобіль, швидкість руху і
майстерність водіння. До некерованих відносяться: дорожні і природно-
кліматичні умови, а також умови руху. Всі перераховані керовані чинники, так чи
інакше, контролюються технічною службою на АТП, однак контролю тиску часто
приділяється мало уваги, а найчастіше і зовсім нехтуються. В результаті чого, в
60…90% шин при експлуатації мають тиск вище або нижче норми, через
недотримання норми тиску в шині, втрачається 6 – 15% ресурсу шин і 1,5 – 6,0%
палива.
Проблема контролю тиску в шинах викликана відсутністю нормативних
документів, що регламентують в обов'язковому порядку здійснювати
безперервний контроль за тиском в шинах, а також відсутністю рекомендацій
6
щодо використання методів контролю. У західних країнах ця проблема вже давно
вирішена. У США в листопаді 2000 року конгресом США був схвалений акт The
TREAD (Transportation Recall Enhancement, Accountability, and Documentation)
Act, згідно з яким в автомобілях повинна існувати система перевірки і сигналізації
про значно недостатній тиск в шинах. На сьогоднішній день в США функціонує
федеральний стандарт «Federal Motor Vehicle Safety Standard» (FMVSS) №138,
розроблений Національною Адміністрацією шосейного руху NHTSA, який
передбачає обов'язкову установку систем моніторингу тиску в шинах. Існує так
само міжнародний стандарт ISO / DFIS 21750, опублікований в березні 2006 року.
Ці стандарти підтримують базові вимоги американського стандарту. В даний час
в Європі діють правила ЄЕК ООН №64, розпорядчі з 2012 року обладнати всі нові
автомобілі датчиками моніторингу тиску.
Так само варто згадати про сприятливу дію на екологію від ефективної
експлуатації шин: знижується витрата палива, в результаті чого відбувається
менше виділення шкідливих відпрацьованих газів в атмосферу; а так само
знижується викид шкідливої гумового пилу. Аналіз показує, що при зношуванні
шин в навколишнє середовище потрапляє велика кількість канцерогенних полі-
ароматичних, перш за все бензапірени, а також N-нітрозо-амінів і інших
шкідливих для організму людини речовин, що додаються виробниками шин для
поліпшення еластичних і пружно-міцністних властивостей гуми.
З урахуванням викладеного, дослідження в кваліфікаційній роботі магістра
на дану тему є вельми актуальною.
Метою кваліфікаційної роботи магістра зниження експлуатаційних витрат і
викидів шкідливих речовин шляхом розробки системи управління ресурсом шин
на основі використання систем моніторингу транспортних засобів.
Наукова новизна полягає в розробці способу управління ресурсом шин на
основі використання систем моніторингу керованих факторів впливу ресурс шин
на міжмуніципальних і міжрегіональних маршрутах в умовах України [3].
Практична цінність роботи полягає в створенні методу обліку впливу
керованих факторів на ресурс шин в умовах експлуатації півдня України на
прикладі Компанія «Транс-Еліт». Створювані регресивні моделі для кожного
7
розглянутого маршруту дозволять прогнозувати залишкову глибину протектора
шини в залежності від поєднання експлуатаційних факторів для кожного
конкретного маршруту: тиск повітря в шині і вагове навантаження на шину.
Розроблені моделі і методика дозволять керувати ресурсом шин, проводити
планово-попереджувальні дії з урахуванням фактичного стану на основі даних
моніторингу і, як наслідок, знизити експлуатаційні витрати на шини і паливо,
підвищити безпеку руху і зменшити негативний вплив на навколишнє
середовище.
Завдання дослідження:
• провести аналіз за літературними даними і комплексно розглянути
вплив факторів на інтенсивність зносу шини;
• провести аналіз статистичних даних про тиск і прохідність шин,
вибрати основні експлуатаційні фактори впливу на інтенсивність зносу
протектора;
• скласти багатофакторні регресійні моделі залежності глибини
протектора шини від основних експлуатаційних факторів;
• розробити на основі регресійних моделей заходи, що дозволяють
зменшити інтенсивність зносу протектора шин.
8
РОЗДІЛ 1 СТАН ПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ
1.1 Аналіз науково-дослідних робіт по темі дослідження
Шини є одним з найбільш дорогих елементів автомобіля, що впливає на
безпеку руху, витрату палива і екологію. Науково-практична задача підвищення
технічного ресурсу шини покликана підвищити безпеку руху автомобілів, знизити
витрату палива і знизити негативний вплив на екологію, так само підвищення
технічного ресурсу дозволить отримати позитивний економічний ефект, який
можна реалізувати для модернізації матеріально-технічної бази
автотранспортного підприємства.
В області технічної експлуатації шин проведено безліч досліджень. Всі ці
дослідження спрямовані для вирішення науково-практичного завдання
підвищення технічного ресурсу шин. Різниця полягає в підходах і методах
вирішення.
О.П. Кравченко, О.П. Сакно, О.В. Лукічов розглядали в своїх роботах вплив
фактору тиску на показники довговічності шин. Солтус А.П. розглянув вплив
умов експлуатації на ресурс шини, інші автори розглянули вплив кліматичних
умов, запропонували вдосконалення конструкції шин та т.і.
В науковій роботі [4] розглянуто методи контролю тиску в шинах, що
дозволяють виявляти залежності зміни тиску в шинах від експлуатаційних
факторів. Автором розроблена математична модель зміни тиску газу в шинах:
∆���� (����)=���� · ���� · ���� · ���� ∗ ����ср · ���� ·Δ����ДИФФ���� ПМАСС СТАР РЕЖДВ ДОР ���� РЕЖДВ ���� · ����, (1.1)
де ����ПМАСС – коефіцієнт впливу повної маси;
����СТАР – коефіцієнт, що враховує ступінь старіння шини;
Δ����ДИФФ���� – втрати тиску ненавантаженої шини;
����ср���� – коефіцієнт обліку середньої швидкості руху;
���� – час експлуатації;
����ДОР – коефіцієнт, що враховує тип і якість дорожнього покриття;
9
����РЕЖДВ – коефіцієнт режиму руху. Цей коефіцієнт враховує відношення числа
розгонів і гальмувань на 1 км шляху.
Коефіцієнт режиму руху визначається за формулою
���� = �������� ����
РЕЖДВ ГОР · ����ГОР +�1 − ����ГОР� · ����ВНЕГОР, (1.2)
де ����ГОР – коефіцієнт впливу міського циклу руху на швидкість втрати газу в
шині автомобіля;
����ВНЕГОР – коефіцієнт впливу позаміського руху.
��������ГОР – частка міського циклу руху автомобіля;
1 − ��������ГОР – частка позаміського циклу руху автомобіля.
Автор докладно описав три різних методики визначення дифузії газу в шині
без урахування впливу зовнішніх факторів. Перші два методи полягають в
наповненні шини на 90% залізними кульками, а інші 10% наповнювалися газом.
Метал не дозволяє газу проникати в свою структуру, а обсяг, на думку автора,
можна точно розрахувати, так як розмір кульки відомий з достатньою точністю.
Це призводило до того, що обсяг газу в шині зменшувався, а дифузійна площа
залишалась постійною. Тому, навіть невеликі витоку газу з шини за рахунок
дифузії істотно знизять тиск в шині, в результаті чого швидкість проведення
експерименту збільшувався в 10 разів, однак шина при такому експерименті
приходила в непридатний стан.
Другий метод відрізнявся від першого газокомпенсаційнним пристроєм,
який виробляє компенсацію тиску газу в шині при його падінні. Друга методика
моделює роботу пристрою, що проводить підтримку тиску в шині. Так само ці
методи можуть використовуватися для визначення коефіцієнта дифузії.
Третій метод полягає в тому, що автомобільна шина поміщається в замкнуту
систему (металеву оболонку з кришкою, яка виключає проникнення додаткового
газу), далі система з шиною заповнюється водою при температурі, необхідної для
експерименту і виводиться капілятор. Суть методу полягає в тому, що газ,
дифундує з шини в воду, створює додатковий обсяг і піднімає рівень рідини в
капіляторі на деяку величину. Знаючи діаметр капіляторної трубки, можна
10
визначити обсяг вивільненого повітря. До недоліку методу можна віднести те, що
при втратах газу більше 80% від нормативного рівня тиску відбуватиметься
об'ємне стиснення шини під дією внутрішніх сил натягу і результати можуть бути
з значною похибкою, але цей недолік не настільки істотний, так як достатнім є
вимірювання при падінні тиску в межах 5…10% від норми.
В наукових дослідженнях [5] створено методичний підхід до нормування
маршрутного ресурсу шин міського автобуса в процесі експлуатації. В ході
нормування маршрутного ресурсу шин автобусів цільова функція, як вважає
автор, може залежати від трьох груп факторів:
Перша група параметрів (A1...An) характеризує умови роботи автобуса, які
задані і не можуть бути змінені в ході визначення нормативного ресурсу шин. До
першої групи входять: A1 – питома кількість технологічних зупинок на маршруті,
A2 – питома кількість світлофорів на маршруті, A3 – питома кількість поворотів
на маршруті, А4 – щільність руху автотранспорту на маршруті, А5 – середня
відстань між зупинками, А6 – коефіцієнт використання пасажиромісткості, А7 –
експлуатаційна швидкість, А8 – швидкість повідомлення, А9 – стан дорожнього
покриття, А10 – кут поздовжнього ухилу траси маршруту, А11 – тип дорожнього
покриття, А12 – інтенсивність руху.
Друга група параметрів (B1…Bm), яка іноді називається елементами
рішення, може змінюватися при управлінні, впливаючи на цільову функцію. До
цих факторів належать: B1 - застосування обґрунтованих нормативів систем (в разі
автора це рекомендований тиск і сходження коліс); B2 - забезпечення виконання
рекомендацій і нормативів системи (контроль тиску повітря, сходження і ін.); B3 -
вдосконалення технології, організації та управління процесами ТО і Р, в першу
чергу експлуатацією шин; B4 - забезпечення робочих місць виконавців
технологічною та іншою документацією; B5 - комп'ютеризація та індивідуалізація
обліку та звітності при технічній експлуатації автобусів; B6 - забезпечення
підприємства персоналом; B7 - підвищення кваліфікації персоналу; B8 -
вдосконалення систем симулювання персоналу; B9 - забезпечення стабільності
трудових колективів; B10 - створення резерву справних автобусів; B11 - вибір
раціональних типів моделей рухомого складу (ПС); B12 - вибір сучасних
11
експлуатаційних матеріалів, включаючи матеріали для ТО і ремонту шин; B13 -
забезпечення якості відновлення і КР виробів, особливо елементів підвіски і
рульового управління; B14 - управління віковою структурою парку автобусів; B15
- варіаційні терміни служби автобусів. Умови в ході дослідження - чинники другої
групи або мають нормативні значення (тиск в шинах), або не змінюються.
Третя група - заздалегідь невідомі умови (Cb…Ck), вплив яких на
ефективність системи невідомо чи вивчено недостатньо, до них можна віднести:
C1 - температура навколишнього середовища; С2 - агресивність навколишнього
середовища. Оскільки прогнозувати поведінку цих параметрів важко, то для їх
кількісної оцінки автором був застосований експертний метод, зокрема апріорне
ранжування факторів.
У підсумку автором були отримані регресійні моделі, одна з них (для шин
11 / 70R-22,5 без ABS) представлена нижче
�������� = 68917 + 534,8������������ + 1683,8������������ – 15636,7�������� + 354,9����П���� – 1764��������, (1.3)
де ������������ – швидкість повідомлення на j-му маршруті, км/год;
�������� – коефіцієнт використання пасажиромісткості на j-му маршруті;
������������ – середня довжина перегону на j-му маршруті, км;
����П���� – питома кількість поворотів на j-му маршруті, шт./км;
�������� – середня щільність транспортного потоку на j-му маршруті, авт./100 м.
За результатами дослідження автора, домінуючий вплив на ресурс шин з
фактором умов експлуатації надає швидкість повідомлення - 12%, далі йдуть
коефіцієнт використання пасажиромісткості - 8%, середня щільність
транспортного потоку - 4%, середня довжина перегону - 2% і питоме число
поворотів - 1 %. Сумарний вплив експлуатаційних чинників становило 27%, решта
вплив (73%) на ресурс шини 11 / 70R-22,5 міського автобуса ЛіАЗ-5256.25 без
ABS надають конструкційні, технологічні, виробничі та природно-кліматичні
чинники. Регресійна модель автора з високою точністю підтвердила результати
12
проведеної ним же експертизи. В результаті впровадження методик,
запропонованих автором, вдалося підвищити ресурс шин автобуса на 19%.
В науковій роботі [6] розроблено автоматизовану систему обліку та
управління витратами на шини у вигляді програмного забезпечення,
впровадження якої в виробництво скорочує витрати на шини і підвищує
ефективність експлуатації автомобілів. Автоматизована система покликана
знизити трудомісткість обліку шин в обробці первинних документів (створення
електронних баз, даних і робота з ними). В основі автоматизованої системи обліку
лежать рівняння регресії, за допомогою яких система в автоматизованому режимі
показує залежність інтенсивності зносу шин ����Ш1 від досліджуваних параметрів
для передніх і задніх коліс відповідно
����Ш1 = 0,249 + 0,034С + 0,0119��������1 + 0,0085Л���� +
+ 0,02294П + 0,0102У + 0,0153К; (1.4)
����Ш2 = 0,182 + 0,008��������2 + 0,0064ЛП + 0,0136 П + 0,0082У + 0,0088К; (1.5)
де С - сходження коліс;
��������1 і ��������2 - тиск повітря в шинах передніх і задніх коліс;
Л����, ЛП - люфти в рульовому управлінні і в підшипниках маточин коліс;
П - перекіс мостів;
У - умови експлуатації;
К - кліматичні умови.
Дані рівняння забезпечують оптимізацію пошуку несправностей при появі
підвищеного зносу шин. Після впровадження даної системи автором на
Черкаському ПАТП-1, витрати на шини знизилися на 7% і на 50% скоротилися
управлінські витрати з обліку шин.
В науковій роботі [6] виявлено основні чинники, які впливають на
інтенсивність зношування шин, і проведена їх градація стосовно регулярних
автобусних маршрутів. Найбільший вплив чинників на пробіг шин, на думку
автора - повна маса автобуса з урахуванням коефіцієнта використання
пасажиромісткості, на основі цієї думки автором розроблений оціночний
13
показник завантаженості шин. Як показник прийнята сумарна робота сил, що
діють в зоні контакту автомобільної шини з опорною поверхнею.
������������ = (∑ ������������ + ∑ ������������) / ��������, (1.6)
де ∑ ������������ і ∑ ������������ - відповідно сумарна робота як поздовжніх тягових і
гальмівних сил, так і бічних сил, що діють в зоні контакту автомобільної шини з
дорогою, Дж;
�������� - довжина маршруту.
Автором отримана лінійна залежність для визначення ресурсу шин
�������� = 163,8 - 0,026 · ������������, (1.7)
В наукових дослідженнях [7] визначено ряд експлуатаційних факторів
впливу на інтенсивність зношування і ресурс шин в умовах змінного рельєфу
місцевості. Автором розроблена модель гірських дорожніх умов взаємодії
системи «гірська дорога-автомобіль-водій-навколишнє середовище», в моделі
були розглянуті наступні фактори: техніка водіння або крутний момент; дорожні,
кліматичні умови і конструкція автомобіля; вагове перевантаження шин;
швидкість руху автомобіля; тиск повітря в шинах; кути установки коліс і сили, що
діють на шину; невідповідність конструкції та неоднорідність коліс; перекоси
передньої та задньої осей автомобіля і технічний стан підвіски; вплив зносу шин
на їх характеристики і тягово-зчіпні властивості автомобіля. Для виявлення
ступеня впливу цих факторів, автором проводилися стендові випробування. В
результаті була отримана лінійна залежність, що дозволяє розрахувати пробіг
автобусних шин в залежності від питомої роботи сил опору руху в умовах
змінного рельєфу місцевості
у = 165,686 – 0,02107 · ������������, (1.8)
14
де ������������ - сумарна робота сил, що діють в зоні контакту шини з дорогою,
визначається за формулою 1.6.
Так само, як у другому випадку був виведений коефіцієнт, що враховує
рельєф місцевості для прогнозування пробігу шин. Так по різноманіттю дорожніх
умов експлуатації автомобілів можна розбити на характерні ділянки, де параметри
навантаження шин і експлуатаційні фактори будуть квазістаціонарним. За
питомою вагою цих ділянок можна визначити середню інтенсивність зносу в
конкретній ділянці рельєфу місцевості. При цьому, середня інтенсивність зносу
протектора шин прийме вигляд
������������ = ����РП · Δ ����РП + �������� · Δ�������� + �������� · Δ �������� + ����ПР · Δ ����ПР (1.9)
де ����РП, ��������, ��������, ����ПР - інтенсивність зносу шин на криволінійній ділянці,
підйомах (ухилах), при русі автомобіля з прискореннями (уповільненнями) і на
прямолінійних ділянках, відповідно мг/км;
Δ ����РП, Δ��������, Δ ��������, Δ ����ПР - питома вага (робота) характерних ділянок.
Автором було запропоновано поняття «середньозважений коефіцієнт
рельєфності», який визначається як
���� = ∑�������� ∗ ��������
∑���� (1.10)
����
де �������� - коефіцієнти для відповідних рельєфів місцевості;
�������� - довжини шляхів для даного маршруту на відповідних рельєфах.
На думку автора, цю методику доцільно застосовувати для нових
маршрутів, а величину середньозваженого коефіцієнта рельєфності доцільно
вносити в паспорт маршруту і надалі використовувати при розрахунку пробігу
шин.
В науковій роботі [7] підійшли до вивчення питання впливу класифікації і
рівнів пристосованості шин (категорія використання, ошипованність) до
низькотемпературних умов експлуатації. Згідно з дослідженнями,
15
пристосованість шини до низькотемпературних умов і самі низькотемпературні
умови істотно впливають на коефіцієнт опору коченню, що в свою чергу мають
вплив на витрату палива. Автор вивів коефіцієнт пристосованості, який
характеризується коефіцієнтом опору коченню і, в залежності від нього, виділено
три рівня пристосованості: високий, середній і низький. Основна ідея дослідження
полягає в тому, що вплив суворих умов на автомобільні шини залежать від рівня
їх пристосованості до цих умов. Експериментальні дослідження автора показали,
що автомобільні шини з різними експлуатаційними і конструктивними
характеристиками мають різну ступінь зміни коефіцієнта опору коченню в умовах
низьких температур експлуатації, а, отже, мають різні значення параметра
пристосованості. В результаті було визначено, що інформативними ознаками для
класифікації будуть: категорія використання і наявність або відсутність шипів. На
основі цього автором була запропонована методика диференціального
коригування норм витрат палива з урахуванням пристосованості шин до
низькотемпературних умов експлуатації по коефіцієнту опору коченню. Величина
коефіцієнта залежить від значення фактичної температури повітря, при якій
відбувається експлуатація автомобіля, і від рівня пристосованості шин до
негативних температур навколишнього повітря за коефіцієнтом опору коченню.
