Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы использования ресурса агрегатов автомобилей и других машин в процессе эксплуатации. задачи исследования 12
1.1. Анализ факторов, определяющих надежность автомобилей и других машин 12
1.2 Влияние условий эксплуатации на надежность агрегатов автомобилей и других машин 50
1.3. Анализ измерителей процесса эксплуатации автомобилей и других машин 73
1.4. Выводы и задачи исследования 87
2. Теоретические предпосылки изменения технического состояния агрегатов автомобиля в различных условиях эксплуатации 90
2.1. Характеристика и классификация режимов работы агрегатов автомобиля 90
2.2. Зависимость скорости изнашивания от показателей режимов работы агрегатов 104
2.3. Зависимость показателей режимов работы агрегатов от основных эксплуатационных факторов 118
2.4. Обоснование рационального измерителя процесса эксплуатации автомобиля 127
3. Методика экспериментального исследования 138
3.1 Общие положения методики 138
3.2 Методика эксплуатационных исследований влияния эксплуатационных факторов на показатели режимов работы агрегатов автомобиля 141
3.2.1 Методика регистрации показателей режимов работы агрегатов автомобиля в эксплуатации 143
3.2.2. Методика обработки результатов регистрации показателей режимов 151
3.3. Методика стендовых исследований влияния режимов работы на скорость изнашивания деталей 153
3.3.1. Методика моделирования режимов работы двигателя 157
3.3.2. Методика измерения износа деталей в процессе стендовых исследований 164
3.4. Методика эксплуатационных исследований изменения показателей технического состояния и надежности агрегатов автомобиля в различных условиях эксплуатации 166
3.5. Методика стендовых испытаний работомера 168
3.6 Методика обработки результатов экспериментального исследования 173
4. Анализ результатов экспериментального исследования 175
4.1. Влияние эксплуатационных факторов на показатели режимов работы агрегатов автомобиля и других машин 175
4.2 Влияние условий нагружения на интенсивность изнашивания и разрушения деталей 210
4.3 Изменение технического состояния автомобиля в различных условиях эксплуатации 224
5. Разработка устройства измерения работы, выполненной двигателем 245
5.1. Разработка схемы устройства 245
5.2 Конструкция работомера 261
5.3 Результаты испытания работомера 263
6. Разработка системы нормирования ресурса агрегатов при использовании работы в качестве измерителя процесса эксплуатации 264
6.1 Обоснование корректирующих факторов 266
6.2 Разработка математической модели корректирования ресурса агрегатов по условиям эксплуатации 274
6.3 Технико-экономическая оценка результатов исследования 279
Общие выводы 288
Библиографический список 291
Приложения 324
- Анализ измерителей процесса эксплуатации автомобилей и других машин
- Зависимость показателей режимов работы агрегатов от основных эксплуатационных факторов
- Методика регистрации показателей режимов работы агрегатов автомобиля в эксплуатации
- Влияние условий нагружения на интенсивность изнашивания и разрушения деталей
Введение к работе
Особенностью данного этапа развития автомобильного транспорта и сельскохозяйственной техники в России является создание акционерных и частных малых предприятий, фермерских хозяйств. Резко возросло количество грузовых и пассажирских автомобилей в частной собственности граждан, занимающихся коммерческими перевозками и не имеющих производственной базы и возможностей для поддержания автомобилей в технически исправном состоянии. Это привело к пересмотру и изменению подходов к методам организации обслуживания и ремонта подвижного состава, а именно к выполнению части ремонтных работ на уровне самообслуживания.
Особую актуальность это приобретает для сельского хозяйства. За период становления экономики страны произошло резкое сокращение парка сельскохозяйственной техники и тракторов в хозяйствах, что привело к резкому ухудшению технического состояния машин, обновление парка только по тракторам с 10-12% ежегодно уменьшилось до 0,7% [212]. По данным Министерства сельского хозяйства РФ, в течение последних лет наработка на отказ у отремонтированных двигателей снизилась в 1,7..-.3,5 раза, а затраты на ремонт сельскохозяйственной техники возросли в 2,3 раза и составляют до 15% стоимости валовой продукции сельского хозяйства.
