Название: Основы работоспособности технических систем. Автомобильный транспорт - учебное пособие (Атапин, В.Г)

Жанр: Технические

Просмотров: 3334


2.7. факторы, влияющие на изменение технического состояния автомобилей

Изменение технического состояния обусловлено работой узлов механизмов, случайными причинами, а также воздействием внешних условий работы и хранения автомобиля. К случайным причинам относятся скрытые дефекты, перегрузки конструкции и т.п.

 

А. Процессы. Основными процессами, вызывающими изменение технического состояния деталей и автомобиля в целом, являются изнашивание, пластическая деформация, усталостное разрушение, коррозия, физико-химические изменения материала деталей (табл. 2.7). 

 

Т а б л и ц а  2.7  

Процентное распределение причин отказов для грузового автомобиля большой  грузоподъемности  и  автобуса  среднего  класса  при пробеге

100 тыс. км

п/п

Причины отказов

Грузовой

автомобиль

Автобус

1

Износ

40

37

2

Пластическая деформация и хрупкое разрушение, в том числе: 

обрыв, срыв, разрыв, срез

вытягивание, изгиб, смятие

26

 

20

6

29

 

19

10

3

Усталостное разрушение, в том числе:

трещины

поломки

выкрашивание

18

12

5

1

16

7

8

1

О к о н ч а н и е  т а б л.  2.7

п/п

Причины отказов

Грузовой

автомобиль

Автобус

4

Температурные разрушения, в том числе:

перегорание, замыкание

подгорание, прогорание

закоксование

12

 

5

4

3

11

 

7

3

1

5

Прочие

4

7

        Всего

100

100

 

Изнашивание. Процесс изнашивания возникает под действием трения, зависящего от материала и качества обработки поверхностей, смазки, нагрузки, скорости относительного перемещения поверхностей и теплового режима работы сопряжения. Изнашивание – это процесс разрушения и отделения материала с поверхности детали и (или) накопления ее остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы деталей. Результат изнашивания, определяемый в установленных единицах (например, мкм/км), называется износом.

Обычно в практике ТЭА выделяют абразивное, усталостное, коррозионно-эрозионное, окислительное, электроэрозионное, а также изнашивание при заедании, фретинге и фретинг-коррозии. Изнашивание абразивное, эрозионное, усталостное и при фретинге относится к механическому виду изнашивания, а окислительное и при фретинг-коррозии – к коррозионно-механическому.

Абразивное изнашивание является следствием режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся между поверхностями трения. Такие частицы, попадая извне в виде пыли и песка между трущимися деталями (например, тормозными накладками колодок и барабанами) или в смазочные материалы открытых узлов трения (шкворневые соединения, рессорные шарниры), резко увеличивают их износ.

Эрозионное изнашивание происходит в результате воздействия потока жидкости и (или) газа. Такому изнашиванию на автомобилях подвержены в первую очередь рабочие поверхности тарелок выпускных клапанов двигателя, жиклеры карбюратора.

Усталостное изнашивание состоит в том, что поверхностный слой материала в результате трения и циклической нагрузки становится хрупким и разрушается, обнажая лежащий под ним менее хрупкий материал. Такой вид изнашивания может наблюдаться на беговых дорожках подшипников, шестерен, зубьях.

Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхности на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность. Оно приводит к задирам, заклиниванию и разрушению механизмов. Такое изнашивание обусловливается наличием местных контактов между трущимися поверхностями, на которых вследствие больших нагрузок и скоростей происходят разрыв масляной пленки, сильный нагрев и «сваривание» частиц металла. При дальнейшем относительном перемещении поверхностей происходит разрыв связей. Типичный пример – заклинивание коленчатого вала при недостаточной смазке.

Окислительное изнашивание происходит в результате сочетания механического изнашивания и агрессивного воздействия среды, под действием которой на поверхности трения образуются непрочные пленки окислов, удаляемые при механическом трении, а обнажающиеся поверхности опять окисляются. Такое изнашивание наблюдается на деталях цилиндропоршневой группы, гидроусилителей, тормозной системы с гидроприводом.

Изнашивание при фретинге – это механическое изнашивание соприкасающихся деталей при малых колебательных движениях. Если при этом агрессивно воздействует среда, то происходит изнашивание при фретинг-коррозии. Такое изнашивание происходит в местах контакта вкладыша шеек коленчатого вала и постели в картере и крышке.