В наукових дослідженнях [8] вирішено задачу прогнозування тиску в шинах
автотранспортних засобів і підвищення його стабільності за рахунок
використання внутрішнього газопроникного пневматичного акумулятора (ВГПА)
(рисунок 1.1). Розроблена математична модель процесу дифузії газу з шини, що
містить ВПГА, і методу вибору його раціональних параметрів, що забезпечують
максимальне збільшення періоду відновлення тиску в шині при дотриманні норм
тиску. ВПГА, згідно з дослідженням автора, дав збільшення періоду відновлення
тиску в шині в середньому від 7 до 120 днів, тобто в 17 разів більше, ніж у
звичайній шині.
16
Рисунок 1.1 - Схема внутрішнього газопроникного пневматичного акумулятора
(ВГПА)
1 - зовнішня пневматична шина; 2 - внутрішній пневматичний акумулятор; 3 -
обід;
А - основна камера; В - допоміжна камера (внутрішній пневматичний
газопроникний акумулятор)
В наукових розробках [10] розглянута проблема збільшення інтервалів
відновлення нормативного тиску на основі математичного моделювання зміни
тиску повітря і концентрації кисню в шині внаслідок газопроникності її
матеріалів. Автор, за допомогою розроблених математичних моделей зміни тиску
і концентрації кисню в шині внаслідок газопроникності її матеріалів встановив:
закономірності зміни тиску в шині з плином часу з урахуванням заправки
повітрям, чистим азотом і технічним азотом; закономірність, що дозволяє
визначити інтервал до першого відновлення нормативного тиску в шині;
залежності зміни концентрації кисню в шині від часу.
Автором отримано математичну модель зміни тиску в шині в процесі
проникності з неї суміші газів
����Ш (t) = ����ш�������� ����ш(����)��������
�������� ���� = ���� ���� ��������(����)��������
ш���� ∑����=0 ������������ ���� �������� ���� (1.11)
де ����ш���� - початковий тиск суміші газу в шині;
����ш(����) і ��������(����) - показник проникності суміші газів в шині і показник
проникності і-го газу в шині відповідно;
S - площа шини;
17
T - ABSолютна температура;
���� - товщина герметизуючого шару;
V - об'єм шини;
t - час, за який відбувається зміна тиску;
������������ - частка газу, що знаходиться в загальному обсязі суміші.
Ця модель описує процес проникності повітря з шини за умови, що вона не
навантажена вертикальним навантаженням, тобто обсяг шини не змінюється з
плином часу, і тиск в шині залежить тільки від витоку газу.
В процесі роботи автором встановлено, що при заправці шини повітрям,
концентрація кисню в ній з часом зменшується по експоненційній кривій
(повністю шина звільняється від кисню за 70.350 діб), а період між відновленнями
збільшується. Так заправка шин азотом, а в подальшому повітрям дозволяє
збільшити період відновлення тиску і знизити на 25% витрати на обслуговування
шин.
Отримав просте інженерне рішення про кочення пружного колеса по
жорсткій основі, пріоритетом якого є кінцеві аналітичні вирази для визначення
основних параметрів контактної взаємодії пари кочення, зокрема роботи сил
тертя, коефіцієнтів жорсткості, величини зовнішнього діаметра колеса. У
підсумку автором визначено, що для підвищення ресурсу шини необхідно
збільшувати коефіцієнт Пуассона і модуль зсуву матеріалу протектора, радіус
шини, коефіцієнт заповнення профілю і коефіцієнт тангенціальної жорсткості,
знижувати величини відносного пружного ковзання, навантаження і коефіцієнти
тертя ковзання і нормальної жорсткості шини. Таким чином дано пояснення
механізму зносу шин, показані особливості їх зносу і виходу з ладу. Отримано
аналітичний вираз для розрахунку і прогнозування лінійного зносу шин:
2
2 2 4� �3
h = �������� ���� ���� 3����2 ����
5 (1.12)
16,5����1 ����
�3
де ���� - коефіцієнт пропорційності;
���� - деяка величина менше одиниці;
18
���� - коефіцієнт тертя ковзання;
����4�3- погонне осьове навантаження на шину;
2
���� �3
2 - нормальне погонне навантаження;
����1 - коефіцієнт жорсткості шини;
����5�3- радіус шини.
До недоліку цього виразу можна віднести те, що воно не враховує величину
тиску повітря в шині.
В науковій роботі вирішена науково-практична проблема зниження
собівартості автомобільних перевезень за рахунок підвищення довговічності шин
і зменшення витрати палива шляхом забезпечення експлуатації шин з тиском,
який відповідає нормативам [11].
Автором розроблена математична модель і методика розрахунку величини
тиску для контролю і доведення його до норми взимку в опалювальному
приміщенні:
(����н + ������������м) ∗ �1 + ���� ∗ (���� − 1) ∗ ����� − ������������м ���� ≤ ����
p= � ���� ����
���� (1.13)
(���� + ���� ) ∗ ����� − (1 − ����) ∗ (���� − 1) ∗ ��������∗(����−���� )
н ��������м ���� � − ������������м ����˃��������
де ����н – норма тиску в шинах;
�������� – температура прогріву;
������������м – атмосферний тиск;
m – температура охолодження;
T – визначається за формулою:
T = 273+�������� (1.14)
273+��������
де �������� - температура повітря в приміщенні;
�������� - температура повітря на вулиці;
19
���� - відношення приросту тиску при прогріванні в результаті реалізації
нерегулярного процесу до загального збільшення тиску за весь процес прогріву,
визначається за формулою:
���� = ������������−����н (1.15)
��������−����н
Дана модель і методика контролю доведення до норми тиску повітря в
шинах при технічному обслуговуванні в зимовий період, дає економічний ефект
за рахунок часткового зниження втрат ресурсу шин і перевитрати палива,
пов'язаних з відхиленням тиску від норми. Екологічний ефект полягає в
скороченні маси продуктів зносу шин і викидів шкідливих речовин з
відпрацьованими газами.
В науковій роботі розроблена концепція вирішення проблеми підвищення
працездатності і надійності експлуатації автомобільного транспорту за рахунок
забезпечення зберігання та довговічності шин і РТІ на основі вдосконалення
методології їх оцінок і розрахунків, конструктивних доробок і технології
виробництва, розробок нових перспективних матеріалів, способів модифікації гум
і їх захисту [12]. В результаті були науково обґрунтовані рівні ключових
показників тактико-технічних характеристик (ТТХ) шин і автомобілів, критерії
працездатності шин і РТІ, розроблено та експериментально проведені оцінки:
• показників опорної прохідності повнопривідних автомобілів за питомою
навантаженістю шин за обсягом, їх жорсткісним і конструктивним параметрам,
уточненої математичної моделі кочення колеса через накопичений рух її
елементів в контакті з ґрунтом (пробуксовку);
• зберігання ГТВ по базовим критеріям їх працездатності і прогнозування їх
термінів служби;
• напружено-деформованого стану гофрованих ГТВ;
• модифікація гум, що підвищує до 40% термін служби ГТВ, із
застосуванням комбінованого способу об'ємного зміцнення фтор-добавками по
параметру їх розчинності і набуханню на основі фтор-парафінів, ефірів і спиртів-
теломерів і поверхневого насичення фтором з використанням фтор гелієвого
20
реагенту і хімічного поглинача, що знижує швидкість випаровування інгредієнтів
і формує більш щільний та стійкий до озону поверхневий шар.
Теоретичні та експериментальні дослідження і розрахунки автори зробили
можливим підвищення ефективності експлуатації автомобілів з шинами і ГТВ
різних термінів служби, реалізований в найбільш повній мірі в їх експлуатаційних
якостях на автомобільному транспорті, це дозволило: поліпшити ключові
показники повнопривідних автомобілів, знизити енерговитрати на кочення,
підвищити в 1,7…2,1 рази прохідність шин.
В науковій роботі [13] підійшли до проблеми підвищення безпеки та
ресурсу шин через розгляд динамічних характеристик шини (динамічної
жорсткості і коефіцієнта згасання коливань), для цього автором був розроблений
метод діагностування шин за параметрами пружних властивостей на основі
математичної моделі визначення жорсткості автомобільних шин:
C =2 * m *g * ����(2∗����2−����1)∗����*����12 , (1.16)
����2
де m - маса колеса, кг;
g - прискорення вільного падіння, м/с2;
����2 - коефіцієнт згасання коливань (падіння), 1/с;
����1 - коефіцієнт згасання коливань (прогину), 1/с;
t - тривалість коливань, с;
����1 – початкова амплітуда коливань (падіння), м;
����2 – початкова амплітуда коливання (прогину), м.
Математична модель і методи, розроблені автором, допомогли вирішити
важливу науково-практичну задачу підвищення безпеки та ресурсу автомобільних
шин за рахунок їх діагностування при технічному обслуговуванні автомобіля.
В наукових дослідженнях [14] розглянуто характеристики пневматичних
шин з позиції необхідності прогнозування їх зносостійкості. Автором отримані
закономірності, що зв'язують деформацію колеса і протектора з дотичними
зсувами в зоні контакту шини з дорогою при вільному коченні шини і при
21
сприйнятті окружних і бічних сил, які дозволяють встановити залежності між
конструкційними параметрами шини, властивостями конструкційних матеріалів і
питомою роботою тертя в контакті, що характеризує зносостійкість протектора.
Автором проведено аналіз розподілу напружень в контакті при вільному коченні,
який дозволяє встановити перелік небезпечних зон з точки зору зносу протектора.
Автором розроблені математичні моделі, що дозволяють оцінити сумарну
роботу тертя при дії заданих зовнішніх сил, яка визначається підсумовуванням
складових
A = ����б + ����м, (1.17)
де ����б – величина середньої питомої роботи тертя в контакті при дії бічної
сили, визначається за формулою:
2
���� = ��������
б , (1.18)
����������������нас
де �������� – бічна сила;
�������� – коефіцієнт опору бічному відведенню;
B – ширина зони контакту;
����нас – коефіцієнт насиченості малюнка протектора;
����м – питома робота тертя при дії окружної сили (моменту), визначається за
формулою
2
���� = �������� ����
м (1.19)
����нас��������0
де ���� – коефіцієнт окружний еластичності шини;
����0 – відстань від зовнішнього шару брекера до осі обертання.
Наведені вище характеристики дозволяють оцінювати середню
зносостійкість порівнюваних варіантів шин за умови, що зносостійкість гуми не
змінюється, а виграш в зносостійкості протектора передбачається за рахунок
підвищення модуля протекторної гуми і конструктивних змін шини.
22
В наукових дослідженнях [15] розроблено комплексний підхід до створення
безпечної шини, здатної працювати при нормальному атмосферному тиску в її
порожнині, зберігаючи при цьому профіль і габаритні розміри пневматичної
шини. Можливість працювати без надмірного внутрішнього тиску шина отримала
в результаті заміни ниток каркаса на пружні, певним чином встановлюють
пружинні елементи, що сприймають радіальне навантаження на шину. Автором
відтворені дослідні зразки безпечних шин, визначені їх основні характеристики,
виконано їх порівняння з пневматичними шинами. Встановлено, що жорсткістні
характеристики експериментальних зразків безпечних шин близькі до
відповідних характеристик пневматичних шин. Так само автором проведено
порівняльні випробування на працездатність шин в умовах нульового тиску, які
показали, що працездатність запропонованих експериментальних зразків з
пружними елементами вище, ніж у відомих конструкцій безпечних пневматичних
шин з різними системами безпеки.
1.2 Виявлення і класифікація основних груп факторів, що впливають на
термін служби і інтенсивність зносу шини
Термін служби шини в процесі експлуатації залежить від інтенсивності
зносу шини, яка, в свою чергу, є безперервною величиною. Відповідно завжди має
місце бути певний набір факторів, що впливають на інтенсивність зносу шини.
Фактори можуть варіюватися за ступенем їх впливу, а деякі фактори можуть
просто не існувати в деяких умовах експлуатації і тому надавати нульову ступінь
впливу на процес зносу шин.
Основні чинники розділені на три групи за ступенем управління (Рисунок
1.1):
• керовані чинники - це чинники, які залежать від роботи технічної служби
підприємства. До них відносяться організаційно-технічні фактори,
технічний стан автомобіля;
• частково керовані фактори - кваліфікація водія, експлуатаційні фактори;
23
• некеровані фактори - фактори, які не залежать від роботи технічної служби.
До них відносяться дорожньо-кліматичні умови, конструкція автомобіля,
якість шин [14].
Застарію. Р.М. на основі досліджень Тарновського В.Н., Третьякова, О.Б. і
Кузьміна Н.А. [16] виділяє наступні фактори, що впливають на термін служби
шин: техніка водіння автомобіля і крутний момент; дорожні, кліматичні умови і
конструкція автомобіля; вагова перевантаження шин; швидкість руху автомобіля;
тиск повітря в шинах; кути установки коліс і сили, що діють на шину;
невідповідність конструкції та неоднорідність коліс; перекоси осей і технічний
стан підвіски.
Вплив факторів визначається рядом параметрів. Відхилення кожного з
параметрів від оптимального стану збільшує інтенсивність зносу шин. Вплив
першої групи факторів може бути повністю усунуто вдосконаленням роботи
технічної служби підприємства. Вплив другої групи факторів може бути повністю
або частково усунутий, але не завжди це можливо, вплив третьої групи факторів
не може бути усунуто, але має враховуватися при встановленні або коригуванні
норм пробігу шин.
Рисунок 1.1 - Групування чинників, виконане Янчевським В.А.
24
1.2.1 Тиск повітря в шині
Тиск повітря в шині дуже впливає на термін служби шини. Тому для кожної
марки шини виробник встановлює певну норму тиску, при якій шина буде мати
найбільший ресурс. При збільшенні або зменшенні тиску їх термін служби значно
знижується (рисунок 1.2) [17].
Рисунок 1.2 - Вплив тиску в шині на її ресурс
Такий вплив внутрішнього тиску в шині на її ресурс пояснюється досить
просто: знижений тиск веде до більшої деформації самої шини, що підвищує її
температуру і викликає зростання інтенсивності зносу в зоні контакту шини з
дорогою. При недостатньому тиску шина має значно меншу площу зони контакту
протектора з дорогою: протектор згинається і його середина втрачає контакт з
дорогою, тоді як вся вагова навантаження, яка припадає на шини, лягає на плечову
зону протектора, що призводить до їх інтенсивного зносу (Рис. 1.3, а). Так само
підвищена деформація підвищує ймовірність втомних руйнувань. При
нормальному тиску шина має повний контакт шини з дорогою по всій ширині
протектора, що дозволяє рівномірно розподілити вагове навантаження на шину і
забезпечити рівномірний знос (Рис. 1.3, б). При підвищеному тиску відбувається
зворотна ситуація: протектор згинається, але вже в інший бік. Вся навантаження
лягає на середину протектора, відповідно при підвищеному тиску відбувається
інтенсивний знос середньої його частини (Рис. 1.3, в).
25
Рисунок 1.3 - Вплив тиску на деформацію шини
а - тиск нижче норми, б - нормативний тиск, в - тиск вище норми
Як вже було сказано раніше, підвищений або знижений тиск значно
зменшують площу контакту шини з дорогою, що негативно позначається на
безпеці руху. Так при зниженому тиску збільшується гальмівний шлях,
знижується курсова стійкість, погіршується керованість. При підвищеному тиску
ситуація аналогічна, за винятком кращої курсової стійкості.
Але внутрішній тиск впливає не тільки на ресурс шини або безпеку руху,
воно так само впливає на витрату палива. Пояснюється це тим, що при зниженому
тиску відбувається деформація шини, що підвищує опір коченню. При
підвищеному тиску навпаки – витрата палива знижується за рахунок підвищення
жорсткості шини і, як наслідок, зниження опору коченню.
Захаров Н.С на основі аналізу раніше виконаних досліджень визначив [17]
основні причини зміни тиску повітря в шині в процесі експлуатації
автомобільного транспорту (Рис. 1.4).
26
Рисунок 1.4 - Причини відхилення тиску повітря в шині при експлуатації
автомобіля
Ступінь впливу кожної причини, представленої на рисунку 1.4,
визначається рядом факторів.
Зміна температури впливає від наступних факторів:
• температура умов експлуатації (зміна кліматичних умов, сезону року,
переїзд в райони з більш холодним або теплим кліматом);
• зміна температури при заїзді в виробниче приміщення (ділянка ТО або ТР,
шиномонтажна ділянка), варто зазначити, що зміна температури
відбувається поступово;
• гістерезисна втрати при русі (Енергія, що поглинається шиною, призводить
до значного підвищення її температури. При цьому зменшується
міжмолекулярне тертя в ній, а отже, і величина гістерезисних втрат, що є
позитивним явищем. Гістерезисні ж втрати в корду кілька зростають [17].)
Дифузійна витік повітря залежить від наступних факторів:
• тип шини (камерна або безкамерна) - камерна шина має більш низьку в
порівнянні з камерними інтенсивність дифузійної витоку;
• газопроникність складу гуми;
• розмір шини - чим більше шина, тим більша площа поверхні, через яку
відбувається дифузійна витік;
27
• тиск в шині - чим вище тиск, тим вище перепад між тиском зовнішнього
середовища і всередині шини, а отже, вище інтенсивність дифузійної
витоку;
• температура шини - чим вище температура, тим більше інтенсивність
дифузійної витоку.
Витік повітря через дефекти шини залежить від наступних факторів: стан
шини і камери (при наявності);
типу і стан диска.
Витік повітря через негерметичний вентиль:
• стан вентиля;
• температура навколишнього середовища - при низьких температурах
прокладка ущільнювача клапана стає жорсткою, і герметичність вентиля
погіршується;
• помилки при контролі і доведенні тиску до норми: похибка манометра;
помилки виконавця.
1.2.2 Навантаження на шину
На збільшення інтенсивності зносу і скорочення терміну служби шин
впливає перевантаження шин. Недовантаження веде до збільшення терміну
служби, а перевантаження, навпаки - до його зменшення. Так перевантаження
шин на 10% призводить до скорочення терміну служби на 20% [18].
На перевантаження шин впливає загальна перевантаження автомобіля,
нерівномірний розподіл вантажу або пасажирів на його платформі, а також
недостатній тиск в одному з здвоєних коліс [16].
Вплив вагового навантаження на ресурс шин в умовах експлуатації
показаний на рисунку 1.5.
28
Рисунок 1.5 - Вплив вагового навантаження на ресурс шини в умовах
експлуатації
1.2.3 Швидкість руху
Термін служби шини істотно залежить від швидкості руху колеса.
Різке зменшення терміну служби спостерігається на швидкостях, що
перевищують граничні швидкості, встановлені виробником шин. Відбувається це
в результаті гістерезисних втрат, зумовлених наявністю числа циклів
навантаження елементів шини за одиницю часу. В наслідок чого відбувається
підвищення робочої температури і пов'язаного з цим зменшення міцності її
матеріалів, підвищення динамічних навантажень при зустрічі шини з
перешкодою, які призводять до руйнування каркаса і коливання елементів
профілю шини при їх виході з контакту.
Так само варто згадати, що знос шин у міру зростання швидкості на
провідних і ведених колесах не однаковий. При прямолінійному русі в міру
збільшення швидкості руху знос шин ведучих коліс стає істотно вище зносу
ведених коліс, що є наслідком збільшення тягової сили на провідних колесах [15].
1.2.4 Технічний стан
29
Технічний стан часто є причиною передчасного зносу шин. Технічний стан
виражається в неправильних кутах установки керованих коліс і перекосі осей.
