Оптимизация профиля железнодорожного колеса. Оптимизация колеса что это

Оптимизация дисбаланса колеса

ОПТИМИЗАЦИЯ ДИСБАЛАНСА КОЛЕСА.У диска, как и у резины по отдельности, есть свой собственный дисбаланс, т.е. точки которые на шиномантаже обычно уравновешивают грузиками. Принцип оптимизации дисбаланса состоит в том, чтобы собрать колесо таким образом, чтобы точки дисбаланса диска и шины сами себя уравновешивали. Соответственно при таком раскладе грузиков требуется меньше.Чтобы отбалансировать колесо, его устанавливают на балансировочный станок, где оно раскручивается. После этого на экране монитора появляются данные о том, где именно слева и справа нужно установить балансировочные грузы и какой массы

Есть несколько способов, как произвести оптимизацию дисбаланса колес.Тот парень, который отбалансировал мне колесо с намного меньшим кол-вом грузиков проделал именно эту процедуру, а точнее ее простейший вариант:1) Вариант "На угад.Заключается в следующем. Если станок показал, что нужно вешать большое кол-во грузиков, то нужно начертить мелом на шине линию напротив соска. Разбортировать резину и диск, но не снимая резину с диска. Прокрутить резину относительно диска на N-градусов. Накачать колесо и отбалансировать на станке. Как правило после этого дисбаланс колеса становится меньше.Некоторые советуют пробовать поворачивать резину по 90гради смотреть на результат на станке, если не устраивает крутить еще на 90град и остановиться на устраивающем варианте. Другие советуют поворачивать на 120 град. Но большинство все же придерживается 180 град.Этот вариант называется "На угад", потому МЫ ПРЕДПОЛАГАЕМ, что если станок при первой прокрутке колеса показал сильный дисбаланс — это означает, что самая тяжелая часть диска и резины находятся близко друг к другу. Соответственно их надо развести по "разным углам". Чаще всего при смещении шины на 180град дисбаланс уменьшается. Проблема в том, что наши предположения могут быть не верны и повернув резину на 180град мы получим еще больший дисбаланс. Если так случиться, то возможно проблема в шине или диске. (ниже мы об этом поговорим подробнее). А так же можно попробовать повернуть шину на другой угол.Вообщем при таком варианте оптимизации дисбаланса мы достигаем не оптимального снижения дисбаланса колеса, но все же это лучше чем ничего.2) Сложный и точный вариант. Крутим на станке диск без резины. Вероятнее всего он имеет свой дисбаланс. Балансируем только диск без резины, клеим грузики. Далее одеваем на диск резину, накачиваем и снова на станок. На этом этапе мы имеем отбалансированный диск и неотбалансированную резину. После прокрутки колеса видим дисбаланс по резине и делаем пометки мелом в тех местах где имеются самые тяжелыем точки у резины. Снимаем колесо, разбортируем, сдвигаем резину относительно диска чтобы самые тяжелые точки резины встали напротив тяжёлых точек диска. Накачиваем колесо. Снимаем грузики, которыми балансировали только диск. Крутим и балансируем колесо.Минус только в том, что придется потратить доп. грузики на балансировку.3)Вариант — "Желтая метка" Условия необходимые для выполнения: диски и резина раздельно и на резине желтый кружок или треугольник.При монтаже новой шины на диск, желтую метку нужно совместить с самым тяжелым местом на диске. Обычно это то место, где крепится ниппель. Но это не факт, поэтому чтобы это проверить, крутим отдельно диск. Помечаем на нем самое тяжёлое место.Одеваем резину так, чтобы самое тяжелое место диска совмещалось желтой меткой на резине.Балансируем.Недостаток этого варианта в следующем: Не на каждой шине есть желтая метко. Но даже если у вас на диске есть желтая метка, может быть такое, что в нескольких сантиметрах от нее будет самое тяжелое место шины, просто оно не помечено. И наоборот.Кроме того на шинах с пробегом эта желтая маркировка-метка не так актуальна, поскольку, как правило, при износе автошины её баланс смещается.

pitstopkirov.ru

Куда кривые вывезут? — журнал За рулем

КЛУБ АВТОЛЮБИТЕЛЕЙ

Рейд

КУДА КРИВЫЕ ВЫВЕЗУТ?

