Лекция № 3

Изменение технического состояния транспортных средств в условиях эксплуатации

3.1. Влияние условий эксплуатации на долговечность машин

В процессе эксплуатации и при хранении машины подвергаются различным внутренним и внешним воздействиям, в результате чего изменяется их техническое состояние. Вследствие этого ухудшаются технико-экономические показатели машин: увеличивается расход топлива и масла, уменьшаются рабочие скорости и мощность, тяговое усилие, снижается производительность. Основными причинами снижения исходных характеристик являются нарушение начальных регулировок механизмов и систем, ослабление креплений, изменение свойств материалов, зазоров и натягов в соединениях деталей в результате изнашивания.

К внешним факторам, влияющим на долговечность машин, относятся климатические условия, уровень технического обслуживания, ремонта и хранения, квалификация обслуживающего персонала и др.

К внутренним факторам, которые вызывают изменение исходных характеристик машины, относятся несовершенство конструкции машин (физико-механические свойства материалов, используемых для изготовления деталей), технологии их изготовления или ремонта.

Рекомендуемые материалы

3.2. Эксплуатационная технологичность автомобиля

Эксплуатационная технологичность автомобиля — совокупность свойств его конструкции, характеризующих приспособленность к выполнению всех видов работ по ТО и ремонту с использованием наиболее экономичных технологических процессов. Эксплуатационная технологичность автомобиля определяется конструктивно-производственными и эксплуатационными факторами. Конструктивно-производственные факторы определяют свойства конструкции автомобиля, их учитывают при создании автомобиля. Эксплуатационные факторы определяют среду, в которой проявляются свойства конструкции. Они должны учитываться как при создании, так и при эксплуатации автомобиля.

К конструктивно-производственным факторам относятся: контролепригодность, доступность, легкосъемность, взаимозаменяемость, унификация агрегатов и систем, преемственность средств ТО и диагностирования.

Контролепригодность — важный фактор проведения контроля диагностических параметров технического состояния автомобиля, агрегатов и систем различными средствами и методами технической диагностики (прежде всего методами и средствами автоматизированного и неразрушающего контроля). Она оказывает решающее влияние на внедрение в практику новых, более эффективных методов ТО и ремонта автомобилей. Контролепригодность определяется требованиями обеспечения надежности и безопасности движения автомобиля.

Доступность к объекту ТО и ремонта — главный фактор сокращения затрат на профилактику и ремонт автомобиля. Этим фактором определяются условия работы по ТО и ремонту автомобиля, а также пригодность объекта для выполнения целевых операций по профилактике и ремонту с минимальными объемами дополнительных работ или вообще без них.

Легкосъемность означает пригодность изделия к замене с минимальными затратами времени и труда. Не следует смешивать легкосъемность с доступностью, так как на автомобиле имеются изделия, к которым обеспечена хорошая доступность, но замена их при эксплуатации затруднена. Легкосъемность определяется в основном применяемыми способами крепления изделий, которые заменяются в эксплуатации, конструкцией разъемов, массой и габаритными размерами съемных элементов.

Взаимозаменяемость комплектующих изделий (деталей) означает, что из множества одноименных изделий (деталей) можно без выбора взять любую и без подготовки (допускается применение технологических компенсаторов) установить на автомобиле. В зависимости от объема подготовительных работ определяется соответствующая степень взаимозаменяемости (чем больше степень взаимозаменяемости, тем меньше объем подготовительных работ). Взаимозаменяемость играет большую роль в сокращении затрат труда, материалов и простоев автомобилей при ТО и ремонте.

Преемственность средств ТО и контрольно-диагностического оборудования означает возможность использования имеющихся средств для обслуживания и ремонта новых моделей автомобилей. Этот фактор оказывает значительное влияние на организацию рабочего места и удобство работы ее исполнителей, сроки и стоимость ТО и ремонта.

Унификация агрегатов и систем автомобиля — важный фактор не только повышения его эксплуатационной технологичности, но и увеличения эффективности эксплуатации всего парка автомобилей, так как намного упрощает и удешевляет ТО и ремонт, уменьшает номенклатуру запасных частей на складах АТП и сокращает количество видов потребного контрольно-диагностического оборудования.

Достаточно высокий уровень внутризаводской унификации семейства автомобилей (75...90 %) при низком уровне межзаводской унификации автомобилей (б.ч. 12 %) не позволяет добиться высокого уровня технологической совместимости парка автомобилей, обеспечивающего значительную экономию материальных и трудовых ресурсов в сфере эксплуатации. По данным НИИАТ повышение уровня технологической совместимости автомобилей на 1 % за счет унификации конструкции и соответствующего совершенствования технологических средств ТО и ремонта позволяет снизить суммарные затраты на 0,2 %

К эксплуатационным факторам относятся: формы организации выполнения ТО и ремонта, состояние производственно-технической базы, квалификация исполнителей работ по ТО и ремонту, полнота удовлетворения требований в запасных частях и материалах, полнота и качество технической документации и т. п.

