«Обеспечение эксплуатационных характеристик гидравлических амортизаторов автомобилей, используемых в сельском хозяйстве при низких температурах»

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, сформули-
рованы цель, объект и предмет диссертационного исследования, научная но-
визна, практическая значимость, основные положения, выносимые на за-
щиту.
В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований»
рассмотрены особенности эксплуатации и использования грузовых автомо-
билей в условиях низких температур, влияние внешних условий эксплуата-
ции на процесс функционирования гидравлических амортизаторов подвески,
процесс изменения технического состояния амортизаторов при низких тем-
пературах окружающей среды, определены применяемые в гидравлических
амортизаторах рабочие жидкости и их характеристики, а также процесс из-
менения сил сопротивления под влиянием различных факторов, подробный
анализ способов обеспечения функционирования гидравлических амортиза-
торов. Отмечено, что для перевозки различных грузов, в том числе сельско-
хозяйственного назначения, используется преимущественно автомобильный
транспорт при продолжительном влиянии низких температур.
Вопросами эксплуатации в сельском хозяйстве транспорта при низких
температурах, а также исследованием эффективности его использования за-
нимались К.С. Алексахина, Н.В. Аникин, Ю.И., Ив.В. Денисов, А.А. Долгу-
шин, А.П. Картошкин, Г.М. Крохта, Д.Ю. Левицкий, С.С. Молотов, Я.В. Про-
зоров, М.М. Разяпов, А.И. Савлук, Н.Е. Сергиенко, Ю.Н. Храпов и др. Авто-
рами отмечено, при перевозке различных грузов, в том числе и в сельском
хозяйстве, используются преимущественно грузовые автомобили семейства
КамАЗ. При работе автомобилей в условиях низких температур эксплуатации
происходит ухудшение работоспособности большинства его агрегатов,
вследствие чего увеличивается динамическая нагруженность, ухудшаются
показатели плавности хода, падает средняя эффективная скорость движения,
возрастает количество неисправностей и снижается сохранность перевози-
мых грузов. Установлено также, что работа элементов подвески с наруше-
нием параметров функционирования снижает долговечность узлов и агрега-
тов всего автомобиля более чем в 1,5 раза и ухудшает сохранность перевози-
мых грузов при их транспортировке. Так как большая часть энергии колеба-
ний поглощается именно за счет гидравлических амортизаторов, эффектив-
ность их функционирования зависит от теплового режима и эксплуатацион-
ных характеристик рабочей жидкости.
Обеспечением функционирования амортизаторов с использованием раз-
личных технических решений занимались Н.В. Брусянцев, П.С. Казорин,
Ю.Г. Морошкин, Н.П. Мустафаев, Ф.Н. Хламцов и др. Описанные способы
позволили определить, что одним из перспективных и наиболее технологич-
ных, на наш взгляд, является способ управления вязкостно-температурными
характеристиками амортизаторной жидкости при добавлении маловязких
компонентов. Однако данная тематика изучена мало и требуются дополни-
тельные исследования.
Во второй главе «Теоретический расчет значений сил сопротивления
гидравлических амортизаторов с учетом изменения температуры окру-
жающей среды» проведён теоретический анализ функционирования гидрав-
лического амортизатора в зависимости от внешних условий.
1. Расчет значений сил сопротивления на отбой и сжатие в зависимо-
сти от температуры окружающей среды. При движении транспортных
средств по неровностям дорог возникают колебания, большая часть которых
l2l1передаются на
кузов. Через ко-
R3лесо возмущаю-
R2d штR 1щие силы, возни-
кающие в ре-

Lшт
зультате переме-
vп(ср)щения направля-
dпющих элемен-
тов, в которых
создается проти-
Оvавтводействующая
F∑сопр.сила,воздей-
Fвнеш.ствуют на эле-
менты подвески.
А

