Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы обеспечения работоспособности двс в процессе эксплуатации 14
1 1, Анализ стратегий обеспечения работоспособности двигателей 14
1.2. Изменение технического состояния двигателей в процессе эксплуатации 27
1.3. Диагностирование двигателей и его место при существующей структуре обеспечения работоспособно сти автомобилей 4 І
1.4. Анализ методов формирования структур ЭРЦ двигателей 51
1.5. Выводы и задачи исследования... 65
2. Аналитическое исследование условий смазки, параметров диагностирования и методов управления техническим состоянием сопряжений шатунных подшипников 68
2.1. Аналитическое исследование процесса изменения толщины масляного слоя в шатунных подшипниках в эксплуатации 68
2.2. Оценка условий смазки шатунных подшипников нового семейства двигателей КамАЗ 78
2.3. Анализ методов управления структурой технических воздействий за срок службы ДВС 93
2.4. Выводы 99
3. Методика экспериментального исследования 100
3.1. Общие положения методики экспериментального исследования 100
3.2. Методика проведения стендовых исследований 102
3-3. Оценка точности средств диагностирования технического состояния КПІМ и достоверности диагностической информации 107
3.4. Методика оценки значимости слагаемых удельных затрат на технические обслуживания и ремонты ДВС 112
3.5. Методика сбора и обработки статистических данных и результатов измерений 114
3.6. Устройство для измерения параметров КШМ и оценки технического состояния ЦПГ 116
3.7. Выводы 120
4. Анализ результатов экспериментальных исследований 121
4.1.. Экспериментальная проверка режимов диагностирования и параметров технического состояния шатунных подшипников 132
4.2. Влияние состояния масляного слоя на вероятность отказов шатунных подшипников 133
4.3. Надежность двигателей КамАЗ-740 и обоснование структуры обеспечения их работоспособности 146
4.4. Выводы
5. Системное представление планирования ремонтных циклов ДВС 148
5.1. Организация процесса создания РЦ ДВС 148
5.2. Выбор системы организации планирования ремонтных циклов 151
5.3. Формирование организационных уровней системы планирования РЦ 153
5.4. Моделирование параллельных процессов восстановления работоспособности ДВС алгебраическими сетями Петри 169
5.5. Информационное обеспечение системы планирования гибких ремонтных циклов ДВС 181
5.6. Выбор модели базы данных информационного обеспечения 194
5.7. Создание информационного обеспечения системы планирования ремонтного цикла. Основные этапы формирования базы данных 198
5.8. Анализ сформированных информационных групп базы данных системы планирования РЦ 201
5.9. Выводы 202
6. Практические рекомендации по использованию результатов исследования ...205
6.1. Обоснование параметра, нормативов
и периодичности диагностирования 205
6.2. Алгоритм и технологический процесс диагностирования двигателей КамАЗ 211
6.3. Рекомендуемая система обеспечения работоспособности двигателей КамАЗ-740,
КамАЗ-740.11.240, КамАЗ-740.13.260 216
6.4. Экономическая эффективность результатов исследования 224
6.5. Выводы 227
Общие выводы по работе 229
Список использованной литературы
- Анализ стратегий обеспечения работоспособности двигателей
- Аналитическое исследование процесса изменения толщины масляного слоя в шатунных подшипниках в эксплуатации
- Оценка точности средств диагностирования технического состояния КПІМ и достоверности диагностической информации
- Экспериментальная проверка режимов диагностирования и параметров технического состояния шатунных подшипников
Введение к работе
В настоящее время на автомобильном транспорте принята планово-предупредительная система технического обслуживания (ТО) и ремонта, согласно которой с целью предупреждения отказов проводят только операции ТО, а текущий ремонт (ТР) планируется в удельных единицах. Периодичность ремонтных воздействий не планируется, так как момент наступления отказа считается случайным. Стратегия ожидания отказа значительно увеличивает затраты на обеспечение работоспособности, так как затраты на предупреждение отказа автомобиля в пять раз ниже, чем на его устранение [65], Себестоимость автомобильных перевозок зависит от качества проведения ТО и ТР, ведь на их долю приходится до 15% [166], а от качества их проведения зависит до 45% [167] себестоимости.