3.3. Модели отказов автомобиля

Результаты испытаний автомобилей на надежность позволяют найти математическое описание полученных закономерностей т.е. вывести соответствующие формулы, по которым можно вычислить показатели надежности. Эти формулы принято называть математическими моделями. Поскольку показатели надежности являются случайными величинами, их математические модели должны показать, как распределяются показатели надежности в зависимости от наработки. Такими моделями являются законы распределения случайных величин.

С учетом того, что отказы автомобиля носят случайный характер, закономерности возникновения отказов можно установить на базе теории надежности двумя способами.

Первый способ основан на изучении физико-химических свойств и параметров элементов автомобиля, происходящих в них физико-химических процессов, физической природы и механизма отказов. При этом текущие состояния элементов и систем описываются уравнениями, отражающими физические закономерности.      

Второй способ предполагает изучение статистических вероятностных закономерностей появления отказов множества однотипных моделей автомобилей. При этом отказы рассматриваются как некоторые отвлеченные случайные события, а многообразные физические состояния элементов автомобиля сводятся к двум состояниям — исправности и неисправности (полной и частичной), которые описываются функциями надежности. Поскольку первый способ изучен пока еще недостаточно, рассмотрим второй, устанавливающий закономерности возникновения отказов автомобиля.

Рис. 2.3. Изменение нагрузки деталей автомобиля при его движении

Внезапные отказы. Изменение нагрузки (напряжения) отдельных деталей автомобиля в процессе    эксплуатации   имеет   «пиковый»            характер (рис. 2.3).   Если предположить,  что отказ элемента автомобиля наступает в случае, когда нагрузка S превышает некоторый уровень , то в силу случайности изменения нагрузки момент отказа также случаен. Характерно, что отказ наступает независимо от времени нахождения элемента автомобиля в эксплуатации и технического состояния. Примером образования такого отказа могут служить излом зубьев шестерен главной передачи при движении автомобиля в условиях бездорожья, прокол шины автомобиля. В первом случае отказ может произойти вследствие «пиковой» нагрузки на главную передачу, превышающей допустимые пределы, во втором — из-за попадания острого предмета. В обоих примерах отказ не зависит ни от изношенности главной передачи и шины, от технического состояния  автомобиля в целом. Для  схемы мгновенных повреждений наработка на отказ подчиняется экспоненциальному    распределению (табл. 2.2).

При экспоненциальном распределении наработки на отказ нет смысла прибегать к профилактическим работам. Действительно, поскольку отказ возникает лишь как следствие внешнего воздействия, выполненные профилактические работы не могут повлиять на причину отказа.

Постепенные отказы. Рассматриваемая схема соответствует ситуации, когда отказ образуется за счет постепенного накопления повреждений (постепенного старения или изнашивания). Для некоторых рабочих параметров автомобиля и его элементов заранее устанавливаются допустимые пределы, выход за которые квалифицируется как отказ. Изменение параметров вызвано старением деталей, и время (пробег) до выхода параметров за допустимый предел является временем (пробегом) безотказной работы. Например, поломка коренного листа рессоры может произойти в результате постепенного накопления усталостных повреждений без появления каких-либо внешних признаков.

В случае постепенного старения и изнашивания наработка на отказ элементов автомобиля в большинстве случаев подчиняется нормальному и логарифмически-нормальному распределению. В отдельных случаях она подчиняется гамма-распределению. Основные данные по этим распределениям приведены в табл. 2.2.

                                                                                                       Таблица    2.2

Модель   релаксации.   Скачкообразное   изменение   состояния, возникающее  как следствие накопления повреждений,  называют релаксацией. Постепенное накопление повреждений может быть не прямой, а лишь косвенной причиной отказа. Примером такой схемы   является   разрушение   деталей,  которое   возникло  внезапно из-за   резкого   ухудшения   условий   эксплуатации — перегрузки, большие вибрации,   экстремальные  температурные условия и т. д.

Отказы в результате действия нескольких независимых причин. Такие  отказы  в  практике  эксплуатации  автомобилей   являются наиболее типичными. Применительно к шине автомобиля совершенно очевидно, что одновременно действуют две причины отказа: прокол шины из-за попадания острых предметов и постепенное изнашивание протектора. Аналогично обстоит дело с отказами шестерен, крепежных соединений и других деталей  автомобиля.  Их отказ возможен в результате постепенного старения или конструктивного несовершенства.