Самостоятельная оплата затрат на поддержание АТС в технически исправном состоянии побуждает владельцев АТС сокращать эти издержки методом выполнения части работ на уровне самообслуживания, не прибегая к услугам специализированных предприятий по ремонту автотранспортных средств, либо вообще не выполнять предписанные виды работ по ТО и ремонту АТС и работать до аварийного состояния афегатов и сопряжений. Однако, это противоречит существующей и действующей сегодня планово-предупредительной системе технического обслуживания и ремонта подвижного состава, где нормативы трудоемкости, периодичности
технических воздействий задаются заводам и-нзготовител ям и в соответствии с сертификацией их продукции.
Основным документом, регламентирующем процессы поддержания работоспособности подвижного состава, продолжает оставаться «Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава автомобильного транспорта».
Согласно «Положению» перечень операций планового обслуживания и технология выполнения работ определяется конструкцией подвижного состава, а режимы проведения - рекомендациями завода изготовителя. При этом требуется использование специализированной производственно-технической базы и квалифицированного персонала. Распад крупных АТП, имеющих ПТБ и отсутствие сети СТО для грузовиков и автобусов, а так же отсутствие административных мер управления и несоответствие современным финансово-экономическим механизмам привело к тому, что рекомендации «Положений» и нормативная база не могут обеспечить необходимого уровня организации системы поддержания работоспособности автомобилей* Это в свою очередь привело к снижению эксплуатационной надежности АТС, возрастанию затрат на поддержание работоспособного состояния и росту ДТП из-за плохого технического состояния автомобилей. Поэтому в настоящее время получает развитие тенденция создания станций инструментального контроля для проверки АТС и определения их технического состояния с помощью диагностических средств. В этой связи остро встает вопрос об установлении обоснованной периодичности диагностирования и определении обоснованных критериев предельного состояния агрегатов автомобилей, имеющих разную интенсивность эксплуатации и работающих в различных эксплуатационных условиях. Более того, отставание темпов роста цен на транспортные услуги от цен на запасные части и агрегаты вызывает серьезные трудности с финансированием затрат на приобретение запасных частей из-за несвоевременности проведения ТО и ремонта автомобилей. Так цены на
7 запасные части к отечественным автомобилям с 1991 по 1996 годы
увеличились в среднем более чем в 4 раз по сравнению с тарифами на грузовые
перевозки [235, 237]. Это побуждает дальнейшее развитие и изучение
эксплуатационной надежности автомобилей с позиций более точного
определения обоснованных критериев предельного состояния агрегатов
автомобилей, режимов диагностирования, ТО и ремонта , что в конечном счете
сказывается на эффективности работы автомобильного транспорта в целом.
Это ведет к дальнейшему совершенствованию системы обеспечения
работоспособности автомобилей и существующей системы нормирования. Но
это лишь одна сторона проблемы несовершенства нормативной базы по
нормированию ресурса и режимов ТО и ремонта.
Другая заключается в правильности и точности оценки фактических (энергетических) затрат на выполнение транспортной работы (услуги) и, как следствие, правильности назначения цены за эту услугу.
Ранее используемые показатели - тонна, т. км, платный км пробега, в новых условиях не отражают реальных затрат перевозчика на выполнение транспортной услуги и фактически необходимой оплаты клиента за выполненную услугу (работу). Поэтому «привязка» всех норм (по ТО и ремонту, расходу топлива, по расчету себестоимости перевозок) к км пробега не отражает фактических энергетических затрат автомобиля на выполнение транспортной услуги и его технического состояния после этого. Учитывая все это необходимо использовать другой измеритель процесса эксплуатации автомобиля, а именно механическую работу, выполненную двигателем автомобиля в процессе движения (а не км пробега). Кроме того, эффективность работы автомобильного транспорта оценивают главным образом величиной себестоимости перевозок, которая в значительной мере зависит от уровня технической эксплуатации автомобилей- На поддержание работоспособности автомобиля приходится до 25 % себестоимости [6,10,11,150] .Поэтому повышение эффективности и качества функционирования автомобильного
8 транспорта означает в первую очередь снижение себестоимости перевозок путем повышения качества выпускаемых автомобилей, рациональной организации перевозок, совершенствования технической эксплуатации автомобилей-
В себестоимости сельскохозяйственной продукции транспортные издержки достигают 15%, основная доля которых приходится тоже на автомобильный транспорт- Велики также и потери времени на обеспечение работоспособности подвижного состава автомобильного транспорта (ПСАТ), Особен] ю значительно изменяются затраты на обеспечение работоспособности автомобилей в процессе эксплуатации- Так, к пробегу с начала эксплуатации 500 тыскм затраты на обеспечение работоспособности возрастают в 13-14 раз, а производительность снижается в 2,5-3 раза относительно этих показателей в интервале пробега от 0 до 50 тыскм. Из всех затрат на обеспечение работоспособности ПСАТ 65-70% приходится на текущий ремонт (ТР), Во многом причиной таких высоких затрат труда, времени и средств на ТО и ТР является использование в планово-предупредительной системе ТО и ремонта пробега в качестве измерителя процесса эксплуатации, который не полностью отражает физические процессы воздействия эксплуатационных факторов на автомобиль, что приводит к несвоевременному проведению ТО и ремонта- При этом не учитываются режимы работы ( нагрузочный, скоростной, тепловой и их переменность), которые всегда создают дополнительные воздействия на сопряжения в зоне трения через давление, скорость относительного перемещения, температуру поверхности трения и масла ( тепловая напряженность) и т. п. Это обусловливает применение стратегии ожидания отказа для проведения ТР, с помощью которого приходится устранять уже практически аварийные повреждения деталей и сопряжений. Это обусловливает и нормирование показателей ТР в удельных единицах (на тыскм).