Рисунок 1 – Схема действующих сил в результате наезда колеса на пре-
пятствие
Действующая на колеса автомобиля вертикальная нагрузка Fвнеш с ампли-
тудой А, воздействует на точку приложения сил О. Заданный ход подвески
обеспечивается за счет суммарных противодействующих сил F∑сопр , возника-
ющих в упругом элементе и гидравлическом амортизаторе со скоростью пе-
ремещения поршня vп.
При этом большая часть энергии колебаний не должна передаваться на
вертикальные реакции опор R1, R2 и R3, а преобразовываться из механической
энергии в тепловую (рисунок 1).
На основе приведенной схемы разработана математическая модель рас-
хода жидкости гидравлического амортизатора с несимметричной нагрузкой
работы клапанного механизма, представленная формулами
Qi  Q1i  Q2i  Q3i  Q4i , м3/c;(1)
Qi  Q1i  Q3i  Q4i , м3/c.(2)
где Qi – суммарный расход амортизаторной жидкости, м /c;3

Q1i – расход амортизаторной жидкости через радиальный зазор шток –
направляющая, м3/c;
Q2i – расход амортизаторной жидкости через радиальный зазор поршень–
цилиндр, м3/c;
Q3i –расход амортизаторной жидкости через дроссельные отверстия, м 3/c;
Q4i –расход амортизаторной жидкости через клапанные отверстия, м 3/c.
Для расчёта действительного расхода амортизаторной жидкости предло-
жено выражение вида
Qi  ky  Sвi  vп , м3/c,(3)
где ky – коэффициент утечек амортизаторной жидкости, характеризующий
герметичность прилегания уплотнительного кольца к стенкам цилиндра;
Sвi – площадь вытеснителя, м2;
vп – скорость относительного перемещения поршня, м/с;
Выражения (4) и (5) позволяют рассчитать площади вытеснителя в раз-
личных режимах работы амортизатора:
(d 2  d шт 2 )   , мм2;
Sв i  п(4)
d 2   , мм2;
Sв i  п(5)
где dп – диаметр поршня, м;
dш – диаметр штока, м;
При расчетах расхода жидкости через радиальные зазоры шток–направ-
ляющая и поршень–цилиндр в режиме работы амортизатора на отбой и сжа-
тие используется уравнение Хагена-Пуазейля, за основу которого взято урав-
нение течения жидкости через кольцевые зазоры и параллельные пластины
клапанов:
  dш   3
Qo1,2  Рi , м3/с;(6)
12      l1
  dп   3
Qс1  Рi , м3/с,(7)
12      l2
где δ – радиальный зазор между элементами, м;
μ – кинематическая вязкость жидкости, м2/с;
ρ – плотность амортизаторной жидкости, кг/м3;
l1 – активная длина штока, м;
l2 – активная длина поршня, м;
Рi – перепад давления жидкости на отбой (сжатие), МПа.
Перепад давления в надпоршневом и подпоршневом пространстве нахо-
дим по выражениям
Ротб  Р1  Р2 , мПа;(8)
Рсж  Р2  Р1 , мПа,(9)
где Р1 – давление в надпоршневом пространстве, МПа;
Р2 – давление в подпоршневом пространстве, МПа;
Значения давления в надпоршневом и подпоршневом пространствах
находим по формуле
Fi , Н/м2,
Рi (10)
Sвi
где Fi – сила сопротивления на отбой или на сжатие, Н.
Установлено, что в зависимости от температуры амортизаторной жидко-
сти происходит изменение ее динамической вязкости и незначительное изме-
нение значений плотности, которые возможно определить с использованием
выражения
   20 1    (Tнач  T ) , кг/м3, (11)
где ζ – коэффициент теплового объемного расширения технических жидко-
стей на основе нефти, 1/К;
ρ20 – плотность амортизаторной жидкости при температуре окружающей
среды, равной 20 °С, кг/м3;
Tнач – температура амортизаторной жидкости, равная значению плотно-
сти при 293 К;
T – температура амортизаторной жидкости, °С.
Значение коэффициента объемного теплового объемного расширения
технических жидкостей на основе нефти приведено в справочнике и выбира-
ется из таблицы при температуре 293 К.
Расход жидкости через дроссельные и клапанные отверстия рассчиты-
ваем исходя из выражений
2  Fi
Qo 3   д  S до, м3 /c; 12 
(  20 1   (Tнач  T ) )  Sв.i

