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

Жанр: Технические

Просмотров: 3254


4.2. определение предельных и допучстимых значений параметров технического состояния

Нормативные параметры состояния.  В процессе оперативного управления работоспособностью автомобилей наряду с общей статистической информацией необходима индивидуальная информация, отражающая уровень технического состояния конкретного автомобиля, системы, агрегата, детали. Получить такую информацию можно путем непосредственного измерения параметров технического состояния данного автомобиля и сравнения их текущих значений с нормативами.

Каждый из элементов системы, которой является автомобиль или агрегат, и каждое простейшее сопряжение можно оценить с помощью одного или нескольких структурных и выходных параметров. Система же оценивается по совокупности параметров, отражающих состояние отдельных элементов, сопряжений и их свойств. В процессе эксплуатации автомобиля текущие значения параметров его состояния yi изменяются от начальных или номинальных значений  yн  до предельных yп. Формирование возможных состояний автомобиля определяется набором нормативных значений параметров состояния.

На рис. 4.5 показана зависимость изменения параметра состояния y (например, зазора) от наработки изделия (пробега автомобиля). Номинальное значение параметра определяется техническими условиями завода-изготовителя или другими регламентирующими документами и может иметь разброс значений, отражающий качество проектирования и изготовления изделия.  В связи с этим в ряде случаев (когда параметр является регулируемым) требуется индивидуальный подбор номинального значения, оптимального для конкретного изделия с точки зрения обеспечения оптимальных показателей эксплуатационных свойств.

При эксплуатации изделия через определенную наработку значение параметра  достигает  предельной величины, при которой существенно

 

Рис. 4.5. Изменение состояния изделия

в зависимости от значений параметров

состояния

ухудшаются технико-экономические показатели его использования или происходит отказ, момент наступления которого не поддается сколько-нибудь достоверному прогнозированию.

Изделие, у которого значение параметра достигло предельно допустимого значения или превысило его, считается неисправным и находится в так называемом предотказном состоянии (зона между точками В и Г). Продолжение эксплуатации изделий в этой зоне обычно запрещено технической документацией (стандартами и т.п.), так как это приводит к аварийному отказу (точка Г). Ущерб от устранения отказа значительно выше затрат на его предупреждение.

В связи с тем, что на практике контроль технического состояния проводится периодически через определенную наработку автомобиля, использование для управления техническим состоянием в качестве норматива предельно допустимого значения параметра не всегда возможно. Для этих целей в ряде случаев вводится новое понятие упреждающего значения параметра yупр. Оно представляет собой ужесточенное предельно допустимое значение, при котором обеспечивается заданный либо экономически целесообразный уровень вероятности безотказной работы на предстоящей межконтрольной наработке. Нахождение значений параметра к моменту контроля в пределах между yн и yупр (зона между точками А и Б) соответствует возможности эксплуатации автомобиля. Достижение значений в пределах между yупр и yп.д (зона БВ) свидетельствует о необходимости проведения предупредительных воздействий (регулировок или замен) с затратами d, а пропуск значений параметров свыше yп.д (зона ВГ) ведет к возникновению аварийного отказа, как правило, связанного со сходом автомобиля с линии или потерей рабочего времени и требующего проведения ремонта с затратами .

На основании анализа и классификации по методу назначения или определения нормативные значения параметров можно разбить на три группы.

К первой группе относятся нормативные значения, задаваемые на уровне государственных стандартов или других руководящих документов общегосударственного значения. Нормативы этой группы назначаются для параметров систем, обеспечивающих безопасность автомобиля и определяющих его влияние на окружающую среду. К ним относятся параметры, определяющие состояние тормозной системы, рулевого управления, шин и колес, системы освещения и сигнализации и другие, а также параметры токсичности отработавших газов, шума, вибрации и т.д. Эксплуатация автомобилей в любых условиях с отклонениями от этих параметров недопустима.

