Влияние долговечности деталей на ресурс работы двигателя

Износ двигателя

Основной вопрос этой статьи – а не приводит ли езда на низких оборотах к преждевременному износу мотора? И, какие режимы самые «износообразующие».
Постановка экспертных испытаний, в целом, понятна. Двигатель – один и тот же: ВАЗовский «восьмиклапанник». Стенд, аппаратура, бензин и несколько канистр масла – каждый цикл испытаний требует его замены. Задача простая – надо «проехать» одно и тоже расстояние, с одной скоростью, но используя различные режимы работы двигателя. На разных передачах…
Как этого достичь? Ехать можно на одной и той же скорости, поддерживая обороты двигателя и 1500, и 2500, и даже 4000 об/мин. Чем выше обороты – тем ниже передача, важно, чтобы мощность, выдаваемая мотором, была бы одинакова. На стенде это сделать просто – крутящий момент измеряем по динамометру, обороты известны – следовательно, и мощность знаем. «Скорость» множим на моточасы, которые мы тоже фиксируем – вот вам и пробег.
С износом сложнее – придется каждый раз, после наработки двигателя на фиксированном режиме заданного времени, мотор разбирать и взвешивать основные детали, образующие узлы трения, это вкладыши подшипников и поршневые кольца. Плюс к тому – дополнительный промежуточный контроль, который будем проводить, определяя содержание продуктов износа в пробах масла. Нашли хром – стало быть, изнашиваются первые поршневые кольца; обнаружили железо – цилиндры и шейки вала; появилось олово – оно определит скорость износа вкладышей подшипников (поскольку входит в состав антифрикционного слоя); алюминий – следствие износа поршней и подшипников распределительного вала.
Двигатель отработал на заданных постоянных режимах с примерно одинаковой мощностью по 50 моточасов на каждом. Немного для ресурса, но мы получаем скорости износа, а дальше простой экстраполяцией оцениваем и примерный ресурс мотора. При этом обороты двигателя на циклах испытаний меняли от 1200 до 4000, то есть больше, чем в три раза. А потом нагрузку на мотор увеличили – и еще раз прогнали цикл. А потом – еще… Получилась объемистая таблица, где для каждой точки режима была записана своя скорость износа, причем разделенная по узлам – подшипникам и кольцам.

Так меняется средняя скорость износа первых поршневых колец двигателя при изменении режима работы

«Черные зоны» активного износа обнаружились сразу. Самые серьезные – когда на малые обороты накладывается большая нагрузка, и с высокой температурой масла. Скорость износа в таком режиме максимальна – как для подшипников, так и поршневых колец с цилиндрами. У двигателистов эта область называется зоной буксировочных режимов.
С ростом оборотов зона износа сразу стала уменьшаться и где-то при 1800 об/мин – исчезла. Все узлы трения «всплыли» на масляные пленки, прямой контакт между поверхностями деталей исчез – и с ним и скорость износа обратилась практически в ноль. Но надо понимать, что ноль скорости износа на графиках, не означает, что его нет, просто износ на этих режимах меньше погрешности измерения. На практике, конечно, не совсем так. Микрочастицы пыли, продуктов износа, сажи, проскочившие масляный фильтр, дадут какой-то износ и здесь.

А так – вкладышей шатунных подшипников

С увеличением частоты вращения коленчатого вала, зона износа снова начинает появляться и расти. В нашем случае – уже где-то с режимов 3800 об/мин при большой нагрузке, и дальше – прогрессирует. Причем, здесь износ подшипников и поршневых колец с цилиндрами ведет себя по-разному. Быстрее всего высокие обороты начинают чувствовать подшипники коленчатого вала. Почему? Дело в том, что с ростом оборотов резко увеличиваются нагрузки на подшипники – давление инерционных сил от оборотов зависит в квадрате. А вот кольца свой износ снова получают с больших частот вращения – где-то с 4500 об/мин, и там это связано в основном с ростом температуры масла.
Где же наиболее благоприятная зона эксплуатации мотора? У испытанных нами вазовских «восьмерок» (неважно, карбюраторных или впрысковых, восьми- или шестнадцатиклапанных), зона оптимальных оборотов, при которых мотор способен воспринимать любые нагрузки без какого-либо ущерба для себя, составляет примерно 2000…3000 об/мин. Тут мы учитываем, что исходное состояние двигателя может быть разным, да и моторные масла – тоже… Принцип простой – чем больше изношен двигатель, тем выше нижняя и тем ниже верхняя границы зон безызносной работы. Чем выше вязкость масла, тем с более низких оборотов можно безопасно грузить мотор. Но точных цифр нет – очень это индивидуально.
А как это соотнести с моторами другой размерности? Тут есть одна зацепка… В принципе, узлы трения мотора чувствуют не обороты, а линейные скорости перемещения поверхностей деталей. Есть такой параметр мотора – средняя скорость движения поршня, это произведение хода поршня на частоту вращения коленчатого вала, деленное на тридцать. Тот диапазон, который мы получили, примерно соответствует средним скоростям поршня 5…7 м/с. Это значит, что для «длинноходовых» двигателей, которых ход поршня больше диаметра, зона оптимальных режимов сместится в область более низких оборотов. Отсюда – и их «эластичность». У «коротокоходных» зона оптимальных режимов сместится в область более высоких оборотов.
Кстати, именно этот диапазон изменения средних скоростей поршня обычно закладывают для определения основных зон эксплуатации двигателей с большими ресурсами. Судовых дизелей, дизель-генераторов и т.д.
Так что – берите свою размерность, выполните элементарные действия, и приблизительно получите свой диапазон безопасных оборотов. Но это так, приблизительно…
А в целом, вывод понятен. Мотору вредны как низкооборотные режимы с тяжелыми нагрузками, так и экстремальные обороты. Александр Шабанов

Изначально новые вкладыши отработали на низких оборотах с большой нагрузкой. Износы не замедлили проявиться.

Весы точно покажут, какая часть вкладыша «ушла» в масло

Кольца также жестко контролируются по массе

Неисправности двигателей, которые влияют на долговечность и безотказность

Факторы, влияющие на долговечность работы двигателя:

1) износ ресурсных соединений;

2) накопление усталостных повреждений в ресурсных деталях;

3) изменение физико-механических свойств конструкционных элементов (таких как резиновые уплотнительные устройства, детали из неметаллических материалов, металлических деталей, эксплуатирующихся в высокотемпературной среде и прочее).

Чтобы увеличить долговечность следует снижать скорость протекания вышеописанных процессов.

Снижения скорости изнашивания достигают путём смазывания трущихся поверхностей деталей в подвижных соединениях, а также охлаждением деталей, которые работают в высокотемпературной среде.

Смазочная система. Режим смазывания деталей находится в зависимости от работы смазочной системы двигателя. Давление в главной масляной магистрали является одним из основных параметров, который характеризует работу смазочной системы. Давление понижается по мере износа соединений двигателя, в особенности подшипников коленчатого и распределительного валов (при одних и тех же скоростных и температурных режимах). В связи с вышеизложенным, давление масла в главной масляной магистрали двигателя является косвенным (диагностическим) параметром, позволяющим оценить состояние ресурсных соединений двигателя.

Также давление масла находится в зависимости от состояния приборов и агрегатов смазочной системы (манометр, масляный насос, сливной клапан) [таблица 2].

Таблица 2. Причины снижения давления масла в двигателе.