Разработке основных принципов обеспечения работоспособности автомобилей и их агрегатов в процессе эксплуатации на основе исследования их надежности посвящены работы; Ф.Н. Авдонькииа, М.Н. Бедняка, Г.В. Веденяпина, И.Н. Велич-кина, Н.Я. Говорущенко, М.А. Григорьева, И.Б. Гурвича, А.С. Денисова, В.А. Долецкого, И.Е. Дюмина, Н.С. Ждановского, Е.А. Индикта, Е.Е, Канарчука, Г.В. Крамаренко, Е.С. Кузнецова, B.C. Лукинского, Л.В. Мирошникова, В.М. Михлина, А.В, Нико-лаенко, А.С. Проникова, Л.Г. Резника, Р.В. Ротенберга, А.И, Селиванова, A.M. Шейнина, СВ. Шумика и других авторов.
Анализ статистических данных по надежности автомобилей, колесных и гусеничных машин сельскохозяйственного назначения показывает, что определенная номенклатура отказов и замен деталей повторяется. Особенно это относится к двигателям, в
меньшей степени коробкам передач и ведущим мостам, на которые в сумме приходится до 75% затрат на запасные части, простоев и трудоемкости устранения отказов [117-120,234],
Закономерность повторения отказов свидетельствует о возможности спланировать значительную часть ТР не только по трудоемкости, но и периодичности. Являясь наиболее сложным и дорогостоящим агрегатом мобильной техники, двигатели внутреннего сгорания (ДВС) в процессе эксплуатации требует значительных материальных и трудовых затрат на ТО и ТР, которые во много раз превышают его первоначальную стоимость. Поэтому проблема повышения эффективности технической эксплуатации ДВС, заключающаяся в улучшении показателей использования ресурса и снижении затрат имеет первостепенное значение.
Технико-экономические показатели ДВС определяются эффективностью функционирования кривошипно-шатунного механизма (КПІМ), цилиндропоршневой группы (ЦПГ), систем смазки, питания, газораспределения и зажигания. Высокий коэффициент вариации показателей технического состояния этих элементов (0,3-0,7 и более) [90] требует индивидуального подхода к формированию оптимальной структуры эксплуатационно-ремонтного цикла (ЭРЦ) ДВС, Однако действующая в рамках планово-предупредительной системы методология выполнения профилактических, контрольно-регулировочных и ремонтно-восстановительных работ, предусматривающая приведение структурных и выходных (диагностических) параметров ДВС к жестко регламентированным среднестатистическим нормативам не учитывает этого обстоятельства, что приводит к потере потенциальных технико-экономических возможностей ДВС.
Совершенствование системы ТО и ТР постоянно отражается в нормативно-технической документации. Так, согласно Положению [202], при проведении ТО предусмотрен сопутствующий ремонт в 20% трудоемкости ТО, При проведении ТР агрегатов заменяют не только отказавшие детали, но и другие, состояние которых близко к предельным, то есть часть ТР носит профилактический характер. Целесообразность проведения предупредительных (их еще называют средними, профилактическими) ремонтов (ПР) агрегатов автомобилей и других машин, в том числе по результатам диагностирования, доказана многими исследованиями. Их преимущество заключается в снижении затрат на ремонт из-за снижения числа аварийных отказов агрегатов, но в нормативной части документов ПР пока не нашел широкого отражения. Отсутствует и системный подход к планированию ЭРЦ двигателей за весь срок службы, учитывающий индивидуальное техническое состояние ДВС.
Выход из складывающейся ситуации в разработке новых подходов к ЭРЦ ДВС автомобилей и сельскохозяйственной техники с широким применением мобильных средств диагностирования, использованием элементов прогнозирования и, как конечный результат, создании компьютерно - интегрированных схем ЭРЦ ДВС. Это подтверждается и тем, что в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации «О государственной поддержке развития российской науки»? на основании Указа Президента Российской Федерации «О доктрине развития российской науки», признано приоритетное направление -«Производственные технологии», включающее в качестве критических технологий федерального уровня следующие: «Гибкие
производственные системы» и «Интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления».