Электроэрозионное изнашивание проявляется в эрозионном изнашивании поверхности в результате воздействия разряда при прохождении электрического тока, например, между электродами свечи зажигания.

Пластическая деформация и хрупкое разрушение. Такие повреждения связаны с достижением или превышением пределов текучести или пределов прочности соответственно у пластичных (сталь) или хрупких (чугун) материалов. Обычно эти виды повреждения являются следствием либо ошибки при расчетах, либо нарушений правил эксплуатации (перегрузки, неправильное управление автомобилем, дорожно-транспортные происшествия и т.п.). Иногда этим повреждениям предшествует механическое изнашивание, приводящее к изменению геометрических размеров и снижению запасов прочности детали.

Усталостное разрушение. Этот вид разрушения возникает при циклическом приложении нагрузок, превышающих предел выносливости детали. При этом происходит постепенное накопление и рост усталостных трещин, которые при определенном числе циклов нагружения приводят к усталостному разрушению детали. Как правило, усталостное разрушение наблюдается в экстремальных условиях эксплуатации автомобиля (длительные перегрузки, низкие или высокие температуры) у рессор, полуосей, рамы.

Коррозия. Это явление происходит вследствие агрессивного воздействия среды на детали, приводящего к окислению (ржавлению) металла и, как следствие, к уменьшению прочности и ухудшению внешнего вида. Активными агентами внешней среды, вызывающими коррозию, являются соль (посыпают дороги зимой), кислоты (содержатся в воде и почве), а также компоненты, входящие в состав отработавших газов автомобилей, и их химические соединения. Коррозия главным образом поражает детали кузова, кабины, рамы. Для деталей кузова, расположенных снизу, коррозия сопровождается абразивным изнашиванием в результате воздействия на поверхность при движении автомобиля абразивных частиц – песка, гравия. Сильно способствует коррозии сохранение влаги на металлических поверхностях, в том числе под слоем дорожной грязи, что особенно характерно для всякого рода скрытых полостей и ниш.

Коррозия способствует усталостному изнашиванию и разрушению, так как создает на поверхности металла концентраторы напряжения в виде коррозионных язв. Такой вид разрушений наблюдается, например, в местах сварки, крепления кронштейнов рессор.

Старение. Показатели технического состояния деталей и эксплуатационных материалов изменяются под действием внешней среды. Так, резинотехнические изделия теряют прочность и эластичность в результате окисления, термического воздействия (разогрев или охлаждение), химического воздействия масла, топлива и жидкостей, а также солнечной радиации и влажности.

В процессе эксплуатации свойства смазочных материалов и эксплуатируемых жидкостей ухудшаются в результате накопления в них продуктов износа, изменения вязкости и потери свойств присадок. Детали и материалы изменяются не только при их использовании, но и при хранении: снижаются прочность и эластичность резинотехнических изделий; у топлива, смазочных материалов и жидкостей наблюдаются процессы окисления, сопровождаемые выпадением осадка.

 

Б. Условия эксплуатации. Различают: дорожные условия; условия движения; природно-климатические и сезонные условия; транспортные условия (или условия перевозки).

Дорожные условия определяют режим работы автомобиля. Они характеризуются технической категорией дороги (всего пять категорий), видом и качеством дорожного покрытия, определяющими сопротивление движению автомобиля (табл. 2.8), элементами дороги в плане и профиле (шириной дороги, радиусом закруглений, уклоном подъемов и спусков). В свою очередь, режим работы автомобиля влияет на надежность и другие свойства автомобиля и его агрегатов. Износ и разрушение дорожного покрытия сокращают надежность автомобиля на 14...33 \%.    

Условия движения  характеризуются влиянием внешних факторов на режим движения и, следовательно, на режим работы автомобиля и его агрегатов. Так, режимы работы грузовых автомобилей при интенсивном городском движении отличаются от режимов работы на загородных дорогах (при одинаковом покрытии) следующим образом:

– скорость в 1-м случае больше на 50...52 \%,

– средняя частота вращения коленчатого вала больше на 130...136 \%,

– число переключения передач больше в 3...3,5 раза.

Выделяют также три группы условий движения: за пределами пригородной зоны; в малых городах с числом жителей менее 100 тыс. человек и в пригородной зоне; в больших городах с числом жителей свыше 100 тыс. человек.

