ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА ТЕМА 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АВТОМОБИЛЯ

В.Ф. ЮХИМЕНКО
ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
ТЕМА 2. ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ
АВТОМОБИЛЯ
2.1 Общие понятия о техническом
состоянии
• Техническое состояние автомобиля (агрегата, механизма,
соединения) определяется совокупностью изменяющихся
свойств его элементов, характеризуемых текущим значением
конструктивных параметров Г, (табл. 2.1). Обычно текущие
значения конструктивных параметров связывают с
наработкой.
• Наработка - продолжительность работы изделия,
измеряемая единицами пробега (километры), времени
(часы), числом циклов. Различают наработку с начала
эксплуатации изделия, наработку до определенного
состояния (например, предельного), наработку
интервальную и др. На автомобильном транспорте, как правило, наработка автомобилей исчисляется в километрах
пробега (l), реже (специальные автомобили, внедорожные
карьерные самосвалы) - в часах (t).
Таблица 2.1 Конструктивные элементы автомобиля и
их параметры Y
Конструктивный
элемент
автомобиля
Агрегат, система
Узел, механизм
Деталь
Число
Конструктивный параметр
15-20
70-90
Кинематическая схема, степень
подвижности, структурная формула
Вид соединения, передач, опор и
уплотнений Взаимное расположение
деталей и узлов Присоединительные
размеры, зазоры, люфты, ходы
Размер и конфигурация
Вид материала, прочность Качество и
точность обработки поверхности
15000-25000
Характер взаимодействия и взаимного
перемещения Электрическое,
гидравлическое сопротивление и др.
•
Наработка технологического оборудования исчисляется обычно в
часах.
• По мере увеличения наработки l, t (рис. 2.1) параметры технического
состояния
Рис. 2.1. Схема изменения параметров технического состояния
ЗР- зона работоспособности; ЗО - зона отказов; ЗУ- зона упреждения
отказов; Yп.д. - предельно допустимое значение параметра; lр - ресурс
изделия; lу - ресурс упреждения
• изменяются от номинальных Yн, свойственных
новому изделию, до предельных Yп, при которых
дальнейшая эксплуатация изделия по техническим,
конструктивным, экономическим, экологическим
или другим причинам недопустима.
• Величины номинальных предельных и предельно
допустимых Yп.д. значений параметров
технического состояния устанавливаются
законами, государственными стандартами,
постановлениями правительства, нормативнотехническими и проектно-конструкторскими
документами, систематизируются в справочных
изданиях, в том числе и международных.
2.2 Изменение технического состояния
автомобиля
Основные причины изменения конструктивных
параметров и технического состояния:
• нагружение элементов;
• взаимное перемещение элементов;
• воздействие тепловой и электрической
энергии;
• воздействие химически активных компонентов;
• воздействие внешней среды (влага, ветер,
температура, солнечная радиация);
• воздействие оператора и др.
• Последствия и формы изменения
конструктивных параметров во времени:
изнашивание; коррозия; усталостные
разрушения; пластические деформации;
температурные разрушения и изменения;
старение и др.
• 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, называется износом,
который может быть линейным, объемным,
массовым.
• Интенсивность изнашивания - это
относительные величины износа (отношение
износа к пути трения или показателю, связанному с
работой изделия, например километру пробега или
часу работы автомобиля, числу циклов и т.д.).
• Обычно в практике ТЭА выделяют абразивное,
усталостное, коррозионно-эрозионное,
окислительное, электроэрозионное изнашивание, а
также изнашивание при заедании, фретинге и
фретинг-коррозии. Изнашивание при фретинге,
абразивное, эрозионное и усталостное относятся к
механическому виду изнашивания, а окислительное и
при фретинг-коррозии - к коррозионномеханическому.
• При преимущественно механическом разрушении
поверхности, когда химические, тепловые и другие
процессы не имеют решающего значения,
интенсивность изнашивания, по К.В. Фролову и Ю.Н.
Дроздову, определяется следующими группами
обобщенных факторов (рис. 2.3):
Фсм - определяет относительную толщину смазочного слоя;
Фн - характеризует напряженное состояние контакта, площадь
фактического контакта сопряженных пар трения;
Фу - характеризует усталостную прочность трущихся поверхностей;
Фш~ определяет влияние шероховатости на процесс изнашивания.
• Абразивное изнашивание является следствием
режущего или царапающего действия
поверхностей трения и твердых частиц,
находящихся между ними.
• 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 (шкворневое соединение, рессорные
шарниры), резко увеличивают их износ. В ряде
механизмов, например кривошипно-шатунном, в
качестве абразивных частиц выступают - также
сами продукты изнашивания, отделившиеся от
трущихся деталей.
• Эрозионное изнашивание происходит в
результате воздействия на поверхность потока
жидкости, газа или твердых частиц. Такому
изнашиванию на автомобиле 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, образуя трещины и ямки
выкрашивания (питтинг). 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 образованию глубоких
борозд, наростов, оплавлений, задирам, заклиниванию
и разрушению механизмов.