Следует помнить, что не всегда удается учесть все факторы, влияющие на отказ. Поэтому модель возникновения отказа оказывается в той или иной степени приближенной и принятый закон распределения отражает лишь некоторые черты наблюдаемого явления. Это вызывает необходимость учитывать конкретные потребности решаемой задачи параллельно с физической природой отказов автомобиля.

3.4. Профилактика отказов

Профилактика отказов — одно из основных направлений повышения надежности автомобилей в эксплуатации. В нашей стране принята планово-предупредительная система ТО автомобилей, отвечающая принципам планового производства.

Несмотря на достаточно широкое распространение этой системы, в нашей стране и особенно за рубежом все еще имеют место серьезные разногласия во взглядах не только по вопросам планирования и осуществления профилактических мероприятий, но и вообще о целесообразности их выполнения.

Важнейшее значение при рассмотрении вопроса об эффективности планово-предупредительной системы имеет классификация отказов в работе машин в зависимости от характера их возникновения. По этому признаку различают отказы внезапные и постепенные. В отличие от внезапных постепенные отказы можно предупредить, периодически производя технический осмотр машины, своевременно меняя детали, близкие к отказу, или выполняя крепежные, регулировочные, смазочные и другие работы ТО.

Следовательно, нельзя говорить об эффективности планово-предупредительной системы вообще. Единственным критерием, который позволяет судить о целесообразности профилактического ремонта или обслуживания применительно к той или иной конкретной модели машины, является удельный вес постепенной составляющей в общем потоке отказов при ее эксплуатации.

3.5. Определение периодичности технического обслуживания автомобилей

Общие положения. Важнейшее условие поддержания заданного уровня надежности автомобилей в условиях эксплуатации — назначение оптимальных режимов их ТО: периодичности, перечня и трудоемкости операций или вида обслуживания.

Под оптимальным следует понимать такой режим, который обеспечивает надежную работу автомобиля и его элементов при минимальных затратах средств на ТО и ремонты.

В состав профилактических работ входят контрольно-диагностические, крепежные, регулировочные, электротехнические, смазочные и другие работы. Контрольно-диагностические работы выполняются в обязательном порядке через определенный пробег, а все остальные — после контрольно-диагностических работ (по потребности).   Таким   образом,   периодичность   ТО   автомобилей, являющаяся основным вопросом при обосновании режимов профилактики, определяется периодичностью контрольно-диагностических работ.

Проблема периодичности контрольно-диагностических работ не может быть решена в отрыве от надежности отдельных узлов и агрегатов автомобиля в конкретных условиях эксплуатации ввиду случайного характера возникновения его отказов.

За время эксплуатации автомобиля наблюдается три характерных периода: приработка, нормальная эксплуатация, интенсивное изнашивание, которые могут быть приближенно найдены по закономерности изменения параметра потока отказов (рис. 2.6). На этапе приработки возникают отказы, вызванные технологическими и конструктивными недостатками. Период нормальной эксплуатации является наиболее продолжительным и характеризуется в основном внезапными отказами. Период интенсивного изнашивания характеризуется отказами, вызванными изнашиванием деталей автомобиля. Кроме длительности и причин возникновения отказов, эти периоды характеризуются также различными значениями параметра потока отказов, имеющего наибольшее и неравномерное значение в период интенсивного изнашивания. Необходимо отметить также и то, что надежность различных агрегатов автомобиля неодинакова. Таким образом, периодичность ТО автомобиля должна определяться поагрегатно и отдельно для каждого периода его эксплуатации.

3.6. Определение оптимального обменного фонда

Обратите внимание на лекцию "Менеджмент в организации".

Теория надежности машин позволяет определить оптимальный обменный фонд агрегатов, механизмов, узлов и запасных частей автомобилей. В качестве примера рассмотрим одну из существующих методик.

Критерием для определения обменного фонда может служить минимальное время простоя автомобилей из-за отсутствия агрегата при заданных эксплуатационных затратах.

При этом используют такие характеристики эксплуатационной надежности: параметр потока отказов и параметр потока восстановления. Выбор этих параметров объясняется тем, что они охватывают большое количество конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов, от которых зависит надежность автомобилей в заданных условиях эксплуатации.

Потребный обменный фонд необходимо определять с учетом возрастного состава автомобилей для каждого предприятия в отдельности, так как размеры фонда зависят от многих индивидуальных факторов. На протяжении всего года работы АТП  можно принимать постоянным, хотя в осенне-зимний период и наблюдается некоторое его увеличение. Оптимальный размер обменного фонда по номенклатуре

                                     (2.9)

где N — число однотипных автомобилей на предприятии; п - число одинаковых элементов обменного фонда, находящихся на автомобиле;                      — параметр потока отказов;  — параметр потока восстановления.