Условия перевозки наряду со скоростью движения характеризуются длиной груженой ездки l, коэффициентом использования пробега , коэффициентом использования грузоподъемности  ,  коэффициентом

Т а б л и ц а  2.8

Влияние типа покрытия дороги на режим работы агрегатов автомобиля большой грузоподъемности

Показатель

Цементобетон,

асфальтобетон

Битумоминеральные смеси

Щебень,

 гравий

Булыжник, грунт укрепленный

Естественный грунт

Коэффициент сопротивления качению

0,014

0,020

0,032

0,040

0,08

Среднетехническая скорость, км/ч

66

56

36

27

20

Среднее количество оборотов коленчатого вала двигателя на 1 км пути

 

2228

 

2561

 

2628

 

3185

 

4822

Среднее квадратическое отклонение угла поворота рулевого колеса, град

 

8

 

9,5

 

12

 

15

 

18

Число торможений на 1 км

0,24

0,25

0,34

0,42

0,9

Число переключений передач на 1 км

0,52

0,62

1,24

2,10

3,20

Число колебаний подвески с амплитудой более 30 мм на 100 км

 

68

 

128

 

214

 

352

 

625

 

использования прицепов Kпр, родом перевозимого груза. Оценка влияния наиболее важных параметров условий эксплуатации на эксплуатационную надежность автомобилей приведена в табл. 2.9.

 

Т а б л и ц а  2.9

Влияние дорожных и транспортных условий на эксплуатационную

надежность грузовых автомобилей, \%

Автомобили

f

П

i

l

Kпр

Всего

ЗИЛ

29

21

12

8

13

10

7

100

КамАЗ

33

19

18

6,5

12

6

5,5

100

Обозначения к табл. 2.9: f – коэффициент сопротивления качению;

i – среднее значение уклона дороги на маршруте; П – коэффициент помехонасыщенности маршрута (отношение скорости, развиваемой автомобилем на горизонтальном участке междугородной дороги первой категории, к средней скорости автомобиля на данном маршруте); остальные обозначения даны в тексте.

Совокупное влияние в реальной эксплуатации возможных сочетаний названных условий, а также рельефа местности учитывается поправочными коэффициентами на нормативы показателей надежности технической эксплуатации для пяти категорий условий эксплуатации (табл. 2.10).

1. Условные обозначения дорожных покрытий:

Д1 – цементо-, асфальтобетон, брусчатка, мозаика;

Д2 – битумоминеральные смеси (щебень или гравий, обработанные битумом);

 

Т а б л и ц а  2.10

Классификация условий эксплуатации

Категория условий эксплуатации

Условия движения

За пределами пригородной зоны (более 50 км от границы города)

В малых городах

(до 100 тыс. жителей) и в пригородной зоне

В больших городах (более 100 тыс. жителей)

I

Д1 – Р1,Р2,Р3

II

Д1 –                Р4

Д2 –  Р1,Р2,Р3,Р4

Д3 –  Р1,Р2,Р3

Д1 –  Р1,Р2,Р3,Р4

Д2 –  Р1

 

III

Д1 –                    Р5

Д2 –                    Р5

Д3 –                Р4,Р5

Д4 –  Р1,Р2,Р3,Р4,Р5

Д1 –                    Р5

Д2 –       Р2,Р3,Р4,Р5

Д3 –  Р1,Р2,Р3,Р4,Р5

Д4 –  Р1,Р2,Р3,Р4,Р5

Д1 –  Р1,Р2,Р3,Р4,Р5

Д2 –  Р1,Р2,Р3,Р4

Д3 –  Р1,Р2,Р3

Д4 –  Р1

IV

Д5 –  Р1,Р2,Р3,Р4,Р5

Д5 –  Р1,Р2,Р3,Р4,Р5

Д2 –                    Р5

Д3 –               Р4,Р5

Д4 –       Р2,Р3,Р4,Р5

Д5 –  Р1,Р2,Р3,Р4,Р5

V

Д6 –  Р1,Р2,Р3,Р4,Р5

 

Д3 – щебень (гравий) без обработки, дегтебетон;

Д4 – булыжник, колотый камень, грунт и малопрочный камень, обработанные вяжущими материалами, зимники;

Д5 – грунт, укрепленный или улучшенный местными материалами, лежневое и бревенчатое покрытия;

Д6 – естественные грунтовые дороги, временные внутрикарьерные и отвальные дороги, подъездные пути без твердого покрытия.

