Изучение влияния качества ТО на ресурс автомобиля

Итак, минимальная частота вращения при пуске зависят от конструктивных особенностей, технического состояния двигателя (степени износа, качества регулировки карбюратора и угла опережения зажигания), от качества топлива, масла и от температуры окружающего воздуха. По мере снижения температуры окружающего воздуха минимальная частота вращения при пуске возрастает в степенной зависимости, показатель которой больше единицы. Для ЗИЛ-130, например, при минус 5⁰С минимальная частота вращения при пуске составляет 25 мин^-1, при минус 10⁰С --28, а при минус З0⁰С -- 78 мин^-1. Эмпирическая зависимость минимальной частоты вращения коленчатого вала при пуске от температуры

h=1/(a+bT)

где a и b-- эмпирические коэффициенты; Т -- температура, К.

Воспламенение горючей смеси зависит не только от частоты вращения коленчатого нала, величины напряжения на электродах запальных свечей, но и от физико-химических свойств бензина и главным образом от количества легких фракций в топливе. Экспериментально установлено, что во время пуска двигателя только 12--14% топлива из впускного трубопровода поступает в цилиндр в распыленном виде. Поэтому о пусковых свойствах бензина судят по температуре перегонки 10% бензина: чем ниже температура, тем легче быстрее будет пущен холодный двигатель, так как в цилиндры больше попадает бензина и паровой фазе. Например, зимний бензин А-76 имеет температуру перегонки 10% бензина не выше 55⁰C, а у летнего бензина А-76 она составляет 70°С.

Минимальную температуру пуска дизеля можно уменьшить применением топлива с большим цетановым числом, но у такого топлива в процессе эксплуатации образуются паровые пробки, поэтому его можно применять только при пуске. У пускового топлива (жидкости) вначале воспламеняются компоненты с низкой температурой самовоспламенении (эфиров), а затем остальные. Минимальная частота вращения при пуске в этом случае снижается. Зависимость предельной температуры воздуха (при которой возможен пуск холодного двигателя, от температуры перегонки 10% бензина t₁₀°С но А. Д. Гурееву составляет t=0,5 t₁₀--50,6.

Третье условие для пуска холодного двигателя -- напряжение па электродах запальной свечи должно быть в 1,5--1,8 раза выше, чем при пуске горячего двигателя. При снижении температуры увеличивается вязкость электролита, поэтому ухудшается ого проникновение в поры активной массы пластин, возрастает электрическое сопротивление электролита, замедляются электрохимические процессы в аккумуляторе, уменьшается емкость батареи и напряжение на ее клеммах. Известно, что при понижении температуры электролита на 1°С напряжение и емкость кислотной аккумуляторной батареи уменьшаются на 1 -- 1.5%. При уменьшении емкости аккумуляторной батареи стартер будет проворачивать коленчатый вал с меньшей частотой, напряжение на электродах свечей будет меньше.

Еще сложнее условия пуска дизельных двигателей, у которых в конце такта сжатия температура воздуха должна вызвать быстрое самовоспламенение и сгорание топлива. Чем меньше температура конца сжатия, тем больше время сгорания топлива. Так, при снижении температуры смеси от 400 до 300⁰С задержка воспламенения увеличивается в 3 раза. Температура воздуха в конце сжатия зависит главным образом от тепловых условии двигателей, коэффициент пропорциональности равен в среднем 1,6. Повышение частоты вращения вала оказывает меньшее влияние. При пуске дизеля частота вращения коленчатого вала должна быть выше, чем для карбюраторного двигателя, так как при ее снижении увеличивается утечка воздуха из камеры сгорания (при 500 мин^-1-- на 17%, а при 2000 мин ^-1 -- на 5%), уменьшается температура и давление в конце сжатия.

Таким образом, при понижении температуры окружающего воздуха ухудшаются условия падежного пуска двигателя из-за увеличения вязкости картерного масла, уменьшения испаряемости топлива, уменьшения емкости аккумуляторной батареи и напряжения на клеммах в связи с увеличением вязкости электролита, малой температуры воздуха в конце сжатия. Для обеспечения падежного пуска автомобильного двигателя при низкой температуре окружающего воздуха необходимо работать на маслах с более низкой вязкостью, на топливах с большим количеством лёгких фракций; электролит в аккумуляторах должен быть менее вязким.

3. ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА МАСЛА НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ИЗНАШИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ

изнашивание деталь машина ремонт

Количество и состав образующихся в процессе эксплуатации примесей, изменение физико-химических свойств масла оказывают существенное влияние на износ и нагарообразованне, на техническое состояние агрегатов автомобиля, на срок службы масла. Надежность работы и износ деталей» срок службы масла зависят и значительной мере от физико-химических свойств масла, интенсивности их изменения в процессе старения масла.

Показатели старения масла. При температуре масла на поверхности трения выше критической резко возрастает интенсивность изнашивания. В процессе эксплуатации под действием повышенной температуры масла ускоряется процесс старения, ухудшаются смазывающие свойства масла. Поэтому при эксплуатации автомобилей необходимо знать закономерность старения масла в агрегате но времени и его влияние на эксплуатационные свойства масла.

Наиболее интенсивно процесс старения масла протекает в зоне поршневых колец двигателя, где тонкая пленка масла имеет высокую температуру и концентрацию продуктов сгорания топлива, особенно сернистого. В результате нейтрализации кислых соединений продуктов сгорания сернистого топлива снижается щелочность масла. Окислы серы в присутствии воды дают сернистую и серную кислоты, которые, в свою очередь, при взаимодействии с углеводами масла и продуктами их окисления образуют сульфоновые кислоты.

Особенно опасными продуктами окисления являются оксикислоты и асфальтены, не растворимые в масле и липкие. Они забивают кольцевые канавки и вызывают пригорание поршневых колец. Нейтрализующее действие присадки основано на взаимодействии металла присадки с кислыми продуктами сгорания топлива или окисления масла. Увеличение щелочности масла снижает скорость изнашивания (рис.). Зависимость скорости изнашивания б от щелочности с можно аппроксимировать уравнением

б=1/(a+bc),

где a, b - коэффициент.