Неправильне сходження і розвал коліс викликає посилений знос шини через
додаткового прослизання елементів протектора передніх коліс в місці контакту її
з дорогою. При надмірному позитивному сходження на обох передніх шинах
виникає односторонній пилкоподібний знос по зовнішнім доріжках протектора.
При недостатньому сходження або розбіжність коліс односторонній
пилкоподібний знос виникає за внутрішніми доріжках. При цьому на 0,5-1,5%
зростає витрата палива [11].
Розвал справляє помітний вплив на темп зносу при значних відхиленнях від
норми. На шині виникає гладкий односторонній знос без явних ознак
пилкоподібний. Неправильний розвал викликає помітний знос плечової зони
шини по всьому колу, причому знос внутрішньої плечової зони вказує на
негативний розвал [16].
Співвідношення кутів поворотів впливає на знос шин в тих випадках, коли
автомобіль багато рухається по закругленій, наприклад в умовах великого міста
або на гірських дорогах. Характерною ознакою відхилень за цим параметром є
знос однієї крайньої доріжки, що особливо помітно у шин з дорожнім малюнком
протектора [13].
Перекіс осей може бути викликаний деформацією кузова і осей, зносом,
ослабленням кріплення, деформацією направляючого апарату підвіски і
поломкою центрових болтів. Перекіс осей призводить до того, що автомобіль
знаходиться під кутом до траєкторії руху. На задніх шинах виникає односторонній
пилкоподібний знос - по внутрішнім доріжках протектора шин одного боку
автомобіля, і по зовнішнім - з іншого.
1.2.5 Неоднорідність коліс і дисбаланс
Неоднорідність геометрична характеризується биттям. Розрізняють
радіальне і бічне биття, що виникає в напрямках, відповідно перпендикулярному
30
і паралельному осі обертання колеса. Місцевий знос шини може бути викликаний
її неоднорідністю, а також биттям гальмівного барабана.
Дисбаланс буває статичним і динамічним. Статичний дисбаланс - це сума
всіх векторів дисбалансів колеса, розташованих в площинах, перпендикулярних
до осі колеса. Фізичний сенс статичного дисбалансу полягає в тому, що одна з
радіальних відцентрових сил, що виникають під час обертання колеса, що не
врівноважується сумарною силою інших відцентрових сил. При русі автомобіля
відцентрова сила змінюється як за величиною, так і за напрямком. Діючи вгору,
ця сила прагне відірвати колесо від дороги. Діючи вниз, вона притискає його до
дороги. Як результат її дії, помічений підвищений знос шин і підшипників коліс.
Відцентрова сила збільшується зі збільшенням швидкості руху автомобіля.
Неврівноважені маси можуть виникати при виробництві шин при неправильній її
складанні, а також внаслідок місцевих ремонтів шини. Динамічний дисбаланс –
це момент, рівний геометричній сумі моментів всіх дисбалансів колеса щодо його
центру мас. Простіше кажучи, під речами відцентрових сил, розташованих в
загальному випадку несиметрично щодо осі профілю колеса, виникає
протилежний по напрямку момент. Цей момент прагне відхилити колеса від
початкової площини його обертання. [7].
Динамічний дисбаланс призводить до підвищеного зносу підшипників
коліс, шарнірів рульового приводу шин. При динамічному балансуванні
зменшується як момент, так і статична неврівноваженість колеса одночасно. У
збалансованого колеса дисбаланс починає інтенсивно розвиватися після
балансування до пробігу близько 10 тис. км, а потім стабілізується внаслідок
наявності негативного зворотного зв'язку [16].
1.2.6 Дорожні і кліматичні умови
Дорожні умови справляють істотний вплив на термін служби шин. На
інтенсивність зносу впливає тип і стан дорожнього покриття, поздовжній і
поперечний профіль дороги, а також величина радіусів поворотів і їх частота.
Наявність нерівностей дороги викликає великі динамічні навантаження на каркас
31
шин, нагрів і руйнування. При збільшенні опуклості дороги відбувається
перерозподіл ваги в поперечному напрямку. Спуски і підйоми, звивистість дороги
так само збільшують знос шин внаслідок перерозподілу ваги по осях, впливу
бічних сил на поворотах, а також з-за частих розгонів і гальмувань [15].
Зі збільшенням шорсткості дороги знос шин збільшується. Зі збільшенням
опуклості дороги збільшується нерівномірність зносу. Термін служби шин на
гірських маршрутах на 15-20% нижче. Вибоїни, пошкодження дороги знижують
термін служби шин на 10-15% [6].
У порівнянні з асфальтобетонним дорогами на гравійно-щебеневих дорогах
ресурс знижується приблизно на 25%, на кам'янистих розбитих дорогах на 50%
[26].
До кліматичних умов, що впливає на знос шин, відносяться: температура
навколишнього середовища, атмосферний тиск, вологість навколишнього повітря
і ін. У літню пору року процес зношування шин значно інтенсивніше, ніж в
зимовий час. Так, взимку на твердому дорожньому покритті знос шин приблизно
на 25-30% менше, ніж влітку. Однак в умовах низької температури можливий
передчасний знос внаслідок втрати гумою еластичності і появи крихкості [9].
В [12] ведеться мова про те, що оптимальний температурний режим роботи
шини 70-75 оC. При нагріванні до 100 оС зносостійкість гуми і міцність зв'язку між
гумою і кордом знижується в 1,5-2 рази. Нагрівання до 120 оС вважається
небезпечним, а вище – критичним. При температурах мінус 40 оС і нижче,
непрогріті шини з неморозостійкі гуми при ударах або різкому русі з місця можуть
розтріскатися.
Підвищена вологість навколишнього повітря призводить до інтенсивного
старіння шинних матеріалів, так само як і всіх гумотехнічних виробів. Вони
розтріскуються, втрачають пружність і еластичність.
1.3 Існуючі системи контролю тиску шин на підприємстві
Як вже говорилося раніше, тиск - один з найбільш важливих факторів, що
впливають на інтенсивність зносу, але якому не приділяється належної уваги.
32
Причина цього криється у відсутності обов'язкових вимог для контролю тиску.
Наприклад, на сьогоднішній день існує система контролю тиску повітря в шинах
(Табл. 1.1).
Таблиця 1.1 - Система контролю тиску повітря в шинах
Періодичність Виконавець Вимірювальний інструмент Регламентуються
документом
Щодня Водій Візуально Положення про ТО і Р
Щодня Механік
КТП Візуально Положення про ТО і Р
Через 7 днів Водій Ручний манометр Правила експлуатації шин
Через 30 днів Механік
КТП Ручний манометр Правила експлуатації шин
Манометр
Кожне ТО-1 Слюсар повітророзподільної Положення про ТО і Р
колонки
Проблема візуального контролю тиску полягає в тому, що неможливо з
достатньою точністю визначити його фактичне значення. Наприклад, за даними
компанії Michelin для шин легкових автомобілів [9], якщо тиск на 0,5 бар нижче
норми, то візуально це ніяк не проявляється. Якщо тиск нижче на 1 бар, то видно
невелика деформація боковини. Якщо тиск нижче на 1,5…2 бар, то видно значна
деформація боковини.
Тиск в шинах може змінюватися через дифузії, зміні температури,
атмосферного тиску і механічних пошкоджень шини або диска. За даними [10],
тиск в легковий шині падає за 30 діб з 2 бар до 1,5 бар, а за 60 діб до 1 бар. Для
вантажних шин падіння тиску буде трохи більше: за 30 діб падіння тиску
становить 1,5-2 бар, це відбувається через більшу дифузійної площі шини, а також
більшого початкового тиску. Температура і атмосферний тиск змінюють значення
тиску в короткостроковій перспективі, в залежності від умов експлуатації. А ось
механічні пошкодження шини, які не можуть бути вчасно діагностовано в процесі
експлуатації можуть привести до аварійних ситуацій.
1.4 Системи моніторингу тиску в шинах
33
Негативні і часто небезпечні чинники, що впливають на безпеку і
економічність, можуть бути легко усунені з використанням систем моніторингу
транспортних засобів для контролю тиску в шинах (англ. Tire Pressure Monitoring
System) або TPMS. Це система дистанційного вимірювання тиску і температури в
шинах транспортного засобу, яка проводить вимірювання в режимі реального
часу, що дозволяє запобігти аварійним ситуаціям, пов'язані з пошкодженням
шини, надмірний знос внаслідок ненормативного тиску, а так само дозволяє
запобігти перевитрата палива, викликаного зниженням тиску [11].
Історія масового застосування TPMS для легкових автомобілів веде відлік з
законодавчого акту TREAD - The TREAD (Transportation Recall Enhancement,
Accountability and Documentation) – це акт, схвалений конгресом США в листопаді
2000-го. Згідно з актом, в автомобілях повинна існувати система перевірки і
сигналізації про ситуацію, в якій одна або більше шин значно недокачана. В даний
час в США діє федеральний стандарт Federal Motor Vehicle Safety Standard
(FMVSS) № 138, розроблений Національною Адміністрацією шосейного руху
NHTSA, який наказував би обов'язкову установку систем TPMS в нових
автомобілях.
У першій редакції правила NHTSA Final Rule, прийняті 5 липня 2002 року
регламентували моніторинг недокачування всіх шин більш ніж на 25% і більш ніж
на 30% однієї шини, а також попереджали водія про дану ситуацію протягом 10
хв. Правила дозволяли автовиробникам встановлювати як системи прямого
вимірювання тиску в шинах, так і непрямого (непрямого). Поступове введення в
дію правил здійснювалося в період з 31 жовтня 2003 року до 1 листопада 2006 р.
Правила NHTSA Final Rule були переглянуті в квітні 2004 року і
регламентували моніторинг недокачування будь-якої з шин більш ніж на 25%
формування попереджувального сигналу протягом 20 хв, наявність індикатора
стану з додатковим збійних сигналом і застосування тільки прямий системи
вимірювання. Тестування тиску проводиться на швидкостях 50-100 км/ч.
Поступове введення цих правил здійснювалося в період з 5 жовтня 2005 року і
завершувалося 31 серпня 2007 р тобто в даний момент усі автомобілі в США,
випущені після серпня 2007 р повинні бути обладнані TPMS [12].
34
Так само паралельно був розроблений стандарт SAE J2567, в первинному
варіанті опублікований в грудні 2004 р А пізніше і міжнародний ISO / FDIS 21750,
опублікований в березні 2006 року. Ці два стандарти дотримуються основних
вимог FMVSS № 138, але охоплюють специфікації TPMS більш широко.
Наприклад, обидва дозволяють застосування прямих і непрямих систем контролю
тиску. Стандарт SAE J2567 в загальному вигляді відповідає FMVSS №138, але
процентне співвідношення тиску, по якому шина діагностується як значного
недокачана, не встановлюється, спрацьовування регламентується протягом 10 хв,
мінімальна швидкість роботи - на 24 км / год [12].
Стандарт ISO/FDIS 21750 найбільш широко охоплює специфікації TPMS,
зокрема, регламентується точність близько 2% повної шкали в температурному
діапазоні від 0 до 70 оС, мінімальний термін служби близько 6 років/100000 км,
допускається моніторинг запасної шини. У стандарті відсутні вимоги для
визначення руху колеса, але тестування виконується на швидкостях > 25 км / год,
застережливий сигнал про тиск подається протягом 3 хв, що попереджає про збій
- протягом 10 хв.
TPMS так само повинні відповідати вимогам Федеральної комісії зі зв'язку
– Federal Communications Commission (FCC) і Європейського Інституту
Стандартів для комунікацій - European Telecommunications Standards Institute
(ETSI). Робочі радіочастоти для TPMS і RKE (Remote Keyless Entry) вибираються
в неліцензованих частотних діапазонах ISM 315-434 МГц і 868-930 МГц. Для
TPMS, суміщених з RKE-ресивером, очікується використання частот ISM 315
МГц для США і 434 МГц для Європи.
1.4.1 Види систем моніторингу тиску в шинах
В даний час застосовуються два типи систем моніторингу тиску в шинах. Це
система прямого (Direct measured) і непрямого (Indirect) вимірювання. Система
прямого виміру вимірює безпосередньо температуру і тиск шин і використовує
передавач. Система непрямого вимірювання перевіряє тиску в шинах по
35
розбіжностям в швидкості обертання коліс. Види і різновиди систем моніторингу
внутрішнього тиску представлені на рис. 1.7.
Принцип будь-якої системи моніторингу тиску досить простий. Датчики
тиску виробляють замір тиску в шині з певним інтервалом часу, після чого за
рахунок радіоканалу інформація передається в блок керування, де відбувається її
аналіз (звірена вимірювань з нормативними значеннями), в разі проколу і
швидкого зменшення тиску в шині, вимірювання тиску датчиком відбуваються
частіше, а блок управління сповіщає про це водія.
Стандартна архітектура системи TPMS складається з:
- Чотирьох колісних модулів виміру тиску, кожен з яких включає в себе: датчик
тиску; датчик температури; блок формування сигналу і ідентифікації шини;
трансмітер, передавач радіосигналу; антену; кристалічний (кварцовий) резонатор;
батарею.
- Ресивера на приладовій панелі.
- Блоку обробки сигналу на приладовій панелі.
Системи прямої перевірки використовують датчики, розміщені всередині
шини, які безпосередньо вимірюють тиск і температуру газу в шині. За допомогою
передавача, розташованого усередині датчиків, дані про стан шини передаються
сигналами ВЧ діапазону. Приймач (ресивер) може розташовуватися як в самому
блоці обробки сигналу, що знаходяться на приладовій панелі, так і за його
межами. Блок обробки сигналу інформує водія про поточний стан тиску в шинах.
36
Рисунок 1.7 - Види і різновиди систем контролю тиску
Непряма (непряма) система обчислює тиск в шині, використовуючи систему
ABS, включаючи датчики тиск коліс і (або) акселерометри, і локальний
комп'ютер. Якщо тиск в шині стає низьким, дане колесо буде обертатися швидше,
ніж інші колеса, в зв'язку зі зменшенням його радіуса. Відмінності в швидкості
дозволяють детектувати низький тиск, а індикатор попередження буде
сигналізувати про це водієві, але ці багато параметричні методи складно
реалізувати і вимагають періодичного калібрування. У непрямий системи є
переваги - низька вартість, так як не потрібно батарейні датчики і системи
радіопередачі. Але вона не може визначати тиск перед початком руху, спарених
шин в одному вузлі, мають обмеження в швидкості і траєкторії руху, для них не
існує поняття точності абсолютних вимірювань, немає можливості визначити в
якому колесі впав тиск і визначити повільне падіння тиску [10].
Прямі системи моніторингу, в свою чергу, діляться на внутрішні - коли
модуль кріпиться на обід або шину (рис. 1.8), і зовнішні – модуль нагвинчується
на ніпель колеса (рис. 1.9).
Внутрішні датчики вбудовуються замість стандартних ніпелів таким чином,
що сенсор знаходиться всередині шини, що досить незручно, тому що вимагає
додаткового шиномонтажу, але, при цьому датчики захищені від зовнішнього
впливу середовища і вандальних дій. Але оскільки термін дії елемента живлення
37
становить 5…10 років, можна обійтися тільки первісної демонтажем шини і
установкою датчика, наступні заміни елементів живлення можна виробляти при
замінений шини [34].
Рисунку 1.8 - Приклад системи моніторингу на основі внутрішніх датчиків
Зовнішні датчики, на відміну від внутрішніх, монтуються на штатні ніпелі і
не вимагають додаткового шиномонтажу. Це дозволяє не тільки швидко
встановити систему, але і використовувати її на декількох автомобілях.
Наприклад, демонтувати датчики з автомобіля, що знаходиться в просте і
застосувати їх до транспортного засобу, який вийшов в лінію. Але такі датчики не
захищені від взаємодії навколишнього середовища [7].
Рисунок 1.9 - Приклад системи моніторингу на основі зовнішніх датчиків
38
1.5 Аналіз шин і рухомого складу на підприємстві
На підприємстві Компанія «Транс-Еліт» використовується різномарочний
рухомий склад, майже під кожну марку автобуса використовується не тільки свій
розмір шини, але і своя марка, це пояснюється йдуть в комплекті разом з
автобусом шинами, які ще не пройшли свій ресурс. Надалі закупівля зводиться до
однієї марки, якій зараз більшість. Звичайно ж доцільно проводити дослідження
по найчисленнішій групі одномарочних шин і автобусів. Найпоширеніші
автобуси на даний момент: Hyundai Universe Space Luxury і Daewoo BH120, а
найпоширеніші шини розміром 11R22,5 Longmarch LM216 (всесезонні)
виробництва Південної Кореї.
1.5.1 Характеристика досліджуваного рухомого складу
В компанії «Транс-Еліт» використовується великий парк автобусів різних
марок, різного року випуску і пробігу, але в роботі розглядаються марки
автобусів, на яких використовуються шини Longmarch LM216. Рухомий склад,
його пробіг і рік випуску представлений в таблицях 1.3 і 1.4, а основні технічні
характеристики представлені в таблиці 1.5.
Таблиця 1.3 - Характеристика автобусів Hyundai Universe Space Luxury
№ Рік випуску Загальний пробіг, км № Рік випуску Загальний пробіг, км
1 2012 108 359 16 2011 683 312
2 2012 118 201 17 2009 699 987
3 2012 121 524 18 2009 739 138
4 2012 123 398 19 2011 756 910
5 2012 175 041 20 2008 767 882
6 2012 181 189 21 2009 800 806
7 2012 228 569 22 2009 835 724
8 2012 234 145 23 2012 861 964
9 2012 249 605 24 2009 916 885
10 2012 481 077 25 2009 951 737
11 2012 538 122 26 2009 966 498
12 2011 587 455 27 2008 982 077
13 2011 631 602 28 2008 1 007 283
14 2009 672 087 29 2008 1 037 156
15 2011 681 269 30 2008 1 159 532
Середній рік випуску 2010
Середній пробіг, км 609 951
39
Таблиця 1.4 - Характеристика автобусів Daewoo BH120
№ Рік випуску Загальний пробіг, км № Рік випуску Загальний пробіг, км
1 2013 158 270 11 2012 388 138
2 2013 162 846 12 2011 388 979
3 2013 180 217 13 2011 396 694
4 2013 186 031 14 2011 428 567
5 2013 200 288 15 2011 436 493
6 2013 209 214 16 2011 446 035
7 2013 211 331 17 2011 447 027
8 2012 318 745 18 2011 451 405
9 2011 326 600 19 2011 505 040
10 2012 368 463 - - -
Середній рік випуску 2012
Середній пробіг, км 326 862
Оскільки вагова навантаження є чинником, що впливає на інтенсивність
зносу шин, розглянемо характеристики автобусів, які впливають на цей фактор.
Таблиця 1.5 - Вагові характеристики досліджуваних автобусів
Показники Hyundai Universe Space Luxury Daewoo BH120
Кількість місць 45 44
Маса
Споряджена маса, кг 11 975 12 170
Передній міст, кг 4225 4868
Задній міст, кг 7720 7302
З табл. 1.5 видно, що маса автобусів і навантаження на осі приблизно
однакова, а з огляду на меншу кількість місць на Daewoo BH120, при повному
завантаженні автобуса пасажирами, маса автобусів буде ще більш порівнянна між
собою.