Диагностический параметрСтруктурные параметры (признаки)
Разрегулирован редукционный либо сливной клапан
Неисправен масляный манометр
Давление в главной масляной магистралиИзношены шестерни и корпус масляного насоса
Изношены подшипники распределительного вала
Изношены коренные либо шатунные подшипники коленчатого вала

Масло, которое подаётся к соединениям, проходит предварительную очистку от продуктов износа деталей, грязи, абразивных частиц, которые способствуют быстрому износу соединений. В связи с этим такая неисправность смазочной системы, как засорённость фильтров, требует периодического контроля.

Система охлаждения предназначается для поддержания оптимальных температурных режимов работы двигателя, которые влияют на изнашивание деталей, а также на процессы смоло- и нагарообразования.

Температура охлаждающей жидкости является косвенным (диагностическим) параметром состояния системы охлаждения. Причиной перегрева двигателя (повышенные температурные показатели) являются неисправности агрегатов и приборов системы охлаждения [табл. 3]. Перегрев двигателя также может быть вызван поздним впрыскиванием топлива либо поздним зажиганием.

Табл. 3. Неисправности системы охлаждения двигателя.

Диагностический параметрСтруктурные параметры (признаки)
Неисправен термометр
Ослаблено натяжение ремня вентилятора
Температура охлаждающей жидкостиОбразовалась накипь либо засорена сердцевина радиатора
Образовалась накипь на наружной поверхности гильз цилиндров
Поздняя подача топлива в цилиндры либо позднее зажигание

Неисправности двигателей, которые влияют на безотказность их работы. Безотказность двигателя определяется постепенными и внезапными отказами нересурсных агрегатов:

1) агрегаты системы пуска (пусковой двигатель с редуктором, стартер);

2) агрегаты системы питания (форсунки, топливный насос, топливопроводы);

3) агрегаты системы зажигания и электрооборудования (прерыватель-распределитель, генератор, катушка зажигания, искровые свечи).

Долговечность и ресурс авиационного ГТД

В общем случае процесс эксплуатации складывается из транспортировки к месту эксплуатации, хранения до установки на объект, подготовки к применению по назначению, технического обслуживания и ремонта. Период времени, который соответствует суммарной продолжительности всех фаз эксплуатации, называется сроком службы.

Различают срок службы до морального износа й технический срок службы двигателя. Моральным сроком службы называется свойство изделия сохранять высокие технико-экономические характеристики в условиях быстрого развития техники в период научно-технической революции. Технический срок службы – свойство изделия сохранять в течение заданного периода времени установленные технико-экономические и эксплуатационные характеристики.

Научно-техническая революция наложила определенный отпечаток на срок службы ГТД. С одной стороны, научно-технический прогресс обусловливает быстрое и непрерывное совершенствование конструкции отдельных узлов и систем двигателя. С другой стороны, совершенствование конструкции двигателя в рамках одной принципиальной схемы связано со значительным повышением стоимости двигателя. Так, например, относительная стоимость более поздних модификаций авиационных ГТД превышает стоимость ранних моделей двигателей в 2–4 раза. В связи с этим в процессе усовершенствования ГТД принято рассматривать несколько поколений двигателей с соответствующими техническими сроками их службы. Срок службы двигателей одного поколения составляет примерно 5–7 лет.

В техническом сроке службы ГТД важнейшей составной частью является продолжительность периода применения, количественной характеристикой которого является ресурс авиационного ГТД. Поскольку ГТД представляет собой сложную электрогидромеханическую систему, отдельные узлы и детали которой обладают своей индивидуальной долговечностью, то при установлении ресурса двигателя как системы следует исходить из определенной модели общей долговечности двигателя. Возможны три модели учета долговечности отдельных деталей и узлов при определении ресурса двигателя.

Первая модель, которую принято называть фиксированным ресурсом, предполагает, что ресурс двигателя определяется долговечностью наиболее слабого элемента, ресурс работы которого принимается за ресурс двигателя. Так, например, при минимальном (по сравнению со всеми деталями двигателя) ресурсе турбинных лопаток – tлоп = 6500 ч ресурс двигателя tдв = 6500 ч.

Вторая модель, которая называется средневзвешенным ресурсом, предполагает, что ресурс двигателя равен среднему ресурсу системы:

,

где ti – средний ресурс i-го элемента сложной системы; k – число элементов двигателя, определяющих ресурс системы. Так, например, если исходить из того, что гамма-процентные ресурсы основных элементов двигателя следующие: турбинных лопаток – 6500 ч, подшипников – 8300 ч, лопаток компрессора – 10 000 ч, дисков компрессора – 11000 ч, камеры сгорания – 11500 ч, дисков – турбины – 11500 ч, то средневзвешенный ресурс двигателя

tср = (8300 + 11 500 + 6500 + 11 500 + 10 000 + 11 000)/6 = 9800 ч.

Третья модель, которую принятоназывать дифференцированным ресурсом, предполагает возможность замены в процессе эксплуатации тех элементов двигателя, ресурс которых исчерпан. В этом случае ресурс системы принимается по наиболее надежному элементу, так как детали и узлы с меньшим ресурсом в процессе эксплуатации будут сниматься с эксплуатации и заменяться новыми. При таком подходе ресурс и срок службы двигателя становятся понятиями эквивалентными, поскольку состав ресурсных (сменяемых) деталей определяется преимущественно экономическими соображениями.

В связи с высокими требованиями к безопасности эксплуатации в гражданской авиации принята система фиксированного ресурса. При системе фиксированного ресурса ГТД снимаются с эксплуатации в гражданской авиации по выработке ресурса одним элементом двигателя, как правило лопатками газовой турбины, в то время как другие элементы двигателя еще имеют резервы долговечности.

В соответствии с этим для реализации располагаемого ресурса ГТД при его использовании в наземных установках имеются две возможности: одна состоит в использовании без предварительного ремонта тех двигателей, ресурс которых по условиям конкретной эксплуатации еще не исчерпан, а вторая – в использовании двигателей после ремонта, в результате которого элементы, выработавшие ресурс, будут заменены новыми. Таким образом, при использовании в рассматриваемой наземной установке принятой модификации ГТД необходимо выполнить анализ передаваемых из авиапредприятий двигателей с целью определения их остаточного ресурса. В строгой постановке задача определения остаточного ресурса деталей двигателя является проблемой исключительной сложности и должна решаться путем комплексного проведения экспериментального исследования характеристик прочности и нагруженности деталей, расчетного прогнозирования долговечности и ускоренных испытаний ресурсных деталей в составе двигателя. В оценочном аспекте остаточный ресурс можно определить приближенно по остаточной долговечности основных деталей двигателя, отказы которых приводят к нарушению работоспособности двигателя.

Как было показано, при анализе безотказности авиационных ГТД основными деталями, лимитирующими работоспособность двигателя, являются: компрессорные лопатки, подшипники, жаровые трубы камер сгорания, турбинные лопатки и диски, долговечность которых у современных двигателей существенно различна (рис. 2.6). Различная долговечность указанных узлов двигателя определяется прочностью деталей двигателя в реальных условиях эксплуатации.

Рис. 2.6. Относительная долговечность деталей ГТД

Под прочностью деталей машин, как известно, понимается способность деталей противостоять разрушению или выдерживать деформирование без разрушения [51]. Работоспособность деталей определяется двумя взаимосвязанными физическими явлениями: с одной стороны, величиной и характером внешнего эксплуатационного нагружения и, с другой стороны, способностью материала детали выдержать эти эксплуатационные нагружения [21, 27].

