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

Жанр: Технические

Просмотров: 4979

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

О к о н ч а н и е  т а б л.  2.7

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

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, \%

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

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)

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, \%

Т а б л и ц а  2.12

Влияние квалификации водителей на режим работы и надежность

автобуса среднего класса

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.