Qo 4   кл  Sкл
2  Fi
м 3 /c;13 
(  20 1   (Tнач  T ) )  Sв.i
где ψд – коэффициент расхода жидкости через дроссельные отверстия;
ψкл – коэффициент расхода жидкости через клапанные отверстия;
Sдо – площадь проходного сечения дроссельного отверстия, м 2;
Sкл – площадь проходного сечения клапанного отверстия, м 2;
ρ – плотность амортизаторной жидкости АЖ-12Т (при 20° С), кг/м3.
Fi – сила сопротивления гидравлического амортизатора в режиме его ра-
боты на отбой либо сжатие, Н.
Объединив при расчетах все выражения зависимостей расхода жидкости
через элементы дроссельной системы гидравлического амортизатора в ре-
жиме «отбой», получим
4    ky  vп  dп   3
6      ky  l1  vп  dп  Sв(отб)   3  18
3(   l1  Sв(отб)  ( 20 1   (Tнач  T ))  ( д  Sдо  кл  Sкл )
Fотб 

436  Sв(отб)   2  l12  д 2  Sдо 2  Sкл 2  кл 2
  2  l12  д 2  Sвi 2  Sдо 2  кл 2  Sкл 2 
( Sвi  ( 20 1   (Tнач  T )))2( 20 1   (Tнач  T ))
, Н. 14 
 2  dп   6
Аналогично расход жидкости через элементы дроссельной системы гид-
равлического амортизатора в режиме «сжатие» рассчитываем исходя из того,
что расход жидкости через радиальный зазор поршень – цилиндр исключен:
k y 2  vп 2  Sв(сж) 2
Fсж , Н.15 
   k y  vп  d ш   32  д 2  S до 2  Sкл 2  кл 2 

3    l2

Sв(сж)  (  20 1   (Tнач  T ) ) 

