Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ литературных источников по повышению надежности автомобилей 6
1.1. Особенности надежности автомобиля 6
1.2. Показатели надежности 7
1.3. Законы распределения случайной величины 10
1.4. Классификация отказов автомобиля 12
1.5. Технологические средства повышения безотказности автомобилей КАМАЗ 14
1.6. Надежность автомобилей 16
1.7. Испытания автомобилей на надежность 20
1.8. Испытания подвески на надежность 22
1.9. Необходимость проведения диагностирования автомобилей 25
1.10. Диагностирование автомобиля 27
1.11. Классификация методов диагностирования подвески автомобиля 34
1.12. Диагностирование подвески автомобиля 3 6
1.13. Контролепригодность автомобилей к диагностированию 38
2. Теоретические исследования 42
2.1. Диагностирование передней подвески автомобиля КАМАЗ с помощью амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) 42
2.2. Диагностирование задней подвески автомобиля КАМАЗ 47
2.3. Определение стратегии диагностирования подвески автомобиля КАМАЗ 53
2.4. Вероятность возникновения отказа 58
3. Методика проведения исследований 62
3.1. Планирование наблюдений 62
3.2. Метод сбора эксплуатационной информации 64
3.3. Методы определения показателей безотказности 67
3.4. Методика лабораторных испытаний автомобиля КАМАЗ 71
3.4.1. Объект испытаний и оборудование для диагностирования 71
3.4.2. Диагностирование подвески автомобиля КАМАЗ 74
3.4.3. Экспериментальное определение вертикальных ускорений автомобиля КАМАЗ 77
4. Экспериментальные исследования 86
4.1. Показатели безотказности двигателя автомобиля КАМАЗ 86
4.2. Показатели безотказности трансмиссии автомобиля КАМАЗ 91
4.3. Показатели безотказности тормозной системы автомобиля КАМАЗ 96
4.4. Показатели безотказности рулевого управления автомобиля КАМАЗ 99
4.5. Показатели безотказности электрооборудования автомобиля КАМАЗ 102
4.6. Показатели безотказности шасси автомобиля КАМАЗ 104
4.7. Показатели безотказности автомобиля КАМАЗ 108
5. Адекватность теоретических и экспериментальных исследований. экономическая эффективность улучшения показателей безотказности 112
5.1. Проверка соответствия теоретического и фактического распределений вероятности безотказной работы 112
5.2 Адекватность теоретической и экспериментальной АЧХ 113
5.3. Адекватность стратегии диагностирования подвески заводским рекомендациям 114
5.4. Коэффициент технического использования автомобиля 115
5.5 Экономическая эффективность 116
Общие выводы 123
Литература 125
Приложения 138
- Технологические средства повышения безотказности автомобилей КАМАЗ
- Диагностирование задней подвески автомобиля КАМАЗ
- Методы определения показателей безотказности
- Показатели безотказности трансмиссии автомобиля КАМАЗ
Введение к работе
Большая часть перевозимых сельскохозяйственных грузов обеспечивается автомобильным транспортом. Это связано, в первую очередь, с большими территориями при возделывании сельскохозяйственных культур, бездорожьем, а также достаточно низкой, по сравнению с другими, себестоимостью перевозимых грузов. Наиболее распространенным средством для транспортировки этих грузов являются автомобили КАМАЗ. Они имеют достаточную грузоподъемность, обладают повышенной проходимостью, высоко маневренны. Согласно статистическим данным из 11800 автомобилей КАМАЗ, работающих в Волгоградской области, 7200 заняты перевозкой сельскохозяйственных грузов.
Автомобиль состоит из агрегатов, узлов, систем, деталей и может находится в состоянии работоспособности или неработоспособности. Работоспособность определяется надежностью автомобиля, то есть свойством, состоящим из безотказности, ремонтопригодности, долговечности и сохраняемости.
Безотказность — это свойство автомобиля непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого пробега.
Вероятность безотказной работы автомобилей закладывается при проектировании и изготовлении, а реализуется в процессе эксплуатации и ремонте.
Важной задачей при исследовании является определение уровня безотказности в условиях реальной эксплуатации и сравнение ее с уровнем заложенным при конструировании и производстве.