Системный подход к процессу эксплуатации и ремонта автомобилей и? в частности, двигателей позволит уменьшить временные и материальные затраты на основе концептуальной переориентации в вопросах технологического обеспечения ЭРЦ. Совершенствование форм и методов создания технологии ЭРЦ на основе новых принципов, ориентированных на возможность глубокой формализации проектных действий, является актуальной задачей на современном этапе развития автомобильного транспорта, без решения которой невозможно создание высокоэффективных производств.
Научная проблема состоит в достижении гибкости и индивидуальном подходе к системе ЭРЦ конкретного ДВС на основе технико-экономических показателей в реальной производственной ситуации.
Цель исследовании - повышение эффективности использования ресурса ДВС снижением трудоемкости, в том числе и на этапе принятия проектных решений, материальных ресурсов за счет системного подхода к планированию ЭРЦ,
Объект исследования - автотракторные ДВС. Предмет исследования - структуры ЭРЦ и критерии оптимальности технических воздействий с проведением предупредительных ремонтов (ПР) на основе диагностирования, оценка эффективности диагностических и структурных параметров для принятия решений о необходимости вида ремонта-Методы исследования - теоретические исследования выполнены с использованием основных положений динамики ДВС, технической эксплуатации автомобилей, теоретической механи-
ки, теории надежности, математической статистики и моделирования, теории многоуровневых иерархических систем (МИС) и теории сетей Петри. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием как общепринятых методик, оборудования и приборов, так и разработанных автором.
Научные положения и результаты работы, выносимые на защиту:
1. Математическое моделирование структуры ЭРЦ с предупредительными ремонтами и диагностированием.
2.Критерий оптимальной стратегии ремонта ДВС, учитывающий недоиспользованный ресурс.
3.Теоретические основы диагностирования ДВС по толщине масляного слоя в шатунных подшипниках (силовой расчет).
4.Устройство и технология диагностирования ДВС по параметрам смазки сопряжений КШМ в динамике,
5,Метрологические характеристики разработанного способа и устройства диагностирования,
6, Положение о предупредительном ремонте тракторных и автомобильных двигателей.
7,Техиико~экономическая эффективность предлагаемых разработок и рекомендации по их использованию. Научная новизна работы состоит в системном подходе к проблеме планирования и реализации ЭРЦ ДВС, в результате которого;
1. Разработаны методологические принципы построения ЭРЦ на основе теории МИС и теории сетей Петри с ПР и диагностированием.
2.Обоснован критерий оптимальной стратегии ремонта ДВС, учитывающий недоиспользованный ресурс заменяемых деталей,
3.Созданы математические модели изменения параметров смазки шатунных подшипников ДВС в эксплуатации и обоснован способ их диагностирования.
4.Обоснован набор показателей технического состояния ДВС перед проведением предупредительных и капитальных ремонтов.
5.Обоснованы параметры и режимы диагностирования КШМ ДВС,
6, Определены зависимости толщины масляного слоя
(ТМС) в шатунных подшипниках от пробега, оценено влия
ние температурного и скоростного режимов на ТМС.
7. Разработано положение о предупредительном ремонте
двигателей автомобилей КамАЗ с диагностированием.
8.Разработано мобильное устройство для диагностирования ДВС, Новизна устройства защищена патентом РФ на полезную модель №31644.
Практическая ценность состоит в том, что полученные положения позволяют:
разрабатывать структуры ЭРЦ для конкретного ДВС, включающую ПР или (и) КР с детерминированными комплексами восстановительных работ;
на основе полученных диагностических нормативов и критерия оптимальной стратегии ремонта определять момент необходимости технических воздействий и упорядочить планирование ресурсов на эксплуатацию ДВС;
на основе полученных зависимостей показателей технического состояния КШМ обосновать диагностические нормативы;
сократить расход запасных частей за счет сокращения дорогостоящих КР и дифференцированных объемов восстановительных работ;
диагностировать техническое состояние КШМ ДВС без его разборки.