На основании анализа
Силы сопротивления F, кН

FпредFотб
F(max)отбвыражений (13) и (14) по-
строена теоретическая за-
висимость изменения сил
3F(min)отбсопротивления гидравли-
ческого амортизатора от
2Fсжусловий внешнего нагру-
F(max)cжжения и температуры окру-
1F(min)сжжающей среды (рисунок 2).
243(-30) 246(-27) 253(-20)263(-10)
Температура амортизаторной жидкости, К(С)
Рисунок 2 – Теоретическая зависимость изменения сил сопротивления
гидравлического амортизатора от температуры эксплуатации
Установлено, что значения сил сопротивления гидравлического аморти-
затора выходят за пределы значений, установленных заводом изготовителем,
с отметки 246 К (-27 °С) и достигают 4022 и 1226 Н на отбой и сжатие соот-
ветственно, следовательно, в этих точках амортизатор становится неработо-
способным. Зоной со штрихованием отмечено, что гидравлический аморти-
затор работоспособен в диапазоне температур от 263 К (-10 °С) до указанной
линии, далее силы сопротивления превышают заданные значения в несколько
раз.
2. Расчет теплового баланса гидравлического амортизатора грузо-
вого автомобиля. За основу рабочего процесса гидравлических амортизато-
ров взят процесс преобразования механической энергии и энергии гидравли-
ческого трения в узлах в тепловую энергию. Образование тепловой энергии
внутри гидравлических амортизаторов зависит в большей степени от про-
цесса дросселирования амортизаторной жидкости через специальные кла-
паны. Однако эффективность работы гидравлических амортизаторов также
напрямую зависит и от их свойства поддерживать эффективную температуру
– поддержания теплового баланса, а именно, отведения избыточной теплоты
в атмосферу через наружные поверхности. Соответственно, уравнение теп-
лового баланса гидравлического амортизатора будет иметь следующий вид:
Qs  Qпов  Qнаг , Дж,(16)
где Qs – количество теплоты, выделившееся в амортизаторе за счет дроссели-
рования амортизаторной жидкости через систему клапанов при перемещении
поршня относительно стенок внутреннего резервуара, Дж;
Qпов – количество теплоты, отведенное с поверхности гидравлического
амортизатора, Дж;
Qнаг – количество теплоты, использованное для нагрева деталей гидрав-
лического амортизатора, Дж.
Количество теплоты, выделившееся в амортизаторе за счет дросселиро-
вания амортизаторной жидкости, определялось по выражению
Qs  kср  vп 2 , Дж,(17)
где kср – средний коэффициент сопротивления амортизатора, Н·с/м2;
vп – скорость перемещения штока гидравлического амортизатора, м/с;
Преобразовав уравнение (17), получим:
k k
Qs  отб сж  vпор , Дж,(18)
где kотб – коэффициент сопротивления амортизатора на ходе отбоя, Н·с/м;
kсж – коэффициент сопротивления амортизатора на ходе сжатия, Н·с/м;
Потери теплоты с поверхности гидравлического амортизатора описыва-
ются как
Qпов    (  D  L)  (Tам.ж  Tобд.п )  t , Дж, (19)
где α – коэффициент теплоотдачи, характеризующий интенсивность конвек-
тивного теплообмена Дж / (м2·К·с);
D – диаметр наружной стенки цилиндра гидравлического амортизатора,
мм;
L – длина цилиндра гидравлического амортизатора, мм;
Tам.ж – среднединамическая температура амортизаторной жидкости, К;
Tоб.п – среднединамическая температура обдувающего потока воздуха, К;
t – время работы гидравлического амортизатора, с.
Значения коэффициента теплоотдачи α, характеризующего интенсив-
ность конвективного теплообмена, получены в результате расчетов в пакете
программ SOLIDWORKS Simulation на основании рекомендаций.
Количество теплоты, потраченное на нагрев деталей гидравлического
амортизатора:
Qнаг  c  M  (Tам.ж.  Tобд.п ) , Дж,(20)
где с – удельные теплоемкости амортизаторной жидкости и деталей аморти-
затора, участвующих в теплообмене, Дж / (кг·К);
M – масса амортизаторной жидкости и деталей амортизатора, участвую-
щих в теплообмене.
Однако существующие модели расчета параметров гидравлических
амортизаторов не позволяют определить температуру амортизаторной жид-
кости при установившемся режиме движения автомобиля. При совместном
решении выражений (19), (20) и (21) получаем уравнение теплообмена гид-
равлического амортизатора при его работе на установившемся режиме, ко-
торое позволит определить среднединамическую температуру амортизатор-
ной жидкости:
(kотб  kсж )  vпор
Tам.ж  Tобд.п ,К(21)
2(  Fпов  t  c  M )
На основании представленной модели, описанной выражением (20), по-
строена теоретическая зависимость установившейся температуры амортиза-
торной жидкости от
температуры окружаю-
щей среды (рисунок 3).
Изменение темпера-
туры амортизаторной
жидкости происходит
несущественно, при
начальных температу-
рах Тнач =243 К (-30 ºС)
она увеличивается на 4
К, а при Тнач =253 К (-20
ºС) и Тнач =263К(-10ºС)
всего на 5 К.
Рисунок 3 – Зависимость установившейся температуры амортизаторной
жидкости от температуры окружающей среды
При понижении внешней температуры до 243 К (-30 ºС) температура
амортизаторной жидкости снижается практически до начальных температур,
что свидетельствует о значительном теплообмене поверхностей амортиза-
тора с окружающей средой.
3. Модель функционирования гидравлического амортизатора.
Для определения параметров функционирования амортизатора, а также
для проверки адекватности предложенной математической модели, произве-
ден комбинированный расчет гидравлического амортизатора с использова-
нием пакета программ SOLIDWORKS Simulation. Моделирование процессов
функционирования проводили
методом конечных элементов и
виртуальноготестирования
CAD-модели. При моделирова-
нии гидравлических и теплооб-
менных процессов программ-
ный комплекс использует стан-
дартный алгоритм расчета, до-
полненный частными производ-
ными. Функциональная модель
гидравлического амортизатора,
обработанного в программном комплексе представлена на рисунке 4.При
исследовании процесса прогнозирования поведения модели гидравлического
амортизатора в условиях силового нагружения и низких температур эксплуа-
тации установлено, что наиболее значимыми факторами являются темпера-
тура окружающей среды, а также скорость и величина перемещения штока.

