Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния вопроса. цель и задачи исследования 10
1.1. Система технического обслуживания и ремонта по состоянию. Пути её совершенствования 10
1.2. Анализ факторов, влияющих на управляемость и устойчивость автомобиля 18
1.3. Обзор методов и средств диагностирования элементов, влияющих на управляемость и устойчивость автомобиля 25
1.4. Обзор методов корректирования периодичности технических воздействий 33
1.5. Выводы по первой главе 43
1.6. Цель, задачи и общая исследования 45
CLASS ГЛАВА 2. Теоретические исследовани CLASS я '. 47
2.1. Выбор и обоснование диагностических параметров при оценке управляемости и устойчивости автомобиля 47
2.2. Исследование закономерностей изменения геометрии установки колёс в процессе эксплуатации 56
2.3. Исследование надежности передней подвески и рулевого привода автомобиля 65
2.3.1. Надежность элементов передней подвески и рулевого привода автомобиля 65
2.3.2. Обоснование модели отказов элементов передней подвески автомобиля и рулевого привода 74
2.4. Методика построения модели поиска неисправностей, влияющих на устойчивость и управляемость автомобиля, с учетом его фактического состояния 77
2.5. Выводы по второй главе 85
CLASS ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования CLASS 86
3.1. Методика исследования 86
3.2. Выбор и анализ оборудования, используемого в экспериментальных исследованиях 89
3.3. Результаты анализа данных, полученных при проведении эксперимента 97
3.3.1. Анализ статистических данных по эксплуатационной надежности элементов передней подвески и рулевого привода автомобиля 97
3.3.2. Анализ статистических данных по влиянию геометрии углов на устойчивость и управляемость автомобиля 105
3.3.3. Анализ статистических данных по периодичности технических воздействий 112
3.4. Многофакторная модель влияния геометрии углов установки колес на устойчивость и управляемость автомобиля 117
3.5. Выводы по третьей главе 119
ГЛАВА 4. Разработка и реализация предложений по совершенствованию системы диагностирования, то и ремонта передней подвески и рулевого привода 121
4.1. Разработка методики формирования комплекса ТВ и алгоритма поиска неисправностей узлов и систем, влияющих на устойчивость и управляемость автомобиля 121
4.2. Методика диагностирования геометрии углов установки колес на стенде «HOFMANN» Geoliner 380 126
4.3. Обоснование оптимальной периодичности ТВ передней подвески и элементов рулевого привода 131
4.4. Обоснование оптимальной периодичности поверки диагностического стенда Geoliner 380 135
4.5. Расчет экономической эффективности внедрения результатов проведенных исследований 142
4.6. Выводы по четвертой главе 146
Общие заключения и выводы по работе 147
Список литературы 149
Приложения 162
- Обзор методов корректирования периодичности технических воздействий
- Методика построения модели поиска неисправностей, влияющих на устойчивость и управляемость автомобиля, с учетом его фактического состояния
- Многофакторная модель влияния геометрии углов установки колес на устойчивость и управляемость автомобиля
- Обоснование оптимальной периодичности ТВ передней подвески и элементов рулевого привода
Введение к работе
^ /
Актуальность темы. На отечественных предприятиях
автомобильного транспорта действует планово-предупредительная
система (ППС) технического обслуживания (ТО) и ремонта, которая
предусматривает проведение профилактических работ,
регламентированных «Положением». Такая система, наряду с очевидными преимуществами, обладает рядом существенных недостатков: высокой трудоемкостью и стоимостью работ, необходимостью содержания большого штата специалистов, наличием широкой номенклатуры технологического оборудования. ППС не учитывает техническое состояние систем и узлов автомобилей, поступающих на обслуживание и
возможностей полного использования их потенциального ресурса, что
существенно снижает эффективность эксплуатации автотранспортных
средств (АТС).
Проведенный анализ заездов автомобилей на посты диагностики
* ходовой части на станциях технического обслуживания (СТОА) в городе
Владимире «Владавтосервисе» и «БошАвтоСервисе» показал, что 37%
АТС имеют неисправности передней подвески и рулевого привода,
оказывающие непосредственное влияние на устойчивость и управляемость
автомобилей.