Анализ надежности автомобилей показывает, что отказы и замены деталей у большинства автомобилей обусловлены такими закономерностями, как изнашивание, усталость, коррозия. Это свидетельствует о возможности более
9 точного планирования значительной части ТО и ремонта ріс только по трудоемкости, но и по периодичности. Основой для планирования должны служить закономерности изменения технического состояния элементов автомобиля в процессе эксплуатации. Характер этих закономерностей должен быть обоснован на основе физической сущности процессов, В настоящее же время зависимости носят в основном аппроксимирующий характер, несмотря на достаточно высокий уровень развития теорий изнашивания и усталостной прочности.
Одной из трудностей нормирования режимов ТО является большая вариация показателей технического состояния при одинаковой наработке, что требует совершенствования учета условий эксплуатации. В настоящее время, несмотря на совершенствование учета условий эксплуатации при нормировании режимов ТО и ремонта, он является еще укрупненным, без конкретных численных измерителей основных эксплуатационных факторов. Сегодня нет единой классификации условий эксплуатации, имеющей численные показатели по которым можно произвести оценку физического воздействия набора эксплуатационных факторов на ресурс.
Таким образом, значительная доля затрат на обеспечение работоспособности автомобиля в процессе эксплуатации приходится на ремонт. Основными причинами высоких затрат на ремонт является недостаток конкретных нормативов и недостаточный учет эксплуатационных факторов. То есть, проблема разработки конкретных нормативов ТО и ремонта автомобиля с использованием рационального измерителя процесса эксплуатации является актуальной, от которой во многом зависят производительность автомобилей и себестоимость перевозок.
Исследованию путей снижения затрат на поддержание автомобилей в технически исправном состоянии в процессе эксплуатации посвящены многочисленные работы российских ученых: Е.И. Чудакова, Д.Е. Великанова,
10 Г.В. Крамаренко, Ф.Н. Авдонькина, Н.Я. Говорущснко, Е,С. Кузнецова, A.M. Шейнина, МА. Масино, Я.Х, Закина, Я,И, Несвитского и многих других.
Для снижения затрат на ТО и Р необходимо прежде всего совершенствовать конструкцию и технологию изготовления автомобиля [2-6,55,104,120, 167,177 и др.]. Другим, не менее важным путем снижения затрат является повышение уровня ТО и ТР непосредственно в автотранспортных предприятиях, В процессе эксплуатации автомобиля затраты на ТО и ТР зависят от интенсивности изменения технического состояния агрегатов, своевременности выполнения ремонта, организации, качества ТО и ТР автомобиля. Выявить закономерности изменения технического состояния автомобиля в процессе эксплуатации можно при помощи функциональных зависимостей, полученных на основе математических описаний физических явлений в сопряжениях при работе автомобиля в различных условиях эксплуатации. Знание зависимостей изнашивания деталей от различных эксплуатационных факторов дает возможность прогнозировать износ сопряжений, что позволит снизить затраты на ТО и ТР автомобилей путем своевременного и в необходимом объеме их проведения. Создание оптимальных режимов работы и обслуживания позволит снизить интенсивность изменения технического состояния автомобиля, что, в конечном счете, приведет к увеличению долговечности автомобиля, основным показателем которой является ресурс.