Читайте также:  Безопасная дистанция

Интенсивность эксплуатационного нагружения детали характеризуется действующими в ней напряжениями, которые равны отношению соответствующего внутреннего силового фактора вызванного внешним эксплуатационным воздействием, к геометрической характеристике сопротивляемости детали,

,

Возникшим в детали напряжениям нагружения противостоит сопротивляемость материала, количественной мерой чего являются характеристики прочности материала, которые устанавливаются, как правило, экспериментальным путем. Характеристики статической прочности обычно представляют в виде диаграммы растяжения (рис. 2.7).

Напряжения, соответствующие разрушению материала, на диаграмме растяжения, как известно, называются временным сопротивлением материала или пределом прочности sв. Значение предела прочности материала является предельным значением сопротивляемости материала действующим статическим напряжениям. В процессе эксплуатации указанная исходная прочность материала под воздействием различных факторов может изменяться.

Рис. 2.7. Характеристики статической прочности материалов:

а – диаграммы растяжения; б – относительные величины [sу – предел упругости;
sт – предел текучести; sв – временное сопротивление (предел прочности); sт и sв – деформации, соответствующие разрушению образца]

Наиболее существенное влияние на характеристики прочности материала оказывает температура (рис. 2.8). Как следует из приведенных данных, с увеличением рабочей температуры сопротивляемость материала действующим нагрузкам снижается и при высоких температурах для конструкционных материалов составляет 10—20 % от исходной прочности, Современные сплавы, например никелевые, имеют тенденцию к повышению механических свойств в определенном диапазоне повышенных температур с резким снижением свойств при еще более высоких температурах.

Рис. 2.8. Зависимость пределов прочности материалов от температуры:

1 – жаропрочная сталь; 2 – конструкционная сталь

На сопротивляемость разрушению деталей оказывает влияние характер внешнего силового воздействия, в зависимости от вида которого различают: статическое нагружение, при котором силовое или термическое нагружение осуществляется постепенно и затем не изменяется или изменяется медленно во времени; ударное нагружение, при котором силовое нагружение прилагается к детали мгновенно, в результате чего она работает в переменном динамическом режиме; циклическое нагружение, при котором нагрузка носит переменный регулярный или случайный характер; термоциклическое нагружение, при работе детали в переменном температурном поле; многокомпонентное нагружение, представляющее одновременное нагружение детали несколькими видами нагрузок.

Существенное влияние на сопротивляемость материала оказывает переменное нагружение, которое известно как явление усталости материала. На рис. 2.9 представлена диаграмма усталости металла. По современным представлениям об усталости имеются две зоны многоцикловой усталости: до 10 7 –10 8 циклов – зона интенсивного снижения сопротивляемости переменным нагрузка (в 2–2,5 раза); свыше 10 7 –10 8 – малоисследованная зона пределов усталости. Интенсивное снижение сопротивляемости материала происходит в малоцикловой области (10 2 –10 4 циклов нагружения), при котором исходная сопротивляемость материала существенно изменяется.

Рис. 2.9. Диаграмма усталости металла:

ось ординат – логарифм величины механических напряжений s; ось абсцисс – логарифм числа циклов N: I – зона малоцикловой усталости; II – зона многоцикловой усталости; III – зона больших чисел циклов;– – – – кривая выносливости, соответствующая вероятности разрушения (Рp = 0,5);——— – зона наиболее вероятного усталостного разрушения

На величину предельных напряжений оказывают влияние и другие эксплуатационные факторы, такие как повреждаемость поверхности детали, химическая и газовая коррозия и т. д. Так, например, появление рваных забоин на лопатках компрессора глубиной более 1,3 мм может существенно снизить прочность материала при циклическом нагружении. Большое влияние на предел выносливости лопаток осевого компрессора, изготовленных из высокохромистой стали, оказывают раковины эрозии. Эрозионные раковины возникают на поверхности лопаток при эксплуатации в определенных атмосферных условиях. На рис. 2.10 показаны результаты испытаний на усталость лопаток из, стали 13Х14НВФРА, имеющих раковины глубиной 0,15–0,2 мм и диаметром 0,2–0,4 мм, и новых лопаток только что изготовленных. Очевидно снижение среднего значения предела выносливости и увеличение рассеивания предельно допустимых переменных напряжений.

Рис. 2.10. Влияние раковин эрозии на выносливость лопаток осевого компрессора.
Ось ординат – частость (отношение числа неразрушившихся лопаток к общему, испытанному на данном уровне напряжения) п/т;ось абсцисс – величина переменных напряжений s: 1 – изношенные лопатки; 2 – новые лопатки

При известных предельно допустимых напряжениях материала работоспособность детали определяется их превышением над действующими эксплуатационными напряжениями [42].

Сложность гарантированного выполнения условия прочности состоит в том, что параметры функции действующих и предельных напряжений в процессе эксплуатации могут изменяться случайным образом. Действующие и предельно допустимые напряжения могут быть представлены некоторыми кривыми распределения, зона пересечения которых определяет область вероятного разрушения детали (рис. 2.11). С течением времени из-за повреждаемости деталей двигателя кривые распределения как бы смещаются навстречу друг другу, в результате чего возрастает вероятность их разрушения. При достижении разности наибольших действующих напряжений и предельно допустимых напряжений нулевого значения наступает в общем случае разрушение детали, что соответствует условиям разрушения: sпч – sн £ 0. При нормальном законе распределения действующих и предельно допустимых напряжений указанное уравнение может быть представлено так:

,

где , – средние значения предельно допустимых напряжений и эксплуатационных действующих напряжений; Sпч, Sн – средние квадратичные отклонения; ир–квантиль распределения напряжений, величина которого определяет вероятность разрушения. Связь квантиля нормального закона распределения с вероятностью безотказной работы имеет следующий вид:

uр–0,5–1–1,5–2–2,5–3–3,5
Рб.р0,5000,6910,8410,9330,9770,9940,99860,9998

Рис. 2.11. Характер изменения действующих и предельных напряжений
с течением времени эксплуатации t

Решая представленное уравнение относительно квантиля распределения, получим:

,

где – коэффициент запаса прочности по средним значениям предельно допустимых напряжений материала и эксплуатационных напряжений; gпч–коэффициент вариации предельных напряжений, gпч = Sпч/sпч;gн – коэффициент вариации действующих эксплуатационных напряжений, gн = Sн/sн.

Из полученного уравнения видно, что вероятность безотказной работы детали (без разрушения) тем больше, чем больше коэффициент запаса прочности и чем меньше отклонения значений напряжений в процессе эксплуатации от среднего значения. Значение предельно допустимых напряжений детали и напряжений ее эксплуатационного нагружения определяются материалом, конструкцией детали двигателя и условиями ее нагружения в составе двигателя. С позиций вероятностного подхода к прочности деталей машин рассмотрим основные представления о долговечности деталей двигателя, лимитирующих его дифференцированный ресурс.

Влияние долговечности деталей на ресурс работы двигателя

Долговечность двигателей внутреннего сгорания определяется моторесурсом, который устанавливают по сроку службы наиболее ответственных деталей и узлов, подвергающихся в условиях эксплуатации процессу нормального механического истирания. Износостойкость деталей дизелей зависит: от конструктивных факторов – качества материала, смазки и топлива, удельного давления в зоне трения, скорости относительного перемещения: деталей; от эксплуатационных факторов – температурного и скоростного режимов работы дизеля, частоты и качества фильтрации масла, воздуха и топлива.

Линейная величина износа цилиндровых втулок и поршневых колец D принимается пропорциональной среднему условному давлению трения Ртр и теплонапряжённости q соответствующих деталей

D= Kтр Ртр qht, (1)

где Kтр – коэффициент пропорциональности износа; h – скорость вращения вала дизеля, об./мин; t – время работы.