 

2. Условные обозначения типа рельефа местности (определяется высотой над уровнем моря): Р1 – равнинный (до 200 м); Р2 – слабохолмистый (от 200 до 300 м); Р3 – холмистый (от 300 до 1000 м); Р4 – гористый (от 1000 до 2000 м); Р5 – горный (свыше 2000 м).

Характерно, что значение факторов, определяющих категорию эксплуатации, составляет 70...77 \%,  а условий перевозок – 23...30 \%, что и определяет систему корректирования нормативов ТЭА, принятую на автомобильном транспорте нашей страны.

Природно-климатические условия характеризуются температурой окружающего воздуха, влажностью, ветровой нагрузкой, уровнем солнечной радиации и некоторыми другими параметрами. Природно-климатические условия влияют на тепловые и другие режимы агрегатов и соответственно на их техническое состояние и надежность.

 

 

Рис. 2.7. Влияние температуры окружающего

воздуха  на  изменение  общего числа отказов

автомобилей (по данным НИИАТ)

Подпись:  

Рис. 2.8. Зависимость относи-тельной скорости изнашивания цилиндров карбюраторного и ди-зельного двигателей от темпера-туры охлаждающей жидкости (по               данным НАМИ)

Интенсивность изнашивания агрегатов автомобиля и, как следствие, общее количество отказов, отнесенных к пробегу, в зависимости от средней температуры окружающего воздуха изменяется по кривой, имеющей минимум, соответствующий оптимальной температуре окружающего воздуха (рис. 2.7).

Соответственно и для каждого агрегата существует оптимальный тепловой режим. Например, минимальный износ двигателя соответствует температуре охлаждающей жидкости 70 – 90 °С (рис. 2.8). При низких температурах окружающего воздуха тепловой режим нарушается, возрастают пусковые износы, являющиеся следствием неудовлетворительной смазки поверхностей трения.

Более быстрому охлаждению агрегатов автомобиля способствует ветер. Темп охлаждения масел и жидкостей основных агрегатов неподвижного автомобиля при увеличении скорости ветра до 10...12 м/с возрастает по сравнению с безветрием в 2,5...3 раза.

Согласно ГОСТ 16350-80 выделяется несколько климатических районов: умеренный, очень холодный, холодный, умеренно холодный, жаркий сухой, очень жаркий сухой и др.

Сезонные условия связаны с колебаниями температуры окружающего воздуха, изменением дорожных условий по времени года, с появлением ряда дополнительных факторов, влияющих на интенсивность изменения параметров технического состояния автомобилей, например, пыли летом, влаги и грязи осенью и весной (табл. 2.11).

Агрессивность окружающей среды связана с повышенной коррозионной активностью воздуха, свойственной ряду прибрежных морских районов. Такие условия вызывают интенсивную коррозию деталей автомобиля, увеличивая трудоемкость ТО и ТР и потребность

в запасных частях около 10 \%. При этом ресурс автомобиля и периодичность ТО также сокращаются. Агрессивной окружающей средой является для автомобиля и химический груз.

 

Т а б л и ц а  2.11

Средние значения показателей надежности городских автобусов

большого класса по сезонам в умеренном климатическом районе, \%

Показатель

Сезон

летний*

осенний

зимний

весенний

Наработка на случай ремонта

100

97

81

94

Наработка на линейный отказ

100

88

77

88

Потери линейного времени по техническим причинам:

число случаев

часов

 

 

100

100

 

 

114

112

 

 

128

125

 

 

115

112

     * 100 \% – условное значение.

 

 

Т а б л и ц а  2.12

Влияние квалификации водителей на режим работы и надежность

автобуса среднего класса

Квалификация

водителей

Среднетехническая

скорость движения

Средняя частота вращения

коленчатого вала

Число торможений

на 1 км

Путь при торможении

(от общего пути)

Количество отказов

Ресурс агрегатов

км/ч

об/мин

\%

\%

\%

Высокая

35,3

1780

1,7

2,1

100 (условно)

Средняя

33,6

2220

2,6

3,8

140

44–70

На интенсивность изменения параметров технического состояния автомобилей оказывает влияние также качество применяемых эксплуатационных материалов (топлив, масел, жидкостей), качество запасных частей, квалификация персонала и другие факторы. Например, в равных условиях эксплуатации водители, обладающие более высоким профессиональным мастерством (табл. 2.12), обеспечивают при увеличении скорости движения автобусов более благоприятные условия перевозки для пассажиров, а также режимы работы агрегатов и механизмов. Это приводит к сокращению числа отказов и увеличению ресурсов агрегатов.