В тоже время известно, что наиболее дорогостоящим и трудоемким в обслуживании агрегатом автомобиля является двигатель. Около 20 % трудоемкости текущего ремонта автомобиля приходится на двигатель [6] . Исследования в области надежности и долговечности двигателей [2, 5-16,55,68,87,125-126,115,116,120-123,129,130] показывают, что их техническое состояние определяют износ и изменение геометрической формы деталей двух основных групп сопряжений: шатунно-кривошипной и цилиндро-поршневой. Изнашивание этих двух основных групп сопряжений обусловлено сочетанием пониженного теплового режима работы, пыли, повышенных скоростных и
нагрузочных режимов работы, переменного режима работы двигателя и т.д. Однако надо отметить, что в большинстве исследований недостаточно раскрыта физическая сущность процессов на поверхности трения деталей при переменных режимах работы, нет четкого обоснования влияния эксплуатационных факторов на режимы работы двигателя, а некоторые исследования ограничились лишь качественной оценкой поверхности трения изношенных сопряжений при переменных режимах работы двигателя.
Таким образом, представляет интерес определение закономерностей изменения износа в зависимости от показателей режима работы двигателя, характеризующих количественную и качественную сторону этого процесса, причем вид зависимости износа от показателей переменного режима работы двигателя должен быть определен не только на основе экспериментальных или статистических данных, а на основе причинно-следственных явлений при работе сопряжений на переменном режиме. Кроме того, изменения режимов работы двигателя будут сказываться на режимах работы других агрегатов автомобиля, в частности на агрегатах трансмиссии, а следовательно и на их техническом состоянии,
В данной работе обобщены теоретические и экспериментальные исследования влияния эксплуатационных факторов на режимы работы агрегатов автомобиля и на изменение их технического состояния в различных условиях эксплуатации. На основе этого разработана система обеспечения работоспособности автомобилей, а исходя из интенсивности изменения технического состояния основных агрегатов автомобиля в различных условиях эксплуатации, предложена система корректирования ресурса в зависимости от сочетания основных эксплуатационных факторов с использованием рационального измерителя процесса эксплуатации- Это дает возможность повышения эксплуатационной надежности путем своевременного проведения и в необходимом объеме профилактического обслуживания и ремонта, а также разрабатывать обоснованные нормативы технической эксплуатации.
Анализ измерителей процесса эксплуатации автомобилей и других машин
Для прогнозирования затрат на повышение надежности в ряде случаев применяют метод сравнения с прототипом на основании общих эмпирических зависимостей, полученных в результате обработки опытных данных о цене надежности. Во многих случаях зависимость для цены надежности имеет степенной характер; где Qm — цена надежности аналога или прототипа; Т0 - наработка на отказ (средний срок службы) прототипа; Т - наработка на отказ проектируемого изделия; а—эмпирический показатель, характеризующий уровень прогрессивности производства с точки зрения возможностей заданного повышения надежности изделия. Обычно а находится в пределах 0,5—1,5 Таким образом, вопросы повышения эксплуатационной надежности требуют всестороннего исследования и являются актуальными.
Анализ ряда исследований [9,22,55,62,97,105,115,121,129] показывает, что показатели эксплуатационной надежности автомобилей, закладываемые при проектировании и изготовлении, обусловливаются большой группой конструктивно-технологических факторов. По результатам этих исследований можно выделить наиболее значимые конструктивно-технологические факторы (рис. 1.2,).
При разработке деталей и агрегатов конструкторы имеют возможность варьировать двумя факторами - материалом и геометрическими параметрами (формой). Форма и геометрические параметры изделия влияют на потребительские свойства. Изменением формы и геометрических параметров решают многие задачи повышения надежности деталей — их прочности, износостойкости, жесткости, ремонтопригодности, улучшения теплоотвода.
Изменением формы коленчатых валов, головок блоков цилиндров, клапанов и других деталей были устранены многие дефекты и повышен ресурс двигателей ЯМЗ [П5]. Путем увеличения размеров отверстий в головке блока цилиндров двигателей ЗМЗ-24 была улучшена циркуляция охлаждающей жидкости и устранены задиры гильз цилиндров. Изменение овальности юбки поршня этого же двигателя обеспечило хорошую приработку поршня к цилиндру.
Большое влкяние на эксплуатационную надежность автомобилей оказывают эксплуатационные материалы, их свойства и качество очистки в процессе использования. Топлива, смазочные материалы и технические жидкости назначаются конструктором и вносятся в руководство по эксплуатации и другую конструкторскую документацию. Применяемые топлива влияют на динамику процесса сгорания, условия смазывания поверхностей трения, интенсивность нагарообразования и на ряд других факторов и параметров, в комплексе и в отдельности предопределяющих различные виды изнашивания.