Решить указанные проблемы позволяет внедрение стратегии ТО и ремонта АТС по техническому состоянию, практическая реализация которой требует обоснования периодичностей и комплекса технических воздействий (ТВ), разработки алгоритмов и моделей поиска неисправностей.
В связи с вышеизложенным особую актуальность приобретает совершенствование методов поддержания автомобилей в работоспособном состоянии, в частности передней подвески и рулевого привода.
Цель работы - разработка системы ТО и ремонта передней подвески
и рулевого привода по техническому состоянию.
1 Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
-
Произвести выбор и обоснование диагностических параметров для оценки технического состояния передней подвески и рулевого привода.
-
Разработать математическую модель, позволяющую определить влияние углов установки колес на устойчивость и управляемость автомобиля.
-
Исследовать эксплуатационную надежность элементов передней подвески и рулевого привода, динамику изменения углов установки колес в процессе эксплуатации.
РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ )
БИБЛИОТЕКА [
СПстюбяН'/Т/.л*
-
Обосновать стратегию формирования комплекса ТВ по передней подвеске и рулевому приводу и сформировать алгоритм поиска их неисправностей.
-
Разработать методику корректирования периодичностеи выполнения ТВ по1 передней подвеске и рулевому приводу и дать общие рекомендации по их проведению.
Объектом исследования являются передняя подвеска типа Мак-Ферсон и рулевой привод автомобиля ВАЗ. Научная новизна работы заключается:
- в проведении теоретических и экспериментальных исследований
закономерностей изменения геометрии углов установки колес и
построении многофакторной модели их влияния на устойчивость и
управляемость автомобиля;
- в разработке методики корректирования периодичности ТВ передней
подвески и рулевого привода автомобилей на основе динамики изменения
углов установки колес;
- в разработке методики формирования комплекса ТВ и алгоритма
поиска неисправностей элементов ходовой части автомобиля.
Практическая ценность работы. Разработанная методика контроля технического состояния и корректирования периодичностеи выполнения ТВ позволяет обеспечить индивидуальный подход к каждому конкретному автомобилю и назначить режимы обслуживания рассматриваемых элементов в соответствии с их техническим состоянием.
Реализация результатов работы. Разработанные методики внедрены на СТОА г. Владимира, а также использованы в учебном процессе для студентов специальности 23.01.00 - «Сервис и техническая эксплуатация транспортных и технологических машин и оборудования» факультета автомобильного транспорта Владимирского государственного университета. Акты внедрения прилагаются к диссертации.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях «Научно-техническая конференция преподавателей, сотрудников и аспирантов посвященная 45-летию университета» (Владимир, 2003) и «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей» (Владимир, 2003).
Основные положения, выносимые на защиту:
- результаты экспериментальных данных по надежности основных
элементов передней подвески и рулевого привода, периодичности
обслуживания этих элементов, динамике изменения углов установки колес
в процессе эксплуатации;
54 ч ЧС1 *'<
многофакторная математическая модель, позволяющая определить влияние углов установки колес на устойчивость и управляемость автомобиля;
методика корректирования периодичности ТВ передней подвески и рулевого привода автомобилей, учитывающая динамику изменения углов установки колес;
- методика формирования комплекса ТВ и алгоритм поиска
неисправностей элементов ходовой части автомобиля;
- экономическая эффективность внедрения разработанной системы
поддержания автомобилей в работоспособном состоянии.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 173 страницы машинописного текста, 48 иллюстраций, 19 таблиц, 4 приложения и состоит из введения, четырех глав и общих выводов. Список литературы содержит 138 источников.
Обзор методов корректирования периодичности технических воздействий
Корректирование периодичности ТВ автомобиля производится с целью повышения безопасности движения и сокращения затрат на ТО и ремонт и заключается в изменении перечня операций и трудоёмкости работ в зависимости от конкретных условий эксплуатации.
Периодичность ТВ [70] - это нормативная наработка (в километрах пробега или часах работы) между двумя последовательно проводимыми однородными работами Д, ТО или ТР. Корректирование должно быть направлено на увеличение роли и значения диагностических работ за счет сокращения объёмов текущего ремонта.