Предложение о линейной зависимости трущихся деталей дизеля от теплового потока справедливо лишь для повышенного теплового состояния.

Заменим тепловой поток q1 , входящий в зависимость (1) выражением

где tст, tв – температура охлаждающей жидкости и внутренней поверхности стенки цилиндра; °C; в – коэффициент теплоотдачи от стенки к охлаждающей воде, ккал/м2.

Тогда будем иметь линейную зависимость износа трущихся деталей от их температурного состояния, которая характерна лишь для нерабочей зоны температур стенки цилиндра. Hа рис. 1 приведена опытная кривая износа гильзы от температуры охлаждающей жидкости.

Рис. 1. Зависимость износа гильзы цилиндра от температуры охлаждающей жидкости

Испытаниями установлено, что приращение температуры внутренней поверхности стенки цилиндра двигателя находится в линейной зависимости от приращения температуры охлаждающей жидкости. Поэтому приведенную кривую износа так же можно представить как функцию температуры трущихся деталей. Из графика видно, что она аналогична вязкостно-температурной кривой смазочных масел.

Смазочное масло, покрывающее зеркало цилиндра приобретает температуру стенки. Температура коренных и шатунных шеек коленчатого вала зависит от температуры смазочного масла. Отсюда очевидно влияние на износ коленчатого вала и цилиндров двигателя теплового режима его работы, определяемого температурой охлаждающей жидкости и масла.

C повышением температуры охлаждающей жидкости и, следовательно, смазочного слоя, на зеркале цилиндра уменьшается вязкость масла. Это приводит к снижению силы трения и повышению механического к.п.д. Одновременно сокращается конденсация паров серной кислоты на стенках цилиндра и износ последних.

Однако уменьшение износа стенок цилиндра при повышении температуры жидкости ограничивается возможностью нарушения при высоких температурах стенок (tст- 160–80°C) целостности масляной пленки на зеркале цилиндра, сильного окисления масла и уменьшения радиального зазора между поршнем и зеркалом цилиндра.

Bследствие этого повышение температуры охлаждающей жидкости для каждого двигателя и применяемых сортов масел имеет свой предел, который колеблется у существующих конструкций дизелей в интервале 110–120°C.

B реальных условиях работы подшипников скольжения и особенно поршней дизеля наблюдается режим полужидкостного трения.

Масляный слой нарушается изменением давления и направления движения. При разрыве масляной пленки происходит износ сопряженной трущейся пары. Увеличение износа трущихся деталей сопровождается пропорциональным ростом работы сил трения. Учитывая это, можно записать:

где v – удельная работа сил трения.

При этом полагается, что трущиеся детали двигателя подвергаются нормальному процессу абразивного износа, а изменение геометрических форм трущихся пар не влияет на интенсификацию износа.

Изложенная концепция полностью согласуется с распространенным энергетическим критерием износа, представляющим отношение объема продуктов истирания к работе сил трения, а также с законом изнашивания.

где Ктр = f(l) – уравнение эпюры удельных давлений; Sтр – путь трения.

Количественной мерой износа трущихся деталей служит вес продукта абразивного износа или линейная величина механического истирания деталей. Kосвенной мерой величины износа в единицу времени d может служить удельная работа сил трения в двигателе:

, (4)

где mц – количество цилиндров; Fп – площадь поршня.

При предельно допустимом износе в эксплуатации в шейках коленчатого вала и гильзах цилиндров моторесурс дизеля составит:

(5)

Заменяя (5) известное выражение

(6)

, (7)

где i – коэффициент тактности, i = 1,2; Cm – средняя скорость поршня, м/с; Ртр – среднее условное давление трения.

Переменный сомножитель из удельных параметров

. (8)

Можно принять в качестве комплексного критерия долговечности двигателей при сравнительной оценке их на износ.

Рис. 2. Потери механической энергии на трение в зависимости от скорости вращения вала дизеля при различных температурах масла

Мощность механических потерь на трение можно представить в виде:

(9)

где Мс – момент сопротивления двигателя, н•м; v – угловая скорость вращения вала дизеля, рад/с.

Момент сопротивления прокручиванию вала двигателя приближенно выражается известной эмпирической зависимостью:

, (10)

где h – параметр абсолютной вязкости масла, н•с/м2; Кс – постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей двигателя. Тогда:

. (11)

Получены зависимости потерь механической энергии на трение в зависимости от температуры дизельного масла и скорости вращения вала дизеля Д 50 М (рис. 2).

Подставив выражение (11) в (5), получим ещё одну функцию моторесурса двигателя:

(12)

В отличие от функции (7), представляющей зависимость моторесурса двигателя от конструктивных параметров, эта формула отражает зависимость долговечности дизеля от режимов эксплуатации.

Для определения износостойкости важнейших трудящихся деталей дизеля наложенным энергетическим методом в формуле (3) заменим выражение удельной работы сил трения:

где m – коэффициент трения скольжения; r – нормальное удельное давление; n – относительная скорость скольжения.

. (14)

Произведение Рn принято считать мерой износа трущихся деталей. Для обеспечения их долговечности оно не должно превосходить норм, выработанных практикой.

При определении моторесурса двигателя по ответственным деталям и узлам, ограничивающим срок его службы и имеющим правомерный износ, представляет интерес лишь наибольшая величина их местных износов. Максимальный местный износ гильзы цилиндра находится в зоне камеры сгорания от трения первых поршневых колец, а у коленчатого вала – во внутренней образующей шейки (между щеками).

Условия работы сил трения в этих зонах и должны приниматься при практических расчетах. В соответствии с этим наиболее точное значение срока службы двигателя может быть получено по исходному выражению (14) с принятием местных значений коэффициента трения, скорости скольжения и нормальных давлений, создаваемых давлением рабочих газов на поршень и силами инерции движущего механизма.

Удельную силу трения mР в применении к трущимся деталям двигателя внутреннего сгорания выразим через постоянное по углу поворота кривошипа среднее за цикл давление трения

,

где Fп – площадь поршня; Fтрi – площадь рассматриваемой поверхности в дизеле дг – доля среднего давления трения, приходящаяся на рассматриваемую поверхность трения.

Работа сил трения распределяется в дизеле на трение: в цилиндрах (цилиндрических втулках bц= 0,55–0,65), в шейках коленчатого вала (в = 0,35 + 0,45) и в распределительном механизме к насосах всех систем (bпр =0,03 + 0,05).

Рис. 3. Кривые долговечности дизеля в зависимости от скорости вращения вала (а) и абсолютной вязкости дизельного масла (б)

Площадь проекции поверхности коренной шейки коленчатого вала

а окружная скорость ее скольжения

,

где dв и lв – диаметр и длина шейки.

Пренебрегая трением поршня о стенки цилиндра, площадь трения определим по поверхности соприкосновения колец с гильзой:

где hk – рабочая ширина поршневого кольца; mk – количество колец на поршне.

С учетом приведенных зависимостей получим следующее выражение моторесурса двигателя по износу коренных шеек коленчатого вала

(15)

и цилиндровых втулок

. (16)

Из формул (11) и (12) видно, что работа сил трения, а следовательно, и моторесурс двигателя внутреннего сгорания определяются в эксплуатации скоростным и температурным режимом его работы. На рис. 3а,б построены в соответствии с формулой (12) кривые долговечности дизеля в зависимости от скорости вращения вала и абсолютной вязкости дизельного масла. Кривые приведены для рабочего диапазона изменения n и .