О щелочности масла с присадками судят по концентрации водородных ионов, которую принято характеризовать величиной водородного показателя pH.

рН=-lg(H),

где (Н) - концентрация водородных ионов.

Для нейтральной среды рН-7,0; для щелочной рН>7,0. Щелочность масла определяют потенциометрическим титрованном спиртобензольного раствора масла 0,1 н (децинормальным) раствором соляной кислоты.

Щелочность масла уменьшается по море увеличения пробега автомобиля из-за расхода присадки на диспергирование поступающих в масло нерастворимых загрязнении. При работе двигателя на постоянном режиме и постоянной скорости поступления кислых сернистых соединении скорость расхода присадки будет снижаться по мере уменьшения концентрации щелочного компонента присадки в масле, как это и следует из закона действующих масс.

При снижении щелочности ниже значения с_п (браковочный признак) увеличивается коррозионно-механическое изнашивание за счет неполной нейтрализации кислот, масло следует заменить. Срок службы масла зависит (при прочих одинаковых условиях) от начальной щелочности, чем больше серы в топливе, тем выше должен быть уровень начальной щелочности. Масло можно использовать без замены при систематических добавках в него щелочной присадки в процессе эксплуатации автомобиля.

Таким образом, процесс старения масла, используемого и двигателях внутреннего сгорания, зависит от теплонапряженности деталей (температуры), давления и количества кислорода в единице объема, параметров масляной системы (объема масла в системе, режима долива, кратности циркуляции, эффективности фильтров тонкой очистки), условий работы двигателя (режима, содержания серы в топливе, защиты от попадания пыли, воды, топлива; изношенности двигателя); исходного качества базового .масла, концентрации и композиции присадок.

Важнейшим показателем качества масла является интенсивность изнашивания деталей сопряжений, величина, которой зависит от показателя в качественного состава примесей, отношения органической части примесей к неорганической. На практике коэффициент в определяют весьма просто: после взвешивания фильтра с осадками механических примесей фильтр сжигают, озоляют в муфельной печи и вновь взвешивают. Частное от деления массы сгоревших примесей на массу несгоревших дает численное значение коэффициента.

Содержание органической части примесей в процессе эксплуатации в отличие от других показателей масла не стабилизируется. Маслоочистные устройства отбирают из масла преимущественно частицы неорганического происхождения, поэтому содержание органических компонентов примесей в масле непрерывно растет, неорганических -- стабилизируется и потому коэффициент в непрерывно увеличивается. При длительной эксплуатации из-за накопления в масле большого количества продуктов окисления и механических примесей органического происхождения увеличивается вязкость масла. При 0,02--0,07% примесей вязкость увеличивается на 2--7%, а при 0,15--0,5%--на 10--20%. Это приводит к усиленному износу двигателя, особенно в момент пуска.

При наличии на двигателях фильтров тонкой очистки общий уровень загрязнения масла, как правило, остается низким, и возрастание механических примесей не приводит к вредным последствиям. При центробежной очистке масла общее содержание примесей значительно выше, в результате чего могут пригореть кольца, образоваться большие отложения на деталях.

Увеличение объема органических компонентов примесей происходит настолько медленно, что при современной системе очистки масла влияние этого фактора может сказаться лишь на сроках службы масла, во много раз превышающих существующие.

Обнаруженные при работе двигателя большие шламо-, нагаро- образование и другие дефекты сигнализируют о неправильном подборе масла к двигателю, о его низкой стабильности и неудовлетворительной работе маслоочистительного устройства. Низкий качественный состав примесей в масле является показателем его низких противоизносных свойств. Коэффициент в в эксплуатации изменяется в широких пределах, от 5 до 20 для дизельного двигателя при применении разных партий масла одного сорта. Это свидетельствует о большом разнице в качестве масел одного и того же сорта и о недостаточной их стабильности.

Изучение механических примесей под микроскопом показало, что неорганические частицы размером менее 5 мкм снабжены достаточно толстым органическим покровом, частицы большого размера (более 5 мкм) не имеют покрова такой толщины. Фильтры тонком очистки задерживают наиболее крупные частицы с малой поверхностью и поэтому с плохим адсорбционным свойством. АСФО (автомобильный супер-фильтр-отстонник) задерживает и крупные скоплении органических компонентов, полезных для снижения износа. Изменение химического состава самого масла и другие факторы также оказывают влияние на интенсивность изнашивания трущихся поверхностей, по влияние качественного состава примесей имеет преимущественное значение.

Таким образом, при старении масла на интенсивность изнашивания деталей влияет не общее содержание механических примесей, а соотношение органических и неорганических компонентов масла. Поэтому, хотя при центробежной очистке (ЦБО) в масле механических примесей больше, чем при очистке через АСФО, но износ деталей меньше, так как ЦБО больше удаляет неорганические примеси, а АСФО -- частично и органические компоненты. При этом абразивные частицы размером менее 5 мкм покрываются адсорбционной пленкой, что способствует снижению интенсивности изнашивания, Более крупные абразивные частицы должны быть удалены с помощью фильтра или путем отстоя слитого масла. Качественный состав масла нельзя улучшить добавкой таких (до 5 мкм) частик в масло.

Адсорбция продуктов окисления масла на механических примесях происходит непосредственно в процессе изнашивания металлических поверхностей, поэтому, если продукты износа ввести в предварительно окисленное масло, то коллоидной зашиты на частицах не образуется. Противоизносное действие масла не улучшается при технологическом недоочистке масляных фракции.

Количественное увеличение органической части примеси эффективно лишь до момента образования прочных защитных слоев на абразивных частицах. При увеличении коэффициента в сверх определенного значения (5--10) интенсивность изнашивания нe снижается.