Реализация результатов работы осуществлялась:
разработкой и внедрением Положения о предупредительном ремонте двигателей автомобилей КамАЗ на основе информации об их эксплуатационной надежности в ОАО «КамАЗ - Дизель»;
внедрением в технологические процессы ТО и ТР автотракторной техники разработанного способа, устройства, технологии и нормативов диагностирования ДВС в автотранспортных предприятиях ГУП «Саратовтрансавто», АТП г.Сердобска Пензенской области;
разработкой программного обеспечения системы эксплуатационно-ремонтного цикла с диагностированием по параметрам смазки шатунных подшипников в производственной фирме «Ка-мАЗавтоцентр»;
использованием запатентованного устройства для диагностирования ДВС по суммарному зазору в КШМ и ТМС в шатунных подшипниках;
разработкой критерия оптимальной стратегии ремонта и на его основе рекомендаций в эксплуатации.
Апробация рабиты. Основные положения и результаты работы докладывались на: научно-технических конференциях
Саратовского государственного технического университета (Саратов, 1985-2004), Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение эффективности проектирования, испытаний, эксплуатации автомобилей и строительно-дорожных машин» (Горький, 1988), на научно-технической конференции Московского автодорожного института (1990), Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение надежности и экологических показателей автомобильных двигателей» (Горький, 1990), научно-технической конференции Харьковского автодорожного института (1992), научно-технической конференции «Актуальные проблемы транспорта Поволжья и пути их решения», посвященной 10-летию Поволжского отделения Академии транспорта России (Саратов, СГТУ, 2001), Международной научно-практической конференции «Совершенствование технологии и организации обеспечения работоспособности машин с использованием восстановительно-упрочняющих процессов» (Саратов, СГТУ, 2002), Международной научно-практической конференции по силовым агрегатам КамАЗ (Набережные Челны, 2003), Межгосударственных постоянно действующих научно-технических семинарах Саратовского государственного аграрного университета (2003, 2004), 6-й Международной автомобильной конференции «Двигатели для российских автомобилей» (Москва, Экспоцентр, 2004), 7-й Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем «ДТС-2004» (Саратов, 2004).
Анализ стратегий обеспечения работоспособности двигателей
За последние годы заводы-изготовители и ремонтные предприятия проделали значительную работу по повышению надежности и долговечности дизельных двигателей. В результате внедрения большого количества конструкторско-технологических мероприятий ресурс дизелей до первого капитального ремонта (КР) увеличился в 1,3-1,5 раза, по сравнению с их ресурсом в 1982-1985 годах.
Расширилась гамма выпускаемых ДВС КамАЗ, область применения которых не ограничивается автомобилями КамАЗ, УРАЛ, ЗИЛ, МАЗ; автобусами ЛиАЗ, ЛАЗ, ПАЗ, НефАЗ, «Волжанин». Это и семейство комбайнов Дои, Полесье, тракторы промышленного и сельскохозяйственного назначения (Т-150, ХТЗ), силовые установки судов и тяжелых кранов, стационарные и передвижные энергоустановки, кормоизмельчители IF А. Существенно повысились и мощностные показатели двигателей с 210 л.с. у базового двигателя КамАЗ-740 до 360 л.с. у двигателя КамАЗ-740.50-360 и до 420 л.с. у двигателя КамАЗ-740.80-420, Это достигнуто за счет использования турбонаддува и значительного конструктивно-технологического усовершенствования. В эксплуатирующих предприятиях за последние 10-12 лет произошли существенные изменения. Среднее количество автомобилей в настоящее время составляет 45 единиц, 67% автомобилей КамАЗ находятся в предприятиях, имеющих до 50 автомобиле а 20% - до 10 единиц. Обеспечение их работоспособности осуществляется по одной из трех стратегий; в плановом порядке по заранее установленной периодичности пробега; по потребности при ухудшении технического состояния и отказе его систем; по результатам предремонтного диагностирования и послере-монтного контроля качества технических воздействий.
К системе технических обслуживании и ремонтов (ТО и Р) предъявляется ряд требований, основные из которых сводятся к обеспечению заданных уровней эксплуатационной надежности автомобилей при рациональных материальных и трудовых затратах, ресурсосберегающей и экологической направленности, планово-нормативного характера, гибкости организационных методов реализации принципов и нормативов, учитывающих изменение условий эксплуатации, качества и надежности автомобилей.