1.5.2 Характеристики і прохідність шин
Як вже говорилося раніше, на підприємстві використовуються шини
Longmarch LM216, характеристики яких представлені в табл. 1.6.
Таблиця 1.6 - Характеристики шин Longmarch LM216
Характеристика Значення
розмір 11R22,5
максимальне навантаження на передню вісь, кг 3150
максимальне навантаження на задню вісь, кг 2900
нормативний тиск, бар 8,5
40
Тип шини Радіальна всесезонна
За звітними даними було проаналізовано 621 шин даного виробника. Велика
частина з досліджуваних шин має нерівномірний знос (під нерівномірним
розуміється, в даному випадку, різниця зносу плечової і середньої зон протектора)
– 57% (рисунок 1.10), рівномірний знос мають лише 30% шин, а до інших видів
зносу і пошкоджень відносяться такі, як: бічна грижа – 0,6%; бічний знос – 0,6%;
бічний порив – 0,6%, знос до корду – 0,3% і відшарування протектора від корду –
7,2%.
Рисунок 1.10 - Характер зносу шин в кінці експлуатації
На рис. 1.11 представлена гістограма емпіричного розподілу ресурсу шин
по генеральної сукупності (621 шина), яка була розбита на 11 інтервалів, довжина
кожного інтервалу 15127 км. Як видно з рисунка 1.11, шини найбільш
відмовляють в інтервалі із середнім ресурсом в 145 тисяч, тоді як середній ресурс
всієї генеральної сукупності дорівнює 153387 км.
Рисунок 1.11 - Гістограма емпіричного розподілу ресурсу шин
41
Провести статистичну оцінку генеральної сукупності (621 шина) досить
складно, тому вибірка була визначена по непараметричних методів
N = �������� (1−����) = ln (1−0,9) ≈ 27 1.22
�������� (����(����)) �������� (0,9)
де ���� - довірча ймовірність, P (L) - необхідна ймовірність безвідмовної
роботи протягом деякого напрацювання.
Застосовуючи параметричний метод визначення обсягу вибірки,
припускаючи закон розподілу відмов шин Вейбулла-Гнеденко (коефіцієнт
варіації V = 0,088, параметр форми b = 12,1537, величина допустимої відносної
помилки δ = 0,027, довірча ймовірність ���� = 0,9, критерій Пірсона ����2 = 43,188),
отримаємо
2 ���� 12,1537
N = ���� ∙(����+1) = 43,188 ∙ (0,027 +1) = 30 (1.23)
2 2
Таким чином, мінімальний обсяг вибірки для оцінки генеральної сукупності
становить 30 автомобілів.
Для оцінки закономірностей розподілу випадкових величин і показників
надійності шин була проведена статистична обробка варіаційного ряду з
напрацювань до відмови шин, блок-схема якої представлена на рис. 1.12.
42
Рисунок 1.12 - Блок-схема статистичної обробки варіаційного ряду
В ході статистичної обробки був підтверджений закон розподілу
випадкових величин Вейбулла-Гнеденко c ����2розр = 8,5 <����2табл = 9,4 при числі
ступенів свободи k = 3 і рівнем значущості a = 0,05.
На рисунку 1.13 представлено отримана теоретична ймовірність
безвідмовної роботи шин, розподілена за законом Вейулла-Гнеденко.
43
Рисунок 1.13 - Імовірність безвідмовної роботи шин
За звітними даними так само був проведений аналіз залишкової глибини
протектора на момент списання шини. Середня межа протектора мала залишкову
глибину 2,17 мм, а ліва і права – 1,98 мм і 2,08 мм відповідно. Тобто в кінці свого
періоду експлуатації шина має більш зношену плечову зону протектора, ніж
середину. Що говорить про експлуатацію з недостатнім внутрішнім тиском. Тому
було проведено збір статистики по внутрішньому тиску в шинах, на якому
експлуатуються автобуси в різних періодах напрацювання шин. На рис. 1.14
представлена гістограма розподілу внутрішнього тиску повітря в шинах. Було
досліджено тиск в 70 шинах, середній тиск яких склало 7,47 бар, що на 12,13%
нижче нормативного тиску (нормативний тиск – 8,5 бар), згідно з нормативним
тиску, були накачані тільки дві шини.
Рисунок 1.14 – Гістограма емпіричного розподілу внутрішнього тиску в шинах
Longmarch LM 216
44
Така ситуація пояснюється візуальним контролем, який не дає точних
відомостей про фактичне внутрішньому тиску шини [19]. За допомогою
манометра тиск перевіряється кожне ТО-2, що згідно [4] недостатньо для
підтримки нормативного тиску при накачуванні шин атмосферним повітрям.
1.6 Методи оцінки інтенсивності зносу шин
Для визначення швидкості зносу протектора шин, необхідно вибрати
оптимальний метод вимірювання. В даний час існує велика кількість методів
оцінки залишкової глибини протектора: метод із застосуванням радіоактивних
ізотопів; ваговій метод; по установки в шину індикаторів зносу; метод штучних
баз, за допомогою фарби, за допомогою глибиноміра.
Найбільш точним методом вимірювання є радіоактивний метод. Перед
випробуваннями під поверхню протектора вводяться точкові радіоактивні
джерела. При зносі глибина закладення джерела зменшується, інтенсивність
випромінювання, вимірюється на поверхні протектора, збільшується. Знос
визначається за показниками приладів, які реєструють інтенсивність
випромінювання. Похибка вимірювання 0,01...0,02 мм [4].
Інший радіоактивний метод визначення зносу вперше був застосований в
США [7]. Радіоактивний ізотоп P32 вводиться в протектор при виготовленні
шини. Знос вимірюється по радіоактивності сліду, залишеного шиною на дорозі.
Цей метод давав можливість виявляти якісне вплив різних чинників на знос, але
не дозволяв кількісно оцінити знос шин [6].
У Чехії був розроблений спосіб вимірювання зносу, заснований на
поглинанні гумою радіоактивного випромінювання, при цьому методі гумові
шайби з йодидом талія 204 вводиться в надрізи, зроблені в елементах малюнка
протектора. Спосіб дозволяє визначити знос в заданій точці протектора з точністю
0,01…0,02 мм. Недоліком цього методу можна назвати низьку надійність і високу
складність способу.
45
Методи на основі радіоактивних речовині не набули широкого поширення
в АТП не дивлячись на свою високу точність, так як вимагають спеціальних
правил поводження з радіоактивними речовинами і є надзвичайно складними.
Ваговій метод отримав досить широке поширення в тих випадках, коли
потрібно отримати точні значення зносу. Даний метод, знову ж таки, більше
підходить для спеціалізованих лабораторій, тому як трудомісткість підготовки до
вимірювань досить висока.
Метод визначення зносу за допомогою укріплених до протектору пластин.
Принципова схема даного методу представлена на рис. 1.15.
Рисунок 1.15 - Схема визначення зносу шин за допомогою, укріплених до
протектору пластин:
а – схема установки вставок в протекторі шини; б – вставка
У протекторі шини 1 закріплюють вставки 4 з пластиною 3, які взаємодіють
з дорожнім покриттям 2. При коченні колеса пластини вставок, закріплених на
протекторі за допомогою загострених штирів 5, зношуються. Величина зносу
пластини пропорційна величині зносу відповідних ділянок шини. Після пробігу в
кілька тисяч кілометрів вставки виймаються за допомогою кусачок для оцінки
величини їх зносу, наприклад, зважуванням, або вимірюванням товщини
пластини.
Метод нарізування штучних баз або контактний метод передбачає
виготовлення на шині циліндричних поглиблень в канавках малюнка протектора
– штучних баз, щодо яких вимірюється глибина малюнка протектора на
спеціальній установці в лабораторних умовах.
Метод визначення зносу за допомогою фарби. На бігову доріжку шини
спеціальною фарбою наносять кружки діаметром 6 мм, по стирання яких судять
46
про знос протектора. До недоліків можна віднести необхідність попереднього
фарбування і сушки шин в лабораторних умовах, візуальна оцінка ступеня
стирання фарби через неможливість визначення товщини шару фарби.
Вимірювання зносу за допомогою глибиноміра отримав найбільше
поширення через високу продуктивності вимірювань і відсутності будь-яких
трудомістких підготовок до вимірювань. Глибиноміром вимірюється висота
малюнка протектора щодо його канавки в одних і тих же місцях. Спосіб не
вимагає спеціальної підготовки шин, інструмент для вимірювання дуже простий.
Для проведення вимірювань був обраний цифровий глибиномір з похибка
0,01 мм, що є цілком достатньою точністю для вимірювань. Загальний вигляд
цифрового глибиноміра представлений на рисунку 1.16.
Рисунок 1.16 - Цифровий глибиномір
Однак точність вимірювання цифровим глибиноміром може мати
випадкову похибку, допущену експериментатором. Для зменшення ймовірності
помилки, необхідно збільшити кількість вимірювань, причому вимірювання
необхідно проводити в суворо визначених точках.
В роботі [7] розроблена спеціальна методика вимірювання, в процесі
розробки якої доведена достатність вимірювань глибини протектора в двох
діаметрально протилежних точках, одна з яких знаходиться проти заводського
номера шини по центру протектора. Середньоарифметичне значення глибини
протектора, отримане в результаті вимірів в двох точках, служить вихідною
інформацією для визначення величини інтенсивності зносу шин. Дана методика,
маючи практично такі ж значення оціночних показників, що і по 12 або 16 точок,
більш проста і технологічна, вимагає менших трудовитрат на вимірювання. Саме
ця методика і була застосована при проведенні вимірювань.
47
1.7 Мета, завдання та загальна методика дослідження
На основі аналізу науково-дослідних робіт, чинників впливу і процесу
експлуатації шин на підприємстві «Транс-Еліт» можна зробити наступні
висновки:
- на шини впливає безліч факторів, рівень впливу яких може істотно
варіюватися залежно від виробника шин, марок автобусів, кліматичного регіону,
висоти над рівнем моря, стан доріг, типу рельєфу місцевості та ін.;
- вплив різних чинників окремо на ресурс шин вивчено досить добре, проте
недостатньо вивчено їх поєднання;
- неможливо розробити універсальну модель зносу шин, яка б враховувала
всі різноманіття чинників в умовах різних кліматичних зон, рельєфу місцевості,
типу рухомого складу і виробників шин;
- як показав аналіз статистики, незважаючи на значний вплив недостатнього
внутрішнього тиску в шині як на її ресурс і витрата палива, так і на безпеку руху,
його контролю приділяється недостатньо уваги;
- проблема скорочення витрат на шини та паливо, а так само підвищення
безпеки руху, є все ще актуальним завданням.
Тому метою цієї роботи є зниження експлуатаційних витрат і викидів
шкідливих речовин шляхом розробки системи управління ресурсом шин на основі
використання систем моніторингу транспортних засобів.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:
• провести аналіз і розглянути комплексний вплив поєднання чинників на
інтенсивність зносу шин за наявними літературними даними;
• провести аналіз статистичних даних про тиск і прохідність шин, вибрати
основні експлуатаційні фактори впливу на інтенсивність зносу протектора;
• скласти багатофакторні регресійні моделі залежності інтенсивності зносу
протектора шини від основних експлуатаційних факторів;
• розробити на основі регресійних моделей заходи, що дозволяють зменшити
інтенсивність зносу протектора шини;
48
• розглянути методи управління ресурсом шин на основі використання
систем моніторингу;
• оцінити економічний і екологічний ефект від впровадження
запропонованих розробок.
У відповідності з поставленими завданнями була розроблена загальна
методика дослідження (Табл. 1.7).
На першому етапі проводиться аналіз науково-дослідних робіт в області
технічної експлуатації шин. Проводиться аналіз всіх існуючих факторів і ступеня
їх впливу на інтенсивність зносу протектора шин. Розглядаються відомі методи
вимірювання залишкової глибини протектора шин, а також існуючі та
концептуальні системи моніторингу для контролю тиску в шинах. Результатом
першого етапу можна вважати постановку мети і визначення завдань
дослідження.
Таблиця 1.7 - Загальна методика дослідження
УПРАВЛІННЯ РЕСУРСОМ ШИН НА ОСНОВІ ВИКОРИСТАННЯ СИСТЕМ
МОНІТОРИНГУ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ
ЕТАП 1. ПОСТАНОВКА МЕТИ І ВИЗНАЧЕННЯ ЗАВДАНЬ
Аналіз науково-дослідних Визначення факторів, що Розгляд існуючих методів
робіт в області експлуатації впливають на інтенсивність вимірювання глибини
шин зносу шин протектора і систем
моніторингу тиску в шинах
ЕТАП 2. ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕОРІЇ ПЛАНУВАННЯ
БАГАТОФАКТОРНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ
Визначення значущих Методика планування Вибір рівняння регресії і
чинників на основі аналізу багатофакторного побудова матриці
даних першого етапу та експерименту планування експерименту
подання процесу зносу шин
у вигляді «чорного ящика»
ЕТАП 3. МЕТОДИКА ЕКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОГО ДОСЛІДЖЕННЯ І ПОДАННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ
Оцінки точності Побудова матриці Множинний Побудова
вимірювання кодування і вихідної регресійний регресійних
залишкової глибини матриці експерименту аналіз результатів моделей і уявлення
протектора поверхонь відгуку
ЕТАП 4. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ. ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ
Зіставлення Складання заходів і рекомендацій Економічна і екологічна
результатів з для підвищення ресурсу шин з оцінка результатів
проведеними раніше використанням систем дослідження
дослідженнями моніторингу
49
На другому і третьому етапах проводиться опис процесу зносу шин і вибору
найбільш впливових факторів у заданих умовах експлуатації. Проводиться
загальний виклад методики проведення експерименту і обробки
експериментальних даних, результатом цих етапів є регресійні моделі для
кожного з розглянутих маршрутів і графічне представлення поверхонь відгуку
цих моделей.
На четвертому етапі проводиться оцінка економічного і екологічного
ефекту від використання систем моніторингу і зіставлення результатів з
науковими дослідженнями.
50
РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ ТЕОРІЇ
ПЛАНУВАННЯ БАГАТОФАКТОРНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1 Визначення факторів для обліку у регресійній моделі і їх вплив на
інтенсивність зносу шин
Як вже говорилося раніше, на інтенсивність шин впливає велика кількість
факторів (рис. 1.1, 1.2) [5, 7]. Під інтенсивністю зносу шин розуміється
відношення вимірювання глибини протектора Δh за відносно малий інтервал
пробігу (до 2000 км) до величини цього інтервалу пробігу ΔL [2]
����ш.м.. = ����h / ����L[мм / 1000 км]. (2.1)
Найчастіше використовується поняття "середня інтенсивність зносу шин",
визначається відношенням зміни глибини протектора за значний інтервал пробігу
(більше 5 тис. км)
���� = ℎ����−ℎ����+1
ш [мм / 1000 км]. (2.2)
��������+1_−��������
де ℎ����, ℎ����+1 - залишкова глибина малюнка протектора відповідно при ���� і ���� + 1
вимірах;
��������, ��������+1 - пробіг автомобіля відповідно при ���� і ���� + 1 вимірах залишкової
глибини малюнка протектора.
Відповідно по оцінці інтенсивності зносу і його характеру можна судити про
наявність або відсутність діючих на процес зносу факторів. Якщо ����ш буде
перевищувати встановлені межі зносу, то це буде свідчити про наявність факторів,
що впливають на знос, які можуть характеризуватися відхиленням параметрів від
оптимального стану і про необхідності проведення організаційно-технічних та
інших заходів.
51
Таким чином наявність впливу фактору на знос можна визначити двома
способами: прямим і непрямим. Прямим способом можна назвати метод, коли
наявність фактору визначається з характеру зносу шини, докладніше це
представлено в таблиці 2.1. Непрямий спосіб – це визначення за параметрами, що
впливає на знос (наприклад, знижений тиск повинен викликати інтенсивний знос
плечової зони протектора).
Таблиця 2.1 - Вплив факторів на характер зносу
Фактор Характер зносу
1. Сходження Односторонній пилкоподібний знос:
- позитивне - по зовнішнім доріжках
- негативне - за внутрішніми доріжках
2. Перекіс осей Односторонній пилкоподібний знос задніх шин
по внутрішнім доріжках з одного боку і
зовнішнім з іншого
3. Неправильне співвідношення кутів повороту Інтенсивний знос однієї крайньої доріжки
4. Нерівність між собою кутів поздовжнього Односторонній знос однієї шини
нахилу шворня
5. Тиск повітря в шині: Інтенсивний знос:
- вище норми; - центральній частині протектора;
- нижче норми. - плечової зони протектора.
6. Розвал Гладкий односторонній знос
7. Дисбаланс (статичний і динамічний) Плямистий знос
8. Деформація обода (торцеве биття) Місцевий знос
9. Перевантаження шин Інтенсивний знос плечової зони протектора
Примітно те, що під нерівномірний знос потрапляють ті шини, на яких
впливає фактор технічного стану. Інші фактори, в більшою мірою, збільшують
рівномірний знос всієї ширини протектора.
Але як показав аналіз з першого розділу, характер зносу протектора має в
більшій мірі зношення плечових зон протектора, що разом з аналізом тиску, на
якому експлуатуються шини, говорить про наявність фактору тиску. Решта ж
чинники з технічного стану мають слабкий вплив, тому що не спостерігається
відповідний їм характер зносу.
Фактор технічного стану на підприємстві досить добре контролюється (крім
тиску), але є ще фактори, на які неможливо впливати, але які необхідно врахувати
у регресійній моделі для отримання більш точних результатів. До таких факторів
можна віднести дорожні умови експлуатації та вагове навантаження. дорожні
умови є дуже значущим чинником і до того ж некерованим. Знос шин на різних
52
маршрутах з різними дорожніми умовами може відрізнятися в 2 і більше разів [7].
Так само і в роботі [9] говориться про вплив поворотів, гальмувань, розгонів на
інтенсивність зносу шин. відповідно можна зробити висновок про те, що облік
такого чинника, як дорожні умови є обов'язковою умовою, і тут є два підходи для
вирішення задачі: розробка універсальної регресійній моделі для всіх маршрутів,
але в такому випадку буде необхідно розробити коефіцієнт, що описує дорожні
умови кожного з маршрутів - коефіцієнт складності маршруту; або ж розробити
безліч регресійних моделей для кожного маршруту в окремо. Другий спосіб більш
простий, особливо коли коефіцієнта, описує складність маршруту немає або якщо
трудомісткість його розрахунку занадто висока. Інший фактор - вагова
навантаження, як видно з рисунка 1.6, так само має досить великий вплив на
інтенсивність зносу шин, причому при перевантаженні шини характер зносу
виходить таким ж, як і при недостатньому тиску, а в сумі зі складними дорожніми
умовами це дає ще більш значний знос.
2.2 Інтерпретування моделі процесу інтенсивності зносу шин в вигляді
«чорного ящика»
Для опису процесу зносу шин доцільно використовувати функціональну
модель, яка імітує способи поведінки оригіналу.
Функція, як деякий стабільний для даної системи спосіб поведінки є однією
з найважливіших сторін сутності системи. Функціональний підхід
характеризується як би подвійний абстракцією: Абстрагуванням спочатку від
речового складу системи з вичленовування її внутрішньої структури і подальшим
абстрагуванням від останньої виділенням функціональних зв'язків системи із
середовищем. Складна математична система розглядається як єдність трьох
об'єктивних начал: речовини, структури внутрішніх відносин і функціональних
зв'язків з навколишнім середовищем.