Читайте также:  Головка блока цилиндров как головка блока цилиндров

Из полученных выражений видно, что моторесурс двигателя при переменных режимах работы не зависит от нагрузки. Входящая в отдельные выражения величина среднего давления трения не зависит от нагрузки и определяется тема же параметрами, что и момент сопротивления Ртр = f(n, h). Отсюда, режимы холостого и груженого хода при одинаковых h и h оказывают на долговечность двигателя примерно одинаковое влияние.

Таким образом, моторесурс дизеля не зависит от следующих основных факторов: степени форсирования, диаметра цилиндра, числа оборотов коленчатого вала, жесткости конструкции и заложенного в ней уровня напряжений, а также удельных давлений между трущимися поверхностями, что косвенно может быть оценено удельным весом двигателя. Значительное влияние на моторесурс оказывает применяемые сорта топлива и масла, режимы работы и пр.

Установим теперь зависимость моторесурса дизеля с помощью теории множественной корреляции от параметров , где Д – диаметр цилиндра (см); n – число оборотов коленчатого вала (об./мин), – показатель степени форсирования; gдиз – удельный вес дизеля (кг/э.л.с.). Зависимость моторесурса дизеля от каждого из аргументов Д, n, , Ддиз в начале устанавливалась методом парной корреляции, а затем было выведено уравнение множественной корреляции, учитывающее совместное влияние перечисленных выше параметров на долговечность дизеля.

В линейной корреляционной связи моторесурса и диаметра цилиндра показателем тесноты связи этих двух величин является коэффициент корреляции. вычисленный по формуле

, (17)

где rМД – коэффициент корреляции; m – количество исходных величин в статистической выборке.

При изучении корреляционной зависимости моторесурса дизеля от четырех факторов ограничимся наиболее простым и важным для практических расчетов случаем прямолинейной корреляции, описанной в общем виде уравнением:

. (18)

Для удобства расчета выразим все переменные и зависимости между ними в стандартизированном масштабе и, проведя ряд математических преобразований, получим систему нормальных уравнений:

;

;

;

.

где rмддиз., rмп – коэффициенты корреляции; β2, β3, b4, b5 – стандартизированные коэффициенты уравнения множественной регрессии; К – отношение .

Определив коэффициенты корреляции rдп, rдк, rдgдиз, rпк, rмgдиз, rкgдиз и используя ранее полученные коэффициенты парной корреляции, найдем численные значения стандартизированных коэффициентов. Подставив значения этих коэффициентов в стандартизированное уравнение

(19)

получим уравнение множественной корреляции, характеризующее зависимость моторесурса дизеля от Д, n, , gдиз

.(20)

Выводы

1. Полученную для расчета моторесурса формулу (20) можно применять для определения долговечности дизелей.

2. Указанная формула (20) справедлива для номинального режима работы дизеля. Зная среднее значение Р, Ре, g, Д при эксплуатации в определенных климатических зонах и при конкретных режимах работы дизеля, можно ориентировочно оценить влияние режимов эксплуатации на ресурс двигателя.

Влияние качества ремонта двигателей на их долговечность Текст научной статьи по специальности « Механика и машиностроение»

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Иванов В. П., Кастрюк А. П.

Определена зависимость послеремонтной наработки двигателей от основных гео-метрических параметров восстановленных деталей и сборочных единиц, включающих эти детали. Указаны направления повышения качества ремонта двигателей.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Иванов В. П., Кастрюк А. П.

Текст научной работы на тему «Влияние качества ремонта двигателей на их долговечность»

ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА РЕМОНТА ДВИГАТЕЛЕЙ НА ИХ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

В. П. ИВАНОВ, А. П. КАСТРЮК

Учреждение образования «Полоцкий государственный университет», г. Новополоцк, Республика Беларусь

В ряде работ ([1], [2] и др.), посвященных изучению влияния точности геометрических параметров деталей на долговечность агрегатов, установлено, что с увеличением этой точности послеремонтная наработка растет. Вместе с тем требования к точности восстановленных деталей уступают соответствующим требованиям к деталям при их изготовлении, при этом приводятся рекомендации о расширении допусков на геометрические параметры восстанавливаемых деталей и обоснование этих рекомендаций.

Качество ремонта машин может быть укрупненно оценено долей тех параметров, которые выдерживаются в нормативных пределах. Практика ремонта показывает [3], что в количественном выражении при восстановлении деталей обеспечивается меньше половины приведенных показателей. Эксплуатационные показатели (показатели назначения) отремонтированных агрегатов (развиваемая мощность, скорость перемещения звеньев, давление и расход сред и др.) соответствуют нормативам, однако эксплуатационный темп их изменения в худшую сторону превышает соответствующий темп изменения в агрегатах, введенных в эксплуатацию после их первичного изготовления.

Научный интерес представляет обоснование требований, при которых обеспечивается нормативная послеремонтная наработка агрегатов. Эти требования должны быть приняты в качестве ограничений при технологической подготовке ремонтного производства.

Цель работы заключалась в обосновании условий достижения нормативного ресурса двигателей, прошедших капитальный ремонт.

Методика выполнения работы

Для изучения послеремонтной наработки двигателей в зависимости от точности основных геометрических параметров деталей и соединений, которые определяют качество ремонта изделий, был проведен трудоемкий промышленный эксперимент в условиях ОАО Полоцкий завод «Проммашремонт». Содержание этого эксперимента следующее. Были выделены основные параметры, которые в наибольшей мере влияют на долговечность (послеремонтную наработку) отремонтированных двигателей ЗМЗ-53-11. В качестве этих параметров были выбраны следующие:

– несоосность средней коренной опоры блока цилиндров относительно крайних опор (х1), мм;

– несоосность средней коренной шейки коленчатого вала относительно крайних шеек (х2), мм;

– зазор в коренных подшипниках коленчатого вала (х3), мм;

– зазор в шатунных подшипниках коленчатого вала (х4), мм;

– зазор между гильзой и поршнем (х5), мм;

– нецилиндричность трущейся поверхности гильзы цилиндра (х6), мм;

– непараллельность осей отверстий шатуна (х7), мм/100 мм;

– неперпендикулярность осей юбки поршня и отверстия под поршневой палец (х8), мм/100 мм.

Работы выполнялись без вмешательства в технологические процессы и организацию восстановления деталей и сборки двигателей. Параметры х1, х2 и х6 измерялись на соответствующих деталях. Остальные параметры в виде замыкающих размеров соединений рассчитывались после измерения соответствующих размеров деталей, входящих в соединения, образующиеся при сборке двигателей (табл. 1).

Геометрические параметры двигателя, определяющие его долговечность

Параметры Средства измерения

Обозна- чение Наименование Размер- ность Пределы изменения

Хі Несоосность коренных опор блока цилиндров мм 0,01-0,06 Индикаторная скалка

*2 Несоосность коренных шеек коленчатого вала мм 0,01-0,05 Контрольный стенд с микрометром на штативе

Хз Зазор в коренных подшипниках коленчатого вала мм 0,02-0,07 Нутромер, микрометры

Х4 Зазор в шатунных подшипниках коленчатого вала мм 0,02-0,07 Нутромер, микрометры

*5 Зазор между гильзой и поршнем мм 0,01-0,07 Нутромер, микрометр

Хб Нецилиндричность трущейся поверхности гильзы цилиндра мм 0,01-0,04 Нутромер

*7 Непараллельность осей отверстий шатуна мм на 100 мм 0,01-0,15 Настольный индикаторный стенд

*8 Неперпендикулярность осей юбки поршня и отверстия под поршневой палец мм на 100 мм 0,01-0,10 Настольный индикаторный стенд

Области определения параметров ограничены слева минимальными значениями, установленными нормативной документацией на восстановление деталей, а справа -максимальными значениями, выявленными при их измерении. Большой интерес для исследования представляли случаи, когда значения параметров-аргументов существенно превышали нормативные, например, при выпуске продукции по особым санкциям. Отклонения параметров деталей от нормативных вызваны использованием запасных частей низкого качества, недостаточными возможностями металлорежущего оборудования и применением деталей ремонтного фонда, параметры которых согласно руководству по капитальному ремонту агрегатов уступали параметрам деталей, изготавливаемых на машиностроительных предприятиях.