Огромное значение имеет и наличие механических и других примесей в масле и топливе. Для очистки топлив используют бумажные фильтрующие элементы. С целью повышения моторесурса двигателей проблема наилучшей очистки масла решается применением комбинированной очистки — частично поточной центрифуги и полнопоточного бумажного фильтра. Имеются основания полагать, что совместно с другими мероприятиями улучшение очистки масла позволит повысить ресурс двигателей на 20—25% [74,86,89,118,121].
Обеспечение надежности автомобиля в производстве требует разработки технологических процессов и выбора управляющих воздействий. Технологические методы обеспечения надежности автомобилей сводятся к достижению показателей и параметров, заданных конструкторами при проектировании деталей, узлов и агрегатов в сборе.
В процессе эксплуатации автомобили подвергаются ремонту и систематически растет потребность в запасных частях. Необходимость восстановления изношенных деталей очевидна. Однако нужен не любой ремонт, а такой» который обеспечил бы по меньшей мере 80%-ос восстановление ресурса агрегатов и автомобиля в целом. Для достижения этого показателя необходим целый ряд условий и предпосылок. Тем не менее, двигатели после ремонта имеют в основном низкий ресурс. Например, на ряде заводов, ремонтирующих двигатели ЯМЗ-240, послеремонтный ресурс составлял 28—95% от запланированного, у двигателей ЯМЗ-238 — 66—87% [80], а в среднем по двигателям 30—40% [218], Столь низкий послеремонтный ресурс агрегатов автомобиля объясняется многими причинами. Но в основном это несоблюдение технологических требований к обработке деталей, необходимых зазоров, натягов и элементарной культуры выполнения технологических операций. По данным работы [80], только наружная мойка и промывка масляных каналов в блоке и коленчатом вале увеличило ресурс двигателя ЯМЗ-240 па 30%.
Зависимость показателей режимов работы агрегатов от основных эксплуатационных факторов
В зависимости от традиций, хозяйственного уклада, состояния экономики страны и автомобильного транспорта в зарубежной и отечественной практике, смежных отраслях отмечаются следующие уровни регламентации системы ТО и ремонта автомобилей;
Ha негосударственном, межотраслевом и отраслевом уровнях, при котором нормативы и требования системы являются обязательными для всех (или оговоренного большинства) организаций независимо от ведомственного подчинения или вида собственности.
На внутриотраслевом уровне, при котором объединения, холдинги, акционерные общества, крупные транспортные компании на основании имеющегося опыта и специфики эксплуатации применяют «свои режимы» ТО и ремонта при сохранении общих принципов планово-предупредительной системы. При этом для группы предприятий, входящих в данное объединение, рекомендации системы являются обязательными- Примерами являются крупные муниципальные или унитарные транспортные компании, имеющие в своём составе научно-исследовательские институты или группы специалистов: Государственная компания Мосгортранс, Мосавтотранс (Москва, Россия), автотранспортная компания почтовой службы США (US Postal Service), крупные лизинговые компании (Ryder, Hertz) и др.
На профессионально-общественном уровне, при котором разработку системы ТО и ремонта берет на себя общественная организация, ассоциация или объединение, а принципы и нормативы системы являются рекомендательным для транспортных предприятий и организаций. Характерным примером является разработка комитетом по техническому обслуживанию инженерного общества SAE США планово-предупредительной системы технического обслуживания (Preventive Maintenance and Inspection Procedures — P.M.)» которая была рекомендована для армии и гражданской автотранспортных предприятий США- Затем подобная работа проводилась другими транспортными ассоциациями (АТА). При этом сочетаются методы научных исследований и наблюдений с масштабным обобщением опыта передовых (Maintenance Efficiency Award — ME) транспортных предприятий. Рекомендации, разработанные подобными методами, являются весьма авторитетными и используются (полностью или с корректированием) большинством автотранспортных предприятий, которые не имеют возможности провести широкомасштабные и дорогостоящие наблюдения и систематизацию необходимых для разработки или корректировки системы данных, В России эту работу может проводить созданный в 1999 г\ Российский автотранспортный союз (РАС), Российская ассоциация автомобильных дилеров.