Ко второй группе относятся нормативы параметров, изменение которых не зависит от условий эксплуатации автомобилей, а обусловлено только конструктивными и технологическими факторами, такими, как применяемые материалы, технология изготовления, форма и размеры и т.п. Эти нормативы обычно оговариваются в технических условиях завода-изготовителя или в инструкции по эксплуатации изделия, и эти рекомендации являются одинаково достоверными для различных условий эксплуатации. Это, например, нормативные значения тепловых зазоров в газораспределительном механизме двигателя, зазор в контактах прерывателя, зазор между электродами свечи зажигания и т.д.

К третьей группе относятся нормативы для параметров, на изменение которых в зависимости от наработки существенно влияют условия эксплуатации. В этом случае нормативные значения одного и того же параметра для автомобилей, работающих на различных видах перевозок, могут существенно (в 1,5...2 раза) различаться. Рассмотрим эту ситуацию на конкретном примере.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При установке одинаковых по конструкции редукторов главной передачи заднего моста на автомобиле-самосвале и седельном тягаче их режимы работы будут существенно различаться. Соответственно условия эксплуатации редуктора самосвала характерны для перевозок самосвалом строительных грунтов (песка, грунта, бетона) на малом плече с постоянной сменой нагрузочных и скоростных режимов. В случае с тягачом в условиях междугородных перевозок грузов формировались достаточно стабильные нагрузочные и скоростные режимы работы редуктора.

Параметром, определяющим техническое состояние зубчатого зацепления редуктора, является износ зубьев (конструктивный параметр), который можно оценить через люфт главной передачи (диагностический параметр). Номинальное значение люфта в обоих рассмотренных случаях было одинаковым и равнялось 20°. Однако в процессе эксплуатации указанных моделей автомобилей изменение этого параметра протекало по-разному.

У самосвала под воздействием переменных режимов и ударных нагрузок происходил ярко выраженный процесс износа зубьев шестерен и люфт к моменту выхода редуктора из строя достиг 60°.

У тягача под воздействием стабильного режима работы в условиях эффективной смазки износ зубьев был небольшим и выход редуктора из строя был обусловлен их усталостным разрушением. При этом люфт достиг лишь 38°.

 

Метод назначения значений параметров. Анализ рассмотренной ситуации в ПРИМЕРЕ 4-1  показывает, что для приведенного параметра нецелесообразно устанавливать нормативное значение без учета конкретных условий эксплуатации. Если будет даваться усредненный  норматив, скажем, для рассмотренного примера 50°, то у автомобилей-самосвалов его применение вызовет значительное недоиспользование ресурса. Для тягачей же этот норматив будет просто бессмысленным, так как основная масса редукторов выйдет из строя, не достигнув этого значения.

Поэтому для таких параметров нормативные значения необходимо определять статистическими методами для характерных условий эксплуатации. С этой целью применяют разработанный в МАДИ метод расчета предельно допустимого значения на основе толерантных

границ.

Сущность метода состоит в проведении статистического анализа распределения значений параметров, измеренных у достаточно представительной выборки автомобилей, находящихся в характерных условиях эксплуатации. При этом выдвигается гипотеза, что в данную выборку попала некоторая часть  объектов, находящихся в предотказном (неисправном) состоянии. Путем математической обработки статистических данных определяют закон распределения значений параметра  f(y) и в зависимости от вида ограничения и вероятности  определяют статистическую оценку предельно допустимого значения параметра.

Если параметр имеет одностороннее ограничение сверху (например, люфт зубчатого зацепления), то за предельно допустимое принимают значение yп.д (рис. 4.6, а), для которого

         .

Если параметр имеет одностороннее ограничение снизу (например, сила тяги на ведущих колесах), то за предельно допустимое принимают значение yп.д (рис. 4.6, б), для которого

         .

Если параметр имеет двустороннее ограничение (например, вязкость моторного масла), то предельно допустимых значений два – нижнее yп.д1 и верхнее yп.д2 (рис. 4.6, в), для которых:

         .

Предельно допустимое значение параметра для одноименных объектов, входящих в выборку, будет иметь естественное рассеивание.