Рисунок 4 – Графическое изображение моделирования температуры ра-
бочей жидкости в амортизаторе при его функционировании.
Другие факторы оказывали наименьшее влияние либо не соответствовали
предъявляемым требованиям.
В третьей главе «Методика экспериментальных исследований зако-
номерностей изменения сил сопротивления гидравлических амортизато-
ров грузовых автомобилей в условиях низких температур» изложена про-
грамма и методика их проведения. Программа исследований предусматри-
вает решение следующих вопросов: выявить зависимости изменения сил со-
противления гидравлических амортизаторов при эксплуатации в условиях
низких температур; собрать необходимые данные для расчета теоретической
модели функционирования гидравлического амортизатора и подтвердить ее
адекватность; используя теоретические предпосылки, разработать способ
обеспечения функционирования гидравлического амортизатора при низких
температурах эксплуатации; найти уравнение связи между выбранным пара-
метром функционирования и температурой амортизаторной жидкости. Ис-
ходя из поставленных задач, разработана и реализована следующая про-
грамма экспериментальных исследований:
1. Эксплуатационные испытания на грузовом автомобиле: установление
зависимости установившейся температуры амортизаторов от скорости пере-
движения автомобиля; эксплуатационные испытания амортизаторов с моди-
фицированной амортизаторной жидкостью.
Для проведения эксплуатационных испытания функционирования гид-
равлических автомобилей смонтирован измерительный комплекс (рисунок
4).
7Рисунок 4 – Структура
измерительного комплекса
для регистрации темпера-
турыэкспериментальной
1установки №1: 1 – устрой-
2ство контроля температуры
УКТ 38 Щ 4-ТП; 2 – преоб-
3разовательинтерфейсов
4ОВЕН АС-2М; 3 – преобра-
5зовательинтерфейсов
ОВЕН АС-4; 4 – персональный компьютер; 5 – гидравлический амортизатор;
6 – термопреобразователи различных модификаций.
2. Стендовые испытания гидравлических амортизаторов на лабораторной
установке: определение установившейся температуры амортизаторной жид-
кости в зависимости от температуры окружающей среды, от скорости и вели-
чины перемещения штока; измерение значений сил сопротивления от различ-
ных факторов; предварительные испытания модифицированной жидкости.
Структураизмерительного
комплекса лабораторной уста-
новки №2 представлена на ри-
сунке 5. В качестве физиче-
ского объекта исследований
был выбран гидравлический
амортизатортипа
П40.3.2905005. Выбор автомо-
биля КамАЗ обусловлен боль-
шой представленностью этой
марки в общей структуре парка
грузовых автомобилей и пер-
спективностью ее для страны.

Рисунок 5 – Экспериментальная установка №2
В результате исследований параметров функционирования амортизато-
ров и проведения анализа литературы были определены основные значимые
факторы, влияющие на функцию отклика – силу сопротивления на отбой и
сжатие (таблица).
Уровни и интервалы варьирования факторов
УсловныеУровни факторовИнтервал
Факторыобозначе-Кодварьирова-
ния-10+1ния
Температура окружающегоТX1-30-20-1010
воздуха, °C
Скорость перемещенияVштX20,260,390,520,13
штока, м/с
Величина перемещенияLштX320508030
штока, мм
Выбран композиционный симметричный трехуровневый план № 34, пла-
ном предусмотрено проведение 14 опытов с варьированием выбранных фак-
торов. Обработка опытных данных, полученных в результате эксперимента,
проводилась посредством регрессионного анализа.
В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований»
приведены результаты выполненных экспериментальных исследований и
проведен их анализ. Установлено, что температура амортизаторной жидкости
в режиме реальной эксплуатации при низких температурах изменяется в диа-
пазоне от 1 до 4 К. Увеличение скорости движения грузового автомобиля с
20 до 60 км/ч сопровождалось снижением установившейся температуры
амортизаторной жидкости, и она не превышала значений температуры окру-
жающей среды в исследуемом диапазоне низких температур (рисунок 6).
Аналогично при скорости движения автомобиля до 20 км/ч и температуре
окружающей среды 243 К (-30° С) нагрева амортизаторной жидкости также
не происходило в связи с низкой эффективностью перемещения элементов
подвески. При начальных температурах окружающей среды 243 и 253 К ве-
личины нагрева (∆3, ∆2 и ∆1) температуры амортизаторной жидкости соста-
вили 3, 3,5 и 4 К за промежуток в среднем около 30 мин, что является показа-
телем низкой эффективности функционирования амортизаторов.
Для подтверждения теоретических положений и обоснования значимости
факторов, влияющих на процесс функционирования амортизаторов, был про-
веден ряд экспериментов с использованием лабораторной установки №2.