Уровень инструкций заводов-изготовителей определяет, как правило, только набор операций ТО и их периодичность и используется индивидуальными владельцами транспортных средств главным образом на гарантийном периоде эксплуатации. Так, в одной из самых автомобилизированных стран Европы — в Швеции инструкциями заводов-изготовителей полностью руководствуется только 27% владельцев индивидуальных автомобилей, что объясняется их крайней нетехиол о точностью (многоступенчатость, частая постановка), дороговизной и недостаточной эффективностью. В США на долю дилеров приходится только 15% объема услуг на ТО и ремонт, главным образом в течение первых двух лет эксплуатации нового автомобиля (более 60%).
Для автомобильного транспорта России целесообразным является взвешенное сочетание всех уровней: с максимальным использованием опыта и нормативного обеспечения первого и четвертого уровней и постепенным переходом преимущественно ко 2 и 3 уровням регулирования и регламентации системы организации ТО и ремонта.
При этом основой системы ТО и ремонта являются ее структура и нормативы. Структура системы определяется видами (ступенями) соответствующих воздействий и их числом. Нормативы включают конкретные значения периодичности воздействий, трудоемкости, перечни операций и ряд других.
Структура системы ТО и ремонта определяется: уровнем надежности и качества автомобилей; целью, которая поставлена перед автомобильным транспортом и ТЭА; условиями эксплуатации; имеющимися ресурсами; организационно-техническими ограничениями.
Для эксплуатируемого в настоящее время подвижного состава автомобильного транспорта уровень влияния отдельных элементов структуры системы ТО и ремонта на затраты по обеспечению работоспособности (без организационно-планировочных затрат) следующий: обоснованность перечня профилактических операций и их периодичности 80-87%; число ступеней (видов) ТО и кратность их периодичности 13-20%,
Таким образом, главными факторами, определяющими эффективность системы ТО и ремонта, являются правильно определенные перечни (что делать) и периодичность (когда делать) профилактических операций, затем количество видов ТО и их кратность (как организовать выполнение совокупности профилактических операций). Следует подчеркнуть, что такая работа требует масштабных наблюдений за надежностью, техническим обслуживанием и ремонтом автомобилей в различных условиях эксплуатации, научных обобщений, и в настоящее время не может быть выполнена не только отдельными АТП, но и автомобильными заводами. Учитывая это можно сделать следующие выводы: 1) предупреждение отказов (профилактическая стратегия) значительно более выгодно, чем ожидание отказа и последующий ремонт (ремонтная стратегия); 2) для современного автомобиля наиболее целесообразна система с 2—3 видами ТО, так как при такой структуре системы удельные затраты на ТО и ремонт с учетом организационных минимальны. Это подтверждается многолетним опытом и других стран. В США, по данным обследования лучших по организации инженерно-технической службы предприятий, трехступенчатую систему (А, В, С) применяли 60% грузовых и 50% автобусных предприятий, двухступенчатую -20 и 23%, четырехступенчатую— 15 и 18%, многоступенчатую — 5 и 9% АТП; 3) для предприятий с плохо организованным ТО (невыполнение перечня, несоблюдение периодичностей) в качестве первого этапа исправления ситуации может быть рекомендована одноступенчатая система ТО (единое ТО) с последующим переходом к 2 и 3 ступеням.
Методика регистрации показателей режимов работы агрегатов автомобиля в эксплуатации
Произведение (Ga V ) есть не что иное как условная мощность, приходящаяся на единицу сожженного топлива. Однако, для оценки эффективности и особенно уровня использования заложенных конструктивных свойств АТС в различных условиях эксплуатации желательно использовать показатель, характеризующий энергетические затраты на "производство" автомобилем единицы транспортной продукции.
Из проведенного анализа видно, что эксплуатационные факторы (дорожные, транспортные, природно-климатические) и динамика их изменения, существенно влияют на эксплутационную надежность автомобиля.
Все эти факторы характеризуются конкретными показателями, которые, в основном, и определяют силовые и температурные воздействия в зоне трения, то есть режимы работы сопряжений — нагрузочный, скоростной, тепловой, а также их переменность.
Из природно-климатических факторов наиболее существенно изменяется средняя годовая температура воздуха, которая определяет в основном тепловой режим работы агрегатов. Эта группа факторов в настоящее время учитывается по пяти природно-климатическим зонам [261], Кроме того, в работах Л.Г.Рсзника [276, 277] довольно значительно обоснованы перспективы совершенствования корректирования нормативов ТЭА по природно-климатическим условиям Проведенный анализ показал, что сегодня нет единой классификации условий эксплуатации. Все имеющиеся классификации имеют много недостатков, главный из которых - отсутствие численного измерителя условий эксплуатации, который бы легко фиксировался в процессе эксплуатации и отражал «силовое» воздействие эксплуатационных факторов на сопряжения и агрегаты автомобиля.