Периодическое корректирование режимов ТВ становится возможным благодаря развитой системе отчетной документации по фактическим пробегам автомобилей и затратам на их ремонт, а также благодаря систематическому анализу получаемой информации об изменениях технического состояния автомобилей.
В первом разделе данной главы рассматривались планово-предупредительная система и система ТО и ремонта по «состоянию». В первом случае объём профилактических работ выполняется полностью и периодичность ТВ переходит в исполнительскую часть операции с коэффициентом повторяемости Ki=l. Во втором случае определяется периодичность контроля, а исполнительская часть операции выполняется по потребности в зависимости от результатов диагностирования, то есть 1 Кз 0.
Нормативы и методика расчета периодичности ТВ для планово-предупредительной системы производится согласно "Положению"[97] в зависимости от условий эксплуатации. Однако она не может быть применена для системы по «состоянию». Согласно [62,71,76,115,116], различают следующие методы определения (корректирования) периодичности ТВ: простейшие (методы аналогии по прототипу); аналитические, основанные на результатах наблюдений и основных закономерностях ТЭА; имитационные, основанные на моделировании случайных процессов и т.д. Наиболее известными и предпочтительными являются аналитические методы определения периодичности ТВ. Рассмотрим подробнее особенности некоторых из них. Метод определения периодичности ТВ по допустимому уровню безотказности [76,115,116]. Этот метод основан на выборе такой периодичности ТВ, при которой вероятность отказа F элемента не превышает заранее заданной величины, называемой риском (рис. 1.9). Вероятность безотказной работы Рд, при которой наработка на отказ больше назначенной периодичности обслуживания /0, определяет безотказность элементов автомобиля (транспортного средства). м Для агрегатов и механизмов, обеспечивающих безопасность движения, Яд = 0,9-ь0,98. Для прочих узлов и агрегатов, Ra= 0,85ч-0,90. Определенная таким образом периодичность значительно меньше средней наработки на отказ X и связана с ней следующим образом /0=/?х, (1.3) где р — коэффициент рациональной периодичности, учитывающей величину и характер вариации наработки на отказ, а также принятую допустимую вероятность безотказной работы /?д(табл. 1.1) Рассмотренный метод обладает рядом недостатков, среди которых можно выделить: неполное использование ресурса изделия, так как lo«X, а Яд изделий имеет наработку на отказ Ху / о ; отсутствие прямых экономических оценок последствий отказа (косвенный учет - при назначении риска F).
Этот метод относится к статистически-аналитическим. Из рис. 1.10. видно, что изменение определенного (любого) параметра технического состояния у группы автомобилей происходит по-разному (кривые 1-3, 5-7). Тот случай, который соответствует большей интенсивности изменения параметра технического состояния, чем средняя, называют максимально допустимым, т. е. где ад, а. - допустимое и среднее значения параметра; ju - коэффициент максимальной интенсивности изменения параметра технического состояния.
Методика построения модели поиска неисправностей, влияющих на устойчивость и управляемость автомобиля, с учетом его фактического состояния
Как было указано в главе 1, на устойчивость и управляемость автомобиля влияет большое число факторов, многие из которых являются потенциально управляемыми. Однако, если в момент обнаружения потери управляемости и устойчивости транспортного средства проверять и устранять все возможные причины (т.е. рассматривать всю совокупность причин как одну общую), то очевидно, что общая стоимость восстановления (трудоемкость контрольных и регулировочных работ и др.) будет весьма значительной.
Трудность заключается в том, что фактическая причина (фактор), которой вызвана рассматриваемая неисправность, нам не известна. Поэтому для сокращения затрат по обнаружению неисправности необходимо: во-первых, снизить стоимость обнаружения конкретной причины (или комплекса причин) за счет предварительного поэлементного диагностирования; во вторых, рационально сформировать само множество проверяемых факторов. Следовательно, необходимо разработать алгоритм последовательности проведения проверок и устранения отдельных управляемых факторов.