Функціональний підхід до систем не вичерпує повністю істоти останніх, але
дозволяє наблизитися до розкриття їх природи.
53
Узагальненим абстрактним чином функціонування моделі, який отримав
широке поширення і теоретичну розробку в кібернетиці, є «чорний ящик» [4]. Під
ним розуміється система, внутрішній устрій якої не відомо спостерігачеві, але він
може досліджувати входи (фактори впливу - X) і виходи (відгук функції - Y) цієї
системи. Функціональна модель «чорного ящика» повинна йому відповідати по
входах і виходах, тобто при тих же вхідних впливах виявляти аналогічну з
об'єктом реакцію на входах [4].
Рисунок 2.1 - Процес експлуатації шин
Таким чином, в середовищі CASE програми Erwin Process Modeler в нотації
IDEF0 була побудована контекстна діаграма першого рівня, представляє графічну
модель процесу експлуатації шин (рис. 2.1).
Як видно з рисунка 2.1, входом, що впливає на інтенсивність зносу (Вихід)
є три фактори: тиск, дорожні умови і вагова навантаження.
Нормативні документи та діагностичне обладнання є керуючими
елементами процесу, а технічний персонал і технологічне обладнання є його
механізмами. Елементи управління регламентують і контролюють вплив
негативних чинників на інтенсивність зносу, а механізми є засобами для
виконання заходів щодо припинення цього впливу. Тут варто згадати той факт,
що наявність управління і механізмів справедливо лише для керованих факторів,
тобто для внутрішнього тиску. Для некерованих факторів можуть існувати
елементи управління (наприклад, максимальне навантаження на шину,
54
встановлена заводом-виробником), але впливати на них з допомогою механізмів
неможливо.
2.3 Методика планування багатофакторного експерименту
Регресійний аналіз придбав нові можливості після того, як в нього були
привнесені ідеї планування експерименту. Планування експерименту було
запропоновано Рональдом А. Фішером в тридцятих роках 20 століття для
вирішення агробіологічних завдань [4]. Фішер поклав початок новому розділу
математичної статистики – дисперсійному аналізу, що дозволяє оцінити внесок,
внесений окремими факторами в сумарну дисперсію. Пізніше планування
експерименту стало застосовуватися в різних галузях для вирішення широкого
кола завдань. дисперсійний і регресійний аналізи, які базуються на плануванні
експерименту, переплелися дуже складним чином, і зараз досить важко провести
чітку кордон між цими розділами математичної статистики.
Планування експерименту – це процедура вибору числа і умов проведення
дослідів, необхідних і достатніх для опису процесу математичною моделлю при
мінімальному числі дослідів і в умовах недостатнього знання механізму
досліджуваного процесу.
Метою планування експерименту є визначення такої сукупності правил і
умов виконання дослідів, які дозволять отримати достовірну надійну інформацію
про досліджуваному об'єкті з мінімальними затратами, а також висловити цю
інформацію в зручній і компактній формі з кількісною оцінкою точності.
В даному випадку вирішено використовувати ротатабельне центрально-
композиційне планування другого порядку (РЦКП) з розбивкою на ортогональні
блоки. Перевага планів другого порядку, над планами першого очевидно - велика
точність апроксимуючої функції. так, поліном першого порядку дає поверхню
відгуку, що представляє собою в перетині слід у вигляді прямої лінії. Оскільки в
багатьох роботах, виконаних раніше в області технічної експлуатації шин,
спостерігається нелінійна залежність інтенсивності зносу від внутрішнього тиску,
55
вагового навантаження і умов маршруту, поліном першого порядку не дасть
адекватної апроксимуючої функції, яка описує вплив факторів на її відгук.
Наприклад, для того, щоб отримати регресійну модель процесу
інтенсивності зносу шин в залежності від двох факторів, необхідно провести
всього 8 експериментів і 4 експерименту в нульових точках. Це істотно полегшує
трудові витрати на дослідження. Однак збір результатів експерименту
проводиться в певних точках поєднання факторів, і, при пасивному експерименті,
певне поєднання чинників можна чекати досить довго, чого не можна сказати про
активний експерименті.
Загалом, побудова багатофакторної моделі зводиться до кількох етапах (рис.
2.2).
Рисунок 2.2 - Етапи розробки багатофакторної регресійної моделі
Далі буде детально розглянуто кожен етап розробки багатофакторної
регресійної моделі з використанням теорії багатофакторного експерименту.
2.4 Вибір рівняння регресії
На першому етапі вибирається рівняння регресії. Вони задаються
експериментатором апріорно. Тут варто враховувати, що модель, крім факторів і
показників, може мати ступеня і поєднання цих факторів – це свого роду
уточнення, що дають більш детальну поверхню відгуку і, як наслідок, більш повне
уявлення про впливу факторах на інтенсивність зносу протектора шин.
56
На математичній мові завдання формулюється в такий спосіб: потрібно
отримати деяке уявлення про функції відгуку
Y = φ (����1, ����2, … , ��������), (2.3)
де Y - параметр процесу, що підлягає оптимізації (функція відгуку), �������� -
незалежні змінні, які можна варіювати при постановці експериментів.
Результуючим підсумком моделі є геометричний образ, відповідний функції
відгуку, який називається поверхнею відгуку.
Ця поверхня може мати різний вигляд в залежності від обраної моделі,
найбільш точно описує процес, наприклад поверхню відгуку при лінійної моделі
поверхню буде являти собою рівну площину, а при квадратичній моделі буде мати
вигляд сідла або чаші.
Якщо модель необхідна для опису поведінки системи (але не для пояснення
механізму явищ), і у дослідника немає гіпотез, заснованих на фундаментальних
законах природи, то він може задовольнятись гіпотезою, обраної з принципу
простоти, а саме взяти в якості апроксимуючої функції поліном, статечний ряд,
ряд Фур'є, тригонометричний поліном і ін. У багатьох джерелах опис поведінки
системи зводиться до подання моделі у вигляді полінома ступеня n. До того ж при
РЦКП передбачено застосування полінома другого порядку відповідно рівняння
для k факторів буде мати вигляд:
Y=����0 + ∑����
����=1 ���� ���� ���� 2
������������ + ∑����<1 ���������������������������� + ∑����=1 ������������ �������� + ⋯+ ���� (2.4)
де - ����0 - вільний член, �������� - лінійні ефекти, ������������ - ефекти парної взаємодії, ������������ -
квадратичні ефекти, ���� 2
����, ��������, �������� - фактори, ε - додаток, який відображає вплив
випадкових факторів в системі, а так само наслідки розрахунку оцінок
коефіцієнтів моделі за експериментальними даними.
Коефіцієнти регресії еквівалентні приватним похідним ряду Тейлора
57
�������� = �������� , (2.5)
������������
2
���� ���� ����
��������= (2.6)
������������������������
2
���� =1 ���� ����
�������� 2 (2.7)
2 ������������
За експериментальними даними можна розрахувати статистичні оцінки
коефіцієнтів регресії і отримати модель для розрахункового значення виходу.
Як вже говорилося раніше, доцільніше розробити ряд регресійних двох-
факторну моделей для кожного маршруту окремо, ніж розробляти універсальну
трьох-факторну модель, яка оцінює кожен маршрут. В такому випадку регресійна
модель набуде вигляду:
Y=����0 + ���� 2 2
1����1 + ����2����2 + ����11����1 + ����22����2 + ����12����1����2 (2.8)
2.5 Побудова матриці планування експерименту
Матриця планування експерименту складається в залежності від кількості
розглянутих факторів у регресійній моделі і типу плану. Вона є матрицею рівнів
варіювання факторів, які чергуються певним чином для обліку поєднань варіацій
факторів і відповідного їм значення статистичного відгуку. Матриця планування
експерименту потрібна для визначення точок збору статистичної інформації про
об'єкт (зняття значення відгуку) при певному поєднанні чинників і при
найменшому числі експериментів. Для двох-факторної моделі матриця
планування експерименту буде виглядати наступним чином.
58
Таблиця 2.2 - Матриця планування експерименту
Позначення №
2 2
Експерименту Х0 Х1 Х2 Х1 Х2 Х1Х2
1 +1 -1 -1 +1 + 1 +1
Ядро плану 2 +1 +1 -1 +1 + 1 -1
3 +1 -1 + 1 +1 + 1 -1
4 +1 +1 + 1 +1 + 1 +1
5 +1 -а 0 +а2 0 0
Зоряні точки 6 +1 +а 0 +а2 0 0
7 +1 0 -а 0 +а2 0
8 +1 0 +а 0 +а2 0
9 +1
Центральні 0 0 0 0 0
(нульові) 10 +1 0 0 0 0 0
точки плану 11 +1 0 0 0 0 0
12 +1 0 0 0 0 0
У матриці планування експерименту складаються два векторних стовпчика
����1 і ����2, а решта векторні стовпці (крім ����0), визначаються перемноженням або
зведенням в квадрат векторних стовпців -����1 і ����2.
Ядро плану складається почерговим чергуванням двох рівнів варіювання
факторів (в даному випадку -1 і +1), а кількість точок визначається кількістю
чинників формулою
N=2����, (2.9)
де k - кількість досліджуваних факторів.
Зоряні точки - це точки плану другого порядку, які лежать на координатній
осі в факторному просторі. Зоряні точки представляють собою екстремуми
варіації абсолютних значень факторів. І значення їх рівня визначається наступним
чином:
����=√����, (2.10)
де k - кількість факторів в моделі.
Зоряних точок в плані по дві на один фактор (-α і + α).
Центральні (нульові) точки - це точки, що лежать в центрі плану. Вони є
ознакою ортогональності плану. Центральних точок - чотири. Ці точки потрібні
59
для виконання властивості ортогональності і правильного розрахунку
коефіцієнтів моделі.
У РЦКП, як і в ОЦКП, значення кожного фактору фіксується, в загальному
випадку, на п'яти рівнях варіювання (-α; -1; 0; +1; + α). Де -α – мінімальний рівень
варіювання фактору, + α - максимальний рівень варіювання, 0 - середній рівень
варіювання, -1; +1 - проміжні точки.
60
РОЗДІЛ 3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ І ПОДАННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ
3.1 Оцінка точності методу вимірювання інтенсивності зносу шин
Згідно [6], загальноприйнятий довірчий інтервал при оцінці надійності
засобів автоматики, електроніки та вимірювальної техніки приймається рівним ����д
= 0,8. Відповідно, 8 вимірів задовольняють необхідної точності довірчого
інтервалу.
���� ����−1 8−1
д= = ≈0,8 (3.1)
����+1 8+1
Для перевірки точності вимірювань, був узятий ряд розподілів випадкової
величини залишкової глибини протектора однієї шини, який відповідає
нормальному закону розподілу і, після чого, були визначені основні статистичні
характеристики: математичне очікування ℎ�������� = 8,12; середньоквадратичне
відхилення σ = 0,122; дисперсія D =0,015.
Математичне сподівання ℎ�������� є справжнє значення висоти протектора. Тоді
визначимо довірчий інтервал для математичного очікування з довірчою
ймовірністю γ = 0,95, це і буде абсолютною похибкою вимірювань Δ. Відповідно
критерій Стьюдента для γ = 0,95 і n = 8 буде дорівнювати �������� = 2,306. Тоді
абсолютна похибка вимірювань Δ дорівнюватиме:
����=�������� ∙ ���� =2,306∙ 0,122 =0,0993 (3.2)
√���� 2,89
Визначимо довірчі верхню і нижню межі вимірювання залишкової глибини
протектора:
ℎ���� = ℎ�������� + ���� = 8,12 + 0,0993 = 8,222 (3.3)
ℎ���� = ℎ�������� − ���� = 8,12 − 0,0993 = 8,023 (3.4)
61
Відносна похибка вимірювання залишкової глибини протектора буде
дорівнювати:
δ0=± ���� ∙100=0,0993 ∙100=1,22% (3.5)
ℎ�������� 8,12
При визначенні інтенсивності зносу необхідно визначити не глибину
протектора, а різниця між попередніми та поточними змінами залишкової
глибини протектора.
Відповідно відносна похибка оцінки інтенсивності зносу в залежно від
довжини маршруту можна знайти за формулою [6]:
δ =± ����
���� ∙100, (3.5)
������������∗����
де ������������ - середня інтенсивність зносу, L - довжина маршруту за оборот
(прямий і зворотній рейси) з урахуванням нульового пробігу:
L=2�������� + 2����0, (3.6)
де �������� - довжина n-го маршруту; ����0 - нульовий пробіг, ����0 = 7 км.
Відносна похибка з урахуванням протяжності кожного маршруту,
розрахована за формулою 3.5, зведена в таблицю 3.1.
Таблиця 3.1 - Відносна похибка вимірювань з урахуванням протяжності кожного
маршруту
№ Номер Маршрут Довжина Середня Відносна
п/п маршруту маршруту, км інтенсивність зносу, похибка, %
мм/1000 км
1 506 Черкаси – Миколаїв 312 0,79 11,4
2 574 Черкаси – Вінниця 341 0,75 10,82
3 519 Черкаси – Херсон 375 0,84 12,12
4 644 Черкаси – Рівно 513 0,89 12,84
5 700 Черкаси – Львів 727 0,85 12,26
6 740 Черкаси – Лодзь (Польща) 1051 0,97 13,99
7 791 Черкаси – Ряшів (Польща) 895 1,4 20,20
62
Знайдені відносні похибки (табл. 3.1) укладається в граничні значення
похибок об'єктів, що вимагають економічно оптимального якості і рівня
надійності (не більше 31%) [4].
3.2 Проведення експерименту
Для того, щоб уявити вихідну матрицю експерименту, необхідно визначити
варіацію факторів закодувати змінні. Для зручності складається матриця
кодування змінних (табл. 3.2), в якої так само представлені рівні варіювання
факторів і відповідні їм абсолютні значення.
Таблиця 3.2 - Матриця кодування змінних
Позначення Рівні варіювання факторів
Змінні фактори
загальні кодовані -1,414 -1 0 +1 +1,414
Тиск, Бар P Х1 7,4 7,517 7,8 8,083 8,2
Вагове
навантаження, кг M Х2 203 233,2 306 378,8 409
Як видно з таблиці 3.1, варіація тиску знаходиться в межах від 7,4 до 8,2 бар.
А вагове навантаження від 203 до 409 кг. В даному випадку визначалася не
мінімальне або максимально можливе значення фактору, яке він може прийняти,
а значення, яке приймав фактор в ході експерименту.
Вагове навантаження визначалось виходячи з звітних квиткових
відомостей, з яких визначалось середня кількість осіб, які перебувають в автобусі
на перегоні:
Q=1 ∑��������, (3.6)
����
де n - кількість ділянок перегону на маршруті (або кількість ділянок між
зупинками в населених пунктах); �������� - кількість перевезених пасажирів за оборот.
63
Оскільки задня вісь має спарені колеса, а також розподіл мас між передньою
і задньою віссю не однакове, необхідно визначити вагове навантаження на кожне
колесо в кілограмах (без урахування маси автобуса)
���� =����∗����∗����П
П , (3.7)
2
���� =����∗����∗����3
з , (3.8)
4
де ����П і ����з - вагове навантаження на переднє і заднє колесо відповідно;
����П і ����3 - коефіцієнт розподілу навантаження між передньою і задньою віссю
автобуса відповідно, ����П = 0,36, ����3 = 0,64.
Відповідно мінімальне значення варіації фактору вагового навантаження в
203 кг відповідає 17 пасажирам в середньому, які знаходяться на перегоні.
Як видно з табл. 3.1, мінімального значення рівня варіювання (-1,414)
присвоюється початкове значення діапазону відповідного фактору,
максимальному (+1,414) - максимальне значення діапазону.
Проміжні значення (-1; 0; +1) визначаються методом лінійної інтерполяції.
Після чого, використовуючи матрицю планування експерименту (табл. 2.2)
і матрицю кодування змінних (таблиця 3.2) складається вихідна матриця
експерименту. У табл. 3.3 – 3.9 представлені вихідні матриці експерименту для
розглянутих маршрутів.
Таблиця 3.3 - Вихідна матриця експерименту для маршруту Черкаси –
Миколаїв
№ Досвіду Теоретичні значення Фактичні Інтенсивність зносу, мм / 1000 км
значення
X1 X2 X1 X2
1 7,5 233,2 7,4 232 1,280
2 8,1 233,2 8,1 227 1,227
3 7,5 378,8 7,4 358 1,331
4 8,1 378,8 8,1 358 1,302
5 7,4 306,0 7,4 286 1,479
6 8,2 306,0 8,2 298 1,102
7 7,8 203,0 7,7 203 1,020
8 7,8 409,0 7,8 395 1,445
9 7,8 306,0 7,8 298 1,171
10 7,8 306,0 7,8 298 1,172
11 7,8 306,0 7,8 298 1,312
12 7,8 306,0 7,8 298 1,334
64
Таблиця 3.4 - Вихідна матриця експерименту для маршруту Черкаси – Вінниця
№ Досвіду Теоретичні значення Фактичні значення Інтенсивність зносу, мм / 1000 км
X1 X2 X1 X2
1 7,5 233,2 7,5 232 0,843
2 8,1 233,2 8 232 0,815
3 7,5 378,8 7,6 395 0,907
4 8,1 378,8 8 395 0,888
5 7,4 306,0 7,4 310 0,927
6 8,2 306,0 8,2 310 0,656
7 7,8 203,0 7,8 203 0,536
8 7,8 409,0 8,1 409 0,827
9 7,8 306,0 7,8 310 0,843
10 7,8 306,0 7,8 310 0,699
11 7,8 306,0 7,8 310 0,763
12 7,8 306,0 7,8 310 0,840
Таблиця 3.5 - Вихідна матриця експерименту для маршруту Черкаси – Херсон
№ Досвіду Теоретичні значення Фактичні значення Інтенсивність зносу, мм / 1000 км
X1 X2 X1 X2
1 7,5 233,2 7,5 232 1,022
2 8,1 233,2 8,1 232 0,872
3 7,5 378,8 7,9 368 1,041
4 8,1 378,8 8,2 382 0,958
5 7,4 306,0 7,4 298 1,115
6 8,2 306,0 8,2 298 0,987
7 7,8 203,0 7,8 203 0,893
8 7,8 409,0 8,1 409 1,117
9 7,8 306,0 7,8 314 0,861
10 7,8 306,0 7,8 314 0,934
11 7,8 306,0 7,8 314 1,178
12 7,8 306,0 7,8 314 1,140
Таблиця 3.6 - Вихідна матриця експерименту для маршруту Черкаси – Рівно
№ Досвіду Теоретичні Фактичні Інтенсивність зносу, мм / 1000 км
значення значення
X1 X2 X1 X2
1 7,5 233,2 7,6 245 0,980
2 8,1 233,2 8,1 239 0,861
3 7,5 378,8 7,6 358 0,942
4 8,1 378,8 8 358 0,888
5 7,4 306,0 7,4 298 1,014
6 8,2 306,0 8,2 298 0,695
7 7,8 203,0 7,8 215 0,587
8 7,8 409,0 8 409 0,962
9 7,8 306,0 7,8 298 0,770
10 7,8 306,0 7,8 298 0,803
11 7,8 306,0 7,8 298 0,914
12 7,8 306,0 7,8 298 0,879
65
Таблиця 3.7 - Вихідна матриця експерименту для маршруту Черкаси – Львів
№ Досвіду Теоретичні значення Фактичні значення Інтенсивність зносу, мм / 1000 км
X1 X2 X1 X2
1 7,5 233,2 7,5 232 0,957
2 8,1 233,2 8,1 232 0,917
3 7,5 378,8 7,5 382 0,988
4 8,1 378,8 8,1 382 0,948
5 7,4 306,0 7,4 310 1,008
6 8,2 306,0 8,2 310 0,924
7 7,8 203,0 7,9 203 0,897
8 7,8 409,0 7,8 409 0,967
9 7,8 306,0 7,4 310 0,965
10 7,8 306,0 7,4 310 0,963
11 7,8 306,0 7,4 310 0,914
12 7,8 306,0 7,4 310 0,938
Таблиця 3.8- Вихідна матриця експерименту для маршруту Черкаси – Лодзь
(Польща)
№ Досвіду Теоретичні значення Фактичні значення Інтенсивність зносу, мм / 1000 км
X1 X2 X1 X2
1 7,5 233,2 7,6 259 0,930
2 8,1 233,2 8 259 0,875
3 7,5 378,8 7,5 382 0,995
4 8,1 378,8 8 368 0,935
5 7,4 306,0 7,4 298 0,886
6 8,2 306,0 8,1 298 0,616
7 7,8 203,0 7,9 203 0,541
8 7,8 409,0 7,8 409 0,768
9 7,8 306,0 7,8 310 0,749
10 7,8 306,0 7,8 310 0,835
11 7,8 306,0 7,8 310 0,791
12 7,8 306,0 7,8 310 0,878
Таблиця 3.9- Вихідна матриця експерименту для маршруту Черкаси – Ряшів
(Польща)
№ Досвіду Теоретичні значення Фактичні Інтенсивність зносу, мм / 1000 км
значення
X1 X2 X1 X2
1 7,5 233,2 7,6 259 0,847
2 8,1 233,2 8 259 0,807
3 7,5 378,8 7,5 382 0,910
4 8,1 378,8 8 368 0,924
5 7,4 306,0 7,4 298 0,963
6 8,2 306,0 8,1 298 0,734
7 7,8 203,0 7,9 203 0,670
8 7,8 409,0 7,8 409 0,941
9 7,8 306,0 7,8 310 0,784
10 7,8 306,0 7,8 310 0,790
11 7,8 306,0 7,8 310 0,906
12 7,8 306,0 7,8 310 0,840
Інтенсивність зносу шин визначалася за формулою 2.1.