Таким образом в процессе эксплуатации физико-химические свойства масла изменяются из-за окисления масла кислородом воздуха, особенно интенсивного при большой температуре, с образованием жидких, полужидких и твердых продуктов окисления и полимеризацией углеводородов; загрязнения масла нерастворимыми твердыми углеводородными частицами (сажей) при неполном сгорании топлива, продуктов окисления, износа и загрязнения извне (вода, песок, пыль); расход присадки, прежде всего щелочной, на нейтрализацию кислых продуктов и моющей -- на диспергирование углеродистых частиц. Интенсивность изменения физико-химических свойств масла в процессе эксплуатации автомобиля при установившемся режиме его работы зависит от исходных свойств и величины расхода масла.



ИЗМЕНЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ СОПРЯЖЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЯ ПРИ УСТАНОВИВШИХСЯ УСЛОВИЯХ РАБОТЫ

Изменение интенсивности изнашивания сопряжения из-за износа сопряженных деталей будет влиять на форму зависимости износа сопряжения от пробега. При установившемся режиме работы износ зависит не только от трения, но и от взаимодавления сопряженных деталей. В процессе приработки размеры зоны контакта увеличиваются: если сила, с которой одна деталь прижата к другой, постоянна, то давление, а следовательно, и износ за единицу пробега, будут уменьшаться. Площадь контакта перестанет увеличиваться, когда сопряжённые детали будут соприкасаться по всей поверхности. При этом закончится и период приработки.

Если после окончания приработки сила прижатия одной детали к другой постоянна, то износ детали увеличивается пропорционально пробегу (рис 5). Но сила прижатия одной детали к другой не всегда остается постоянной, а поэтому изменятся и интенсивность изнашивания, в частности, деталей шатунно-кривошипной группы и сопряжения цилиндр -- поршневое кольцо, динамически нагруженных и саморазгружающихся сопряжений.

Изменение интенсивности изнашивания в процессе эксплуатации динамически нагруженных сопряжений. Динамическими нагрузками называют силы, которые возникают при ускоренном движении отдельных деталей механизмов из-за неравномерной работы двигателя, специфических особенностей трансмиссии и характеристики дороги. В динамически нагруженных сопряжениях но мере износа деталей возникает дополнительная инерционная нагрузка. В качестве примера рассмотрим сопряжения шатунно-кривошипной группы деталей двигателя: втулка верхней головки шатуна -- поршневой палец и шатунных подшипников. На сопряжение втулка верхней головки шатуна -- поршневой палец действуют дно силы: сила давлении газов и сила I -- ma, обусловленная возвратно-поступательным движением поршня массой т с ускорением а. Сила давления газов почти не изменяется по мере износа сопряжени цилиндр -- поршневое кольцо.

В шатунных подшипниках, кроме силы давления газов, действуют силы инерции, которые при наличии зазора и соприжении вызывают удары. Работа удара А при радиальном перемещении одной детали (подшипника) относительно второй (шатунной шейки) при прочих равных условиях пропорциональна нелнчнне зазора в сопряжении.

А=ma(S₀+?S),

где S₀ - зазор в сопряжении к концу приработки; ?S - увеличение зазора после окончания приработки.

Следовательно, в процессе эксплуатации двигателя интенсивность изнашивания сопряжении (шатунных подшипников) должна непрерывно увеличиваться пропорционально изменению зазора и сопряжении.

Б=cA=cma (S₀+?S); б=б₀+b?S;b= б - б₀ /?S=dб/dS

где б₀-- интенсивность изнашивания к концу приработки; b -- параметр, характеризующий изменение интенсивности изнашивании на единицу износа (коэффициент интенсификации изнашивания).

Так как интенсивность изнашивания в динамически нагруженных сопряжениях после окончания приработки увеличивается пропорционально, то закономерность изнашивания сопряжения в зависимости от пробега не будет линейной. Из уравнения б=dS/dl можно определить

l = ?dS/б=?dS/б₀+b?S

так как для динамически нагруженных сопряжений б= б₀ + b?S; l=1/bln(б₀+ b?S)+c₁; при l=0, ?S=0, c₁= -1/b ln б₀; l=1/b ln б₀+ d?S/б₀; ?S= б₀/b (e^bl-1).

С учётом приработки износ сопряжения увеличивается в зависимости от пробега:

S=S₀e^bl

где S₀--износ в конце приработки, приведенный к началу эксплуатации, т. е, при l = 0.

Закономерность изменения интенсивности изнашивания в зависимости от пробега б=б₀e^bl свидетельствует о ее непрерывном росте после окончания приработки.

При экспериментальной проверке влияния зазора на интенсивности изнашивания сопряжения сравнивается интенсивность изнашивания подшипников одного двигателя с различной величиной зазора и при возможно меньшем действии других кроме величины зазора, факторов. Например, чтобы исключить или хотя бы ослабить действие технологических факторов, интенсивность изнашивания шеек этих подшипников сравнили за последний этап испытания. По приведенной методике было исследовано несколько моделей двигателей в стендовых и эксплуатационных условиях. При испытаниях интенсивность изнашивании сопряжений увеличивалась пропорционально зазору в шатунных подшипниках (рис 6). Аналогичные результаты получены и при экспериментальной проверке влияния зазора в сопряжении на износ втулок верхней головки шатуна и поршневых пальцев. С увеличением зазора в сопряжениях шатунно-кривошипной группы пропорционально увеличивается интенсивность изнашивания сопряжения и деталей.

Таким образом, в процессе эксплуатации автомобиля наблюдается два этапа работы сопряжений -- приработка и естественный износ. У сопряжений с динамической нагрузкой в период естественного износа интенсивность изнашивания увеличивается экспоненциально в зависимости oт пробега.