Обозначим неисправное состояние, вызванное потерей управляемости и устойчивости, через г, а исправное - через а. Тогда правило принятия решения о проведении ТВ запишется в виде 2 а - диагностирование и устранение рассматриваемых причин; [ 2 а - продолжение эксплуатации. Рассмотрим общую схему формирования многофакторной модели поиска неисправностей (рис. 2.13.). Из исходного множества различных факторов (причин) {Ф,} появления неисправностей за межконтрольный период может проявиться любая из них с определенной вероятностью Р (Ф/). При этом проявление отдельного фактора Ф, вызывает появление неисправности на определенную случайную величину z, (в %), характеристики которой (среднее z,- и дисперсия Д) могут быть определены по экспериментальным данным. Так как наработки до появление неисправности (отказа) имеют нормальное распределение, то согласно [29] вероятности Р(Фд будут определяться / (Ф,) = -S=H to A, (2.45) (JyjlK где х - интенсивность появления фактора Ф„ а- среднее квадратическое отклонение, а - математическое ожидание появления фактора.
Введем новую переменную у=(х-а)/а и назовем ее обобщенным показателем, характеризующим устойчивость и управляемость автомобиля. Данный показатель показывает, в какой степени влияет рассматриваемый фактор на устойчивость и управляемость автомобиля.
Пользуясь функцией Лапласа, преобразуем выражение (2.45) с учетом у получим За указанный период может возникнуть один или несколько факторов. Причем, степень влияния каждого фактора на конечный результат пока не известна, следовательно, нужно получить математическую модель, которая адекватно описывает изучаемый процесс. Для этого необходимо выявить степень влияния различных факторов на исследуемый параметр. В самом общем виде эта зависимость выражается с помощью уравнения регрессии вида [31] У = (р (X], х2 хт tlt t2, ..., tm w) , (2.47) где у - параметр оптимизации, а именно обобщенный показатель, характеризующий устойчивость и управляемость автомобиля; Х], х2 Ля сами факторы, управляемые независимые переменные; tj t2, ..., tm и w 80 переменные и постоянные, влияющие на параметр оптимизации, но не поддающиеся управлению.
Уравнение регрессии и ограничения, накладываемое на изменение варьируемых факторов, называют математической моделью. Математическая модель является отображением наиболее существенных сторон процесса. Все многообразие сочетания аргументов и определяет поверхность отклика (исследуемую функцию). Можно допустить, что в рассматриваемом пространстве функции линейны и могут быть выражены полиномом регрессии вида отработанных факторов в результате ранжирования; bj — коэффициенты модели (весовые характеристики), учитывающие степень влияния /-го фактора на функцию отклика (нарушение устойчивости и управляемости автомобиля); xt — относительные значения /-го фактора. Численные значения факторов (bj, Ьг, ..., Ьп) определяются по экспериментальным данным или по методу экспертных оценок, а коэффициенты (xj, Х2, ..., хп), по значению которых можно судить о величине влияния каждого из факторов на функцию отклика вычисляются с помощью методики планирования эксперимента [90]. Обозначим набор (комплекс) факторов через Ф/ , где / - многомерный индекс, то есть набор индексов отдельных факторов в комплексе. Например, для случая, показанного нарис. 2.13. Ф/ = [Ф;, Фб, Фу\ I = [1,6,7]. Очевидно, одновременное проявление большего количества факторов маловероятно, поэтому размерность индекса / можно ограничить (не более 3). При этом каждому многомерному индексу можно присвоить соответствующее число "номер комплекса", то есть перейти от многомерного индекса к одномерному.
Для каждого комплекса факторов можно рассчитать априорную вероятность Р(Фі) (вероятность гипотез до опыта) его появления во время принятия решения, которая будет равна произведению вероятностей, соответственно равных Р(ФІ) для присутствующих в комплексе факторов и [1 - Р(ФІ)] для отсутствующих, то есть
Появление комплекса Ф/ вызывает ухудшение устойчивости и управляемости автомобиля на относительную величину z \ , обусловленную совместным влиянием входящих в этот комплекс факторов. Если считать, что факторы, влияющие на боковой увод транспортного средства, независимы друг от друга, то результирующая действующая от комплекса факторов будет определяться то есть как сумма повышенных интенсивностей от отдельных факторов. Однако для ряда факторов, в силу их взаимодействия, результирующая интенсивности увода может отличаться от простой суммы. Поэтому в общем случае следует считать где коэффициенты qi для различных сочетаний факторов могут быть определены путем активного эксперимента или экспертного анализа.