Биение колес — национальная особенность российского автомобиля. Сотрудники «За рулем» отправились в шиномонтажные мастерские, чтобы посмотреть, как там справляются с этой бедой.

Михаил КОВРИГИН, Роман СОЛДАТОВ

Успокоить дергающийся в руках руль можно двумя способами: сбросить скорость километров до сорока, когда вибрация практически не ощущается, или обратиться за помощью к специалистам. Это явление и его причины им хорошо знакомы: силовая и массовая неоднородность шины вкупе с радиальным и боковым биением.

А как прикажете понимать эту заумь рядовому автомобилисту? Единственное, что ясно — это дисбаланс колеса (диска с покрышкой в сборе), вызываемый чаще всего неравномерным распределением материалов в шине.

Принято различать статический (рис. 1) и динамический (рис. 2) дисбаланс. В первом случае можно произвести балансировку колеса, свободно установленного на оси: тяжелое место уравновесить грузиками на диаметрально противоположной стороне колеса. Но для современного скоростного автомобиля этого мало — статически уравновешенное колесо может быть не уравновешено динамически. Что это значит, показывает рис. 2: если тяжелое место смещено в сторону от плоскости симметрии шины на расстояние l, то его центробежная сила Рцб стремится «опрокинуть» вращающееся колесо моментом Рцб.l. Значит, уравновешивающий грузик должен располагаться так, чтобы создать равный по величине момент обратного направления.

Насколько важна балансировка? Судите по простому примеру. Положим, для того чтобы статически уравновесить колесо, на обод нужно повесить грузики массой 60 г. Легко посчитать: на скорости 100 км/ч неотбалансированное колесо «на 13» будет с частотой 16 Гц бить по подвеске с силой 11,1 кгс!

Еще один фактор, способный вызвать вибрацию, — радиальное и боковое биение колеса вследствие отклонений его формы от чертежного. Об этом многие автомобилисты забывают, а может и не знают. Обратимся к рис. 3 и 4. Катясь по дороге, «некруглое» колесо за каждый оборот то приподнимает, то опускает кузов. Сделаем расчет для частного случая. Например, ось вращения 15-килограммового колеса по какой-то причине на один миллиметр не совпадает с его собственной осью. Это равносильно тому, что на обод идеально уравновешенного колеса мы «навесили» грузик в 83 г!.. Если вспомнить предыдущий пример, то центробежная сила такого грузика при скорости 100 км/ч составит 15,4 кгс! Выходит, отрицательный эффект от искажения геометрии колеса может быть даже больше, чем от привычного дисбаланса. Кстати, говоря о геометрии колеса, не стоит забывать о подшипниковом узле, на который оно установлено. Колесо может бить из-за дефектов ступицы, изгиба полуоси и т. д., а не только собственных!

И наконец, третий, наименее известный автолюбителям фактор — силовая неоднородность протектора и боковин шины по ее окружности (рис. 5) — отдельные участки покрышки с разной жесткостью. Если случалось использовать отремонтированную после пореза шину, то эффект от местного ее усилия жесткой заплатой хорошо ощутим.

Автомобилисту, далекому от всей этой «науки», тем не менее полезно знать: реальное колесо, в отличие от идеального, непременно обладает названными выше дефектами, но, пока они в пределах норм, определяемых ГОСТом, колеса вибрируют слабо и водитель не ощущает дискомфорта.

Упомянутая силовая неоднородность — на совести производителя (с этим владелец покрышки и мастера балансировки ничего не поделают — будет трясти), а вот с остальными недостатками могут побороться в шиномонтаже. Если захотят!