Температура
амортизаторной жидкости, К
∆1Т =263К н ач
260∆2
Т =2 5 3 К
нач
250∆3Т =243К
н ач
204060
Скорость движения автомобиля, км/ч.

Рисунок 6 – Зависимость установившейся температуры амортизаторной
жидкости от скорости передвижения автомобиля.

Результаты экспериментальных исследований позволили установить, что
при увеличении скорости перемещения штока от 0,26 до 0,52 м/с происходит
наиболее интенсивное возрастание температуры амортизаторной жидкости
(рисунок 7).
ТемператураТемпература
амортизаторной жидкости, К(С)амортизаторной жидкости, К(С)
280(7)278(5)
275(2)273(0)∆1
Т нач=263К(-10С)
270(-3)∆1268(-5)
Т нач =263К(-10С)
265)-8)
263(-10)
260(-13)∆2∆2
Т нач =253К(-20С)258(-15)Тнач=253К(-20С)
255(-18)
253(-20)
250(-23)∆3
Т нач =243К(-30С)∆3248(-25)Тнач=243К(-30С)
245(-28)
243(-30)
240(-33)
205080
0,260,390,52
Скорость перемещения штока, м/с.Величина перемещения штока, мм.

Рисунок 7 – ЗависимостьРисунок 8 – Зависимость
установившейся температурыустановившейся температуры
амортизаторной жидкости отамортизаторной жидкости
скорости перемещения штокаот величины перемещения штока
Определено, что при Тнач = 243; 253 и 263 К изменение температуры со-
ставило 10, 14 и 15 К соответственно. При этом дросселирование жидкости
проходило в режиме непрерывного функционирования, без блокирования по-
движных элементов. Изменение величины перемещения штока в диапазоне
20; 50 и 80 мм при аналогичных начальных температурах испытаний 243 К(-
30°С); 253 К(-20°С) и 263 К(-10°С) приводит к нагреву амортизаторной жид-
кости на 7, 8 и 10 К соответственно (рисунок 8). Следовательно, оба этих фак-
тора оказывают значительное влияние на процесс функционирования гидрав-
лических амортизаторов.
Анализ данных по определению влияния низких температур на измене-
ние сил сопротивления на отбой и сжатие позволил установить, что темпера-
тура амортизаторной жидкости, при которой достигаются предельные значе-
ния сил сопротивления на отбой Fотб = 4022 Н и на сжатие Fсж = 1226 Н, со-
ставляет 246 К (-27 °C).
Значения сил сопротивления на отбой изменяются в диапазоне от 3230 до
4550 Н при максимальном допустимом значении 4022 Н. Силы сопротивле-
ния на сжатие находятся в диапазоне от 830 до 1410 Н при допустимом зна-
чении 1226 Н. Точкой Fпред также отмечено предельное состояние гидравли-
ческих амортизаторов, при котором происходит нарушение установленных
пределов функционирования. Так как между силами сопротивления аморти-
заторов на отбой и сжатие и основными факторами, такими как скорость и
величина перемещения штока, а также температурой окружающей среды су-
ществует функциональная связь, был реализован композиционный симмет-
ричный трехуровневый план для трех факторов. В результате исследований и
регрессионного анализа получено уравнение регрессии, представленное в
раскодированном виде выражением
Fi  3283,5  975,9Т  142,3vам  19,1Lшт  1,8T 2 
(22)
25, 2vам 2  0,13Lшт 2  151, 2Tvам  0, 03TLшт  25,8vам Lшт ,
где Т – температура окружающей среды, К;
vам – скорость перемещения штока гидравлических амортизаторов, м/с;
Lшт – величина перемещения штока, мм.
Анализ представленных на рисунке 10 зависимостей доказывает, что
наибольшее влияние на силу сопротивления оказывают температура окружа-
ющей среды и скорость перемещения штока.