Многофакторная модель влияния геометрии углов установки колес на устойчивость и управляемость автомобиля
В результате проведенных в данной работе теоретических и экспериментальных исследований была построена многофакторная математическая модель по влиянию геометрии углов установки колес на устойчивость и управляемость автомобиля. Данная модель разрабатывалась с учетом предложенной методики в п. 2.4, весовые значения которой определялись по данным экспериментальных исследований приведенных в п. 3.3.3.
Аналитически разработанная модель выглядит следующим образом .у = 0,39х, +0,31х2 +0,22х3 +0,08х4, (3.15) где у - обобщенный показатель, характеризующий устойчивость и управляемость автомобиля, xi - угол продольного наклона оси поворота колеса, Х2- угол развала, хз- угол схождения, Х4- перекос и смещение осей.
Графическая интерпретация разработанной модели (рис. 3.1S) дает представление о весовом диапазоне распределения факторов. Рассматривая весовой вклад каждого фактора модели на уровне среднестатистических значений, приходим к выводу, что доминирующую роль в формировании обобщенного показателя играет значение углов продольного наклона оси поворота колеса xi. Изменение его средневзвешенного значения на 10%, приводит к изменению функции отклика на 3,9%.
Второе место по отношению к показателю, характеризующего устойчивость и управляемость автомобиля, занимает угол развала колеса X?, Изменение данного фактора на 10% изменяет значение функции отклика на 3,1%.
Предпоследнее место в рассматриваемой математической модели с группой из четырех факторов занимает угол схождения хз. Изменение его средневзвешенного значения на 10% приводит к приращению функции на 2,2 %.
Наименьший весовой вклад из рассмотренных факторов вносит угол перекоса и смещения осей л: . Изменение его на 10% приводит к изменению значения функции отклика только на 0,8%.
Таким образом, в результате проведенных исследований впервые определены весовые значения геометрии углов установки колес на устойчивость и управляемость автомобиля. Построенная математическая модель оптимизирует процесс поиска неисправностей и периодичность их устранения.
- выполненный анализ диагностического оборудования для контроля и регулировки углов установки колёс позволил выявить, что в наибольшей степени для этой цели по своим техническим, метрологическим и экономическим характеристикам подходит стенд фирмы «HOFMANN» Geoliner380;
- высокая интенсивность отказов передней подвески и рулевого привода вызвана следующими основными причинами: несвоевременным выполнением контрольно-диагностических работ и последующих регулировочных операций; выпуском недоброкачественных запасных частей; низкой культурой эксплуатации автомобилей; неудовлетворительными дорожными условиями;
- к элементам, лимитирующим надежность передней подвески и рулевого привода автомобиля относятся, прежде всего, шаровые шарниры рулевых тяг и рычагов подвески при этом от 50 до 85% отказов приходится на пробег в интервале между очередными ТО;
- полученная линейная зависимость углов развала от схождения колес показывает, что отклонение их от допустимых значений (не более - 1 град.) может быть восстановлено регулировкой одного из них. Это, в свою очередь, позволяет специалистам избежать проведения ненужных регулировочных 120 операций и существенно снижает трудоемкость ТВ по передней подвеске и рулевому приводу;
- выполненные исследования по эксплуатационной надежности элементов передней подвески и рулевому приводу, динамике изменения углов установки колес и статистике заездов автомобилей на ТО позволяют установить оптимальные периодичности ТВ для переднеприводных автомобилей семейства ВАЗ (15000 км), что в два раза меньше рекомендуемой автозаводом;
- по данным теоретических и экспериментальных исследований построена математическая модель, позволяющая определить влияние углов установки колес на устойчивость и управляемость автомобиля.
Обоснование оптимальной периодичности ТВ передней подвески и элементов рулевого привода
Работоспособное состояние автомобилей существенно зависит от периодичности контроля технических параметров, поэтому она должна быть научно обоснованна и оптимизирована.
В основу разрабатываемой системы поддержания автомобилей в работоспособном состоянии положена рассматриваемая в главе 1 тактика по «состоянию». Как уже отмечалось выше, реализация такой системы предусматривает регламентный контроль технического состояния рассматриваемых узлов автомобиля, а устранение неисправностей осуществляется по результатам диагностирования.