По правилам процесс происходит в четыре этапа: монтаж покрышки, проверка дисбаланса, оптимизация колеса в сборе и окончательная балансировка. Оптимизация — это подбор такого положения шины на диске, когда максимально компенсируются их взаимные отклонения от геометрического идеала. Но этот, не от хорошей жизни появившийся метод не подходит для легкосплавных колес (дисков) — их форма близка к идеальной. Отсюда и вывод: покупать роскошные легкосплавные диски под шины низкого качества вряд ли стоит. Наоборот, чем хуже геометрия шины, тем «кривее» должен быть диск. Только при таком сочетании их недостатки можно взаимно исключить. Но ведь не подгадаешь...

Каждый уважающий себя шиномонтаж располагает балансировочным станком. Сегодня даже самые простенькие из них измеряют дисбаланс с высокой точностью (до 1 грамма) и имеют специальные программы для легкосплавных колес. Более сложные устройства способны выполнить и оптимизацию. Техника XXI века — американский «Хантер GSP 9700». Он имитирует работу колеса под нагрузкой и измеряет радиальное и боковое биение с точностью до сотых долей миллиметра, выявляя к тому же силовую неоднородность шины. Запоминая параметры диска и шины, такой станок наилучшим образом подгонит их друг к другу. Правда, из-за высокой стоимости такое оборудование у нас пока не прижилось. Один «Хантер» нам удалось отыскать в столичной фирме «Евросив».

В стандартной компл

www.zr.ru

ГЕОМЕТРИЯ

ОПТИМИЗАЦИЯ:

Оптимизация проводится в том случае, если при монтаже покрышки на диск колесо имеет большое радиальное или осевое биение шины, которое превышает допустимые нормы.

Оптимизация - это поиск оптимального положения покрышки относительно диска, когда радиальное и боковое биение шины сводится к минимуму. При этом значения дисбаланса могут, как уменьшаться, так и увеличиваться, но главная задача в том, что бы найти положение, когда геометрия колеса в сборе будет как можно ровнее.

К сожалению, заводские рекомендации производителей шин и дисков по монтажу колёс не всегда приводят к оптимальному положению шины на диске, поэтому наши специалисты при балансировке всегда производят визуальный осмотр колеса и при необходимости осуществляют повторный демонтаж-монтаж шины. Добиваясь, тем самым, наилучших параметров геометрии колеса, что в свою очередь увеличивает срок его службы и комфорт при эксплуатации. Очевидно преимущество «круглого» колеса перед «квадратным».

ЗАЧИСТКА ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ ДИСКА:

В процессе текущей эксплуатации в наших не щадящих климатических условиях, а так же не редко вследствие оказания не качественных шиномонтажных услуг (когда в процессе монтажа шины на диск используется не соответствующие смазки) на посадочных местах колёсного диска (места контакта с покрышкой) образуется окись, ржавчина, происходит отслоение лакокрасочного покрытия диска.

Ржавчина (окись) появляется постепенно, и колесо по началу может не спускать, пока коррозия не станет сильной. Но стоит лишь только нарушить этот устоявшийся контакт (диск-ржавчина-покрышка), разобрав-собрав колесо и не почистив посадочные места диска и покрышки – герметичного соединения уже не будет.

Только при условии абсолютно чистых и гладких посадочных мест диска и покрышки можно гарантировать, что покрышка плотно прижмется к диску, а значит - колесо не спустит и шина хорошо «сядет» на диске, что важно при балансировке колес.

Сама идея бескамерного колеса основана на герметичном соединении покрышки с диском и помех этому соединению быть не должно!

ЗАМЕНА ВЕНТИЛЯ:

Вентиль (клапан накачки колеса) сделан из резины и эксплуатируется в неблагоприятных для неё условиях (вода, соль, солнце, нагрев диска). Поэтому со временем рассыхается, трескается, начинает пропускать. Так же постепенно окисляется место контакта вентиля с диском, что даже чаще приводит к стравливанию колеса. При замене вентиля это хорошо видно и легко устранимо.

