Надежность и долговечнось автомобиля

Как известно из теории вероятностей, явления, которые при неоднократном воспроизведении одного и того же опыта протекают каждый раз несколько по-иному, называются случайными.

Отказы деталей автомобилей, происходящие во время испытаний или при их эксплуатации, относят к случайным, поскольку возникновение их в каждом отдельном случае предсказать невозможно.

Вероятность события принято выражать положительным числом (от нуля до единицы).

Показатели надежности оцениваются теоретическими уравнениями или статистическими методами, приемлемыми для практических целей.

Поскольку все нормативы для автомобилей устанавливаются на километр пробега, характеристику его надежности принято рассматривать как функцию пробега.

Показатели безотказности. Одним из важнейших показателей безотказности является вероятность безотказной работы, т. е. вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта (автомобиля, узла, агрегата, детали) не возникнет.

Степень рассеивания оценивается при помощи безразмерной характеристики, называемой коэффициентом вариации и определяемой как отношение среднего квадратического отклонения случайной величины к средней наработке.

В качестве показателя безотказности используется также гамма процентная наработка до отказа, т. е. наработка, в течение которой отказ объекта не возникнет с вероятностью у» выраженной в процентах.

К показателям безотказности относятся также интенсивность отказов и параметр потока отказов.

Интенсивность отказов — условная плотность вероятности возникновения отказа невосстанавливаемого объекта, определяемая для рассматриваемого момента времени как отношение плотности распределения наработки до отказа к вероятности безотказной работы при условии, что до этого момента отказ не возник:

При оценке безотказности восстанавливаемых изделий используют среднюю наработку на отказ, которая определяется отношением суммарной

 

 

наработки восстанавливаемых объектов к математическому ожиданию числа их отказов в течение этой наработки:

Параметр потока отказов — отношение среднего числа отказов восстанавливаемого объекта за произвольно малую его наработку к значению этой наработки. Его используют в качестве показателя безотказности восстанавливаемых объектов, эксплуатация которых может быть описана следующим образом: с момента начала эксплуатации объект работает до отказа, после чего восстанавливается его работоспособность и объект вновь работает до отказа и т. д. (в расчете время восстановления не учитывается).

Большинство узлов, агрегатов и автомобилей в целом относятся к восстанавливаемым объектам. Их отказы устраняют текущим ремонтом. Временная потеря работоспособности при отказе не означает израсходование ресурса, пока изделие не достигло предельного состояния. Для восстанавливаемых изделий распределения отказов и ресурсов не совпадают. Уровень безотказности таких изделий характеризуется кривой изменения параметра потока отказов от начала эксплуатации до капитального ремонта и списания. Кривая изменения параметра потока отказов характеризует непредсказуемые отказы, вызванные перегрузками, дефектами изготовления, а также старением материала элементов конструкции. Начальное возрастание параметра потока отказов (на участке а) отражает отказы, обусловленные преимущественно нарушениями технологических процессов, браком при изготовлении деталей и сборке узлов и автомобиля в целом, которые приводят к преждевременным отказам, потере работоспособности автомобиля. Хотя обычно этот период непродолжительный, не выходящий за пределы гарантийной наработки, он должен быть по возможности сведен к минимальному.

Особое значение имеет выявление деталей, лимитирующих надежность автомобилей. Оно производится в приводимой последовательности.

1. Выявляются  детали, лимитирующие безотказную  работу узла, системы или агрегата. Под лимитирующими понимаются  здесь такие детали и узлы, 7-процентный ресурс которых на  рассматриваемом пробеге ниже 90 % (для деталей, влияющих на безопасность движения — ниже 95 %)

2. Определяются  детали и узлы, лимитирующие долговечность  агрегатов автомобиля, т. е. такие, ресурс  которых меньше ресурса агрегата  или автомобиля до капитального  ремонта.

3. Выявляются  детали и узлы, лимитирующие безотказность и долговечность агрегатов автомобиля, по которым определяются трудовые и материальные затраты на устранение отказов деталей.