Рисунок 10 – Зависимость установившейся температуры амортизатор-
ной жидкости от скорости передвижения автомобиля

Для обеспечения функционирования амортизаторов при саморазогреве
разработан способ, обоснованы состав и условия применения модифициро-
ванной жидкости, обеспечивающие функционирование амортизатора при
низких температурах в пределах, установленных конструкторской докумен-
тацией. В основе модифицированной жидкости используется амортизаторная
жидкость АЖ-12Т с добавлением модификатора ДТ-З-К5 от 5% и более от
общего объёма рабочей жидкости (рисунок 11). Анализ зависимости позво-
лил установить, что добавление модификатора в диапазоне от 5 до 20 % поз-
воляет значительно снизить силы сопротивления на отбой и сжатие.
5Однако для достижения
F о тб
Силы сопротивления, кН
4030Нтребуемых результатов тре-
буется увеличение содержа-
ния дизельного топлива до
25%. Использование модифи-
3на отбой Fдоп = 4022 Нцированной жидкости в про-
на сжатие Fдоп = 1226 Нпорции 75% АЖ-12 и 25%
F сжДТ-З-К5 позволяет умень-
21343Ншить силы сопротивления на
отбой и сжатие практически
1до предельных допустимых
0510152025значений, составляющих Fотб
= 4030 и Fсж = 1343 Н.
Содержание модификатора ДТ-З-К5, %
Рисунок 11 – Зависимость изменения сил сопротивления на отбой (Fотб)
и сжатие (Fсж) гидравлических амортизаторов при различном содержании
модификатора ДТ-З-К5 при температуре эксплуатации 243 К (-30 °С)

5Как показано на ри-
FпредFотб
сунке 12, при использова-
Силы сопротивления F, кН

F(max)отб
4нии модифицированной
рабочей жидкости в срав-
3F(min)отбнении со стандартной АЖ-
12Т удалось сохранить па-
Fсж
2раметры функционирова-
F(max)сжния гидравлических амор-
1тизаторов в указанном диа-
АЖ-12Т
F(min)сжпазоне низких температур.
0АЖ-12Т+ 25% ДТ-З-К5
246(-27)
243(-30)253(-20)263(-10)
Температура амортизаторной жидкости, К(С)

Рисунок 12 – Зависимость изменения сил сопротивления на отбой (Fотб)
и сжатие (Fсж) гидравлических амортизаторов при использовании рабочей
жидкости АЖ–12Т и с добавлением 25% модификатора ДТ-З-К5 при низ-
ких температурах эксплуатации.

