Надежность и техническое состояние автомобилей

Большинство задач, решаемых технической эксплуатацией, связано с понятием качества изделия или материала, т.е. автомобиля, агрегата, детали, технологического оборудования, эксплуатационных материалов при их функционировании или использовании в определенных условиях эксплуатации.

Качество – это совокупность свойств, определяющих степень пригодности изделия или материала к выполнению заданных функций при использовании по назначению. Свойство характеризуется одним или несколькими показателями, которые могут принимать различные количественные значения. Схема понятия качества представлена на рис. 1.1

 

Качество		Свойства		Показатели		Значения показателей

 

Рисунок 1.1 – Схема понятия качества

Например, одним из показателей долговечности (свойство) автомобиля является ресурс до капитального ремонта (показатель), составляющий для автомобиля МАЗ-5335 320 тыс. км (значение показателя). Показатели большинства свойств, определяющих качество автомобилей, например экономичности, безопасности, динамичности, производительности, комфортабельности и др. изменяются в процессе работы (старения) автомобилей (табл.1.1). Эти свойства можно поддерживать и восстанавливать, т.е. управлять ими при условии знания закономерностей их изменения.

Следует отметить, что группа свойств может объединяться в одно комплексное свойство. Так, надежность является комплексным свойством, состоящим из таких свойств, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость и характеризует изменение показателей качества автомобиля во времени (или по пробегу).

Таблица 1.1 - Изменение показателей качества автомобиля во времени

Время работы, лет	Годовая производительность, %	Трудоемкость работ ТО и ТР, %
1-3	100 (условно)
4-7	75 – 80	160 – 170
8-12	55 – 60	200 – 215
свыше 12	45 – 50	280 – 300

 

Надежность – это комплексное свойство объекта, заключающееся в способности сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих возможность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Надежность определяет возможность эффективного использования автомобилей, трудовых и материальных затрат.

Безотказность – это свойство автомобиля непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени или пробега.

Вероятность безотказной работы R(l) за наработку (l) определяется (рис.1.2) отношением числа случаев безотказной работы к общему числу рассматриваемых случаев (п):

(1.1)

где m(l) – число отказавших изделий за наработку l.

Вероятность отказа F(l) является противоположным R(l) событием (рис.1.2) и равна

(1.2)

а) б)

где R(l)a - допустимая вероятность безотказной работы;

, lo - средний пробег до отказа и пробег при допустимой вероятности безотказной работы R(l)a.

Рисунок 1.2 Интегральная (а) и дифференциальная (б) функции распределения

Плотность вероятности (рисунок 1.2) отказа (дифференциальная функция, закон распределения случайной величины) – вероятность отказа за малую наработку, равна

(1.3)

Величины R(l), F(l) и f(l) используют для назначения гарантийного пробега, времени выполнения работ ТО и Р, определения количества запасных частей и т.д.

Долговечность– свойство автомобиля сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе проведения работ ТО и Р. Под предельным понимается такое состояние, когда применение изделия должно быть прекращено по экономической целесообразности или условиям безопасности. Продолжительность работы изделия, измеренная в часах или километрах пробега, называется наработкой, а наработка до предельного состояния – ресурсом. Для автомобиля или агрегата ресурсом является пробег до капитального ремонта или до его списания, если не предусмотрен капитальный ремонт.

Ремонтопригодность – свойство автомобиля, заключающееся в его приспособленности к предупреждению и обнаружению отказов и неисправностей, по поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения ТО и Р.

Показателем ремонтопригодности является среднее время устранения отказа элемента (агрегата, узла и т.д.), например, среднее время замены двигателя автомобиля ГАЗ-3307.

(1.4)

где п – количество устраненных отказов i-го элемента;

t_i – время устранения i –го отказа.

 

Сохраняемость – свойство автомобиля непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течение и после хранения и транспортирования. Сохраняемость характеризуется средним сроком сохранности изделия.

Важнейшим комплексным показателем надежности является коэффициент технической готовности, представляющий собой отношение времени пребывания автомобиля в работоспособном состоянии (Д_р) к сумме его и времени простоя в ТО и Р (Д_ТО,Р)

(1.5)

Любое техническое устройство (автомобиль, агрегат и др.) можно представить как упорядоченную структуру связанных между собой и взаимодействующих элементов. Связи и взаимодействие между элементами определяются их геометрическими размерами, механическими, электрическими, химическими и др. величинами, которые обуславливают работоспособность технического устройства и называются параметрами технического состояния. Онимогут быть измерены соответствующими физическими величинами (линейными, электрическими и т.д.). В процессе эксплуатации изделия параметры изменяются от номинальных значений до предельных, обуславливаемых технико-экономической целесообразностью дальнейшего использования изделия. Разности между текущим и номинальным или предельным значениями определяют соответственно его исправность и остаточный ресурс. Совокупность отклонений параметров технического состояния изделия, определяющих уровень его работоспособности и исправности, называется техническим состоянием.