Мы рекомендуем при каждой сезонной замене шин менять вентиль, это простая и не дорогая процедура поможет Вам лишний раз избежать незапланированного посещения шиномонтажной мастерской.

УСТРАНЕНИЕ ОСЕВОГО БИЕНИЯ ДИСКА:

Устранение осевого биения - это, другими словами – устранение «восьмёрки». Возникает это биение вследствие удара колёсным диском, как правило - боковой удар, иногда даже не сильный, например, удар об поребрик при парковке. К сожалению, часто «восьмёрку» можно наблюдать и на новеньких колёсных дисках – заводской брак. Поэтому мы практикуем и рекомендуем проверять новые диски на предмет биения перед монтажом шин. Визуального осмотра крутящегося и отцентрованного на балансировочном станке диска вполне достаточно, что бы оценить его геометрию.

Если присутствует биение и диск новый, то конечно его нужно обменять в магазине на ровный, поэтому всегда сохраняйте чек (это касается и шин). Если диск не новый или его невозможно обменять, в силу каких либо причин, то ремонт поможет исправить положение. Устранение осевого биения происходит путем изменения положения посадочной плоскости диска, на которой расположены крепёжные отверстия и отверстие под ступицу автомобиля, по отношению к плоскости обода, на который монтируется шина. Происходит это, как правило, путём нанесения смещающего удара в определённое место на диске.

Если «восьмерка» слишком велика - этот метод не поможет, и тогда диск выравнивают на станке, воздействуя на него прессом. Первый способ, несмотря на свою «простоту» (со стороны это даже немного шокирует, когда по диску наносят удар), требует от мастера большого опыта и в разы сокращает время ремонта диска.

Работы этого Мастера выше всех похвал!

9224545.ru

ПРОФИ - Сеть Шинных Сервисов

ОПТИМИЗАЦИЯ:

ЗАЧИСТКА ПОСАДОЧНЫХ МЕСТ ДИСКА:

ЗАМЕНА ВЕНТИЛЯ:

УСТРАНЕНИЕ ОСЕВОГО БИЕНИЯ ДИСКА:

profi-spb.ru

Оптимизация профиля железнодорожного колеса | Приволжский научно-образовательный центр суперкомпьютерных технологий

Руководитель проекта: Гергель В.П., декан факультета ВМК ННГУ им. Н.И. Лобачевского.

Описание задачи

Известно, что современные скоростные поезда развивают скорость свыше пятисот километров в час в максимуме и от двухсот в среднем. Протяженность железных дорог в России – чуть менее 100 тысяч километров, в Европе – более 200 тыс. километров. Компании ОАО «РЖД» принадлежит порядка 20 тыс. локомотивов и более 600 тыс. грузовых и пассажирских вагонов. Нетрудно видеть, что уменьшение износа колес и рельсового полотна на проценты может дать огромный экономический эффект, а повышение, например, устойчивости вагона в процессе движения позволит повысить безопасность и/или увеличить среднюю скорость движения. Итак, смысл оптимизации очевиден, но нужны ли здесь высокопроизводительные вычисления?

Траектория движения колесной пары

В процессе движения центр колесной пары вследствие конической формы колеса совершает синусоидальные колебания относительно линии, проходящей в середине рельсового полотна. Кинематические свойства контакта колеса с рельсом: радиус вращения, угол контакта, угол наклона колесной пары и др., – меняются при поперечном смещении колесной пары относительно рельса и определяются поперечной позицией колесной пары и профилями колеса и рельса.

Радиус вращения колеса в контактной точке может различаться для правого и левого колес, поскольку колесная пара смещается по рельсу.

Смещение колесной пары в перпендикулярном разрезе

Когда колесная пара находится в центральной позиции, радиусы вращения совпадают: r1= r2 = r. Отличие между радиусами вращения левого и правого колес может быть определено как функция бокового смещения колесной пары по отношению к ее центральной позиции dr(y)=r1(y)-r2(y).