66
Варто зауважити, що в даному випадку (як видно з таблиць 3.3 - 3.9)
теоретичні значення будуть однакові для всіх досліджуваних маршрутів, а
фактичні дані вибираються з найбільш найближчих до теоретичних значень
поєднань чинників. Така ситуація спостерігається через те, що експеримент має
пасивний характер, але на результати це не дасть істотного впливу.
3.3 Множинний регресійний аналіз результатів
Наступним етапом буде обробка експериментальних даних (Регресійний
аналіз). Детальна методика регресійного аналізу результатів експерименту
викладена в джерелах [5].
Спочатку проводиться підрахунок коефіцієнтів сум. принцип розрахунку
коефіцієнтів полягає в послідовному додаванні значень відгуку з вихідної матриці
експерименту (табл. 3.3) з використанням знаків і рівнів варіювання з матриці
планування експерименту (табл. 2.2).
Для вільного члена все знаки в матриці планування експерименту мають
позитивний знак, а рівень варіювання дорівнює одиниці. Тому, вийде вираз із сум
значень відгуку, де кожне значення відгуку матиме коефіцієнт дорівнює одиниці
(ОУ) = ∑����
����=1 У���� = У1 + У2 + У3 + У4 + У5 + У6 + У7 + У8 + У9 + У10 + У11 +У12
(3.9)
де У���� - значення відгуку i-го рядка.
Аналогічним методом розраховуються коефіцієнти сум для членів першого
ступеня:
(iУ) = ∑����
����=1 �������� ∙ У���� , (3.10)
де �������� - відповідні колонки (табл. 2.2) факторів.
Коефіцієнт суми для лінійного фактору внутрішнього тиску (����1):
∑����
����=1 ����1 ∙ У���� = −У1 + У2 + У3 + У4−����У5+����У6 (3.11)
67
Коефіцієнт суми для лінійного фактору вагового навантаження (����2):
∑����
����=1 ����1 ∙ У���� = −У1 − У2 + У3 + У4−����У7+����У8 (3.12)
Коефіцієнти сум для членів другого ступеня:
(��������У)=∑���� 2
����=1 �������� ∙ У���� (3.13)
Коефіцієнт суми для члена другого ступеня фактору внутрішнього тиску
(x 2
1 )
∑���� 2
����=1 �������� ∙ �������� = У1 + У + У + У + ����22 3 4 ∙ У5 + ����2 ∙ У6 (3.14)
Коефіцієнт суми для члена другого ступеня фактору вагового навантаження
(x 2
2 )
∑���� 2
����=1 �������� ∙ �������� = У1 + У2 + У3 + У4 + ����2 ∙ У7 + ����2 ∙ У8 (3.15)
Коефіцієнти сум для парного поєднання чинників:
∑����
����=1 �������� ∙ �������� ∙ �������� = У1 − У2 − У3 + У4 (3.16)
Визначимо коефіцієнти регресії b0, b1, b2, b11, b22, b12
:
���� ���� 2
���� = [2 ∙ �������� ∙ (���� + 2) ∙ (����У) − 2 ∙ �������� ∙ ���� ∙ ∑����
����=1(��������У)] (3.17)
����
���� = С
і ∙ (����У); (3.18)
����
68
���� ����
���� = �����2 ∙ �(���� + 2) ∙ ���� 2 ����
���� − ����� ∙ (��������У) + ���� ∙ (1 − ��������) ∙ ∑����=1(��������У)− 2 ∙ ���� ∙ ���� ∙
���� ����
∑����
����=1(����У)� (3.19)
2
b ����
�������� = ∙ (��������У) (3.20)
����∙��������
де k = 2 – кількість змінних (факторів); N = 12 - кількість експериментів; n0
= 4 - кількість нульових точок; nn = 8 - кількість периферійних точок; (ОУ), (іУ),
(ііУ), (ijУ) - коефіцієнти сум; C, λU, А - коефіцієнти, що визначаються за
формулами
С = ����
���� 2 = 12 = 1,5 (3.21)
∑����=1�������� 1 +1 + 1 + 1 +1,999396 +1,999396 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0 + 0
�������� = ����∙(��������+��������) = 2∙(4+8) = 0,75 (3.22)
(����+2)∙�������� (2+2)∙8
���� = 1 = 1 = 0.67 (3.23)
2∙��������∙[(����+2)∙��������−����] 2∙0.75∙[(2+2)∙0.75−2]
Коефіцієнти C, λU і A не залежить від експериментальних даних, а залежать
повністю від характеристик плану експерименту, тому значення цих коефіцієнтів
для моделі кожного маршруту буду однакові.
Результати розрахунків коефіцієнтів регресії для кожної моделі маршруту
представлені в табл. 3.10.
Таблиця 3.10 - Результат обчислень коефіцієнтів регресії
Маршрут b0 b1 b2 b12 b22 b1b2
Черкаси – Миколаїв 0,786 -0,054 0,068 0,034 -0,021 0,002
Черкаси – Вінниця 1,028 -0,052 0,052 -0,002 -0,025 0,017
Черкаси – Херсон 0,842 -0,078 0,065 0,032 -0,008 0,016
Черкаси – Рівно 0,945 -0,025 0,020 0,011 -0,006 0,000
Черкаси – Львів 0,806 -0,062 0,056 0,030 -0,018 -0,002
Черкаси – Лодзь (Польща) 0,830 -0,044 0,070 0,021 -0,001 0,014
Черкаси – Ряшів (Польща) 1,248 -0,077 0,091 0,027 -0,002 0,006
69
За даними коефіцієнтів регресії, представлених в таблиці 3.10, вже
неможливо побудувати регресійні моделі для кожного з представлених
маршрутів, але перед цим необхідно оцінити коректність та відповідність
отриманих даних.
3.4 Оцінка адекватності моделей
Детальна методика оцінки адекватності моделей представлена в [45, 49].
Оскільки число ступенів свободи у кожного рівняння буде однаковим, визначимо
його відразу.
Визначаються помилки регресійного аналізу, пов'язані з коефіцієнтами.
Знаходиться сума квадратів результатів спостережень:
(УУ) = ∑����
����=1 У2���� (3.24)
Знаходиться сума квадратів, пов'язана з вільним членом (коригувальний
фактор)
2
Sо = (OУ) , �������� = 1 (3.25)
����
де f0 – число ступенів свободи.
Сума квадратів, пов'язана з членами першого ступеня, визначається
незалежно від вільного члена
���� ����
1.0 = ∑����=1 ��������(����У) ����1.0 = ���� = 2 (3.26)
Сума квадратів, пов'язана з членами другого ступеня, буде знайдена після
вирахування коригуючого чинника з сум квадратів для членів нульового і
першого порядків:
70
(3.27)
���� ����
(ОУ)2
����2.1.0 = ����0 ∙ (ОУ) + ������������� ∙ (��������У) + ������������� ∙ (��������У) − ����
����=1 ����=1
���� ∙ (���� + 1) 2 ∙ (2 + 1)
����2.1.0 = 2 = 2 = 3.
���� ����
⎧ (ОУ)2
⎪����2.1.0 = ����0 ∙ (ОУ) + ������������� ∙ (��������У) + ������������� ∙ (��������У)− ����
����=1 ����=1
⎨
⎪ ���� ∙ (���� + 1) 2 ∙ (2 + 1)
⎩ ����2.1.0 = 2 = 2 = 3
Тепер залишиться тільки розділити суми квадратів на відповідні їм міри
свободи і отримати дисперсії.
Дисперсія, пов'язана з членами першого ступеня:
����2 ����1.0
1.0 = (3.28)
����1.0
Дисперсія, пов'язана з членами другого ступеня:
����2 = ����2.1.0
2.1.0 (3.29)
����2.1.0
71
Таблиця 3.11 - Помилки регресійного аналізу, пов'язані з коефіцієнтами
регресії
Маршрут Показники У х0 х1 х2 х х2 х–х2
Черкаси – Миколаїв сума квадратів (S) 7,7357 7,5923 0,0607 0,0126
дисперсія (S2) - - 0,0304 0,0042
Черкаси – Вінниця сума квадратів (S) 12,3727 12,2400 0,0434 0,0053
дисперсія (S2) - - 0,0217 0,0018
Черкаси – Херсон сума квадратів (S) 9,0070 8,8346 0,0825 0,0091
дисперсія (S2) - - 0,0413 0,0030
Черкаси – Рівно сума квадратів (S) 10,8143 10,8028 0,0081 0,0013
дисперсія (S2) - - 0,0041 0,0004
Черкаси – Львів сума квадратів (S) 8,1559 7,9575 0,0556 0,0097
дисперсія (S2) - - 0,0278 0,0032
Черкаси – Лодзь (Польща) сума квадратів (S) 8,6162 8,5275 0,0551 0,0036
дисперсія (S2) - - 0,0276 0,0012
Черкаси – Ряшів (Польща) сума квадратів (S) 19,3888 19,1926 0,1133 0,0053
дисперсія (S2) - - 0,0567 0,0018
Визначаються помилки, що характеризують точність проведеного
експерименту.
Сума квадратів, пов'язана з коефіцієнтом регресії:
S0.1.2 = S0 + S1.0 + S2.1.0 ,
����� = (k + 2) (k +1) = (2 + 2) ∙(2 +1) = 6 (3.30)
0.1.2 2 2
Залишкова сума квадратів
�������� = (УУ) − ����0.1.2,
����� = ���� − (���� + 2)(���� +1) = 12 − (2+ 2)(2 +1) = 6 (3.31)
���� 2 2
Користуючись експериментами в центрі плану (нульовими точками), можна
знайти суму квадратів, пов'язану з дисперсією, що характеризує похибку досліду:
12
�SE = ∑����=9(У − ���� )2 = (У − ���� )2 + (У − ���� )2���� 0 9 0 10 0 + (У11 − ����0)2 + (У12 − ����0)2
�������� = ���� − 1 = 4 − 1 = 3 (3.32)
0
Була знайдена сума квадратів, пов'язана з дисперсією, яка визначає
неадекватність представлення результатів експерименту:
72
S�������� = S���� − SE,
������������� = ���� − (���� + 2)(���� +1) − (����0 − 1) = 12 − (2+ 2)(2 +1) − (4 − 1) = 3 (3.33)
2 2
Дисперсія, яка характеризує неадекватність моделей:
����2�������� = ������������ (3.34)
������������
Дисперсія, яка характеризує похибку досліду:
����2(У) = ����2 = ��������
���� (3.35)
��������
Таблиця 3.12 - Помилки регресійного аналізу, що характеризують точність
експериментів
Дисперсії
Маршрут Показники пов'язані з
коефіцієнтом залишкові характеризують характеризують
регресії похибку неадекватність
Черкаси – Миколаїв сума квадратів (S) 7,6656 0,0701 0,0143 0,0559
дисперсія (S2) - - 0,0048 0,0186
Черкаси – Вінниця сума квадратів (S) 12,2887 0,0840 0,0720 0,0120
дисперсія (S2) - - 0,0240 0,0040
Черкаси – Херсон сума квадратів (S) 8,9261 0,0809 0,0133 0,0676
дисперсія (S2) - - 0,0044 0,0225
Черкаси – Рівно сума квадратів (S) 10,8122 0,0021 0,0018 0,0004
дисперсія (S2) - - 0,0006 0,0001
Черкаси – Львів сума квадратів (S) 8,0228 0,1331 0,0131 0,1200
дисперсія (S2) - - 0,0044 0,0400
Черкаси – Лодзь сума квадратів (S) 8,5862 0,0300 0,0096 0,0204
(Польща) дисперсія (S2) - - 0,0032 0,0068
Черкаси – Ряшів сума квадратів (S) 19,3111 0,0777 0,0231 0,0546
(Польща) дисперсія (S2) - - 0,0077 0,0182
Для перевірки цікавлять нуль-гіпотез, необхідно знайти F–відношення:
F1 – відношення для оцінки значущості лінійних членів
2
���� = ����1.0
1 2 (3.36)
��������
F2 – відношення для оцінки значущості членів другого ступеня:
73
2
F = ����2.1.0
2 2 (3.37)
��������
F3 – відношення для перевірки неадекватності:
2
F ������������
2 = 2 (3.38)
��������
Порівнюючи значення розрахункових значень критеріїв Фішера з
табличними значеннями (при рівні значущості а = 0,05 для числа ступенів свободи
в чисельнику і знаменнику), необхідно виконати умову Fpacч < Fтабл.
Таблиця 3.13 - Перевірка значущості членів і адекватності моделі за критерієм
Фішера
Маршрут Параметри Критерій Фішера
розрахунковий табличний
оцінка значимості лінійних членів 6,39 9,55
Черкаси – Миколаїв оцінка значимості членів другого ступеня 0,88 9,28
перевірка неадекватності 3,92 9,28
оцінка значимості лінійних членів 0,90 9,55
Черкаси – Вінниця оцінка значимості членів другого ступеня 0,07 9,28
перевірка неадекватності 0,17 9,28
оцінка значимості лінійних членів 9,28 9,55
Черкаси – Херсон оцінка значимості членів другого ступеня 0,68 9,28
перевірка неадекватності 5,06 9,28
оцінка значимості лінійних членів 6,93 9,55
Черкаси – Рівно оцінка значимості членів другого ступеня 0,71 9,28
перевірка неадекватності 0,22 9,28
оцінка значимості лінійних членів 6,38 9,55
Черкаси – Львів оцінка значимості членів другого ступеня 0,74 9,28
перевірка неадекватності 9,18 9,28
оцінка значимості лінійних членів 8,60 9,55
Черкаси – Лодзь
(Польща) оцінка значимості членів другого ступеня 0,38 9,28
перевірка неадекватності 2,12 9,28
оцінка значимості лінійних членів 7,35 9,55
Черкаси – Ряшів
(Польща) оцінка значимості членів другого ступеня 0,23 9,28
перевірка неадекватності 2,36 9,28
Проводиться розрахунок помилки при визначенні коефіцієнтів регресії.
Дисперсія для вільного члена:
2∙����∙����2 ����2(���� ) = ����∙(����+2)∙����2(У)
0 (3.39)
����
74
Похибка у визначенні вільного члена:
����(����0) = �����2(����0) (3.40)
Дисперсія для лінійних членів:
2 2
����2(���� 2∙����∙��������∙(����+2)∙���� (У)
0) = (3.41)
����
Похибка у визначенні лінійних членів:
����(���� 2
����) = ����� (��������) (3.42)
Дисперсія для членів другого порядку:
����2(���� ) = ����∙(����2����∙(����+1)−(����−1))∙����2∙����2(У)
�������� (3.43)
����
Похибка у визначенні членів другого порядку:
����(������������) = �����2(������������) (3.44)
Дисперсія для членів парного взаємодії:
2 2
����2(���� ) = ���� ∙���� (У)
�������� (3.45)
����
Похибка у визначенні членів парного взаємодії:
������������������ = �����2�������������� (3.46)
75
Таблиця 3.14 - Помилки у визначенні коефіцієнтів регресії
Маршрут Показники x0 x1 x2 x2 x22 x – x
Черкаси – Миколаїв дисперсія 0,0012 0,0009 0,0004 0,0009 0,0012 0,0009
Похибка 0,0345 0,0298 0,0202 0,0298 0,0345 0,0298
Черкаси – Вінниця дисперсія 0,0060 0,0045 0,0021 0,0045 0,0060 0,0045
Похибка 0,0775 0,0671 0,0454 0,0671 0,0775 0,0671
Черкаси – Херсон дисперсія 0,0011 0,0008 0,0004 0,0008 0,0011 0,0008
Похибка 0,0333 0,0289 0,0196 0,0289 0,0333 0,0289
Черкаси – Рівно дисперсія 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001
Похибка 0,0121 0,0105 0,0071 0,0105 0,0121 0,0105
Черкаси – Львів дисперсія 0,0011 0,0008 0,0004 0,0008 0,0011 0,0008
Похибка 0,0330 0,0286 0,0194 0,0286 0,0330 0,0286
Черкаси – Лодзь (Польща) дисперсія 0,0008 0,0006 0,0003 0,0006 0,0008 0,0006
Похибка 0,0283 0,0245 0,0166 0,0245 0,0283 0,0245
Черкаси – Ряшів (Польща) дисперсія 0,0019 0,0014 0,0007 0,0014 0,0019 0,0014
Похибка 0,0439 0,0380 0,0257 0,0380 0,0439 0,0380
Заключним етапом є приведення рівняння регресії до натурального
значення (в декартових координатах). Приведення полягає в підстановці
натуральних змінних, з урахуванням нульового рівня параметра і інтервалу
варіювання, в рівняння регресії.
Для цього натуральна змінна виражається через коефіцієнт xi за такою
залежністю:
���� = G − x����(0)
���� (3.47)
��������(1)−��������(0)
де G – значення натуральної змінної; xi(0), хi(1) – значення показника при
рівні варіювання рівному 0 і 1 відповідно.