Если изделие удовлетворяет всем требованиям нормативно-технической документации, то оно исправно, если не удовлетворяет хотя бы одному – неисправно.

Если требованиям не соответствует один или несколько параметров, характеризующих способность автомобиля выполнять заданные функции – совершать транспортную работу – то он будет неработоспособен, если все параметры соответствуют – работоспособен. Таким образом, в зависимости от технического состояния изделие может быть: исправно и работоспособно, неисправно и работоспособно, неисправно и неработоспособно.

Событие, прекращающее работоспособность изделия, называется отказом. Примером отказа является фара, у которой перегорела спираль лампы. Здесь имеет место отказ и самой лампы.

По причинам возникновения отказы бывают конструктивные (несовершенство конструкции изделия), производственные (несовершенство технологии, некачественный материал и т.д.) и эксплуатационные (некачественное ТО или Р и т.д.).

По влиянию на работоспособность объекта различают отказы его элементов и отказы, вызывающие неисправность или отказ объекта в целом.

По связи с отказами других элементов различают зависимые и независимые отказы. Зависимым называется отказ, обусловленный отказом или неисправностью других элементов изделия.

По характеру (закономерности) возникновения и возможности про­гнозированияразличают постепенные и внезапные отказы. Постепенные отказы возникают в результате плавного изменения показателей технического состояния, чаще всего вследствие изнашивания. Они составляют от 40 до 70% всех отказов.

По частоте возникновения (наработке) различают отказы с малой наработкой (3…4 тыс. км), средней (до 12…16 тыс. км) и большой (свыше 12…16 тыс. км). Следует иметь в виду, что наработки между отказами существенно сокращаются при увеличении пробега автомобиля с начала эксплуатации (табл.1.2).

По трудоемкости устранения отка­зы можно разделить на требующие малую (до 2 чел∙ч), среднюю (2…4 чел∙ч) и большую (свыше 4 чел-ч) трудоемкость восстановления автомобиля

По влиянию на потери рабочего времени автомобиля отказы подразделяют на устраняемые без потери рабочего времени, т. е. при ТО или в нерабочее (межсменное) время, и отказы, устраняемые с потерей рабочего времени.

Таблица 1.2 - Изменение показателей работы автобуса большого класса в зависимости от пробега с начала эксплуатации, %

Интервал пробега, тыс.км	Наработка на отказ	Потери линейного времени из-за отказов	Простой в ремонте	Доходы на один автобус
0-100
100-200
200-300
300-400
свыше 400

Основные причины изменения техниче­ского состояния приведены в табл.1.3.

Таблица 1.3 - Распределение причин отказов для грузового автомобиля и автобуса при пробеге 100 тыс. км (в процентах)

Причины отказов	Грузовой автомобиль	Автобус
Изнашивание
Пластические деформации и разрушения
Усталостные разрушения
Температурные разрушения
Прочие (старение, коррозия и др.)
Всего

 

Изнашивание — это процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения остаточной деформации при трении, проявляющейся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела. Результат изнашивания, определяемый в установленных единицах, называется износом. При эксплуатации оценку износа производят методами с разборкой сопряжений (микрометраж и др.) и без разборки (диагностирование и др.).

Основная характеристика изнашивания, его интенсивность, представляющая отношение износа h к пути трения l, за который произошел этот износ

. (1.6)

Основная причина изнашивания – трение – явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним. Виды трения классифицируют: по наличию движения - покоя и движения; по характеру относительного движения - качения, скольжения, качения с проскальзыванием; по наличию смазочного материала - без и со смазочным материалом.

В типовой схеме закономерность изнашивания сопряженной пары подобна кривой 1 (рис.1.3). Здесь имеется период приработки I, период установившегося изнашивания II и период прогрессивного изнашивания III.

Рисунок 1.3 - Типовая закономерность изнашивания

 

Из характера кривых изнашивания (рис.1.3) видны возможности повышения ресурса деталей при номиналь­ном зазоре Ун и заданной величине предельно допустимого зазора Уп: во-первых, за счет уменьшения зазора конца приработки (период 1), во-вто­рых, за счет снижения интенсивности изнашивания деталей сопряже­ния (период II), в третьих, исключая необоснованную разборку сопряжения (кривая 2), что снижает пробег на Dl_р. Повышение ресурса деталей (снижение интенсивности изнашивания) достигается соблюдением правил обкатки автомобиля (смена масла, исключение предельных скоростей и нагрузок и др.), своевременным и качественным проведением ТО и Р (ТО через необходимые пробеги, в полном объеме, применяя технологическое оборудование и т.д.), грамотной эксплуатацией автомобиля на линии (высокая квалификация водителя и его заинтересованность в исправном состоянии автомобиля, оптимальные режимы движения, качественные эксплуатационные материалы и т.д.).