Важнейшим условием повышения эффективности разрабатываемой системы является определение оптимальной периодичности диагностирования.
Под оптимальной периодичностью диагностирования в данном случае следует понимать такую периодичность, которая обеспечивает высокую надежность безотказной работы системы подвески и рулевого привода автомобиля при минимальных удельных затратах на их эксплуатацию.
При обосновании периодичностей ТВ возникает необходимость определения интервалов, в пределах которых производится корректировка. Требования к определению верхнего интервала значительно выше нижнего, так как от верхнего интервала зависит безотказность, а часто и безопасность движения.
Проблема определения верхнего интервала периодичности ТВ не может быть решена в отрыве от надежности узлов и систем, влияющих на устойчивость и управляемость автомобиля. Поэтому в данной работе верхний интервал в первую очередь устанавливался на основе экспериментальных данных о значениях средней наработки на отказ основных элементов передней подвески и рулевого привода, вероятности их безотказной работы, а также с учетом анализа периодичностей обслуживания и динамики изменения углов установки колес.
Второе условие, которому должен отвечать верхний предел интервала, заключается в том, что периодичность диагностирования должна быть увязана с основной периодичностью обслуживания автомобилей.
И наконец, третье условие заключается в том, что периодичность не может быть больше средней наработки на отказ наиболее критических элементов. Графическая интерпретация этого требования представлена на рис. 4.3, где наглядно показано, что все отказы, лежащие в распределении пробегов справа от величины т (искомой оптимальной периодичности обслуживания), будут предотвращены. Т Ь Пробег Рис. 4.3. Функция распределения пробегов между отказами.
Как показали проведенные исследования (п. 3.3) у автомобилей семейства ВАЗ с приводом на передние колеса, наиболее критическими из числа обслуживаемых при ТО являются шаровые шарниры рулевых тяг и рычагов подвески. Ресурс этих элементов составляет соответственно 16400 км и 33200 км. Поэтому согласно третьему условию верхний предел должен быть не более 16400 км.
С учетом анализа 1.4, для определения рациональной периодичности ТВ взят экономико-вероятностный метод, разработанный Г.В. Крамаренко и Е.С. Кузнецовым (рис. 4.4). Из рис. 4.4. видно, что оптимальная периодичность диагностирования составляет примерно 15000 км.
На базе этого метода в данной работе предлагается методика, предусматривающая производить оценку динамики изменения параметров технического состояния передней подвески и рулевого привода в процессе эксплуатации автомобиля. Согласно этой методике корректирование периодичности обслуживания производится индивидуально для каждого конкретного автомобиля.
Как показали теоретические и экспериментальные исследования, техническое состояние подвески и рулевого привода можно оценить по углам установки колес.
Поэтому в качестве показателя для корректирования периодичности обслуживания рассматриваемых элементов введено понятие коэффициента технического состояния подвески и рулевого привода, который определяется по формуле К = 3Т/3Р, (4.1) где Зт - текущее значение углов установки колес, измеренное на стенде для их контроля и регулировки, ЗР - рекомендуемое значение углов установки колес. Введение коэффициента К позволяет учесть особенности технического состояния передней подвески и элементов рулевого привода каждого конкретного автомобиля. Правомерность такого подхода подтверждается результатами ранее опубликованных работ [22,32,59-61 и др.]. В соответствии с методикой пробег до ТО определяется LTO = КЬд, (4.2) где La- пробег автомобиля до проведения диагностических работ. Коэффициент К показывает, во сколько раз оптимальная периодичность ТО больше или меньше среднего пробега до проведения диагностирования. Полученные значения LKTO и являются периодичностью ТО подвески и рулевого привода автомобиля, которая учитывает их техническое состояние.
Анализ полученных данных показал, что периодичность ТО рассматриваемых систем, может быть не только меньше, но и выше периодичностей, рекомендуемых заводом-изготовителем для менее изношенных и менее интенсивно эксплуатируемых автомобилей. Это в свою очередь доказывает, что предложенная методика отражает техническое состояние передней подвески и рулевого привода, обуславливая переход на систему по «состоянию».