Оскільки рівні варіювання і значення, прийняті на цих рівнях варіювання
факторами, однакові, коефіцієнт ХГ кожного фактора буде однаковий для кожної
регресійній моделі.
Визначимо вираз коефіцієнта х1 для фактору тиску:
���� = P − 7,8 = P − 7,8
1 (3.48)
8,08 − 7,8 0,28
де P - натуральний вираз тиску, Бар.
Визначимо вираз коефіцієнта х2 для фактору вагового навантаження:
76
���� = ����−306 = ����−306
2 (3.49)
379−306 73
де M - натуральний вираз вагового навантаження пасажирами (без
урахування маси автобуса), кг.
Вийшло вираження (формули 3.40 і 3.41) підставляються в рівняння
регресії, і визначається його нормальний вигляд.
Рівняння регресії для маршруту № 506 Черкаси – Миколаїв
J506 = 0,786 – 0,054x1 + 0,068х2 + 0,034х 2
1 - 0,021x 2
2 + 0,002х1х2. (3.50)
Рівняння регресії для маршруту № 574 Черкаси – Вінниця
J574 = 1,028 - 0,052x1 + 0,052x2 - 0,002x12 - 0,025x 2
2 + 0,017x1x2. (3.51)
Рівняння регресії для маршруту № 519 Черкаси – Херсон
J519 = 0,842 – 0,078x1 + 0,065x2 + 0,032x12 – 0,008x 2
2 + 0,016x1x2. (3.52)
Рівняння регресії для маршруту № 644 Черкаси – Рівно
J644 = 0,945 – 0,025x1 + 0,02x2 + 0,011x2 - 0,006x 2
2 . (3.53)
Рівняння регресії для маршруту № 700 Черкаси – Львів
J700 = 0,806 - 0,062x1 + 0,056x2 + 0,03x 2
1 - 0,018x 2
2 - 0,002x1x2. (3.54)
Рівняння регресії для маршруту № 740 Черкаси – Лодзь (Польща)
J740 = 0,83 – 0,044x1 + 0,07x2 + 0,021x 2
1 – 0,001x2 + 0,014x1x2. (3.55)
Рівняння регресії для маршруту № 791 Черкаси – Ряшів (Польща)
77
J791 = 1,248 – 0,077x1 + 0,091x2 + 0,027x 2
1 – 0,002x 2
2 – 0,006x1x2. (3.56)
За даними моделям будуємо поверхню відгуку, яка наочно покаже
інтенсивність зносу шини в залежності від тиску і вагового навантаження.
Рисунок 3.2 - Поверхня відгуку регресійній моделі для маршруту Черкаси –
Миколаїв
Рисунок 3.3 - Поверхня відгуку регресійній моделі для м-ту Черкаси – Вінниця
Рисунок 3.4 - Поверхня відгуку регресійній моделі для маршруту Черкаси –
Херсон
78
Рисунок 3.5 - Поверхня відгуку регресійній моделі для маршруту Черкаси –
Рівно
Рисунок 3.6 - Поверхня відгуку регресійній моделі для маршруту Черкаси –
Львів
Рисунок 3.7 - Поверхня відгуку регресійній моделі для маршруту Черкаси –
Лодзь (Польща)
79
Рисунок 3.8 - Поверхня відгуку регресійній моделі для маршруту Черкаси –
Ряшів (Польща)
80
РОЗДІЛ 4 РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ. ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ
4.1 Інтерпретація результатів дослідження
Переклад моделей з абстрактної математичної мови на мову
експериментатора називається інтерпретацією моделі. Інтерпретація - процес,
який проводиться в кілька етапів. Він включає оцінку величини і напрямки впливу
окремих факторів, їх взаємодій, зіставлення впливу сукупності факторів,
перевірку правильності апріорних уявлень і в деяких ситуаціях перевірку і
висунення гіпотез про механізм процесу [3].
Перший етап полягає в наступному. Встановлюється, якою мірою кожен з
факторів впливає на параметр оптимізації. Величина коефіцієнтів регресії -
кількісна міра цього впливу. Чим більше коефіцієнт, тим сильніше впливає
фактор. Про характер впливу факторів говорять знаки коефіцієнтів. Знак плюс
свідчить про те, що зі збільшенням значення фактору зростає величина параметра
оптимізації, а при знаках мінус - убуває. Інтерпретація знаків при оптимізації
залежить від того, шукаємо ми максимум або мінімум функції відгуку. Якщо y
max, то збільшення значень всіх факторів, коефіцієнти яких мають знак плюс,
сприятливі, а мають знак мінус - несприятливі. Якщо ж y min, то навпаки,
сприятливо збільшення значень тих чинників, знаки коефіцієнтів яких негативні.
У нашому випадку, у всіх моделях коефіцієнт фактора тиску має негативний
знак, це означає, що зменшення цього фактора (зменшення тиску в шині)
призводить до несприятливого наслідку (збільшення інтенсивності зносу). Але в
той же час зменшення іншого коефіцієнта з позитивним знаком (навантаження на
шину), надає сприятливий ефект на інтенсивність зносу (його зменшення).
Найбільш значущим чинником, за значенням коефіцієнтів регресії, є тиск.
Відповідно, параметр оптимізації буде найбільш сильно варіюватися в залежності
від значення фактору тиску. Кількісна міра інших факторів (навантаження на
шину, квадрати фактору тиску і навантаження на шину) мають приблизно
рівнозначний вплив на параметр оптимізації. Парне поєднання чинників, несе
найменший вплив, а іноді і зовсім відсутній.
81
Апріорна інформація (рис. 1.3) являє собою криву, побудовану в
двовимірному просторі, яка має характер залежності ресурсу шин від
внутрішнього тиску. В даному випадку, отримана тривимірна поверхня відгуку,
яка показує характер залежності інтенсивності зносу шин від двох чинників. В
такому випадку буде отримано ряд значень, що представляють собою криву, яка
описує залежність інтенсивності зносу від фактору тиску. Ресурс шини i можна
визначити наступним відношенням:
���� = ���� (4.1)
��������
де H – глибина протектора нової шини за вирахуванням залишкової глибини
протектора, при якому списується шина, H = 145 – 20 = 125 мм; J – середня
інтенсивність зносу для i-го маршруту.
На рис. 4.1 представлена залежність, усереднена для моделей всіх
маршрутів.
Рисунок 4.1 - Отримана залежність ресурсу шини від внутрішнього тиску
Отримана залежність на рис. 4.1 відповідає залежності ресурсу шин від
тиску, отриманої багатьма авторами (рис. 1.3). Подібність залежностей говорить
про відповідність отриманих моделей апріорним даними.
Таким же чином перебувала залежність ресурсу від вагового навантаження
на шину (рис. 4.2).
82
Рисунок 4.2 - Залежність ресурсу від вагового навантаження на шину
Отримана залежність ресурсу від вагового навантаження на шину (рис. 4.2)
схожа на залежність з апріорної інформації, отриманої з раніше проведених
досліджень (рис. 1.6). Однак характер кривої зовні трохи відрізняється від
апріорної. Теж саме можна сказати і про залежність ресурсу від тиску в шині.
Пояснюється така ситуація досить просто. По-перше, модель враховує вплив двох
факторів на ресурс - їх парне взаємодія, де один фактор може посилювати чи
послаблювати вплив іншого. По-друге, через пасивне характеру експерименту,
була розглянута невелика область факторного простору, яка обмежена рівнем
варіювання факторів. В цьому випадку некоректно розглядати залежність поза
рівнів варіювання факторів, тому як поведінка моделі поза області факторного
простору непередбачувана.
83
4.2 Моделювання ресурсу шин в залежності від рівня варіювання факторів
На основі отриманих моделей представляється можливим оцінити ресурс
шин при експлуатації з різним тиском, ваговим навантаженням і в залежності від
маршруту. Це допоможе:
- знайти втрату ресурсу шини внаслідок ненормативного тиску;
- встановити нормативи ресурсу шин для конкретних маршрутів експлуатації
автобусів;
- проводити коригування ресурсу в залежності від середнього числа
пасажирів на перегоні;
- оцінити економічні втрати при експлуатації шин з ненормативним тиском.
Середній тиск в шинах, на якому експлуатуються автобуси на Компанія
«Транс-Еліт» склало 7,47 Бар, тоді як нормативний тиск 8,5 Бар. Нормативний
тиск вважається таким тиском, при якому шина під час технічної експлуатації має
найбільший ресурс. Але в даному випадку, максимальний рівень варіювання
фактора тиску, отриманий в ході пасивного експерименту, склав 8,2 Бар. Оскільки
поведінка регресійних моделей поза області факторного простору або за
критичними точками рівнів варіювання факторів має непередбачувану поведінку,
за нормативний тиск приймається найближче значення до значення,
встановленого заводом-виробником шин - 8,2 Бар.
Оскільки регресивні моделі двох-факторні, для визначення залежності
ресурсу тільки від тиску, необхідно встановити конкретне значення фактора
вагового навантаження на шину. Вибір значення цього чинника визначався
виходячи з середньої кількості осіб на перегоні - 22. Відповідно, використовуючи
формули (3.7) і (3.8), середнє навантаження на шину (без урахування спорядженої
маси авт.) при середній кількості пасажирів на перегоні складе близько 300 кг.
Використовуючи регресивні моделі (формули (3.42) - (3.48)), зробимо
розрахунок ресурсу для кожного маршруту з умовами: середній тиск - 7,47 Бар;
нормативний тиск - 8,2 Бар, вагове навантаження на шину - 300 кг. Оскільки
регресивні моделі проводять розрахунок інтенсивності зносу, необхідно виконати
84
перерахунок в ресурс по формулі (4.1). Отримані значення представлені в таблиці
4.1.
Таблиця 4.1 - Розрахунковий ресурс шин при середньому і нормативному тиску
Ресурс Різниця,%
Маршрут при середньому тиску 7,47 при нормативному тиску
Бар, тис. км 8,2 Бар, тис. км
Черкаси – Миколаїв 141,727 160,532 11,7
Черкаси – Вінниця 115,661 131,481 12,0
Черкаси – Херсон 130,095 157,082 17,2
Черкаси – Рівно 127,018 134,019 5,2
Черкаси – Львів 137,976 160,507 14,0
Черкаси – Лодзь (Польща) 138,942 154,515 10,1
Черкаси – Ряшів (Польща) 91,926 104,730 12,2
в середньому по маршрутам 126,192 143,267 11,8
Як видно з табл. 4.1, тиск в шині має істотний вплив на її ресурс, через що
може бути не реалізовано близько 12% ресурсу шин.
Розрахунковий ресурс шин, отриманий при нормативному тиску, має
фактор впливу вагового навантаження на нульовому рівні (300 кг). Це означає, що
отримані значення є середнім ресурсом по фактору вагового навантаження на
шину. Для прогнозування ресурсу з урахуванням впливу вагового навантаження
на шину, необхідно розрахувати ресурс при мінімальному та максимальному
навантаженні, не виходячи, при цьому, за область факторного простору. В даному
випадку, мінімальному навантаженні відповідає 203 кг, а максимальному - 409 кг,
що відповідає 17 і 30 людям в середньому на перегоні відповідно.
Використовуючи формули (3.42) - (3.48), був визначений нормативний інтервал
ресурсу шин для кожного маршруту при нормативному тиску (8,2 Бар) та з
урахуванням варіації вагового навантаження на шину. Результат розрахунків
представлений в табл. 4.2.
Таблиця 4.2 - Інтервали нормативного ресурсу шин при нормативному тиску 8,2
Бар з урахуванням вагового навантаження на шину
Маршрут Інтервал нормативного ресурсу, тис. км
ліва межа середина інтервалу права межа
Черкаси – Миколаїв 149,051 165,859 196,453
Черкаси – Вінниця 124,046 135,614 157,850
Черкаси – Херсон 138,214 160,267 190,464
Черкаси – Рівно 131,613 134,804 139,969
Черкаси – Львів 152,711 164,692 187,413
Черкаси – Лодзь (Польща) 133,831 156,430 183,875
Черкаси – Ряшів (Польща) 93,913 105,516 119,100
в середньому по маршрутам 131,911 146,169 167,875
85
Зробимо такий же розрахунок, але вже для середньостатистичного тиску на
підприємстві (7,5 Бар), щоб в результаті оцінити фактичну втрату ресурсу від двох
чинників.
Таблиця 4.3 - Інтервали ресурсу шин при середньостатистичному тиску 7,5 Бар з
урахуванням вагового навантаження на шину
Маршрут Інтервал нормативного ресурсу, тис. км
ліва межа середина інтервалу права межа
Черкаси – Миколаїв 133,787 145,582 167,285
Черкаси – Вінниця 115,876 118,293 127,432
Черкаси – Херсон 123,403 131,333 142,386
Черкаси – Рівно 124,855 127,720 132,617
Черкаси – Львів 131,446 141,036 158,450
Черкаси – Лодзь (Польща) 127,996 139,567 152,574
Черкаси – Ряшів (Польща) 84,697 92,343 101,035
в середньому по маршрутам 120,294 127,982 140,254
Оскільки заздалегідь невідомо середня кількість пасажирів на перегоні,
необхідно позначати інтервал, в якому шина досягне залишкової висоти 2 мм [3].
Середина інтервалу - математичне очікування розрахункового ресурсу при
ряді вагових навантажень (203 кг, 237 км, 272 кг, 306 кг, 340 кг, 375 кг, 409 кг).
Оскільки залежність ресурсу від вагового навантаження на шину не лінійна
(рисунок 4.2), математичне очікування буде зміщено до будь-якої межі (лівої чи
правої).
Середня різниця в ресурсі при експлуатації шин з тиском 7,5 Бар і 8,2 Бар
склала 18,187 тис. км або 12%.
4.3 Економічний ефект від використання системи моніторингу
Економічний ефект складається з того, що система моніторингу постійно
інформує водія і технічну службу про фактичний тиск в шинах. Відповідно,
знання про фактичний тиск в конкретний момент часу, дозволить істотно
зменшити відхилення тиску в шинах від нормативного в середньому по парку. Це
дозволить уникнути втрату ресурсу шин і перевитрату палива, пов'язаних з
відхиленнями тиску.
86
У загальному вигляді економічний ефект від економії палива і збільшення
ресурсу шин буде виглядати наступним чином:
Е = Еш + Ет. (4.2)
Економічний ефект від шин розраховується виходячи з різниці ресурсів при
експлуатації з середньостатистичним тиском в шинах на підприємстві (7,5 Бар) і
при нормативному тиску (8,2 Бар):
Еш = ЗШ – З'Ш, (4.3)
де ЗШ - витрати на шини, при експлуатації з середньостатистичним тиском
7,5 Бар; З'Ш - витрати на шини, при експлуатації з тиском 8,2 Бар.
За стандартною методикою [13, 56, 41] витрати на шини одного автомобіля
можуть бути знайдені за формулою:
Зш = 0,01ꞏLꞏЦшꞏНшꞏnш, (4.4)
де L – річний пробіг автомобіля, L = 120000 км;
Цш – вартість однієї шини, Цш = 15 000 грн;
nш – кількість шин на автобусі, nш = 6;
Нш – норма визначення витрат, яка знаходиться за формулою:
Н = 90%
ш (4.5)
����
де I - значення нормативного експлуатаційного пробігу шин, км.
Норма визначення витрат для шин, які експлуатуються з тиском 7,5 Бар
90% 90
Нш = ���� = 127982 = 0,000703
87
Норма визначення витрат для шин, які експлуатуються з тиском 8,2 Бар
90
Нш = 146169 = 0,000616
Витрати на шини при експлуатуванні з тиском 7,5 Бар складуть:
Зш = 0,01 – 120000 – 15000 – 0,000703 – 6 = 75948,18 грн. / автобус за рік.
Витрати на шини при експлуатуванні з тиском 8,2 Бар складуть:
Зш'= 0,01 – 120000 – 15000 – 0,000616 – 6 = 66498,37 грн. / автобус за рік.
Використовуючи формулу (4.3), був визначений економічний ефект від
збільшення ресурсу шин:
Еш = 75948,18 – 66498,37 = 9449,8 грн на 1 автобус на рік.
У загальному вигляді економічний ефект від економії палива виглядають
наступним чином:
Еп = Зп – З'п (4.6)
де Зп - витрати на паливо при експлуатації автобусів з
середньостатистичним тиском 7,5 Бар;
З'п - витрати на паливо при експлуатації автобусів з близьким до
нормативного тиску 8,2 Бар.
Витрати на паливо в рік на один автобус визначалися таким чином:
З = ����∙����∙Сп = 120000∙27,35∙38,6
п = 1,266 852 млн. грн (4.7)
100 100
88
де L – середній річний пробіг, км; q – середня витрата палива по автобусах
Daewoo BH 120 і Hyundai Universe Space Luxury, л/100 км; Сп – вартість літра
палива, грн.
Згідно з різними літературними джерелами [18], зниження тиску в шині на
10% дає збільшення витрати палива на 4-6%, відповідно, необхідно знизити
середню витрату палива на 5% і повторити розрахунок витрат на паливо:
З′ = 0,95∙����∙����∙Сп = 0,95∙120000∙27,35∙38,6
п = 1,203 509 млн. грн (4.8)
100 100
Тоді, використовуючи формулу (4.3), отримаємо економічний ефект від
зниження витрати палива на один автобус на рік:
Ет = 1266852 – 1203509 = 63342 грн. (4.9)
Використовуючи формулу (4.2), був визначений загальний економічний
ефект від економії палива і збільшення ресурсу:
Е = 63 342 + 9449,8 = 72791,8 грн на 1 автобус на рік.
Відповідно, економія для всіх розглянутих автобусів марок Daewoo BH 120
і Hyundai Universe Space Luxury (49 автобусів), складе 3 566 798 грн. на рік.
4.4 Оцінка ефективності інвестицій на впровадження системи моніторингу
Система моніторингу являє собою набір з датчиків тиску, інформаційного
блоку і різної допоміжної периферії. На рисунку 4.3 представлений типовий
комплект системи моніторингу тиску в шинах Carax TPMS CRX-1061 на основі
внутрішніх датчиків тиску [50].
89
Русинок 4.3 - Комплект моніторингу тиску в шинах Carax TPMS CRX-1061 на
основі датчиків внутрішнього тиску:
1 - приймальний блок; 2 - кронштейн кріплення; 3 - внутрішні датчики тиску; 4 -
вентилі; 5 - антена; 6 - блок живлення; 7 - допоміжні пристрої, 8 - розгалужувач
антенного кабелю; 9 - антена з кронштейном.
Особливість системи моніторингу Carax TPMS CRX-1061 полягає в
наявності двох посилених антен, які дозволяють використовувати систему в
автобусах, а також внутрішні колісні датчики, які встановлюються на обід замість
штатного вентиля, як показано на рис. 4.4
90
Рисунок 4.4 - Схема установки внутрішнього колісного датчика тиску
Система моніторингу, що має внутрішні колісні датчики, дозволяє зберегти
їх від пошкоджень в процесі руху, а також впливу на них навколишнього
середовища.
На рис. 4.5 представлений варіант прокладки кабелів і установки антен.
1 - приймальний пристрій; 2 - антена для передній осі; 3 - антена для задній осі; 4
- перехідник антенного кабелю.