• Такое изнашивание обуславливается 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; при механическом трении
они снимаются, а обнажающиеся
поверхности опять окисляются.
• Такое изнашивание наблюдается на деталях
цилиндропоршневой группы,
гидроусилителей, тормозной системы с
гидроприводом и др.
• Изнашивание при фретинге - это механическое
изнашивание соприкасающихся деталей при
возвратно-поступательных перемещениях с малыми
амплитудами. Если при этом агрессивно
воздействует среда, то происходит изнашивание
при фретинг-коррозии. Такое изнашивание может
происходить в местах контакта вкладыша шеек
коленчатого вала и постели в картере и крышке, в
заклепочных, болтовых, шлицевых и шпоночных
соединениях, рессорах.
• Электроэрозионное изнашивание проявляется в
эрозионном изнашивании поверхности в результате
воздействия разряда при прохождении
электрического тока, например между электродами
свечи зажигания.
• Пластические деформации и разрушения.
Такие повреждения связаны с достижением или
превышением пределов текучести или прочности
соответственно у вязких (сталь) или хрупких (чугун)
материалов. Обычно этот вид разрушений
является следствием либо ошибок при расчетах,
либо нарушений правил эксплуатации (перегрузки,
неправильное управление автомобилем, дорожнотранспортные происшествия и т.п.). Иногда
пластическим деформациям или разрушениям
предшествует механическое изнашивание,
приводящее к изменению геометрических
размеров и сокращению запасов прочности
детали.
• Усталостные разрушения. Этот "вид разрушений
возникает при циклическом приложении нагрузок,
превышающих предел выносливости металла
детали. При этом происходят постепенное
накопление и рост усталостных трещин, приводящие
при определенном числе циклов нагружения к
усталостному разрушению деталей.
• Совершенствование методов расчета и технологии
изготовления автомобилей (повышение качества
металла и точности изготовления, исключение
концентраторов напряжения) привело к
значительному сокращению случаев усталостного
разрушения деталей. Как правило, оно наблюдается
в экстремальных условиях эксплуатации
(длительные перегрузки, низкие или высокие
температуры) в рессорах, полуосях, рамах.
• Коррозия. Это явление происходит вследствие агрессивного
воздействия среды на детали (ржавление), приводящего к
окислению металла и, как следствие, к уменьшению
прочности и ухудшению внешнего вида. Основными
активными агентами внешней среды, вызывающими
коррозию, являются соль и другие химические вещества,
которыми обрабатывают дороги зимой, кислоты,
содержащиеся 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. Коррозия деталей кузова, расположенных снизу,
сопровождается абразивным изнашиванием в результате
воздействия на поверхность при движении автомобиля
абразивных частиц песка, гравия. 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.
• Применительно к автомобилям различают
местную коррозию, поражающую в основном
кузовные панели, и общую, результатом
которой является, кроме того, разрушение
несущих конструкций кузова или рамы.
• Старение. Техническое состояние деталей и
эксплуатационных материалов изменяется 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
эксплуатационных 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, например, резинотехнических изделий; у
топлива, смазочных материалов и жидкостей
наблюдаются процессы окисления, сопровождаемые
выпадением осадков.
• Условия эксплуатации, при которых используется
автомобиль, влияют на режимы работы агрегатов и
деталей, ускоряя или замедляя изменение
параметров их технического состояния. В разных
условиях эксплуатации реализуемые значения
показателей надежности автомобилей будут
различаться, что скажется и на показателях
эффективности технической эксплуатации. Учет
условий эксплуатации необходим при определении
потребности в ресурсах (персонал, производственнотехническая база, запасные части и материалы). При
эксплуатации автомобилей 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, определяющих
сопротивление движению автомобиля (табл. 2.3),
элементами дороги в плане и профиле
(шириной дороги, радиусами 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, по
данным ИКТП, сокращают надежность автомобиля
на 14-33%
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1. Условные обозначения дорожных покрытий:
Д1 — цементо-, асфальтобетон, брусчатка, мозаика;
Д2 — битумоминеральные смеси (щебень или гравий, обработанные
битумом);
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, не имеющие твердого покрытия.
2. Условные обозначения типа рельефа местности (определяется
высотой над уровнем моря):
Р1 — равнинный (до 200 м);
Р2 — слабохолмистый (свыше 200 до 300 м);
Р3 — холмистый (свыше 300 до 1000 м);
Р4 — гористый (свыше 1000 до 2000 м);
Р5 — горный (свыше 2000 м).
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Как определяется техническое состояние
автомобиля?
2. Как изменяются параметры технического
состояния?
3. Основные причины изменения параметров
технического состояния.
4. Как влияют условия эксплуатации на
техническое состояние автомобилей?