На основе проведенного исследования определяются детали и узлы, лимитирующие надежность агрегатов автомобиля. Сюда относят детали и узлы, отказы которых составляют не менее 50 % от общего числа отказов, а затраты на устранение этих отказов, т. е. на запасные части и работы по замене деталей,— не менее 70 % от общей суммы затрат.

Показателям надежности, связанным с конкретными причинами отказов некоторых групп изделий, присущи определенные закономерности, описываемые математическими моделями — законами распределения. Нормальное распределение отказов имеет место в случаях, когда отказ обусловлен большим

 

 

числом факторов, мало зависящих друг от друга, причем ни один из них не является превалирующим, а доля внезапных отказов весьма мала. К таким отказам относятся, например, отказы, связанные с явлениями изнашивания (накладок тормозных механизмов, подшипников и др.).

Экспоненциальный закон распределения отказов характерен для автомобилей, их узлов и агрегатов, т. е. сложных систем, состоящих из большого числа деталей, отказы которых, включая внезапные, являются следствием различных причин, в том числе тяжелых условий эксплуатации.

Распределение Вейбулла описывает явления, связанные с нарушением работоспособности конструктивных элементов автомобилей вследствие сочетания износа и усталостных повреждений.

Согласно исследованиям НАМИ, для 60 % деталей автомобиля распределение отказов подчиняется закону Вейбулла с параметром —1,1...3,18, для 35 % — нормальному закону, для 3 % — экспоненциальному и для 2 % — логарифмически нормальному.

Законы распределения ресурсов изделий зависят от нагруженности последних и методов испытаний (стендовых, полигонных, эксплуатационных). Поэтому для оценки показателей надежности рекомендуется пользоваться экспериментальными методами определения закона и параметров распределения с периодической их проверкой, сопоставлением результатов испытаний различных видов, выполнением сравнительных расчетов по нескольким вариантам распределений, особенно для нормирования показателей надежности. Одновременно следует учитывать конкретную ситуацию, например условия эксплуатации, эксперимента и степень достоверности информации.

Знание закономерностей возникновения отказов позволяет решать практические задачи в сферах производства автомобилей и их эксплуатации. Так, симметричные распределения наработок на отказ, как правило, свидетельствуют об определенном совершенстве конструкции и повышение наработок здесь может быть достигнуто за счет совершенствования режимов и технологии технического обслуживания и ремонта. Кроме того, эта информация может быть использована для определения объема ремонтных работ по устранению соответствующих отказов.

Асимметричные законы распределения наработок в ряде случаев указывают на имеющиеся конструктивные недоработки соответствующих деталей и узлов, а также на неквалифицированное управление автомобилем или другие нарушения правил технической эксплуатации, которые приводят к внезапному разрушению (отказу) детали.

Таким образом, изучение законов распределения наработок на отказ имеет не только описательное, но и большое практическое значение и позволяет: глубже познать природу отказов, их физическую сущность; обобщить отказы с общими закономерностями распределения наработок и выработать стратегию их предупреждения; более точно производить расчеты по надежности и объему ремонтных воздействий; моделировать и прогнозировать отказы, совершенствовать систему ТО и ТР.

 

 

Пути повышения надежности автомобилей.

Необходимость увеличения эффективности использования автомобильного транспорта и обеспечения выполнения необходимого объема транспортной работы с минимальными народнохозяйственными затратами требует постоянной работы по повышению надежности автомобилей. Сложность задачи при этом заключается в том, что автомобили эксплуатируются в различных дорожных и климатических условиях при разной степени их загруженности и квалификации водительского состава.

Создание автомобиля с высокой надежностью может быть обеспечено при комплексном подходе к решению этой задачи на всех этапах «жизненного цикла» автомобиля: при его конструировании, изготовлении и эксплуатации.