Изменение интенсивности изнашивания саморазгружающегося сопряжения в процессе эксплуатации автомобиля. Саморазгружающимися сопряжениями называют такие, у которых уменьшается давление на поверхности трения по мере износа сопряжения в процессе эксплуатации. Наиболее убедительно это можно показать на примерах сопряжений цилиндр-- поршневое кольцо и протектор шины -- дорога.

Износ цилиндров и поршневых колец при одинаковых внешних условиях работы зависит от действия двух основных сил: давления газов и упругости поршневых колец. Установлено, что давление газов на кольце по мере износа сопряжения изменяется, хотя и мало.

Падение мощности двигателя происходит из-за уменьшения уплотняющей способности поршневых колец, герметичности камеры сгорания, упругости поршневого кольца и изменения формы гильзы. Чем больше отклонение формы гильзы в поперечном сечении от цилиндрической, чем меньше упругость поршневого кольца, тем больше изменяется прилегаемость кольца к гильзе при вращении его вокруг оси гильзы. Об изменении прилегаемости поршневого кольца к гильзе в зависимости от его положения в изношенной гильзе удобно судить по изменению зазора в стыке. Вероятно, чем лучше прилегаемость поршневого кольца при каком-либо положении его в гильзе, тем больше зазор в стыке. Практически площадь просвета между кольцом и гильзой пропорциональна износу гильзы. А так как из-за износа гильзы на величину ?d пропорционально увеличивается зазор в стыке кольца ?S=р?d, упругость поршневого кольца Рт уменьшается соответственно на величину ?Pт=b₁?S=b₁р?d, поэтому можно принять линейную зависимость между прилегаемостью кольца (герметичностью камеры сгорания, площадью просвета между кольцом и гильзой) и его упругостью (износом гильзы).

Таким образом, зависимость между снижением герметичности камеры сгорания (увеличением площади просветов между кольцом и гильзой) и уменьшением упругости поршневых колец на практике можно принять линейной. По экспериментальным данным, давление сжатия и сгорания уменьшается пропорционально площади просветов. А так как, в свою очередь, последняя увеличивается с уменьшением упругости кольца, то можно сказать, что давление сгорания и сжатия уменьшается пропорционально снижению упругости. Это вызвано утечкой газа. Такие закономерности справедливы при величине относительной площади просвета до 0,1 к постоянной цикловой подаче топлива при работе двигателя.

В карбюраторных двигателях осуществить постоянную цикловую подачу топлива невозможно, так как уменьшение давления в камере сгорания произойдет за счет утечки газа и снижения разрежения, а следовательно, и уменьшения количества топлива в камере сгорания. Поэтому с износом сопряжения кольцо -- гильза уменьшается давление газов, а следовательно, и сила прижатия кольца к гильзе. Уменьшение давления газа на поверхности гильз (через кольцо) из-за снижения герметичности камеры сгорания (увеличения площади просветов) можно принять пропорциональным снижению упругости поршневого кольца. Критерием изменения давления кольца на стенку гильзы можно считать изменение упругости поршневого кольца.

Таким образом, после окончания приработки увеличение утечки газов в картер приводит к уменьшению мощности двигателя из-за снижения давлении при сжатии и сгорании. Падение давления кольца на стенку гильзы можно принять пропорциональным снижению его упругости. Поэтому закономерность изменения интенсивности изнашивания сопряжения цилиндр -- поршневое кольцо определяется закономерностью изменения упругости поршневого кольца.

В процессе эксплуатации двигателя цилиндр и поршневое кольцо изнашиваются но радиальной толщине и высоте. С изменением размеров кольца и цилиндра увеличивается зазор в стыке и уменьшается упругость поршневого кольца. Необходимо установить зависимость упругости поршневого кольца от увеличения зазора в стыке, который возможен при износе кольца и цилиндра по радиальной толщине.

Аналитическая зависимость уменьшения зазора в стыке кольца ?S под действием касательно сжимающего усилия Рт, приложенного к концам кольца по средней линии.

?S=9рr³Pт/2Eha³

Для одного и того же кольца при r = const имеем ?S=b'Pт или Рт=?S/b'.

В этих формулах r - радиус осевой линии кольца; h - высота кольца; а - радиальная толщина кольца; Е - модуль упругости; 9рr³/(2Eha³) - коэффициент пропорциональности.

При аналитическом исследовании изменения упругости поршневого кольца по мере износа сопряженных поверхностей за величину Рт принята упругость поршневого кольца, поставленного в цилиндр перед началом испытания. При этом ?S -- разница между зазором в стыке кольца в свободном состоянии и поставленного в цилиндр S₀.

При износе цилиндра на величину ?d зазор в стыке увеличится на р?d по сравнению с начальным и составитS₁=S₀+ р?d станет больше и радиус осевой линии кольца: r₁=r+?d/2. Практически увеличением радиуса можно пренебречь и принять ?b' =0.

В таком случае для конкретного кольца

то есть сжимающее усилие, касательно приложенное к концам кольца по средней линии, изменяется обратно пропорционально изменению зазора в стыке кольца. Результаты приведенного аналитического исследования совпадают с экспериментальными данными.

Таким образом, но мере износа цилиндра увеличивается зазор в стыке кольца, пропорционально уменьшается упругое воздействие поршневого кольца на стенку цилиндра.

Интенсивность изнашивания цилиндра в зависимости от его диаметрального износа после окончания приработки изменяется по линейной закономерности типа

б= б₀ - b?S₁

где б₀ - интенсивность изнашивания цилиндра к концу приработки;

?S₁=р?d -- увеличение зазора в стыке кольцо при диаметральном износе цилиндра ?d после окончания приработки.

При износе по радиальной толщине уменьшится упругость поршневого кольца, а следовательно, и давление кольца на стенку цилиндра. При износе по радиальной толщине даже на 1 мм (?б = 1 мм) при r - 47,5 мм (двигатель ЗИЛ-130) изменение радиуса средней линии будет незначительным (1%). практически можно принять r?r₀ с очень малой погрешностью. Увеличение зазора в стыке ?S1 при износе кольца но радиальной толщине на величину ?б составит ?S₁=2р?б. Упругость поршневого кольца соответственно изменится:

Р_т1=2Еh/9рr³ (б - ?б)³ (?S - 2р?б)

Если ?б взять в долях от радиальной толщины ?б=са, то

Р_т1=2Еhа³/9рr³ (1 - с)³ (?S - 2рас).