Для поддержания автомобилей в работоспособном состоянии необходимо знать отказы узлов и деталей, способы ремонта.
Информация полученная об отказах автомобилей при их эксплуатации дает более полное и достоверное представление о показателях безотказности, так как составленная математическая модель не в состоянии учесть множество факторов, приводящих автомобиль в неработоспособное состояние.
Имеющиеся научные и методические разработки по безотказности, как одному из свойств надежности, недостаточно полно учитывают влияние конструкторско-производственных, эксплуатационных факторов и их влияние на повышение надежности автомобилей.
Одной из важных систем автомобиля, обеспечивающих безотказность движения, надежность работы автомобиля является подвеска.
По оценке ведущих специалистов в области эксплуатации транспорта работа с неисправной подвеской снижает долговечность автомобиля более чем в 1,5 раза. Неисправная подвеска вызывает также увеличение вертикальных и угловых ускорений, резкие толчки и удары кузова о подвеску.
Работа с неисправными подвесками ухудшает управляемость, устойчивость автомобиля и снижает безопасность его движения.
Вследствие вибрации рамы нарушается соосность двигателя и коробки передач автомобиля, ослабляются крепления корпусных деталей.
Из всего сказанного следует, что диагностирование подвески имеет большое значение в повышении надежности автомобилей и особенно большой грузоподъемности типа КАМАЗ.
Проблеме повышения безотказности автомобиля КАМАЗ посвящена настоящая работа.
Технологические средства повышения безотказности автомобилей КАМАЗ
Анализ литературных источников по повышению безотказности автомобилей показал, что исследования по комплексному изучению безотказности указанных автомобилей отсутствуют.
С целью повышения надежности автомобилей проводятся научные исследования по различным узлам и деталям.
В работе [2, 116] исследовано повышение долговечности коленчатых валов двигателей КАМАЗ-740 путем оптимального использования ремонтного припуска при восстановлении коренных и шатунных шеек методом ремонтных размеров.
Разработан и создан технологический процесс восстановления коленчатых валов и внедрены в производство образцы комплектов коренных и шатунных подшипников двигателя автомобиля КАМАЗ. Все это позволило повысить их долговечность в 2 раза.
Работа [17] посвящена повышению долговечности пластинчатых гидронасосов гидроусилителя рулевого управления автомобиля КАМАЗ методом электроискровой обработки при ремонте деталей лопастного насоса гидроусилителя. Интенсивность изнашивания поверхностей, обработанных электроискровой обработкой выбранными электродами на рациональных режимах, в 10,66...20,53 раза ниже по сравнению с необработанными.
Следует заметить, что такой синергетический результат надо воспринимать с некоторой настороженностью.
В Саратовском государственном аграрном университете выполнена научно-исследовательская работа Светличным Н.И. под руководством профессора Загородских Б.П. по повышению надежности двигателей КАМАЗ путем снижения отказов шатунных подшипников в эксплуатации [110].
Долговечность шатунных подшипников двигателя КАМАЗ повышена путем совершенствования смазочной системы. Для снижения отказов в эксплуатации, вызванных проворачиванием шатунных подшипников, обоснована предупредительная замена коренных и шатунных вкладышей на номинальные или утолщенные на 0,05 мм, для чего разработаны новые типоразмеры ремонтных вкладышей.
Внедрение полученных разработок позволило увеличить наработку на отказ автомобилей КАМАЗ на 26%, снизить количество отказов, вызванных проворотом шатунных вкладышей на 23,6%, уменьшить возврат двигателей в гарантийный период более чем в 4 раза.
В Волгоградском техническом университете профессором Новиковым В.В. ведутся работы по повышению виброзащитных свойств подвесок автотранспортных средств за счет изменения характеристик пневмогидравлических рессор и амортизаторов различных автомобилей в том числе и спортивного автомобиля КАМАЗ с регулируемым по фазе колебаний демпфером пневмогидравлической рессоры.
Внедрение этих разработок повысит плавность хода АТС и, как следствие, их надежность, т.е. безотказную работу и долговечность всего автомобиля.