Детали поступали на рабочие места сборки и устанавливались на двигатели. На каждый из этих двигателей составлялся формуляр, в котором были указаны детали, приведенные в табл. 1, со значениями их размеров. Работниками лаборатории надежности были налажены отношения с хозяйствами, в которых эксплуатировались двигатели, а по каждому двигателю были получены сведения о его наработке до предельного состояния. Были получены сведения по 45 двигателям.

Рассмотрение корреляционных полей зависимости послеремонтной наработки двигателей Ь от точности основных геометрических параметров деталей и соединений показало, что она существенно отличается от линейной. Между указанными величинами была принята степенная форма связи, которая содержит признаки линейной, параболической, гиперболической, показательной и других функций, в виде

Т — Луа1у a2v а3у а4у а5у абу а7у а8

Методика расчета значений показателей степеней и статистического анализа зависимости приведена в [4].

После логарифмирования зависимости и расчета значений коэффициентов регрессии получили зависимость послеремонтной наработки двигателей от точности основных геометрических параметров деталей и соединений:

Ь = 0,052х-°,541х2-°,417х-0,732х-0,919X-0,608х-0,340х-0,299х-0,316, тыс. км. (2)

Значимость показателей степеней уравнения (2) определяли путем сопоставления их с доверительным интервалом Да, значение которого вычисляли по формуле

где I – критерий Стьюдента; £в – квадратный корень из дисперсии воспроизводимости; п – число опытов, учитываемых для расчета дисперсии воспроизводимости.

Для вычислении £в учитывались значения функции, полученные при близких значениях аргументов, £в2 равно 0,0007263. При t = 2,571 (5%-й уровень значимости [4]) и п = 6 доверительный интервал Дв = ±0,0284. Все коэффициенты уравнения регрессии были признаны значимыми.

Проверку соответствия расчетной зависимости опытным данным производили с помощью дисперсионного отношения Г:

где Д – дисперсия адекватности.

При Д2 = 0,022342273 (36 степени свободы) и £2 = 0,0007263 (5 степеней свободы) Г = 30,7 (табличное значение критерия равно 2,45). Уравнение (2) адекватно описывает результаты экспериментального исследования.

Послеремонтный ресурс исследуемых двигателей изменялся от 38 до 154 тыс. км. Степень влияния факторов при изменении их в пределах шага варьирования (0,01 мм или 0,01 мм на 100 мм длины) на послеремонтную наработку агрегата образует ряд х4 ^ х3 ^ х5 ^ х1 ^ х2 ^ х6 ^ х8 ^ х7. Даже при таком небольшом изменении значений факторов в худшую сторону наработка агрегатов существенно снижается. Степень влияния изучаемых факторов (отношение максимальной наработки агрегата к минимальной) при изменении их в пределах области определения на ресурс агрегатов показана в табл. 2.

Степень влияния изменения геометрических параметров двигателя

на его долговечность

Наименование параметров Степень влияния

Несоосность коренных опор блока цилиндров 2,63

Несоосность коренных шеек коленчатого вала х2 1,96

Зазор в коренных подшипниках коленчатого вала х3 2,50

Зазор в шатунных подшипниках коленчатого вала х4 3,21

Зазор между гильзой и поршнем х5 3,25

Окончание табл. 2

Наименование параметров Степень влияния

Нецилиндричность трущейся поверхности гильзы цилиндра х6 1,83

Непараллельность осей отверстий шатуна х7 2,25

Неперпендикулярность осей юбки поршня и отверстия под палец х8 2,07

Последовательность влияния факторов в пределах их изменений на ресурс двигателей с учетом сведений указанной таблицы имеет вид: х5 ^ х4 ^ х1 ^ х3 ^ х7 ^ х8 ^ х2 ^ х6. Наибольшее влияние на долговечность двигателей оказывает начальный зазор между гильзой и поршнем и наименьшее влияние – расположение осей поршня и цилиндра как результат непараллельности осей отверстий шатуна и неперпендикулярности осей юбки поршня и отверстия под поршневой палец. Утверждения, приведенные в ряде исследований, о том, что существуют оптимальные значения параметров, отличные от минимальных и определяющие лучшие значения показателей качества, оказались неправомерными. Наблюдается непрерывное уменьшение ресурса агрегатов при отклонении в худшую сторону параметров от их нормативных значений.

Повышенная несоосность коренных опор блока цилиндров и коренных шеек коленчатого вала приводит к касанию трущихся поверхностей шеек и вкладышей и нарушению гидродинамического трения. В местах касания образуются условия полусухого и сухого трения с элементами схватывания и заедания, что приводит к повышенному изнашиванию поверхностей.

Увеличение зазоров в коренных и шатунных подшипниках коленчатого вала при постоянных значениях вязкости масла и режима работы двигателя требует роста оптимальной толщины масляного слоя. Однако при превышении зазоров в подшипниках оптимальная толщина масляного слоя уменьшается и возрастает влияние ударных нагрузок. При достижении зазора 0,25-0,30 мм наблюдается деформирование антифрикционного слоя, появляются наплывы и очаги локального разрушения.

В практике наблюдается износ гильз цилиндров до 0,4 мм в зоне остановки верхнего поршневого кольца. На основании гидродинамической теории смазки трудно установить допустимый износ отверстия цилиндра, так как детали работают в условиях между сухим и жидкостным трением и вибраций из-за периодического воздействия переменных по значению и направлению сил и недостаточной жесткости деталей. Износы трущихся поверхностей гильз и юбок поршней, а также торцовых поверхностей поршневых канавок коррелированы между собой. Износ этих элементов приводит к повышенному расходу масла, граничное значение которого определяет предельное состояние агрегата. Большой начальный зазор между гильзой и поршнем существенно снижает остаточную долговечность соединения.

Погрешности формы трущейся поверхности гильзы цилиндра в виде ее неци-линдричности и конусообразности достигают 0,12 мм. Замыкающий размер соединения «гильза цилиндра – поршень» обеспечивается групповой взаимозаменяемостью. Погрешности формы в этом случае должны составлять долю допуска размерной группы, а не долю допуска на изготовление детали. Влияние погрешности параметра выражается нарушением условий смазки и высоким давлением в местах контакта деталей.

Наименее изучено влияние непараллельности осей отверстий шатуна и непер-пендикулярности осей юбки поршня и отверстия под поршневой палец на долговечность двигателей. Эти параметры в сумме при прочих равных условиях обусловливают перекос оси поршня относительно оси цилиндра. Даже при непродолжительной работе отремонтированного двигателя с «перекошенными» поршнями на их юбках

видны смещенные следы касания с гильзами. Площадь этих участков тем меньше, чем больше перекос, она составляет часть номинальной площади касания деталей, поэтому участки контакта интенсивно изнашиваются до тех пор, пока их площадь не станет равной площади касания деталей, собранных без погрешности (перекоса).