 

а        б       в

Рис. 4.6. Определение предельно допустимого значения параметра  yп.д 

на основе толерантных границ

Вследствие этого на граничных областях рассеивания, аппроксимируемого теоретическим законом распределения, одни и те же значения параметра могут соответствовать как исправному, так и неисправному (предотказному) состоянию. Поэтому уровень вероятности , определяющий назначение границы отнесения объекта к исправному или неисправному состояниям, вычисляется с учетом ошибок первого и второго рода.

Под ошибкой первого рода понимают признание исправного объекта неисправным, а под ошибкой второго рода понимается пропуск

неисправности, когда неисправный объект признается годным к дальнейшей эксплуатации. Ошибки первого рода приводят к неоправданным разборочно-сборочным и контрольным работам, простою автомобилей в ремонте. Ошибки второго рода приводят к возникновению аварийных линейных или дорожных отказов автомобилей или к значительным потерям за счет повышенного расхода топлива, увеличенной интенсивности изнашивания шин, к снижению срока службы аккумуляторных батарей.

На рис. 4.7 приведена графическая интерпретация определения

вероятности  для назначения граничной области в зависимости от возможных  экономических  потерь от ошибок первого и второго рода.

 

Рис. 4.7.  Назначение  граничной  области

значений параметра по потерям от ошибок

первого и второго рода

Обозначения 1 и 2 относятся к плотности распределения значений параметров, измеренных соответственно у группы автомобилей, находящихся в эксплуатации в работоспособном состоянии, и у группы автомобилей, находящихся в ремонте по причине отказа или наступления ярко выраженного предотказного состояния узла, характеризуемого данным параметром. Зоны этих распределений пересекаются, и принятое предельно допустимое значение yп.д отсекает от них площади  и . Площадь  соответствует вероятности ошибки первого рода – «ложная неисправность», а  – вероятность ошибки второго рода – пропуск неисправности. Изменяя значение yп.д, мы можем изменять соотношение этих вероятностей. При этом ошибка первого рода приводит к ущербу, выражающемуся в проведении с вероятностью  излишних предупредительных работ со стоимостью d. Этот ущерб

         .

Ошибка второго рода приводит к ущербу, выражающемуся в проведении с вероятностью  аварийного ремонта со стоимостью с вместо невыявленных своевременно предупредительных работ со стоимостью  d. Этот ущерб

         .

Очевидно, что оптимальное значение норматива будет соответствовать минимальному суммарному ущербу

         .

Анализ последнего выражения и рис. 4.7 показывает, что предельно допустимое значение норматива принимается исходя из минимальной ошибки (вероятности ) второго рода. Для определения предельно допустимого значения параметра узлов, обеспечивающих безопасность движения, при назначении толерантных границ плотности распределения f1(y) необходимо принимать величину вероятности , равную 15 \%, а для остальных агрегатов и узлов – 5 \% .

Указанные значения являются рациональными с точки зрения соотношения вероятностей проявления ошибок первого и второго рода и ущерба от них.

 

 

 

 

 

 

Для определения предельно допустимых значений параметров с использованием статистической методики необходимо произвести следующие действия.

В разовой выборке измеренных значений параметров выявляют наименьшее и наибольшее значения этих параметров.

Интервал , который называется размахом случайной величины y, разбивается на  m  равных интервалов, где m определяют в зависимости от объема выборки. Далее определяют число значений mi из выборки, попавших в i-й интервал. По значениям mi строят гистограмму и определяют математические оценки случайной величины – среднее значение , среднее квадратическое отклонение  и коэффициент вариации .

Подпись:  

Рис. 4.8. Гистограмма 1 и теоретиче-ская  кривая 2 плотности распреде-          ления значений параметра

С учетом характера процессов, внешнего вида гистограммы и значений математических оценок случайной величины подбирают теоретический закон распределения и строят кривую плотности распределения значений параметра f(y) (рис. 4.8).

Для проверки гипотезы согласования подобранного теоретического закона распределения с опытными данными используют различные критерии (обычно критерий  Пирсона).

В зависимости от вида рассматриваемого параметра технического состояния (одно- или двустороннее ограничение, степень важности) по одной из формул

         ,    

         ;   

находят предельно допустимое значение диагностического параметра.