В работе [118] эксплуатационную надежность автомобиля рекомендуется повысить применением двухтопливной системы питания.
В работе [131] исследовано повышение надежности ведущих мостов автомобилей путем восстановления корпусных деталей бандажированием.
Выполнены исследования надежности автомобильных трансмиссий [125], т.е. в комплексе изучена надежность агрегата, но не всего автомобиля. Исследованию надежности автомобильных гидропередач посвящена работа [127]. Приводятся результаты исследований по повышению надежности гидромуфт и гидротрансформаторов за счет улучшения качества механической обработки турбинных и насосных колес.
Повышение надежности автомобилей имеет огромное значение не только с экономической точки зрения, но и по влиянию на безопасность дорожного движения [79].
Рассмотрим три основных вида надежности: на стадии проектирования, изготовления и эксплуатации.
Проектно-конструкторские отказы обусловлены недостаточностью: прочности, жесткости конструкции, износостойкости, твердости. В отдельную группу можно выделить проектно-технологические причины, обусловленные неправильным выбором материала, термообработки, шероховатости, посадок, нетехнологичностью монтажно-ремонтных работ [11,89,90,91].
Надежность при проектировании можно обеспечить проведением различных мероприятий [29, 32]: - узлы и механизмы, составляющие автомобиль необходимо компоновать так, чтобы они имели минимальное количество деталей; - повышение надежности каждой детали; - использование стандартных деталей; - правильный выбор режима работы.
Нагруженность трансмиссии автомобиля зависит от выбора коэффициента запаса муфты сцепления Р 1. При большом запасе р трансмиссия нагружается значительными динамическими нагрузками. Или, например, надежность тормозного механизма повышается, если предусмотрено автоматическое поддержание зазора между колодками и тормозным барабаном; - резервированием деталей, т.е. избыточность в интересах обеспечения надежности. Резервирование может быть структурным и нагрузочным. Структурное резервирование требует создания избыточных деталей. Нагрузочное резервирование - это способность детали воспринимать дополнительные нагрузки. Структурное резервирование ведет к увеличению массы, объема и стоимости агрегатов.
Диагностирование задней подвески автомобиля КАМАЗ
Рассмотрим колебательную систему, эквивалентную задней части трехосного автомобиля КАМАЗ. При работе рессоры задней балансирной тележки лишь частично выполняют функцию направляющего устройства. Неподрессоренные массы мостов удерживаются реактивными штангами. В связи с этим на схеме можно рессоры представить упругой цилиндрической пружиной и жестким балансиром. При шинах высокого давления деформация шин незначительна и колебания мостов невелики и их можно не учитывать. С учетом этих допущений колебательная система, эквивалентная задней части трехосного автомобиля будет выглядеть в следующем виде [135]: В дальнейшем неподрессоренная масса каждого моста будет записываться как т2 и т3, но при этом следует иметь в виду, что в каждую из них включается 0,5 массы рессор балансирной тележки. Исключая из рассмотрения инерционные связи колебаний среднего и заднего мостов, приводя массу балансиров к массам мостов, а также учитывая равенство плеч балансиров и одинаковые упругие и демпфирующие свойства всех шин балансирной тележки (СШ2=Сш3; Лш2=Лшз), получим уравнения движения эквивалентной системы в следующем виде: При шинах высокого давления качение колес сопровождается малыми радиальными деформациями и колебания мостов на шинах относительно невелики. Тогда как и для колес одного моста можно принять, что силы инерции мостов уравновешены реакцией дороги, а инерционные члены во втором и третьем уравнениях исключить. С учетом малой деформации шин слагаемые с первыми производными координат Ъ,2 и ,з также выпадают из рассмотрения. Уравнение колебаний с учетом всех упрощений будет: приведенная жесткость рессор и шин одного борта. СР2 +2Сш2 При балансирной подвеске мостов колебательная система иначе воспринимает воздействие неровностей дороги и, конечно же, значительно отличается от вынужденных колебаний одного моста. Прежде всего, следует иметь ввиду при исследовании, что задняя подвеска не имеет амортизаторов, и поэтому демпфирование в подвеске можно не рассматривать из-за его малого влияния на основную