Проведенный анализ показал, что условия эксплуатации отличаются большим разнообразием и имеют различные измерители для их оценки. Поэтому, для учета их влияния желательно иметь механизированные методы и соответствующие регистрирующие приборы.
Все методы механизированного учета условий работы можно разделить на две группы: методы, пригодные для регистрации условий работы при выполнении научных исследований на отдельных автомобилях, и производственные методы, позволяющие с помощью специальных приборов, установленных на каждом автомобиле, регистрировать условия работы в процессе их эксплуатации [96].
Для определения состояния покрытий дорог используются приборы, замеряющие микропрофиль дорог непосредственно (рейки, профилографы различных конструкций, нивелиры) и косвенно. Эти приборы устанавливают на автомобиле или специальных прицепных тележках, которые записывают не микропрофиль, а величины, являющиеся преобразованием от микропрофиля.
Для определения степени ровности дорожных покрытий разработаны различные конструкции толчкомеров, которые регистрируют сумму прогибов рессор автомобиля в см на 1 км пути. Показания, этих приборов зависят от степени ровности дорожных покрытий, нагрузки на автомобиль, скорости движения и качества подвески. Для устранения этого влияния необходимо экспериментальные исследования выполнять на эталонном автомобиле, движущемся с постоянной скоростью и нагрузкой. Вместо эталонного автомобиля используют специальную прицепную тележку постоянной массы, на которой должен быть установлен толчкомер с дистанционным управлением. Колебательные параметры тележки должны соответствовать современным автомобилям и подвергаться периодической проверке и регулировке. Для регистрации продольного профиля дорог можно применить специальный уклономер, имеющий электрический датчик угла наклона продольного профиля дороги.
Для замера высоты над уровнем моря непосредственно на автомобиле наиболее рационально применять деформационные приборы, так как они обеспечивают достаточно высокую для технических целей точность измерений в широком диапазоне давлений и разрежений.
Скорость движения автомобиля является функцией многих переменных величин (типа и состояния покрытия, продольного профиля, высоты дороги над уровнем моря, интенсивности движения, видимости, .расположения кривых в плане дороги и т.д.). Поэтому ставить цель создания для производственных целей специального щитового прибора, который бы регистрировал все постоянные и переменные дорожные и другие условия работы автомобиля желательно, но сложно и дорого.
Наиболее простым прибором, пригодным для механизированного учета условий работы автомобилей, предложен [98] обычный автомобильный спидометр, работающий совместно со счетчиком времени движения автомобиля. Счетчик времени должен включаться и работать только при движении автомобиля. Зная суммарный пробег автомобиля по спидометру tc и время движения 1да, можно определить среднюю скорость автомобиля. Относительный коэффициент изменения скорости автомобиля, который принят в качестве основного критерия при определении группы условий работы, можно определить по формуле [100] где Val - скорость движения данного типа автомобиля на дороге 1-й группы, равная ( 0,65...0,70) Vmav
Сегодня широкое распространение получает тахограф комбинированный прибор для регистрации эксплуатационных параметров работы грузовых и пассажирских автомобилей в функции времени. Тахограф индицирует скорость движения (индикация стрелочная), превышение заданной скорости (мигаюшая красная точка), пройденный путь, количество израсходованного топлива, продолжительность работы первого и второго водителей за рулем, время отдыха, количество и продолжительность остановок, каждый случай вскрытия тахографа
Влияние условий нагружения на интенсивность изнашивания и разрушения деталей
В частности, при воспроизведении переменного по частоте скоростного режима на экспериментальной установке, частоту fn скоростного режима изменяли в пределах fn=0.2- 0,56 Гц, при этом амплитуду изменения скоростного режима An поддерживали постоянной и равной Ап= 800 мин \ средний уровень скоростного и нагрузочного режимов также поддерживался постоянным и равным Р= 250 Им и п= 1600 мин - соответственно. При воспроизведении переменного по амплитуде скоростного режима, амплитуду GTO An изменяли в пределах от 400 мин _1 до 1200 мин 1 при постоянной частоте fn=0.283 Гц и постоянных средних уровнях нагрузки р = 250 Нм и частоты вращения коленчатого вала двигателя п = 1600 мин _ . Аналогично, при воспроизведении переменного нагрузочного режима. Сначала изменяли его частоту fp в пределах от 0,1 Гц до 0,3 Гц при постоянной амплитуде Ар , равной 400 Нм и постоянных среднем уровне нагрузки Р = 250 Нм и средней частоте вращения коленчатого вала двигателя п=1700 мин " - Затем нагрузочный режим изменялся по амплитуде в пределах Ар = 200-500 Нм при постоянной частоте изменения нагрузки fp- 0,1 Гц и постоянных среднем уровне нагрузки Р= 250 Нм и средней частоте вращения коленчатого ізала двигателя n = 1700 мин 1,
Таким образом, чтобы исключить влияние на скорость изнашивания основных сопряжений двигателя напряженности нагрузочного и скоростного режимов его работы, характеризуемой средним уровнем соответственно нагрузочного Р и скоростного п режимов, величина средних уровней режимов работы на протяжении этапов была практически постоянной- Изменялись только те параметры, которые определяют основную характеристику режима -его переменность, а именно частоту и амплитуду изменения нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя.