Эту зависимость можно упростить, если исключить все члены выше второго порядка. Тогда

Р_т1 = Р_т (1 - 2рб+3?S/?S*с+4ра+3?S/?S*с²).

Возможная погрешность от упрощения зависимости при с?0,1 составит не более 1% для поршневых компрессионных колец.

Изменение интенсивности изнашивания б поршневого кольца в зависимости от износа его по радиальной толщине

б =б₀ - b?S₁+c1?S_1/2

где б₀ - интенсивность изнашивания поршневого кольца в конце приработки;

с₁ - коэффициент.

Для поршневого кольца закономерность износа в зависимости от пробега или времени работы (при заданной точности отклонения не более 1%) будет отличаться от типовой, которую принимают линейной после окончания приработки, но она мало удобна для практического использования.

Зависимость (4.10) упрощается, если в уравнении оставить члены только первого порядка:

Тогда б=ц(?S₁).

При этом величина Рт1, при с?0,1 составит 0,885 от фактической для поршневых колец двигатели ЗИЛ-130.

Итак, упругость поршневого кольца уменьшается и при износе кольца, но радиальной толщине, поэтому уменьшается и давление кольца па стенку цилиндра. При износе поршневого кольца и цилиндра по радиальной толщине упругость кольца падает практически линейно. Следовательно, интенсивность изнашивания цилиндров и поршневых колец при износе сопряжения уменьшается также линейно (при ?б?0,1 б):

б = б₀ - (2р?б+ р?d), или б = б₀ -b?S,

где ?S -- увеличение зазора в стыке кольца при износе поршневого кольца и цилиндра по радиальной толщине.

Полученная зависимость износа сопряжений цилиндр -- поршневое кольцо от пробега после окончания приработки

?S=б₀/b (1 - e ^bl)

отличается от типовой линейной, так как интенсивность изнашивания сопряжения в зависимости от пробега не остается постоянной. Это доказано практическими наблюдениями.

Толщина поршневых колец и гильзы экспоненциально убывает и процессе эксплуатации

б= б₀e ^-bl,

где б₀ -- толщина кольца, гильзы в койне приработки, приведенная к началу эксплуатации.

Закономерность изменения интенсивности изнашивания в зависимости от пробега

б= б₀e ^-bl,

где б0 -- интенсивность изнашивания и конце приработки, приведенная к началу эксплуатации.

Таким образом, интенсивность изнашивания сопряжения цилиндр-- поршневое кольцо уменьшается в зависимости от пробега после окончания приработки но экспоненциальному закону.

Для экспериментального исследования влияния изменения упругости поршневых колец на изменение интенсивности изнашивания сопряжения цилиндр -- поршневое кольцо у трех первых поршневых колец одного и того же шестицилиндрового двигателя снизили упругость за счет уменьшения радиальной толщины расточкой. При этом состояние рабочих поверхностей поршневого кольца не было нарушено. Упругость поршневых колец перед началом и после проведения испытания измеряли непосредственно на поршне специально изготовленным приспособлением. Испытания двигателя производили без нагрузки, при постоянной частоте вращения коленчатого вала, в течение 200 ч. Результаты экспериментального исследования показал» (рис.), что интенсивность изнашивания сопряжения цилиндр -- поршневое кольцо измеряется пропорционально упругости поршневого кольца по данным за все время испытания и на последнем этапе.

Как видно из приведенного, закономерности износа сопряжений шатунно-кривошипной группы деталей и цилиндр -- поршневое кольцо отличаются друг от друга (см. рис.), так как имеют разную закономерность изменения интенсивности изнашивания после окончания приработки. Все приведенные закономерности износа деталей, сопряжений от пути трения, пробега справедливы при установившемся режиме работы.

Статистические данные но надежности автомобили в процессе эксплуатации являются первыми, предварительными для определения затрат па поддержание работоспособности. Это--пассивная форма управления техническим состоянием автомобиля. Более эффективна форма управления, основанная на знании физических закономерностей изменения технического состояния, основных причин изменения размеров и геометрической формы сопряженных поверхностей.

Таким образом, в процессе эксплуатации автомобиля в установившихся условиях из-за износа деталей изменяется давление па поверхности трения. После окончания приработки интенсивность изнашивания изменяется пропорционально износу сопряжения: увеличивается у большинства деталей, уменьшается у некоторых деталей из-за уменьшения нагрузки или увеличения площади контакта: у отдельных сопряжении остается без изменения. При установившемся режиме работы и параметрах среды интенсивность отказов агрегатов из-за износа и усталостных разрушений деталей экспоненциально увеличивается в зависимости от пробега автомобиля. Поэтому закон распределение отказов агрегатов имеет сложно-экспоненциальную форму, которую с достаточной точностью можно аппроксимировать нормальным законом распределения.

ВЛИЯНИЕ ИЗНОСА АГРЕГАТОВ НА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АВТОМОБИЛЯ

Технико-экономическими показателями называют совокупность эксплуатационных и экономических показателен работы автомобиля. На практике из эксплуатационных показателей технического состояния наиболее часто используют данные по износу деталей тех сопряжении, в которых легко определить величину самого наноса (протектор шин. тормозные накладки, люфты в трансмиссии и т.д.) или же оценить его по косвенным показателям износа -- по расходу и давлению масла, утечке газов, характеризующих техническое состояние двигателя -и т. д. Из экономических показателей автомобиля наибольший практический интерес представляет величина удельных затрат на поддержание работоспособности автомобиля. Эксплуатационные показатели необходимы для прогнозирования затрат на поддержание работоспособности агрегатов автомобиля в процессе эксплуатации. Для характеристики изменения затрат на поддержание автомобиля в технически исправном состоянии принимаем эксплуатационные показатели двигателя и удельные затраты на поддержание работоспособности агрегатов трансмиссии автомобили.