Система ТО и Р занимает важное место в концепции управления качеством автомобилей. Сфера эксплуатации влияет на реализуемые показатели качества: интенсивность изменения показателя качества - через факторы, определяющие эффективность ТЭА, включая систему ТО и Р, срок службы - через систему управления возрастной структурой парков, начальные показатели качества - через систему обоснованных требований к качеству конструкции и надежности автомобилей.
В совокупном реализуемом показателе качества на долю сферы эксплуатации приходится 35 - 40%, а сферы производства - 60-65%. В свою очередь «вес» подфактора «система и организация ТО и Р» в доле сферы технической эксплуатации составляет около 25%. Таким образом, общий вклад «системы и организации ТО и Р» в реализуемые показатели качества (с учетом действия сфер эксплуатации и производства) значителен и составляет 7 - 9% [167].
Влияние главных подфакторов «системы и организации ТО и Р» на эффективность ТЭА на отраслевом уровне оценивается следующим образом: - качество функционирования ТО и Р или степень выполнения рекомендаций системы - 29%; - уровень обоснованности и эффективности системы ТО и Р - 26%; - уровень организации ТО и Р -17%.
Такие подфакторы, как обеспеченность ТЭА нормативно-технической документацией, уровень подготовленности технической службы, наличие и качество проектной документации на ТО и Р в совокупности 28% [167].
Таким образом, уровень влиянии на работоспособность первых двух подфакторов, определяющих не только качество системы ТО иР, ной эффективность ее функционирования, превышают 50%, что и определяет важность проведения научно-исследовательских и практических работ по совершенствованию самой системы, оптимизации ее нормативов, а также обеспечению условий выполнения рекомендаций и нормативов системы.
По данным наблюдений [167] удовлетворительное выполнение рекомендаций системы ТО и Р обеспечивает в среднем повышение коэффициента технической готовности на 2,5 - 3%, наработок на отказы и неисправности по различным узлам и механизмам в 1,2 - 1,9 раз, сокращение расхода топлива на 1,5 - 3%.
Применяемые системы ТО и Р массовых изделий базируются на определенных стратегиях обеспечения работоспособности. Всю возможную совокупность наиболее типичных отказов и неисправностей автомобиля можно подразделить на две большие группы: профилактируемые и не профилактируемые.
Аналитическое исследование процесса изменения толщины масляного слоя в шатунных подшипниках в эксплуатации
Необходимым условием нормальной работы подшипника жидкостного трения является наличие устойчивого смазочного слоя, разделяющего трущиеся поверхности.
Изменение режимов работы приводит к нарушению масляной пленки между деталями, которая носит устойчивый характер при постоянном скоростном, нагрузочном и тепловом режимах. Изменение скоростного и нагрузочного режимов работы ДВС может происходить спонтанно, и ТМС изменяется циклически, интенсифицируя цикличность нагружения микронеровностей поверхности трения и их усталостных разрушений. При повышении скоростного режима изменяется с некоторым отставанием расход масла через пары трения, и ухудшаются условия создания масляного клина в сопряжениях. Это также способствует интенсификации разрушения микронеровностей [140]. При переменных режимах повышается вероятность взаимодействия микронеровностей с абразивными частицами в турбулентной масляной пленке. Показателями переменности режимов служат частота и амплитуда их изменений. Повышение частоты и амплитуды нагрузочного и скоростного режимов приводит к большему сближению поверхностей трения и повышению вероятности работы узла трения в области полужидкостного трения.
Иначе говоря, для обеспечения устойчивого жидкостного трения необходимо, чтобы минимальный зазор между шейкой и подшипником был не меньше некоторой величины, при которой масляный слой будет обеспечен от разрыва вблизи места наибольшего сближения шейки и подшипника, а трение жидкостное не перейдёт в трение полужидкостиое. Расчёт подшипников сводится к определению минимальной толщины масляного слоя при возможном варьировании величины зазора.
Условие нестабильности надёжности сопряжения вкладыш-шейка можно сформулировать так: снижение ТМС ведёт к повышению вероятности контакта микровыступов поверхностей трения.