Исследования предложенной жидкости с добавлением 25% модифика-
тора ДТ-З-К5 в соответствии с ресурсными испытаниями, регламентируемы-
мими разделом 5.9 ГОСТ 34339-2017, показали, что отклонения значений сил
сопротивления от эталонных не превышали 4% за 2 млн циклов, что свиде-
тельствовало о нормальном функционировании амортизаторов.
Для реализация выполненных исследований по обеспечению функциони-
рования гидравлических амортизаторов грузовых автомобилей, используе-
мых в сельском хозяйстве при низких температурах, разработана и внедрена
технологическая карта технического обслуживания гидравлических аморти-
заторов, приведенная в диссертационной работе. Целесообразным решением
также является внедрение дополнительных операций при проведении сезон-
ного технического обслуживания, выполняемых по регламенту с такими аг-
регатами, как ходовая часть, подвеска, рама и т.д.
Результаты полученных данных по обоснованию состава и условий при-
менения амортизаторной жидкости для автомобилей, используемых в сель-
ском хозяйстве при низких температурах, позволили увеличить среднюю тех-
ническую скорость на 21% и производительность на 18%. Годовой экономи-
ческий эффект от внедрения результатов выполненных исследований в усло-
виях сельскохозяйственных предприятий может составить до 23000 руб. на
один автомобиль.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Эффективность функционирования гидравлических амортизаторов
при эксплуатации грузовых автомобилей в условиях низких температур опре-
деляется тепловым режимом их работы. Нарушение теплового режима гид-
равлических амортизаторов приводит к существенному увеличению вязкости
рабочей жидкости и ухудшению эксплуатационных свойств. Адаптация
амортизаторов для условий низких температур окружающей среды возможна
за счет обоснования состава и условий применения рабочей жидкости гидрав-
лических амортизаторов.
2. В качестве технического критерия функционирования гидравлических
амортизаторов в условиях низких температур использовались силы сопротив-
ления на отбой и сжатие. Получены зависимости изменения сил сопротивле-
ния при температурах окружающей среды от 243 К (-30º С) до 263 К (-10º С),
которые изменяются на отбой от 3900 до 4800 Н и на сжатие от 800 до 1420
Н. Установлено, что значения сил сопротивления гидравлических амортиза-
торов на отбой и сжатие превышают нормативные значения при температу-
рах ниже 246 К (-27°С).
3. Разработана математическая модель процесса функционирования гид-
равлического амортизатора, учитывающая температуру окружающей среды.
В качестве значимых факторов также выбраны величина и скорость переме-
щения штока гидравлического амортизатора. Установлено, что в зависимости
от выбранных факторов в рассматриваемых условиях температура амортиза-
торной жидкости может изменяться на 4…14 К.
4. Разработаны и обоснованы состав и условия применения модифициро-
ванной жидкости гидравлических амортизаторов для низких температур
окружающей среды. Для условий Новосибирской области при низких темпе-
ратурах обоснован состав модифицированной жидкости в соотношении 25%
модификатора ДТ-З-К5 и 75 % АЖ-12Т. Максимальные значения сил сопро-
тивления при испытании амортизаторов с модифицированной жидкостью не
превышали 4030 Н на отбой и 1343 Н на сжатие. Проведены ресурсные испы-
тания гидравлического амортизатора с модифицированной жидкостью, по ре-
зультатам которых установлено, что отклонения значений сил сопротивления
от эталонных не превышали 4%;
5. Обоснованы и реализованы технология и техническое средство для се-
зонного технического обслуживания подвески автомобилей. Производствен-
ная проверка результатов исследований гидравлических амортизаторов вы-
полнялась в условиях предприятий ЗАО «Крутишинское», ООО «Соколово»
и ООО «Сибирская Нива», по результатам которых дана их технико-эконо-
мическая оценка. Внедрение результатов выполненных исследований позво-
лит увеличить среднюю техническую скорость транспортировки грузов на
21%, а также производительность на 18%. Годовой экономический эффект от
внедрения может составить до 23000 руб. на один автомобиль.
Рекомендации производству
Результаты выполненных исследований рекомендуется использовать
предприятиям при эксплуатации автомобилей в условиях низких температур
в АПК и других сферах, при разработке технических средств и мероприятий
по обеспечению эффективности эксплуатации автомобильного транспорта,
научно-исследовательским институтам, занимающимся вопросами подго-
товки и адаптации транспортных средств к суровым условиям эксплуатации,
а также в учебном процессе при подготовке и повышении квалификации тех-
нических специалистов в сфере АПК.
Перспективы дальнейшей разработки темы
Перспективным направлением дальнейших научных исследований явля-
ется использование модифицированной рабочей жидкости с добавлением со-
временных стабилизирующих вязкость присадок. Требуется также изучение
изменения функционирования гидравлических амортизаторов с примене-
нием модифицированной жидкости при высоких температурах эксплуатации.