Зависимость эксплуатационных показателей двигателя от пробега автомобиля. Ресурс двигателя до ремонта определяют по давлению и расходу масла, утечке газов в картер, пусковым качествам, мощности и другим показателям. Изменение их является следствием износа деталей двигатели, в данном случае цилиндро-поршневой и шатунно-кривошипной групп: поршневых колец, гильз, канавок поршня, подшипников коленчатого вала. Поэтому необходимо конкретизировать сопряжение, износ которого влияет на изменение определенного эксплуатационного показателя, и установить, по возможности, аналитическую зависимость величины эксплуатационного показателя от износа этого сопряжения, чтобы иметь возможность определить его пробег до ремонта.

Расход смазки зависит главным образом от износа сопряжений кольцо -- канавка поршня, так как при этом усиливается насосное действие поршневых колец. Количество масла в камере сгорания увеличивается пропорционально зазору, величина которого после окончания приработки изменяется экспоненциально. Изменение угара масла в процессе эксплуатации должно иметь аналогичную форму зависимости

Q=Q₀e^bl

где Q₀-угар масла, приведенный к началу эксплуатации автомобиля; l -- пробег с начала эксплуатации автомобиля.

Эту аналитическую зависимость хорошо подтверждают экспериментальные данные, полученные при эксплуатации автомобиля летом (рис 7). весной и осенью (кривая 5). И в этом случае при определении параметров следует опускать данные периода приработки. В наиболее легких условиях работы этот период может сильно затянуться (кривая 3). Расход масла зависит и от прилегаемости кольца к гильзе. Особенно четко это проявляется и период приработки кольца к гильзе, когда расход уменьшается, хотя зазор в сопряжении кольцо -- канавка увеличивается. После окончания приработки кольца к гильзе расход масла зависит главным образом от зазора между кольцом и канавкой, поэтому он может быть критерием состояния сопряжения кольцо -- канавка поршня.

Утечка газов и картер, пусковые качества двигателя зависят от герметичности камеры сгорания, от прилегаемости поршневого кольца к стенке гильзы. Последняя, в свою очередь, зависит от упругости поршневого кольца и формы гильзы. Чем больше отклонение формы гильзы в поперечном сечении от цилиндрической, чем меньше упругость поршневого кольца, тем больше изменяется прилегаемость кольца к гильзе при вращении его вокруг оси гильзы. Исследования прилегаемости поршневого кольца к изношенной гильзе были проведены на автомобильных двигателях, в частности, на двигателе ГАЗ-21. Износ гильзы в первом поясе составлял от 0,02 до 0,13 мм. При установке первого поршневого кольца по не- изношенному пояску зазор в стыке при перемещении кольца вокруг оси гильзы изменялся в пределах 15 мкм. При вращении этого же кольца в первом, наиболее изношенном поясе, изменение величин зазора в стыке при вращении колебалось в более широких пределах до 50 мкм. Следовательно, чем больше изношена гильза, изменилась ее геометрическая форма в поперечном сечении, тем больше рассеивание значений зазора в стыке при вращении кольца, тем хуже герметичность сопряжения кольцо -- гильза.

Прилегаемость кольца к гильзе неправильной, но одинаковой формы имеет весьма сложную зависимость от упругости кольца. При уменьшении упругости поршневых колец до 50% зависимость изменения прилегаемости кольца от его упругости можно принять линейной. Лучше всего воспользоваться экспериментальными данными. Как видно из рис, площадь просвета изменяется пропорционально износу гильзы. Зависимость упругости от износа также можно принять линейной. Поэтому изменение прилегаемости от износа можно считать линейной. Тогда зависимость

величины утечки газов в картер и расхода топлива от пробега будет аналогична зависимости износа деталей сопряжения поршневое кольцо -- гильза от пробега при установившемся режиме работы двигателя.

Известно, что утечка газов в картер имеет линейную зависимость от нагрузки двигателя, а от частоты вращения коленчатого вала -- весьма сложную с зоной минимальной утечки. Как показали исследования Г. А. Фофанову, зависимость величин зоны неустойчивой масляной пленки в районах верхней и нижней мертвых точек при практически постоянной температуре масла в картере от частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя имеет аналогичную форму.

По мере износа кольца и цилиндра по радиальной толщине одновременно происходит износ сопряжения кольцо -- канавка поршня, в результате чего расход масла, подача его на стенки возрастают, что равносильно увеличению давления масла. По исследованиям Г. А. Фофанова, с увеличением давления масла пропорционально уменьшается величина относительных зон неустойчивой масляной пленки, в связи с чем должна уменьшиться величина эквивалентной щели, а с нею и утечка газов из камеры сгорания. Величина эквивалентной щели имеет практически линейную зависимость от зазора в стыке кольца и от количества подаваемого на стенку гильзы масла.

Аналитически, на основе экспериментальных данных по износу, вполне можно определить зависимость величины утечки газов в картер от пробега прогнозировать се изменение в процессе эксплуатации. Для простоты расчета вместо сложной аналитической зависимости с большим числом параметров можно взять более простую, аппроксимирующую, типа параболы второго порядка

G=G₀+c₁l-c₂l²

в которой нужно определить всего три параметра. И наиболее удобно это сделать по экспериментальным данным, использовав их потом для прогнозирования изменения утечки газа из цилиндра в картер.

Справедливость приведенной параболической зависимости подтверждают экспериментальные данные (рис 8). Так как интенсивность изнашивания сопряжения цилиндр-- поршневое кольцо уменьшается по мере износа этих деталей, то и зависимость изменения утечки газов за единицу пробега, времени от величины утечки газов должна быть аналогичной. Линейная зависимость утечки газов в картер от износа гильзы подтверждена экспериментально.