Зависимость эту в определённых пределах толщины масляной плёнки можно считать линейной [58], что можно пояснить схемой взаимодействия микровыступов поверхностей трения (рисунок 2.1). Как видно из рисунка, при ТМС? большей суммы двух средних высот микровыступов поверхностей, вероятность взаимодействия теоретически равна нулю (практически же, из-за переменности режимов, больше нуля). Взаимодействие начинается с величины к т равной сумме средних высот микровыступов (рисунок 2.1 б). При дальнейшем сближении поверхностей (снижении h) вероятность взаимодействия микровыступов (их количество) возрастает (рисунок 2.1, в).
Прогнозирование технического состояния шатунных подшипников в процессе эксплуатации по результатам диагностирования возможно при наличии обоснованной зависимости ТМС от наработки. На рисунке 2.2. представлен характер изменения ТМС в шатунном подшипнике по углу поворота коленчатого вала.
Для обоснования ТМС как интегрального показателя технического состояния подшипников коленчатого вала необходимо решить, как минимум, три задачи: оцепить влияние температуры па тепловое расширение деталей двигателя; определить режимы диагностирования, то есть условия существования движения ша-тунно-поршневой группы относительно шеек коленчатого вала с выборкой зазора в области ВМТ; выяснить характер изменения ТМС в шатунных подшипниках в процессе эксплуатации двигателя. Номинальный зазор в шатунном подшипнике ДВС КамАЗ составляет 0,094 мм. Средняя величина износа шатунных шеек составляет 0,02 мм, шатунных вкладышей - 0,05 мм. Таким образом, зазор при средних износах увеличивается до 0,16 мм. Предельный износ по шейкам составляет 0,04 мм и по вкладышам 0,08 мм, соответственно предельный зазор составляет 0,21 мм.
Согласно первому закону термодинамики работа трения преобразуется в теплоту и внутреннюю энергию узла трения. Экспериментально установлено, что работа трения главным об разом преобразуется в теплоту, и только незначительная ее часть запасается поверхностными слоями трущихся материалов при их деформации и разрушении [8,13,20,33,34,40,105,129,156,158,192,205,231].
Повышение температуры поверхности трения и масла в некоторых пределах вполне допустимо, при этом происходит кор-розионно-механическое изнашивание. При критическом значении температур, которые определяются давлением на поверхности трения и скоростью относительного перемещения, составом среды и природой контактирующих материалов, происходят резкие изменения вторичных структур, интенсивность микроразрушений увеличивается в несколько раз. Значения параметров за висимости интенсивности изнашивания от температуры поверхностей трения, давления и скорости их относительного перемещения можно оценить только на основе экспериментальных данных.
Оценим влияние температурного режима работы двигателя на величины утолщения и удлинения шатунных вкладышей при полностью разогретом двигателе. Согласно[7Д6?243-245,258] тепловыделение в подшипнике; P = f-R- — = - - = 0,002-15-1440.88,967- = 153,7 Вт, (2Л) J г 2 Y Ф, г 2 2 V J где /-коэффициент трения в подшипнике коленчатого вала; « -характеристика трения, представляющая собой безразмерную функцию положения шейки коленчатого вала в подшипнике, границ несущего смазывающего слоя и отношения длины к диаметру шатунного вкладыша; ФР -коэффициент нагруженности, ФТР1Фр=\5 ; Fr -несущая сила масляного слоя, Ff=l440 Н; d -внутренний диаметр вкладыша, d = 0,08 м; о -частота вращения коленчатого вала, и = 88,967 см; у/ -коэффициент, определяющий посадку шейки в подшипнике, =0,002.
Оценка точности средств диагностирования технического состояния КПІМ и достоверности диагностической информации
Для оценки точности разработанного устройства, измеряли ТМС в шатунных подшипниках по методике, разработанной в Московском автомеханическом институте [274], погрешность которой 5%. Измерение ТМС осуществлялось с помощью высокочастотного электронного усилителя, рабочим элементом которого являлся датчик емкостного типа, представляющий собой стальной электрод, фиксируемый в фарфоровой втулке и установленный в шейке. Токонесущие провода уложены в специально подготовленные сверления в шейках, а на щеках дополнительно закреплены скобами, из стальной фольги, привариваемыми точечной сваркой. Провода выведены на ртутный токосъёмник, установленный на переднем носке коленчатого вала.