Рисунок 4.5 – Варіант прокладки кабелів і установки антен
Принцип дії системи полягає в наступному. В штатній ситуації датчики в
кожному колесі визначають температуру і тиск кожні 3 секунди і кожні 30 секунд
передають інформацію приймального блоку. У разі, якщо значення тиску або
температури вийшли за встановлені межі - датчик посилає 10 сигналів протягом 6
секунд в приймальний блок, а прийомний блок інформує про це водія звуковою і
світловою індикацією. Це попередить водія про те, що необхідно виконати
перевірку колеса, про це інформує приймальний блок. Датчик так само
91
переходить в режим тривоги, якщо тиск зміниться на 3 PSI (0,2 Бар) протягом 3
секунд, що дозволить вчасно зреагувати на пошкодження шини і витік тиску.
У табл. 4.4 представлені основні технічні характеристики внутрішніх
датчиків тиску системи моніторингу Carax TPMS CRX-1061.
Таблиця 4.4 - Технічні характеристики внутрішніх датчиків тиску
№ Параметр Значення
1 діапазон вимірюваного тиску 0-203 psi (0-14 Бар)
2 похибка вимірювання ±3 psi
3 похибка вимірювання температури ±4 С
4 частота передавача 433,92 MHz
5 джерело живлення 3,6 В/500 мА
6 термін служби джерела живлення близько близько 7 років
7 вага датчика 30 ± 1,5 г
8 вартість за даними виробника 29400 грн
Була проведена оцінка витрат на впровадження системи моніторингу тиску.
У загальному вигляді витрати на впровадження обладнання виглядають
наступним чином:
Св = См + Соб, (4.10)
де См - витрати на монтаж обладнання; Соб - витрати на покупку
устаткування і амортизацію.
Витрати на монтаж устаткування:
См = Cн-ч ∙ n ∙ t, (4.11)
де t – трудомісткість установки устаткування, балансування і накачування
колеса, t = 1,43 люд.-год; Сн-ч – вартість нормо-години, Сн-ч = 150 грн.; n – кількість
ходових шин n = 6.
Вартість системи моніторингу тиску в шинах, за даними сайту виробника,
становить 29400 грн. Однак, виробник не вказує термін служби системи або
окремих її компонентів, крім елементів живлення. Можна припустити, що
обладнання для монітора тиску є досить надійним і потрібне обслуговування - це
92
заміна елемента живлення раз в 7 років. Однак обладнання все одно піддається
фізичному зносу, а також морального зносу другого виду - в наслідок появи більш
економічних і технічно досконалих систем (наприклад системи безбатарейного
типу). На випадок раптових відмов компонентів обладнання або його морального
старіння необхідно формувати амортизаційний фонд.
Систему моніторингу тиску можна віднести до четвертої амортизаційної
групі, це означає, що корисний термін використання складає від 5 до 7 років.
Як зазначено в [5], термін служби розраховується виходячи з суми чисел
терміну корисного використання обладнання.
5 + 4 + 3 + 2 + 1 = 15 років.
Тоді, відсоток амортизаційних відрахувань складе:
1-й рік: 5/15 = 33,3%;
2- й рік: 4/15 = 26,7%;
3-й рік: 3/15 = 20%;
4-й рік: 2/15 = 13,3%;
5-й рік: 1/15 = 6,7%.
Таблиця 4.5 - Амортизаційні відрахування на систему моніторингу
Рік по порядку Амортизаційні відрахування на Амортизаційні відрахування на Амортизаційні відрахування на
рік,% 1 автобус на рік, грн 49 автобусів на рік, грн
1-й рік 33,3 9 800 480 200
2-й рік 26,7 7 840 384 160
3-й рік 20 5 880 288 120
4-й рік 13,3 3 920 192 080
5-й рік 6,7 1960 96 040
сума 100 29 400 1 440 600
Витрати на купівлю обладнання та амортизацію за 1-й рік експлуатації
системи моніторингу:
Св = См + С'об + u, (4.12)
де С'об - вартість одиниці комплекту системи моніторингу, С'об = 29 400 грн;
u - амортизація за перший рік експлуатації. У наступні роки витрати будуть
рівні амортизації.
Використовуючи формулу (4.10), були визначені витрати на впровадження
системи моніторингу.
93
Для одного автобуса:
Св = 150ꞏ1,46ꞏ6 + 29400 + 9800 = 40514 грн.
Для 49 автобусів:
Св = 49ꞏ(150ꞏ1,46ꞏ6 + 29400 + 9800) = 1 985 186 грн.
Оцінка ефективності інвестицій визначається у вигляді терміну окупності:
W = Св ∙ Д, (4.13)
Е
де Св - вкладення для впровадження систем моніторингу; Е - економічний
ефект від економії палива і збільшення ресурсу шин; Д - кількість днів в році.
Відповідно термін окупності проекту складе:
1985186
W = 3566798 ∙ 365 = 203 дня.
Виходячи з отриманих значень: терміну окупності, інвестиції на
впровадження системи моніторингу тиску в шинах можна вважати ефективними.
4.5 Оцінка екологічного ефекту від впровадження системи моніторингу
Документ GRPE-65-20, представлений експертом від України на доповіді
Робочої групи з проблем енергії та забруднення навколишнього середовища
(GRPE) в 2013 році в Женеві, який містить аналіз впливу шинного пилу на якість
повітря і здоров'я людини [2] показує, що в даний час, автомобільні шини, як
джерело продуктів зносу до сих пір залишаються поза увагою фахівців, які
займаються технічним нормуванням.
Фактори, розглянуті в главі 1, впливають на інтенсивність зносу шин,
відповідно зі збільшенням інтенсивності зносу шин, збільшується маса
утворюваного шинного пилу, що з'являється в зоні контакту шини з дорогою при
94
русі автомобіля. Продукти стирання автомобільних шин містять в собі шкідливі
токсичні хімічні сполуки, такі як бензопірен, N-нітрозамін, які мають
канцерогенний ефект. Якщо порівнювати викиди шкідливих речовин від шин і
відпрацьованих газів двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ), то обсяг викидів від
шин складе 1% від викидів ДВЗ (рисунок 4.6). Тоді як вміст шкідливих токсичних
сполук у викидах шинного пилу, становить істотну частину від вихлопних газів
ДВС [8].
Рисунок 4.6 - Процентне співвідношення шкідливих викидів від відпрацьованих
газів і продуктів зносу шин
На підприємстві було проведено дослідження ваги шин спочатку і в кінці
своєї експлуатації. Так було зважено 14 нових шин і 24 зношених для того, щоб
визначити масу гумового пилу, що надходить в навколишнє середовище.
Для зважування використовувалися побутові підлогові ваги Rolsen
RSL1807, що мають абсолютну похибка 0,1 кг, що дозволило з достатньою
точністю і без істотних витрат визначити вагову характеристику шин.
За шинам, знятим з експлуатації через знос протектора (24 шини), були
знайдені основні характеристики: середня маса зношеної шини Lcp = 47,2 кг,
середньоквадратичне відхилення σ = 1,04 кг; коефіцієнт варіації V = 0,02.
На рис. 4.7 представлена емпірична щільність розподілу маси шин в кінці
експлуатації.
95
Рисунок 4.7 - Емпірична щільність розподілу маси шин в кінці терміну
експлуатації
За новим шинам, наводити статистичні характеристики і графік емпіричної
щільності розподілу не має сенсу, так як розкид значення становить 0,1 кг, що
можна списати на погрішність ваг.
Визначимо викид гумового пилу в навколишнє середовище однієї шиною:
m7,5 = mн – mз = 52,85 – 47,2 = 5,65 кг, (4.14)
де mн – маса нової шини, mз – маса зношеної шини.
Значить, що одна шина за час своєї експлуатації, викидає в навколишнє
середовище в середньому 5,65 кг гумового пилу, що містить токсичні хімічні
речовини, які володіють канцерогенним ефектом.
Визначимо викид гумового пилу від 49 автобусів при експлуатації з
середньостатистичним тиском 7,5 Бар і ресурсом 126 000:
М = m⸱n⸱Ас = 5,65⸱6⸱49 = 1662 кг, (4.15)
де n – кількість ходових шин, Ac – кількість розглянутих автобусів.
Щоб визначити зниження викидів гумового пилу в навколишнє середовище
за рік, необхідно знайти різницю мас викиду гумового пилу при експлуатації з
середньостатистичним (7,5 Бар) та близьким до нормативного (8,2 Бар) тисків. У
загальному вигляді формула виглядає наступним чином:
ΔМ = M7.5 – М8.2, (4.16)
де M8,2 – маса викидів гумового пилу в навколишнє середовище при експлантації
шини з тиском 8,2 Бар.
Для цього необхідно розрахувати дні експлуатації шин при тиску 8,2 Бар і
ресурсом 143 тис. км.
96
D8,2 = Д ∙ ����8,2 = 365 ∙ 143000 = 435 днів, (4.17)
���� 120000
Дні експлуатації шин при тиску 7,5 Бар і ресурсом 126 тис. км.
D = Д ∙ ����7,5
75 = 365 ∙ 126000 = 383 днів, (4.18)
���� 120000
Оскільки шина при будь-якому терміні експлуатації викине в атмосферу
1662 кг гумового пилу, знайдемо питому масу викиду гумового пилу в день з 49
автобусів і при експлуатації з тиском 8,2 Бар.
���� ���� 1662
8,2 = = = 3,82 кг, (4.19)
����8,2 435
Питома маса викидів гумового пилу в день з 49 автобусів при експлуатації
з тиском 7,5 Бар.
���� = ���� 1662
7,5 = = 4,34 кг, (4.20)
����7,5 383
Маса викидів за рік гумового пилу для шин при експлуатації з тиском 8,2
Бар з 49 автобусів складе:
М8,2 = m8,2 ꞏД = 3,82ꞏ365 = 1394 кг. (4.21)
Маса викидів за рік гумового пилу для шин при експлуатації з тиском 7,5
Бар з 49 автобусів складе:
М7,5 = m7,5 ⸱Д = 4,34⸱365 = 1583 кг. (4.22)
Зниження викидів при контролі тиску:
97
ΔМ = М7,5 – М8,2 = 1583 – 1394 = 189 кг. (4.23)
Якщо аналогічним чином обчислити викид гумового пилу для інших
проміжних значень тиску, то можна побудувати залежність викиду гумового пилу
в навколишнє середовище від тиску, на якому експлуатується шина (рис. 4.8).
Рисунок 4.8 - Залежність викиду гумового пилу від тиску в шині
При експлуатації шин з нормативним тиском, знижується витрата палива
автомобілями. При зниженні витрати палива зменшується викид шкідливих
речовин в навколишнє середовище. Кількість шкідливих речовин у
відпрацьованих газах дизельних двигунів розраховується залежно від кількості
витраченого палива
Маса оксиду вуглецю (CO) в відпрацьованих газах двигуна
������������ = 0,0284ꞏρꞏQ. (4.24)
Маса вуглеводню (CH) в відпрацьованих газах двигуна
������������ = 0,0091ꞏρꞏQ. (4.25)
Маса оксидів азоту (NOx) в відпрацьованих газах двигуна
����NOx= 0,0408ꞏρꞏQ, (4.26)
98
де p - питома вага палива (для дизпалива 0,825 кг/л); Q - різниця витрати
палива при тиску 8,2 Бар і при тиску 7,5 Бар за рік експлуатації 49 автобусів, яка
знаходиться за формулою:
���� = 0,05∙����∙��������∙���� = 0,05∙27,35∙49∙120000 = 4020,45 літрів (4.27)
100 100
де q - витрата палива, л/100 км;
Ac - розглядається кількість автобусів.
Таким чином, при експлуатації шин з тиском 8,2 Бар, маса викидів оксиду
вуглецю (CO), вуглеводнів (CH) і оксидів азоту (NOx) знизяться на
������������ = 0,0284ꞏ0,825ꞏ4020,45 = 94,2 кг,
������������ = 0,0091ꞏ0,825ꞏ4020,45 = 30,18 кг,
����NOx = 0,0408ꞏ0,825ꞏ4020,45 = 135,33 кг.
99
ВИСНОВКИ
1. В результаті аналізу науково-дослідних робіт по темі дослідження,
виділені найбільш значущі фактори, які впливають на знос шин автортранспорту:
тиск в шині і вагове навантаження.
2. Визначено параметри ресурсу шин автобусів Компанія «Транс-Еліт»:
середній ресурс Lcp = 143 тис. км; коефіцієнт варіації V = 0,09; Cp розподіл ресурсу
описується законом Вейбулла-Гнеденко; середня залишкова глибина протектора
- 2 мм; середній тиск в шинах - 7,47 Бар.
3. З використанням теорії планування багатофакторного експерименту
проведені дослідження інтенсивності зносу шин, розроблені регресійні моделі для
7 маршрутів, які дозволяють кількісно оцінювати вплив тиску і вагового
навантаження на ресурс шин. Дані моделі дозволяють прогнозувати і управляти
ресурсом шин на основі використання систем моніторингу тиску в шинах.
4. Згідно з розрахунковими даними, при безперервному контролі тиску,
ресурс шин можна підвищити в середньому на 12%, що в грошовому еквіваленті
складе 3 566 798 грн. в рік на 49 автобусів Компанія «Транс-Еліт».
5. Внаслідок моніторингу тиску та збільшення ресурсу шин, знизиться
викид в навколишнє середовище шкідливого гумового пилу: зниження викидів
якого складе 189 кг на 49 автобусів на рік.
6. Зниження викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами в
наслідок зниження витрати палива: викиди оксиду вуглецю (CO) знизяться на 94,2
кг, вуглеводнів (CH) на 30,18 кг і оксидів азоту (NOx) на 135,33 кг.
100
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Основи діагностики автомобіля: Навчально-методичний посібник до
практичних та самостійних робіт студентів вищих навчальних закладів України /
Укладачі: Люлька В.С., Коньок М.М., Перинський Ю.Є., Клімов О.М. – Чернігів:
ЧНПУ імені Т.Г. Шевченка, 2013. – 188 с.
2. Іванілов О.С. Економіка підприємств автомобільного транспорту:
підручник для студентів вищих навчальних закладів / О.С. Іванілов, І.А. Дмитрієв,
І.Ю. Шевченко. − Х.: ФОП Бровін О.В., 2017. − 632 с.
3. Про затвердження експлуатаційних норм середнього ресурсу
пневматичних шин колісних транспортних засобів і спеціальних машин,
виконаних на колісних шасі / Наказ Міністерства транспорту та зв’язку України
від 20 травня 2006 року № 488.
4. Аналіз моделей розрахунку показників довговічності, зносу і ресурсу
пневматичних шин вантажних автомобілів / О.П. Кравченко, О.П. Сакно, О.В.
Лукічов, В.Д. Вінокуров // зб. наук. пр. – Донецьк : ДІЗТ, 2011. – Вип. 25. – С. 92–
95.
5. Моделювання коливальних процесів в підвісці автомобіля та їх вплив
на знос шин / О.П. Кравченко, О.П. Сакно, О.В. Лукічов, С.А. Матвієнко //
Український міжвуз. наук.-техніч. зб. «Автоматизація виробничих процесів у
машинобудуванні та приладобудуванні». – Львів : Національний університет
«Львівська політехніка», 2011. – Вип. 45. – С. 78–83.
6. Кравченко О.П. Дослідження процесу вібрації в моделі підвіски
автомобілів та її вплив на інтенсивність зносу шин / О.П. Кравченко, О.П. Сакно,
О.В. Лукічов // Збірник наукових праць (галузеве машинобудування,
будівництво). – Полтава : ПолтНТУ, 2012. – Вип. 2 (32), Т. 2. – С. 153–159.
7. Kravchenko Alexander. Research of Dynamics of Tire Wear of Trucks and
Prognostication of Their Service Life / Alexander Kravchenko, Olga Sakno, Alexander
Lukichov // Transport Problems. – Katowice : Silesian University of Technology
Faculty of Transport, 2012. – Pр. 295–304.
101
8. Волков В. П. Теорія експлуатаційних властивостей автомобіля : навч.
посіб. Харків : ХНАДУ, 2003. 292 с.
9. Leontiev D., Klimenko V., Mykhalevych M., Don Y., Frolov A. (2020)
Simulation of Working Process of the Electronic Brake System of the Heavy Vehicle.
In: Palagin A., Anisimov A., Morozov A., Shkarlet S. (eds) Mathematical Modeling and
Simulation of Systems. MODS 2019. Advances in Intelligent Systems and Computing,
vol 1019. Springer, Cham, pp 50-61. (First Online: 18 July 2019)
https://doi.org/10.1007/978-3-030-25741-5_6 (Scopus, Quartiles - Q3);
10. Bogomolov, V., Klimenko, V., Leontiev, D., Kuripka, O., Frolov, A., &
Don, Y. (2021) Features of adaptive brake control of the secondary brake system of a
multi-axle vehicle. Automobile Transport, 48, 27–37.
11. Фролов А.А., Альокса М.М. (2019) Вплив зносу шин на їх зчіпні
властивості. «Новітні технології розвитку автомобільного транспорту» Збірник
тез доповідей міжнародної науково-практичної конференції. Харків : ХНАДУ;
12. Леонтьєв Д.М., Михалевич М.Г., Фролов А.А. (2018) Вплив
вертикального навантаження на гальмівну силу та коефіцієнт зчеплення шини
автомобільного колеса. Теорія та практика судової експертизи і криміналістики,
18, 383-392.
13. Фролов А.А., Шабратко О.С. (2020) Дослідження шин вантажного
транспортного засобу щодо визначення пошкоджень, які утворилися в результаті
експлуатації або в результаті заводського дефекту. Теорія та практика судової
експертизи і криміналістики. Харків: ХНДІСЕ, 21, 441-451
14. Богомол В.Ю. Дослідження впливу тиску і вагового навантаження на
ресурс шин та витрати палива транспортного засобу/ В.Ю. Богомол, Л.А.
Тарандушка // Збірник тез доповідей студентської науково-практичної
конференції ЧДТУ. 23–24 квітня 2024 р. /; М-во освіти і науки України, Черкас.
держ. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2024. – С. 95-96.
15. Рижих Л.О., Леонтьєв Д.М, Чебан А.А. (2009) Особливості кочення
колеса в режимі гальмування при зміні темпа наповнення гальмової камери. Вісті
автомобільно-дорожнього інституту, 1, 140-145.
102
16. Bogomolov, V., Klimenko, V., Leontiev, D., Kuripka, O., Frolov, A., &
Don, Y. (2021) Features of adaptive brake control of the secondary brake system of a
multi-axle vehicle. Automobile Transport, 48, 27–37.
17. Box, G. E. P. The Choice of a Second Order Rotatable Design / G.E.P.
Box, N. R. Draper - Biometrika, 1963. - 355 с.
18. Box, G. E. P. Multifactor Experimental Designs for Exploring Response
Surfaces / G. E. P. Box, J. S. Hunter - Annals of Mathematical Statistics, 1957. - 195 с.
19. Motor Vehicle Safety Standards; Tire Pressure Monitoring Systems;
Controls and Displays: Federal: [Электронный ресурс] URL:
http://www.nhtsa.dot.gov/cars/rules/rulings/TirePresFinal/TPMSfinalrule.pdf (Дата
обращения: 1.04.2017).