При современном развитии науки и техники возможно создание машин, в том числе автомобилей, практически с любой заданной надежностью. Тем не менее повышение надежности не является самоцелью. По мере повышения надежности затраты на конструирование и особенно на производство растут, а на эксплуатацию — снижаются. Поэтому речь идет о создании автомобиля с оптимальным сочетанием затрат в производстве и эксплуатации, а в конечном итоге — с минимальными суммарными удельными расходами на приобретение и поддержание в работоспособном состоянии при определенном пробеге до капитального ремонта (рис. 2). Этот пробег и будет оптимальным межремонтным пробегом, характеризующим оптимальную долговечность автомобиля.

Ведущая роль в обеспечении надежности автомобиля принадлежит конструктору и достигается следующим:

1) использованием наиболее рациональных принципиальных и компоновочных схем всего изделия, обеспечивающих благоприятные условия для работы отдельных узлов, агрегатов и систем автомобилей; выполнением автомобилем транспортных перевозок грузов в условиях, определяемых его назначением, при сохранении работоспособности в течение заданного периода; приспособленностью к устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов.

Зависимость затрат на разработку, изготовление и эксплуатацию изделия от его ресурса.

Такой подход обусловлен самим понятием надежности как совокупности потенциальных свойств конструкции автомобиля, от которых зависит реализация его рабочих функций.

Правильно найденные компоновочные решения по автомобилю в целом в значительной мере предопределяют его основные технические показатели: его весовые характеристики, габариты, обзорность, проходимость, безопасность движения, плавность хода, доступность к узлам, агрегатам и системам для технического обслуживания и др.

Так, схема «Опрокидывающаяся кабина над двигателем» получила в последнее время широкое распространение на лучших моделях автомобилей большой грузоподъемности, предназначенных для различных условий эксплуатации, что подтверждает ее прогрессивность. Вместе с тем эта схема

 

 

компоновки вызвала необходимость решения ряда конструкторских и исследовательских проблем. К ним относится выбор оптимального распределения нагрузки на мосты, предопределяющего изменение нагруженности ряда основных узлов и агрегатов автомобиля по сравнению с так называемой классической схемой компоновки.

Рассматривая вопросы компоновки автомобилей с точки зрения обеспечения одного из важнейших услбвий надежности, а именно выполнения ими своих функций в течение заданной наработки, необходимо отметить особое влияние компоновки на управляемость и проходимость автомобиля в реальных эксплуатационных условиях. Правильный выбор и согласование характеристик силового агрегата, трансмиссии, подвески и других узлов определяют нагрузочные режимы работы деталей автомобилей, что оказывает непосредственное влияние на их надежность.

Поэтому очень важно на стадии проектирования использовать расчетный метод исследования тягово-скоростных качеств автомобилей и характеристик подвески, с помощью которого, применяя ЭВМ, можно определить оптимальные мощность двигателя, передаточные числа трансмиссии и характеристики подвески. Критерием для установления оптимальных значений этих параметров являются минимальные суммарные народнохозяйственные затраты на проведение заданного объема транспортной работы в реальных условиях эксплуатации;

2) применением  метода агрегатирования, с помощью  которого создается единый типовой  ряд автомобилей различного назначения  из унифицированных узлов.

Поскольку именно узлы определяют потенциальную надежность автомобилей, их проектирование является наиболее ответственным этапом создания автомобиля. Высокая надежность узлов достигается также при широком использовании стандартизованных, нормализованных, унифицированных элементов. Основой для решения проблемы унификации узлов для семейства автомобилей является исследование влияния режима работы узла на его надежность. Этому способствуют разработанные типажи автомобилей и параметрических рядов основных узлов, используемых на различных автотранспортных средствах в большом диапазоне их грузоподъемности. Пределы изменения выходных параметров узлов в процессе эксплуатации должны быть достаточно широкими.

При необходимости режим работы узла может быть облегчен за счет смягчения влияния окружающей среды (например, уменьшения числа и продолжительности пиковых нагрузок);