Итак, по результатам анализа экспериментальных данных установлено следующее:

утечка газов из цилиндра в картер зависит не только от зазора в стыке колец, но и от наличия масляной пленки между кольцом и гильзой. В этом убеждает аналогичная форма зависимости количества прорывающихся в картер газов и зоны неустойчивой масляной пленки между кольцом и цилиндром от частоты вращения коленчатого вала и мощности;

аппроксимация зависимости утечки газов от пробега автомобиля параболой второго порядка или другой формы функции обеспечивает необходимую в практических условиях точность прогнозирования и простоту определения параметров зависимости по экспериментальным данным;

расход масла на угар зависит главным образом от зазора в сопряжении кольцо - канавка.

Таким образом, в процессе эксплуатации автомобиля можно прогнозировать расход масла на угар, величину утечки газов в картер, изменение экономичности двигателя, ресурс цилиндро- поршневой группы двигателя до ремонта и необходимый объем работы.

Из эксплуатационных показателей шатунно-кривошипной группы на практике используют только давление в системе смазки. Поэтому представляет интерес теоретическое обоснование зависимости давления масла в системе смазки от износа подшипников коленчатого вала, а в конечном счете -- от пробега автомобиля с начала эксплуатации в конкретных условиях работы.

Давление масла в системе смазки двигателя при одном и том же количество Q масла, подаваемого к подшипникам масляным насосом,

P=

где F -- площадь поперечного сечения зазора между шейкой вала и вкладышами подшипника: с -- плотность масла; м--коэффициент расхода масла; g -- ускорение силы тяжести.

Это условие справедливо с момента, когда при площади F₀ поперечного сечения щели, зазоре S₀ между шейкой вала и подшипником все масло проходит через масляную магистраль, через подшипники. Площадь сечения щели зависит от средней величины зазора S радиуса r шейки F=2рr S/2=рrS, то есть F=cS, где с=рr. Поскольку S=S₀e^bl, то F=cS₀e^bl,

p =

где S₀ - средняя величина зазора в щели в начале бездействия исправного перепускного клапана, приведенная к началу отсчета пробега.

При неработающем исправном перепускном клапане и установившемся режиме работы двигателя производительность масляного насоса постоянна, Q=Q₀ и давление масла

р=р₀е^-bl

где b=2b'; p₀=- давление в системе в начале бездействия

перепускного клапана, приведенное к началу отсчета пробега.

Зависимость хорошо подтверждают экспериментальные данные. На основе полученной зависимости давления в системе смазки от пробега (времени работы) автомобиля и известной предельной величины давления в системе смазки можно прогнозировать пробег автомобилей до ремонта подшипников при наличии данных об изменении давления в системе смазки и конкретных условиях эксплуатации, а следовательно» и затраты на под- держание работоспособности.



Таким образом, установленные аналитические зависимости от пробега эксплуатационных показателей технического состояния, износа цилиндро-поршневой и шатунно-кривошипной групп сопряжений позволяют прогнозировать затраты на поддержание работоспособности агрегатов трансмиссии автомобиля от износа.

ВЛИЯНИЕ УРОВНЯ ТЕХНОЛОГИИ И ФОНДОВООРУЖЕННОСТИ НА ЗАТРАТЫ ПО ПОДДЕРЖАНИЮ РАБОТОСПОСОБНОСТИ АВТОМОБИЛЯ

Удельные затраты на поддержание автомобиля в исправном состояния в процессе эксплуатации зависят от интенсивности изменения его технического состояния, организации работ и системы ТО и ремонта автомобилей. Последняя определяет и изменение технического состояния автомобилей.

На затраты по поддержанию работоспособности автомобиля влияют трудоемкость работ, расходы эксплуатационных материалов и запасных частей, убытки от простоя в ожидании и в самом обслуживании и ремонте, поэтому все организационные мероприятия по оптимизации каждой из составляющих затрат позволят обеспечить эксплуатацию автомобили в заданных эксплуатационных условиях с минимальными затратами. Так, трудоемкость робот ТО и ремонта автомобилей зависит от производительности труда рабочих, которая, в свою очередь, является следствием организации и уровня механизации работ.

При самых благоприятных условиях эксплуатации и выполнения работ по ТО автомобиля необходимо выполнить текущий ремонт его агрегатов. При этом можно добиться значительного сокращения затрат на восстановление работоспособности автомобиля за счет сведения к минимуму объема работ и высокого качества их выполнения.

Текущий ремонт следует выполнять в том случае: когда не удаётся восстановить эксплуатационные показатели агрегата или узла регулированием, при этом с автомобиля они, как правило, не снимаются. Легкосъемные узлы и агрегаты удобно ремонтировать в соответствующих отделениях ТО или ремонта (с учетом технологических особенностей), там же их испытывают на стационарных стендах. Качество ремонта при этом бывает выше, чем в зоне ТР. Одним из условий высокого качества ремонта при малой его стоимости является также широкое использование различных приспособлений. Для сокращения в процессе ремонта затрат на поддержание работоспособности агрегатов следует выполнять только те работы, необходимость в которых очевидна.

Работы необходимо производить в строгом соответствии с техническими условиями.

Качество ТР определяет долговечность сопряжений, интенсивность изнашивания деталей, а следовательно, и затраты на поддержание работоспособности автомобиля в процессе эксплуатации. Зависит качество ремонта от уровня выполнения всех операций, начиная с разборки и кончая испытанием собранного агрегата, узла, прибора, от организации работы, уровня технологии и фондовооруженности.

Уровень технологии (технологический уровень) производства определяется свойствами оборудования и организацией труда. Количественно он характеризуется кормой трудоемкости ТО и ремонта подвижного состава. По В. А. Трапезникову диаграмму влияния фондовооруженности Ф и технического прогресса на производительность труда (рис 10) можно аппроксимировать параболой щ=vyФ, где у - уровень технологии.