Электронный усилитель представляет собой прибор, работающий по принципу частотной модуляции. Изменение ёмкости датчика, включенного в контур генератора высокочастотных колебаний, вызывает соответствующее отклонение частоты генератора от номинальной. Величина ёмкости датчиков зависит от толщины слоя диэлектрика, заполняющего пространство между электродами. Характер изменения частоты генерируемого напряжения определяется исследуемым параметром, то есть толщиной масляного слоя в сопряжении.
Точность измерения ТМС определялась на основании пятикратных измерений с подсчётом относительной погрешности.
Влияние зазора в коренных шейках на достоверность диагностической информации не исследовалось, так как исследования, проведённые с помощью аппаратуры ВИ6-6ТН и датчиков перемещения ДП-2СМ, установленных перпендикулярно друг другу на постели коренных шеек коленчатого вила, не выявили существенного (более 0,006мм) "всплытия" коленчатого вала.
Регистрация сигналов от датчика проводилась как аппаратуре! для ресурсного диагностирования КШМ метод линейных пар ВМТ под действием давления и разрежения, создаваемого с помощью установки ОР-13907-ГОСНИТИ на неработающем двигателе (статический способ), не отвечает современным требованиям в связи с большой погрешностью, достигающей 20...25 % и значительной трудоёмкостью диагностирования дизеля, составляющей 0,9.,.2,6 чел, ч. Это одна из причин, из-за которой до настоящего времени двигатели продолжают направлять на ремонт, исходя из плановой межремонтной наработки, многие из них ремонтируются преждевременно. Практика внедрения оборудования для безразборной оценки технического состояния машин и механизмов свидетельствует о реальном сокращении эксплуатационных издержек, подтверждая актуальность создания более эффективных средств диагностирования технического состояния шатунных подшипников.
При оценке и исследование достоверности диагностической информации возникают глобальные и локальные задачи [224],
Глобальные задачи включают: определение достоверности или вероятности ошибок I и II рода Dp в оценке технического состояния системы по известной достоверности Dn измерения отдельных диагностических параметров (прямая задача) и необходимой достоверности Dj измерения отдельных диагностических параметров при заданной (известной) достоверности Dp, в оценке технического состояния системы (обратная задача).
Локальные задачи включают: определение достоверности Д, в оценке технического состояния /-го структурного параметра по известной достоверности измерения у-го диагностического параметра (прямая задача) и необходимой достоверности Д измерения отдельных диагностических параметров при известной достоверности Dtj в оценке технического состояния г-го структурного элемента.
Решение обратной локальной задачи даёт возможность обоснованно назначить требования к достоверности диагностирования исходя из условия минимальной потери информации о состоянии /-го структурного элемента. Воспользуемся ею и исходя из гарантированной достоверности -0,95 в оценке технического состояния сопряжений КШМ, определим требование к точности и достоверности измерения зазора и ТМС в сопряжениях.
Диагностическим параметром является разница отхода поршня в ВМТ на величину зазора и (или) ТМС в шатунных подшипниках- Параметр диагностирования должен отвечать требованиям информативности, чувствительности, стабильности и однозначности.
Информативность диагностического параметра определяется снижением исходной энтропии на некоторую величину после использования информации, полученной в результате измерения данного параметра. То есть, информативность диагностического параметра это вероятность правильной постановки диагноза в результате его использования.
Диагностический параметр - косвенная величина, связанная со структурным параметром и несет достаточную информацию о его техническом состоянии. Чувствительность диагностического параметра есть его приращение изменению структурного параметра.
Стабильность диагностического параметра определяют наибольшим отклонением его величины от среднего значения, характеризующего рассеивание параметра при неизменных условиях измерения.
Однозначность означает отсутствие экстремума в связи диагностического и структурного параметров.
По техническим условиям и заводским чертежам диаметр шейки из-за технологического рассеивания размера составляет от 79,987 до 80,000, вкладыша от 80,015 до 80,050мм. Соответственно допустимый диаметр шейки 79,97 мм, вкладыша 60,07 мм [5,203].
Таким образом, эксплуатационный зазор (предельное отклонение) не должен превышать: nrtJf —80,07-79,97=0,1мм. При этом допускаемое отклонение, с учётом технологиче ского допуска, на размер шейки составляет: Д =80,000-79,970= 0,03 мм, а вкладыша: Д =80,07-80,015=0,055 мм.