Профиль колеса описывается с помощью B-сплайна, построенного на основе множества точек на кромке, основании кромки и поверхности качения колеса. Положение этих точек определяет профиль колеса. Положение точек наверху кромки и конической части профиля фиксируется, так как эти части колесного профиля не участвуют в контакте с рельсом (это, в частности, позволяет уменьшить трудоемкость задачи оптимизации, уменьшая размерность пространства поиска).

В качестве компонент вектора параметров задачи x выбраны ординаты zi подвижных точек сплайна, при этом абсциссы данных точек фиксированы. В описываемой задаче число подвижных точек, а, следовательно, и число переменных N = 11, границы изменения параметров [–1, 1]; минимизируется разность радиусов вращения, а ограничения вводятся из соображений устойчивости (например, одно из ограничений наложено на максимальный угол наклона колесной пары). Таким образом, возникает задача оптимизации с числом параметров N = 11, числом ограничений m = 6; целевая функция и функции ограничений – многоэкстремальные.

Модель профиля колеса в области контакта с рельсом

Ограничения аналитической формы не имеют и заданы функционально (в виде вычислительных процедур в пакете MATLAB). Вычисление значений входящих в задачу функций для одного набора значений параметров занимает более десяти секунд на современном процессоре (IntelXeon 3 ГГц).

Если оптимум искать, используя полный перебор на сетке выбранной точности, получим следующее. Взяв десять вариантов значения каждого из параметров (напомним, всего параметров 11) получим 1011 вычислений, что дает порядка 1012 секунд, то есть 3 года непрерывного счета на суперкомпьютере с 10 тыс. процессоров. Таким образом, сложность задачи такова, что высокопроизводительные вычисления не только являются необходимыми, но и должны в обязательном порядке дополняться эффективными численными методами решения для получения результата в обозримых временных рамках.

Полученные результаты

Описанная задача решалась с помощью параллельного индексного метода с множественной разверткой на кластере из 4-х компьютеров в технологическом университете г. Делфта. Покоординатная точность решения – 2-10, то есть 1024 точки по каждому параметру.

Была получена оценка оптимума φ*=2.7676. Время получения данной оценки – 27 часов, при этом значение функционалов задачи было посчитано 4 297 + 4 415 + 4 236 + 4 266 = 17 214 раз.

Расчеты, проведенные специалистами Технического университета г. Делфта для колеса оптимизированного профиля, показали, что его ресурс возрос до 120 тыс. км пробега (более чем в пять раз по сравнению с колесом оригинального профиля), а максимально допустимая скорость – с 40 до 60 м/сек.

hpc-education.unn.ru

Оптимизация характеристик колесных дисков с использованием технологии “андеркат” и разноширокие диски

Производство определенных моделей колесных дисков осуществляется с применением технологического процесса, называемого “андеркат”, который был представлен известным брендом WSP Italy. Эта технология - часть общего процесса изготовления наряду со сплавлением и окрашиванием. Результат использования данного технологического процесса присутствует в таких моделях, как Luxor, Cosma, Vesuvio, Pandora.

Если сравнивать с технологиями, используемыми ранее, то “андеркат” обладает целым рядом очевидных преимуществ:

• Оптимизация веса. Благодаря обработке областей на внутренней части диска удаляются лишние части металла, уменьшается вес колеса. Несмотря на это, уменьшение веса не влияет на стойкость к ударам и повреждениям.• Уменьшение расхода материала. Специальное токарное и фрезерное оборудование сконструировано таким образом, чтобы уделить особое внимание обработке областей вокруг спиц и отверстий болтов и гаек. Это минимизирует траты материала, при этом формы колес получаются более совершенными, чем их предшественники.• Увеличение прочности обода. Диск для колеса, изготовленный по технологии, способен выдерживать высокие нагрузки. К примеру, он может выдержать нагрузки больше, чем оригинальный, от завода-производителя автомобиля.