Выделяют следующие виды изнашивания: механическое - абразивное, при фреттинге, при заедании, гидрогазоабразивное, эрозионное, кавитационное и усталостное; коррозионно-механическое - окислительное и при фреттинг-коррозии; при действии электрического тока - электроэрозионное

Пластические деформации и разрушения связаны с достижением или превышением пределов текучести или прочности соответственно у вязких (сталь) или хрупких (чугун) материалов.

Усталостные разрушениявозникают при циклическом приложении нагрузок, превышающих предел выносливости металла детали. При этом происходят постепенное накопление и рост усталостных трещин, приводящие при определенном числе циклов нагружения к усталостному разрушению деталей.

Коррозия - это процесс разрушения материала вследствие агрессивного воздействия среды на детали, приводящего к окислению металла и, как следствие, к уменьшению прочности и изменению внешнего вида. Внешний признак коррозии – налет на поверхности металла (бурый – черные металлы; зеленый – медь; белый – алюминий).

Старение - этоизменение показателей технического состояния деталей и эксплуатационных материалов под действием внешней среды. Так, резинотехнические изделия теряют прочность и эластичность в результате окисления, термического воздействия (нагрев, охлаждение), химического воздействия масла, топлива и жидкостей, а также солнечной радиации и влажности. Стекло тускнеет, лакокрасочное покрытие теряет блеск, дерево растрескивается и гниет, пластмасса деформируется и т.д.

Большое влияние на интенсивность изменения технического состояния оказывают следующие факторы: совершенство конструкции изделия, качество материалов и технология производства, качество эксплуатационных материалов, условия эксплуатации.

Совершенствованием конструкции автомобиля можно снизить изнашивание его деталей и значительно повысить надежность и долговечность автомобиля. Например, воздушный инерционно-масляный фильтр пропускает до 1…2% пыли, увеличивая ресурс двигателя более, чем в 2 раза. Пропуск пыли при применении сухих фильтров составляет 0,1…0,2%, что еще значительнее увеличивает ресурс.

Качество материала, его механическая и термическая обработка оказывают влияние на износ и ресурс деталей. Например, для повышения износостойкости цилиндров двигателей применяют короткие вставные гильзы из легированного чугуна, обладающего высокой коррозионной стойкостью, что позволяет уменьшить износ цилиндров в 2…2,5 раза.

Качество материалов оценивается совокупностью физико-химических показателей, характеризующих их эксплуатационные свойства. Например, основными показателями бензинов являются: фракционный состав, детонационная стойкость, коррозионная агрессивность, склонность к образованию отложений и наличие механических примесей.

Условия эксплуатации автомобилей определяют режим работы; дорожные условия; условия движения; транспортные условия (условия перевозки); природно-климатические и сезонные условия; агрессивность окружающей среды; квалификация водителей; качество ТО и Р, условия хранения. Режим работы характеризуется сочетанием скоростей движения и нагрузок и может быть постоянным и переменным. Переменный режим увеличивает износ деталей и расход топлива. Дорожные условия определяют режим работы автомобиля. Условия движения характеризуются влиянием внешних факторов на режим движения и, следовательно, на режим работы автомобиля и его агрегатов. Условия перевозки (транспортные условия) наряду со скоростью движения характеризуются длиной груженой ездки, коэффициентом использования пробега, коэффициентом использования грузоподъемности, использованием прицепов, родом перевозимого груза, условиями погрузки и выгрузки, особенностью организации работы. Природно-климатические условияхарактеризуются температурой окружающего воздуха, влажностью, ветровой нагрузкой, уровнем солнечной радиации и др. Они влияют на тепловые и другие режимы работы агрегатов и соответственно на изменение их технического со­стояния. Сезонные условия связаны с колебаниями температуры окружающего воздуха (рис.1.4), изменением дорожных условий, количества пыли и влаги по времени года, что влияет на интенсивность изменения параметров технического состояния автомобилей.

Агрессивность окружающей средысвязана с повышенной коррозионной активностью воздуха, свойственной ряду прибрежных морских районов, и агрессивностью некоторых грузов.

Рисунок 1.4 -Влияние температуры окружающего воздуха на удельное количество отказов автомобиля

Квалификация водителей определяется степенью приближения реальных режимов работы автомобиля к оптимальным и приводит к сокращению числа отказов и увеличению ресурсов агрегатов. Качество технического обслуживания и ремонтавлияет на изменение технического состояния, экономичность и безопасность движения. Например, при снижении давления в шинах на 20% их пробег уменьшается на 25%. До 30% автомобилей поступает в ремонт из-за некачественного выполнения ТО. По причине некачественного ремонта происходит около 20% отказов. Условия хранениядолжны обеспечивать наименьшее отрицательное воздействие окружающей среды на автомобиль.