Исходя из свойств параболы (tg в = 0,5 tgг), можно установить зависимость коэффициента прогрессивности вложений (КПВ) от технологического уровня 1 или 2 и фондовооруженности. КПВ характеризует соотношение прироста производительности труда за счет технического прогресса (ЖД) и за счет фондовооруженности (ЕЖ)

Следовательно, фондоотдача сохраняется неизменной (КПВ = 1), когда прирост производительности труда за счет технического прогресса равен приросту за счет увеличения фондовооруженности, т. е. когда ДЕ/АВ=АГ/ОА.

Поэтому для повышения фондоотдачи, снижения затрат необходимо прежде всего повышать уровень технологии за счет технического прогресса при изготовлении и эксплуатации автомобиля. Трудоемкость работ, а следовательно, и затраты на ТО и ТР необходимо снижать прежде всего за счет повышения качества, уровня технологии работ, уменьшения интенсивности изнашивания деталей в период приработки.

Влияние организации ТО и ремонта на затраты по поддержанию работоспособности автомобилей.

На АТП с высоким удельным весом подвижного состава слаба производственно-техническая база, низок уровень механизации тяжелых и трудоемких процессов по ТО и ремонту автомобилей. При малом удельном весе транспортных средств в составе основных производственных фондов, но при более интенсивном использовании автотранспортных средств расходы на развитие производственно-технической базы полностью себя окупают и не снижают ни их рентабельности, ни фондоотдачи. Однако и здесь не должно быть крайности, так как увеличение производственно-технической базы предприятии экономически оправдано до известных пределов.

Чтобы обеспечить нормальное ТО и ремонт транспортных средств, необходим соответствующий уровень механизации работ, технической оснащенности предприятий. Вложение средств сверх потребности приводит даже к снижению необходимой отдачи.

О влиянии уровня механизации работ на трудоемкость ТО, а следовательно, и на затраты на пол держание работоспособности автомобиля можно судить поданным НИИАТ, %:

ЕОТО-1ТО-2

Уровень механизации:

фактический…………………………….2086

полное обеспечение по существующей

номенклатуре……………………………38 - 4015 - 17 11 - 13 теоретически возможное обеспечение45 - 5030 - 3521 - 25

Снижение трудоёмкости при полном

обеспечении по существующей номенкла

туре:

абсолютное……………………………45 - 50 15 - 17 10 - 12

с учётом удельного веса работ в ТО

и ТР……………………………………8 - 92 - 3 1 - 2

Годовой темп роста производительности труда в сфере технической эксплуатации автомобилей составляет в результате совершенствования технологии и организации ТО и ТР автомобилей с учетом старения парка 3,5-4,5%, текущей модернизации автомобилей -- 4,5-5,5%; создания автомобилей, удовлетворяющих требованиям долгосрочного прогноза, -- 7-11%.

Обобщающими показателями работы службы технической эксплуатации автомобилей являются коэффициент технической готовности, уровень затрат на ТО и ТР (доля в себестоимости, удельные затраты на километр, пассажиро-километр, тонно-километр). производительность труда ремонтных рабочих.

Таким образом, механизация работ по ТО и ремонту автомобилей создает большие возможности для снижения трудоемкости работ.

Большое значение имеет и размер предприятия, на крупных АТП, как правило, лучше организация процесса и производственно-техническая база, что позволяет сокращать трудоемкость ТО и ремонта автомобилей и капиталовложения в производственную базу (рис 11). Если при пробеге автомобилей в год 1 млн. км трудоемкость ТО и ремонта принять за 1, то при пробеге 10 млн. км трудоемкость будет наполовину меньше.

Увеличение программы ТО и ТР позволяет специализировать исполнителей, применять передовую технологию, высокопроизводительное оборудование, комплексную механизацию и автоматизацию, нa более высоком уровне реализовать принятую систему ТО и ремонта подвижного состава.

СИСТЕМА ТО И РЕМОНТА АВТОМОБИЛЕЙ

Оптимальное управление производством возможно при наличии информации о его состоянии, возможности прогнозировать изменение этого состояния, новейших средств управления производством.

Для этой цели необходимо определить действительное физическое состояние объекта в данный момент времени, иметь возможность прогнозировать отказы и величины износов, поддерживать низкий уровень изменения технического состояния автомобиля и восстанавливать его с минимальными затратами средств и труда, обеспечить высокую производительность труда.

Принятая у нас в стране планово-предупредительная система ТО и ремонта подвижного состава автомобильного транспорта является частью метода поддержания автомобиля в работоспособном состоянии (в данном случае методом называют логически связанную совокупность системы ТО и ремонта автомобилей, технологических приемов оценки технического состояния автомобиля, обслуживания, ремонта и организации работ при минимальных затратах) в заданных эксплуатационных условиях. В характеристику условий эксплуатации в данном случае включены и модель автомобиля, пробег с начала эксплуатации, режим работы. Все положения системы ТО и ремонта должны быть научно обоснованы. В частности, методика определения периодичности технического обслуживания должна иметь в своей основе закономерность изменения удельных затрат на поддержание работоспособности автомобиля.

Методика разработки режима ТО. Методика определения режима ТО является основой технологического процесса. Под технологией вообще принято понимать науку о способах переработки сырья в готовое изделие. При техническом обслуживании под «сырьем» понимается автомобиль работоспособный, но неисправный (грязный вид, подтекание масла, воды через прокладки, наличие абразивных частиц в масло, низкий уровень масла, большой зазор между торцами стержней клапана и толкателя, между тормозными барабанами и накладками и т. д.) или с малой вероятностью безотказной работы. Из-за недостатка масла в сопряжениях, при наличии абразивных частиц интенсивность изнашивания резко увеличивается, а пробег до замены изношенных деталей сокращается. При больших зазорах в сопряжениях рулевого механизма и тормозов снижается безопасность движения и их срок службы.