Таким образом, геометрические параметры восстановленных деталей не должны уступать соответствующим параметрам новых деталей, заданных заводами-изготовителями. Технический уровень производственных участков ремонтного производства, которые проходят реконструкцию или техническое перевооружение, должен обеспечить неукоснительное выполнение нормативных значений геометрических параметров восстанавливаемых деталей. Полученная регрессионная зависимость применима для двигателей конкретной модели. Использование аналогичных зависимостей, найденных для двигателей других моделей, собранных из деталей с заданными отклонениями параметров от номинальных значений, позволяет прогнозировать их послеремонтный ресурс с высокой точностью. Мероприятия по достижению отремонтированными изделиями нормативной долговечности связаны с повышением точности базирования и обработки резанием ремонтных заготовок при восстановлении деталей.

Читайте также:  Замена наружного шруса и пыльника наружного шруса Skoda Fabia

1. Гурвич, И. Б. Эксплуатационная надежность автомобильных двигателей / И. Б. Гур-вич, П. Э. Сыркин, В. И. Чумак. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Транспорт, 1994. – 144 с.

2. Черноиванов, В. И. Организация и технология восстановления деталей машин / В. И. Черноиванов, В. П. Лялякин. – М. : ГОСНИТИ, 2003. – 488 с.

3. Иванов, В. П. Цена качества ремонта / В. П. Иванов // Механизация и электрификация сел. хоз-ва. – 1999. – № 7. – С. 23-25.

4. Львовский, Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул / Е. Н. Львовский. – М. : Наука, 1988. – 240 с.

Надежность автомобиля и ее основные характеристики

Надежность автомобиля — это свойство автомобиля выполнять заданные функции, сохраняя значения установленных эксплу­атационных показателей в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством, которое в зависимости от назначения автомобиля и условий его эксплуатации может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость в отдельности или определенное сочетание этих свойств как для автомобиля, так и для его агрегатов (систем, узлов и деталей), направленным на выполнение автомобилем рабочих функций с установленными показателями в течение ресурса до капитального ремонта.

Надежность автомобиля не остается постоянной в течение всего срока его службы. По мере изнашивания деталей, механизмов и агрегатов надежность уменьшается, так как вероятность выхода из строя деталей увеличивается. Новые автомобили всегда более надежны по сравнению с автомобилями, имеющими большой пробег или прошедшими капитальный ремонт. Следовательно, заданная степень надежности автомобиля рассматривается в связи с опреде­ленным пробегом. Надежность зависит также и от того, в каких условиях работает автомобиль.

При работе, например, на дорогах с твердым усовершенствован­ным покрытием надежность автомобиля больше, чем при работе по бездорожью. Надежность летом всегда выше, чем зимой, при прочих равных условиях. Поэтому, понятие «надежность автомобиля» тесно увязывается с условиями его эксплуатации. Надежность агрегатов и узлов определяется главным образом долговечностью деталей. Поэтому прежде всего необходимо широкое экспериментальное исследование, выявляющее детали, критические по надежности.

Современная наука и техника в области автомобилестроения позволяют обеспечивать ресурс основных агрегатов, в том числе двигателя до капитального ремонта и более, намного увеличивать наработку на отказ других агрегатов и механизмов. Повышение надежности автомобилей, обеспечение удобного доступа к обслужи­ваемым агрегатам и узлам, их совершенствование для облегчения обслуживания и ремонта, уменьшение количества точек смазки, увеличение периодичности технического обслуживания позволяют сократить простои автомобилей в техническом обслуживании и ремонте и тем самым повысить их производительность.

Автомобиль, как правило, рассчитывается на длительную работу. Разностойкость сопряжений агрегатов автомобиля требует периоди­ческих остановок для его обслуживания и замены наименее стойких деталей. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы эти остановки были реже и требовали минимальных трудовых и матери­альных затрат. Следовательно, надежность должна содержать не только вероятность безотказной работы в течение заданного времени, но и показатели, характеризующие выполнение работ по техниче­скому обслуживанию и ремонту в кратчайшие сроки с минимальными трудовыми и материальными затратами.

Уменьшить объем работ по техническому обслуживанию и ремонту и их трудоемкость можно либо за счет увеличения долго­вечности деталей, либо за счет приспособления конструкции автомобиля и его агрегатов к быстрой замене износившихся сопря­жений и узлов, т. е. за счет улучшения ремонтопригодности, либо за счет одновременного улучшения показателей долговечности и ремонтопригодности.

Долговечность деталей, узлов и агрегатов и ремонтопригодность конструкции автомобиля — это два мощных рычага, с помощью которых можно повысить его надежность на стадии проектирования и в процессе модернизации.

Проблема надежности обеспечивается на четырех основных этапах:

  • определение исходных требований к качеству новой модели с учетом уровня современной техники, имеющихся аналогов, конъюнктуры рынка и интересов потребителей
  • проектирование, т. е. разработка конструкторской документации, выполнение комплекс­ных стендовых и дорожных испытаний
  • производство
  • работа с потребителями (сбор информации о всех отказах и неисправностях, возникающих в процессе эксплуатации, упрощение и снижение трудоемкости технического обслуживания и ремонтных работ, обеспечение запасными частями)

При конструировании автомобилей должно соблюдаться правило, чем меньше ожидаемая долговечность той или иной детали сопряжения, тем большей ремонтопригодностью должна обладать конструкция автомобиля. Поэтому надежность автомобиля — кате­гория не только техническая, но и экономическая. Она должна отражать затраты общественно необходимого труда на создание автомобиля и поддержание его в работоспособном состоянии в процессе эксплуатации. Надежность зависит прежде всего от уровня технического оснащения завода-изготовителя, заводов — пocпоставщиков сырья, качества материалов, полуфабрикатов и готовых деталей. Решение сложных проблем надежности современных автомобилей невозможно без глубокого теоретического изучения физико-химических процессов, вызывающих износ и поломку деталей, и разработки на этой базе соответствующих практических рекомендации по конструированию, производству и эксплуатации автомобилей.

Принятые на серийное производство автомобили в течение всего времени нахождения их на производстве подвергаются заводами-изготовителями конструктивному улучшению с целью повышения качества и эксплуатационных показателей. Качество изготовления автомобиля определяется техническим и технологическим уровнями производства, квалификацией персонала, применяемыми материалами и уровнем организационно-управленческого регулирования производства. В условиях серийного и массового производства из­готовить бездефектные автомобили практически невозможно, потому что всегда имеются случайные факторы, которые являются причиной появления дефектов. Такими факторами могут быть погрешности технологического оборудования, инструмента, приспособлений, режимов обработки, материалов (например, неоднородность структу­ры), настройки измерительных средств. Таким образом, дефекты и неисправности новых автомобилей — объективная закономерность их производства. Проведение же сплошного контроля качества автомобилей, сходящих с конвейера заводов, практически невозможно и экономически нецелесообразно. Поэтому для определения показателей надежности необходимо осуществлять систематическое наблюдение за работой автомобилей в различных условиях эксплуа­тации в течение всего гарантийного и межремонтного пробегов. В этих целях, а также для отработки обоснованных нормативов по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей, наиболее по­лноотвечающих условиям эксплуатации в различных географиче­ских и климатических зонах страны, организуется опытная эксплуатация автомобилей.

Термины надежности

Исправность — это состояние автомобиля, при котором он соответствует всем тех­ническим требованиям, установленным нормативно-технической до­кументацией как в отношении основных параметров, характери­зующих нормальное выполнение заданных функций, так ив отношении второстепенных параметров, характеризующих внешний вид, удобство эксплуатации и т. д.

Неисправность — это состояние автомобиля, при котором он в данный момент времени не удовлетворяет хотя бы одному из тре­бований, установленных нормативно-технической документацией.