Чтобы исключить влияние увеличивающегося по мере наработки зазора в сопряжениях на изнашивание собственно сопряжения, использовали рандомизацию факторов. Этапы проводились не в порядке возрастания величины параметров, характеризующих режим работы двигателя, а в смешанном порядке.
При работе на каждом этапе, после пуска, двигатель прогревали до температуры охлаждающей жидкости в пределах 80-90 С, а масло в картере 85-95С и этот тепловой режим поддерживали постоянно в течение каждого из одиннадцати этапов.
Для реализации настоящей методики моделирования изменений скоростного н нагрузочного режимов работы двигателя при стендовых исследованиях были разработаны и изготовлены специальные электромеханические устройства-моделяторы соответственно скоростного и нагрузочного режимов. Данные устройства позволяли в широких пределах моделировать изменения скоростного и нагрузочного режимов по гармоническому закону. Необходимо отметить, что в реальных условиях в процессе эксплуатации изменение скоростного и нагрузочного режимов работы происходит по случайному закону. Изменения же скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя при стендовых исследованиях производили по гармоническому закону. Однако, как уже было обосновано во второй главе, это допущение не влияет на количественную сторону скорости изнашивания при данных режимах.
За основу при разработке и изготовлении моделятора скоростного режима работы двигателя было принято то, что скоростной режим работы дизеля задается положением рычага управления подачей топлива на топливном насосе высокого давления ТНВД. Поэтому данный моделятор воздействует на рычаг управления подачей топлива, изменяя тем самым скоростной режим работы дизеля. Общий вид моделятора скоростного режима показан на рис. 3.9. Он представляет из себя двигатель постоянного тока, соединенный через червячный редуктор с передаточным отношением 1:75 и тягу с рычагом управления подачей топлива, В качестве электродвигателя применен генератор постоянного тока типа Г-107Б с соответствующим изменением схемы подключения обмоток для использования его в качестве электродвигателя. Питание электродвигателя осуществлялось от блока питания, позволяющего изменять напряжение питания в нужных пределах.
Нагрузку на двигатель создавали гидравлическим тормозом- Поэтому моделятор нагрузочного режима воздействовал на величину и скорость перемещения заслонок гидротормоза, регулирующих величину загрузки двигателя. Общий вид моделятора нагрузочного режима представлен на рис. 3,10. В конструктивном исполнении он аналогичен моделятору скоростного режима. Выходной вал его червячного редуктора соединен посредством резинометалличсской муфты с приводным валом заслонок гидротормоза. Кроме того, приводной вал заслонок тормоза через второй аналогичный червячный редуктор соединен с концевым включателем, представляющим собой многого нтактный магнитный выключатель, кинематически связанный с кулачковым диском. Диск расположен на выходном валу червячного редуктора и выполнен с возможностью изменения расстояния между кулачками по округлости- Вісіючение питания электродвигателя моделятора нагрузочного режима осуществляется от блока питания через указанный магнитный включатель. Это дает возможность осуществлять автореверс питаемого электродвигателя и изменять скорость вращения его вала, изменяя напряжение питания. При изменении расстояния между кулачками по окружности диска меняется величина хода заслонок тормоза, а значит, и амплитуда изменения нагрузки на двигатель.