характеристику колебаний - собственную частоту. Для инженерных расчетов допускается исключение влияния неподрессоренных масс. После всех упрощений уравнение колебаний заднего моста с балансирной подвеской будет определятся следующим уравнением [135]: где Q - p fi - парциальная частота собственных колебаний подрессоренной массы; f (t) = — [q (t)]_ возмущающая функция. Учитывая симметричность схемы задней подвески уравнение (2.14) можно записать в следующем виде: где т = _ - разница во времени наезда колес заднего моста на неровности; d — база балансирной подвески. В соответствии с методикой исследований испытания проводились при проезде автомобилем обособленной неровности. Применяя к уравнению (2.15) преобразование Лапласа получим: где Z(S) - изображение перемещения подрессоренной массы; Q(S) - изображение возмущения от проезда данной неровности; zo, z 0 - начальные перемещения и скорость подрессоренной массы; s - оператор Лапласа. Поскольку исследовались колебания при проезде единичной неровности, то возмущающую функцию в уравнении (2.15) можно представить в следующем виде
Методы определения показателей безотказности
Одним из основных количественных критериев надежности является вероятность безотказной работы P(t) автомобиля за определенный отрезок времени [72, 114, 115]. При исследовании принимаем, что автомобиль является сложным объектом состоящим из многих объектов. Считаем, что отказ каждого объекта приводит к отказу сложного объекта, т.е. всего автомобиля. При этом отказы отдельных объектов независимы друг от друга. Согласно теории вероятности [25, 94, 95], если сложный объект состоит из п элементов с показателями безотказности Pi(s), P2(s) ... Pn(s), то вероятность его безотказной работы на основе теории умножения вероятностей определяется по формуле [72]: Допущение о взаимной независимости отказов в строгом понимании не является совсем точным, так как в ряде случаев отказ одного из объектов автомобиля приводит к повреждению или выходу из строя других деталей. Но как показывают экспериментальные данные, что для практических целей достаточно учитывать только независимые отказы, так как в таких случаях отказ рассматривается как событие, приводящее к нарушению работоспособности сложного объекта, т.е. автомобиля в целом, независимо от того сколько отдельных деталей или узлов одновременно вышли из строя. Плотность распределения отказов определялась по формуле [18, 19, 87, 89]: где f(s) - плотность вероятности того, что время работы автомобиля до отказа окажется меньше t, или плотность вероятности отказа к моменту t Процесс эксплуатации автомобиля как восстанавливаемого объекта представим в виде последовательности интервалов работоспособности, чередующихся с интервалами простоя [72, 101]. Моменты отказов формируют поток, который называется потоком отказов. В качестве характеристики потока отказов принимается математическое ожидание числа отказов за пробег s, т.е. где n(s) - число отказов за время s. Математическое ожидание числа отказов за интервал пробега (sb s2) определялось по формуле: S2) - число отказов за интервал (s\, S2). Интенсивность потока отказов рассчитывалась так: т.е. это отношение числа отказов в единицу пробега к общему числу отказов N(s) автомобилей, находящихся в эксплуатации к моменту пробега s. В методике, согласно теории вероятности, принималось, что параметр потока отказов восстанавливаемых изделий равен интенсивности отказов, если потоки отказов являются простейшими: Интенсивность отказов всего автомобиля для рассматриваемого периода эксплуатации определялась простым суммированием отказов узлов и механизмов, т.е. На основании вышесказанного следует, что если поток отказов сложного объекта простейший, то промежуток времени между соседними отказами распределены по экспоненциальному закону с параметрами А, равными параметру потока отказов. Наработка на отказ автомобиля определялась по формуле: где Sj - суммарный пробег і-го автомобиля; N - общее число автомобилей, взятых под наблюдение; n(s) - число отказавших автомобилей. Во второй главе по рассчитанной гипотезе распределение отказов подчиняется экспоненциальному закону, поэтому наработку на отказ определяли также и по следующей формуле: Среднее число отказов на единицу наработки находились как: Находилось среднее квадратическое отношение среднего параметра потока отказов:
Показатели безотказности трансмиссии автомобиля КАМАЗ
Для создания экономичных и надежных мобильных энергетических транспортных средств, работающих в разнообразных условиях, необходимо проводить исследовательские испытания для изучения параметров и показателей качества узлов и механизмов. В данной работе приводятся результаты исследований показателей безотказности трансмиссии. В соответствии с ГОСТом 1750-72 был выбран план проведения испытаний [NUT]. Под наблюдение было взято 18 мобильных энергетических транспортных средств, работающих в агропромышленном комплексе Волгоградской области без диагностирования подвески и 18 - с диагностированием. Наблюдения велись до пробега 100 тыс. км., отказавшие детали заменялись новыми или ремонтировались. На рисунке 4.4 показан полигон распределения отказов трансмиссии, который дает возможность определить среднее число отказов при определенной наработке. При пробеге до 20 тыс. км. среднее число отказов на одно транспортное средство составило 0,4, а в интервале от 20 до 30 тыс. км. число отказов уменьшилось и составило 0,33. В интервале от 40 до 50 тыс. км. число отказов увеличилось до 0,44. При дальнейшей эксплуатации число отказов в каждом интервале было почти одинаковым, равным 0,28. Это можно объяснить приработкой всех деталей трансмиссии. Наибольшее число отказов было в интервалах от 20 до 30 тыс.км. и от 40 до 50 тыс.км. Значительное количество отказов было по муфте сцепления, коробке передач, приводу управления коробки передач. При обработке собранной информации определялись частные параметры потоков отказов для трансмиссии (рисунок 4.5). При пробеге в интервале от 10 до 20 тыс. км. частный параметр потока отказов трансмиссии равен 0,04, а в интервале пробега от 20 до 40 тыс. км. исследуемый показатель снизился до 0,011. При работе от 40 до 50 тыс. км. частный параметр потока отказов увеличился до 0,044. В дальнейшей эксплуатации частный параметр потока отказов также стабилизировался и находился в пределах от 0,022 до 0,033. Средний параметр потока отказов в интервале пробега до 50 тыс. км. был равен 0,133, а при пробеге от 50 до 100 тыс. км. этот показатель составил 0,176, то есть больше чем в начальный период эксплуатации. Это объясняется большим числом отказов муфты сцепления, коробки передач по мере эксплуатации.
Средний параметр потока отказов трансмиссии равен 0,025. Среднее квадратическое отклонение параметра потока отказов составило 0,04. А среднее квадратическое отклонение выборочного параметра потока отказов равно 0,01, что показывает в каких пределах изменяются параметры потока отказов отдельных трансмиссий от средней. Коэффициент гарантии для определения гарантированной вероятности, с которой вычислен средний параметр потока отказов tr, также равен Поскольку tj 3, то параметр потока отказов вычислен с гарантированной вероятностью Л 0,96. Основным показателем безотказности работы трансмиссии являются вероятность безопасной работы P(S) в течение заданного интервала времени. Статистические данные исследования подверглись обработке. С этой целью весь диапазон наработки делился на интервалы и определялось количество отказов трансмиссии для каждого интервала. По этим данным статистическое значение вероятности безотказной работы трансмиссии Р (Sj для каждого интервала определялось по формуле: где — суммарное количество отказов до данного интервала, включая рассматриваемый; п — общее число отказов в период наблюдений. На рисунке 4.6 статистическое значение функции Р (S) представлено в виде гистограммы. Для этого на оси абсцисс отмечаются установленные интервалы пробега в тыс. км., а на оси ординат — значения соответствующей функции. Гистограмма ограничена сплошной линией и представляет график плотности фактического распределения безотказной работы трансмиссии (кривая 2 рисунок 4.6). При увеличении статистических данных и числа интервалов ряда эти графики в соответствии с теоремой Вернули будут приближаться к теоретической функции P(S). Вероятностное значение P(s) теоретического распределения находится соответственно каждому интервалу согласно показательной функции экспоненциального закона распределения. Откладывая вероятностное значение Р@) по оси ординат и соединяя их плавной кривой, получили теоретическую функцию плотности распределения безотказной работы трансмиссии (кривая 1 рисунок 4.6).