Работоспособность — это состояние автомобиля, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Значит, между работоспособностью и исправностью существует очень важное различие: исправность предполагает, что выполняются все требования, относящиеся как к основным, так и к второстепенным параметрам, установленным нормативно-технической документацией. Работоспособность характеризует только требования, относящиеся к основным параметрам. Требования, относящиеся к второстепенным параметрам, могут не выполняться. Так, например, автомобиль остается работоспособным, когда у него повреждены лакокрасочные или антикоррозионные покрытия, сгорела лампочка освещения щитка приборов и т.д.

Отказ и его виды

Отказ автомобиля можно также определить как полную или частичную утрату им работоспособности.

Полный отказ — это отказ, лишающий автомобиль подвижности.

Частичный отказ — это снижение эксплуатационных качества автомобиля.

Неисправности, устраняемые водителем в пути с помощью ин­дивидуального комплекта ЗИП и за время проведения ежедневного технического обслуживания, и неисправности, не влияющие на ра­ботоспособность автомобиля, в отказы не включаются.

В зависимости от причины появления отказы подразделяются на заводские и эксплуатационные.

Заводские отказы — это отказы, появившиеся по вине завода — изготовителя автомобиля. Они подразделяются на конструктивные и производственные.

Эксплуатационные отказы — это отказы, обусловленные нарушением правил эксплуатации и внешними воздействиями, не свойст­венными нормальной эксплуатации. Эксплуатационные отказы и неисправности при оценке надежности автомобиля не учитываются.

Отказы и неисправности, учитываемые при оценке надежности автомобиля, могут значительно отличаться по степени влияния на его работоспособность и сложности их устранения. Поэтому необходимо их классифицировать и по этим признакам.

По признаку «степень влияния на работоспособность» отказы и неисправности распределяются на три группы:

  • лишающие автомобиль подвижности
  • снижающие эксплуатационные качества
  • не влияющие на работоспособность автомобиля

К группе лишающих автомобиль подвижности относятся отказы, без устранения которых дальнейшее его использование невозможно (отсутствие подачи топлива, поломка буксирного крюка тягача и др.) или недопустимо (отсутствие давления в системе смазки двигателя, отказ тормозов и т. п.).

Неисправности этой группы являются полными отказами автомобиля. Их появление вызывает необходимость восстанавливать автомобиль на месте выхода из строя или буксировать в автотранс­портное предприятие.

К группе отказов, снижающих эксплуатационные качества, относятся отказы и неисправности, ухудшающие такие показатели, как время подготовки к движению, средняя скорость движения, грузоподъемность, проходимость, расход ГСМ и т. д., но допускающие использование автомобиля по назначению в течение некоторого времени.

К группе неисправностей, не влияющих на работоспособность, относятся неисправности, не ухудшающие основные характеристики автомобиля, не создающие неудобства при его эксплуатации и ус­транение которых может быть отложено до очередного номерного технического обслуживания (незначительные подтекания смазочного материала через уплотнения, трещины элементов облицовки, от­слоение лакокрасочных покрытий и т. п.).

Отказы как случайные события могут быть независимыми и зависимыми. Независимый отказ — это отказ, который не приводит к отказу других элементов автомобиля. Отказ, проявившийся в результате отказа других элементов, называется зависимым. Отказ может быть внезапным, если повреждения агрегатов автомобиля наступают мгновенно, и постепенным, в результате длительного, постепенного изменения параметров элементов (усталость металла, изнашивание поверхности и пр.).

Характеристики надежности

Сравнение надежности новых и капитально отремонтированных автомобилей, работающих в одинаковых условиях, может дать объективную оценку качества ремонта.

Количественные характеристики надежности одномарочных ав­томобилей, полученные различными автотранспортными предприя­тиями, но работающих в одинаковых условиях, являются достаточно точными характеристиками уровня технической эксплуатации автомобилей в конкретном автотранспортном предприятии.

Анализ характеристик надежности автомобилей позволяет выя­вить узкие места в организации и технологии технического обслу­живания и ремонта. Эти данные могут быть использованы для обоснованных заявок на запасные части и материалы.

Для характеристики надежности автомобиля в зависимости от конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов принимают систему критериев, позволяющих оценивать надежность всего автомобиля или отдельных его элементов в числовых пока­зателях. Только в этом случае можно сравнивать надежность различных марок и моделей автомобилей и вести работу по повышению их надежности.

Для обеспечения надежности автомобилей необходимо, чтобы показатели надежности задавались в техническом задании на про­ектирование и контролировались при разработке конструкции, из­готовлении и эксплуатации. Следовательно, для каждого типа автомобилей в зависимости от условий их эксплуатации должны уста­навливаться некоторая совокупность показателей надежности, значения и методы их количественной оценки.

Надежность автомобиля характеризуется четырьмя свойствами:

  • безотказностью
  • ремонтопригодностью
  • долговечностью
  • сохраняемостью

Безотказность — свойство автомобиля непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки.

Количественно оно оценивается вероятностью безотказной работы, средней наработкой до отказа, интенсивностью отказов, средней наработкой на отказ и параметром потока отказов.

Ремонтопригодность — свойство автомобиля, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстанов­лению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Количественно оно оценивается средним временем восстановле­ния, средней удельной трудоемкостью технического обслуживания и текущего ремонта, вероятностью восстановления работоспособности в заданное коэффициентом готовности, коэффициентом технического использования время и коэффициентом сложности отказов.

При сравнительной оценке различных типов автомобилей необходимо иметь в виду, что время их простоя в связи с проведением технического обслуживания или ремонта зависит от уровня орга­низации этих работ, их технического оснащения, квалификации персонала и ряда других факторов эксплуатационного характера.

Долговечность — свойство автомобиля сохранять работоспособ­ное состояние до наступления предельного состояния при установ­ленной системе технического обслуживания и ремонта.

Безотказность и долговечность — свойства автомобиля сохранять работоспособное состояние. Но безотказность — свойство автомобиля непрерывно сохранять работоспособное состояние, а долговеч­ность — свойство автомобиля длительно сохранять работоспособное состояние с необходимыми перерывами для технического обслужи­вания и ремонта.

Определение долговечности автомобилей, агрегатов, деталей должно осуществляться на стадии проектирования одновременно с оп­ределением эксплуатационных затрат на их техническое содержание.

Количественно долговечность оценивается средним ресурсом автомобиля до капитального ремонта, средней наработкой на отказ автомобиля за пробег до капитального ремонта, средней наработкой до капитального ремонта основного агрегата, гамма-процентным ресурсом.

Каждая новая модель автомобиля должна быть более совершенной по сравнению с предыдущей и соответствовать лучшим мировым образцам. Совершенство в данном случае определяется снижением суммарных удельных затрат на изготовление и техническое содер­жание, а также структурой этих затрат, т. е. возможным снижением доли затрат в эксплуатации. Одновременно определяются показатели долговечности, которые имеют, как правило, тенденцию к увеличению.

Долговечность автомобилей повышается в результате совершен­ствования их конструкции, технологии изготовления и улучшения организации технической эксплуатации.

Сохраняемость — свойство автомобиля сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортирования.

Основным показателем сохраняемости автомобилей должна быть вероятность сохранения безотказности. Этот показатель характеризует готовность автомобилей к немедленному выполнению транс­портной работы после определенного срока хранения.

Показателем сохраняемости является также средний срок сохра­няемости автомобилей при длительном хранении.

Перечисленные свойства отражают потенциальные возможности конструкции автомобиля. Они формируются при проектировании и производстве, являются внутренними причинами, от которых зависит степень надежности автомобиля.

Ссылка на основную публикацию