Нередко современные автомобильные концерны объединяют в себе несколько торговых марок для совместимости платформ авто, их деталей и запчастей для удешевления производства. Например, автомобильный концерн Volkswagen Group включает в себя Volkswagen, Audi, Porsche, SEAT, Skoda, и другие известные торговые марки. В связи с этим перед компанией WSP Italy стояла задача создать такую реплику, которая ни в чем не уступает оригинальным, а иногда бывает даже более прочной. Именно для этого была придумана технология Undercut. Она позволила укрепить обода литых дисков до такой степени, что их качество не уступает оригиналу.

Пользуется ли Undercut популярностью?

Мечта любого владельца автомобиля – приобрести красивые, легкие и прочные диски. С приходом андеркат автолюбители осуществили свое желание – в этом методе производства сочетаются легкость, прочность и статусный внешний вид.

Благодаря специальной обработке диск становится тоньше и легче, что приводит к уменьшению инерции колес во время движения автомобиля. Диски, произведенные по такой технологии, обладают ускоренной реакцией на разгон и торможение автомобиля. Это основные функции в процессе управления автомобилем, которые влияют на его технические характеристики. К примеру, чем тяжелее диски, тем меньше скорость разгона авто за секунду. Колеса, сделанные по технологии андеркат, минимизируют негативное воздействие на подвеску автомобиля, благодаря чему увеличивается срок ее эксплуатации. Автомобиль прослужит дольше, если беречь его подвеску.

Прочность и ударная стойкость – основные показатели, по которым владельцы автомобилей выбирают колеса. Благодаря технологии Undercut любители быстрой езды могут быть спокойны – стойкость дисков к ударам и повреждениям при попадании в ямы при этом методе производства максимальна. Показатель ударостойкости определен с учетом максимальных нагрузок. Прочность колес по технологии андеркат ничем не уступает по своим показателям кованым, которые используется для автомобилей премиум-класса.

Кому нужны колеса разной ширины?

Если говорить об установке разношироких колес, то многие водители считают такое новшество ненужным и вовсе бесполезным. Прежде всего, от подобного подхода выигрывает внешность автомобиля. Но главное то, что установка колес разной ширины позволяет полнее раскрыть потенциал и достоинства автомобиля, что очень важно для любителей спортивной езды.

Например, известно, что на многих спортивных авто именно задние колеса шире, по сравнению с передними. Фактическая площадь пятна контакта не меняется, но меняется форма. Так как шина становится более широкой, пятно контакта также расширяется, но уменьшается его длина. Более широкая область контакта с дорогой обеспечивает лучшее сцепление для ускорения и преодоления крутых поворотов, поэтому такие колеса часто устанавливаются на заднеприводные автомобили, увеличивая таким образом их производительность.

Широкие задние колеса характерны для таких авто с задним приводом, как Chevrolet Corvette, Ford Mustang Boss 302, Nissan 370Z и BMW M-серии.

Если верить словам разработчиков компании BMW, то благодаря установке более широких задних шин и дисков на автомобилях серии М увеличивается до максимума тяга при резком ускорении, а при разгоне на ведущие колеса передается еще больший крутящий момент без пробуксовки. Кроме того, более широкие шины (больше подвержены сопротивлению) лучше сопротивляются действию боковых сил в поворотах и поддерживают сцепление дольше, чем более узкие.

Судя по отзывам самих водителей, разница заметна. Те, кто поставил себе разноширокие диски и шины соглашаются, что выигрывает управляемость и безопасность в поворотах (при повороте на скорости четче траектория), получается трогаться без пробуксовки.

Однако в среде автовладельцев имеет место ошибочное утверждение, что широкие задние колеса увеличивают нагрузку на ступицу-подшипник – на самом деле это неправда, так как все разноширокие диски имеют разные вылеты.

Конечно, консерваторы готовы поспорить насчет практичности и по другим пунктам – мол, увеличивается вес дисков, дороже стоит резина, сами диски дороже, снижается комфорт, увеличивается расход горючего и т. д. Но кто казал, что спортивная езда основывается на комфорте и топливное экономичности?