Экспериментальная проверка режимов диагностирования и параметров технического состояния шатунных подшипников
Другой составной частью работы является исследование вероятности работы двигателей по состоянию масляного слоя в шатунных подшипниках. Наблюдение в эксплуатации проводилось за 117 двигателями КамАЗ-740 в Саратовском автокомбинате №2. Двигатели эксплуатировались по стратегии ожидания отказов без проведения ПР и КР. Математическая обработка полученных статистических данных показала, что закон распределения частоты отказов сопряжении близок к нормальному, параметры распределения ТМС: число обследованных двигателей -117; нормальное значение параметра - 35мкм; пределы наблюдаемой величины - 10,..50 мкм; среднее выборочное значение -27мкм; среднее квадратичное отклонение - 9,8; коэффициент вариации - 36,3%.
На рисунке 4,9, приведены частость /(А) и вероятность P(h) распределения ТМС в шатунных подшипниках. Около 40% обследованных двигателей имели ТМС в пределах ±5% от среднего выборочного значения, 30% - в пределах ±25%, 30% - имели предельные значения ТМС и требовали ремонта для предотвращения аварийных отказов. Малая вероятность безотказной работы сопряжения свидетельствует о близкой к предельной величине ТМС, исключающей дальнейшую эксплуатацию из-за экономической неоправданности или технической невозможности и физически представляет собой переход работы сопряжения в режим полужидкостного трения.
В Саратовском автокомбинате №2 нами было проведено исследование надёжности ДВС КамАЗ-740 трёх групп: не ремонтированных, прошедших КР, прошедших по результатам диагностирования ПР. Распределение причин снятия двигателей в КР приведено в таблице 4.2.
У некоторых двигателей было сочетание дефектов, являющихся, как правило, следствием одного из аварийных повреждений. После первого КР увеличивается доля дефектов аварийного характера, а из-за износа выбраковывается меньше ДВС, нежели двигателей первой и третьей групп. Этот факт можно объяснить низким качеством ремонта. Напротив, двигатели после ПР снимают в КР в основном из-за износа деталей, их ресурс на 20... 25% выше ресурса двигателей второй группы, поступающих в повторный КР. Больший процент снятия двигателей первой и третьей групп по причинам износа объясняется не столько большей наработкой до КР, сколько большей долей внезапных аварийных отказов двигателей второй группы. Недостаточная гибкость текущего ремонта машин оборачивается значительным недоиспользованием потенциальных возможностей, и работоспособном обеспечивается дорогостоящим капитальным ремонтом.
Параметры распределения пробега двигателей до ремонта по различным причинам имеют значительную дисперсию и приведены в таблице 4.3. Без учёта 20% двигателей, имевших до первого КР замены вкладышей и поршневых колец, средняя наработка по всем ДВС до первого КР составляет 130,5 тыс. км. при среднеквадратичном отклонении 55,6 тыс, км.
Измерение показателей технического состояния снятых в ремонт двигателей позволило определить параметры их распределения, по которым можно судить о степени использования ресурса. Износ шатунных шеек в плоскости кривошипа ДВС старого и нового семейства КамАЗ в среднем в ],5 раза больше, чем в перпендикулярной плоскости. Эта разница обусловливает возрастание овальности шатунных шеек коленчатого вала в процессе эксплуатации.
Для коренных шеек также характерен неравномерный износ и образование овальности. С ростом зазора падает давление в системе смазки и повышается вероятность аварийных повреждений (прижег, задир, проворачивание вкладышей). Увеличивается вероятность поломки шатунов, аварийных повреждений блока цилиндров. Как правило, восстановление шеек (шлифовка под ремонтный размер, замена коленчатого вала) связано с большими затратами.
Аналогичные процессы протекают и в сопряжениях цилин-дропоршневой группы. Изнашивание поршневых колец, поршней, гильз сопровождается повышением расхода масла на угар и концентрацией абразивных частиц (особенно при повышенной запылённости и некачественной очистке воздуха). Впоследствии возможна поломка колец, повреждение и разрушение посадочных отверстий блока цилиндров,
