Файл: Техническая эксплуатацияавтомобилейтеоретические и практические аспекты.pdf

ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ
АВТОМОБИЛЕЙ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Допущено
объединением
по образованию в области транспортных машин
и транспортно-технологических
в качестве учебного пособия для
студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности
«Автомобили и автомобильное хозяйство» направления подготовки
«Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования»
Издательский центр «Академия»
2007

629 ИЗ/
39
М194
Р е ц с н кафедры «Техническая и
д-р техн наук В В
кафедрой «Эксплуатация автомобильного транспорта и автосервис»
(ГТУ) проф А Н
Малкин
Техническая эксплуатация автомобилей и практические аспекты учеб пособие для учеб
С Малкин — М Издательский
«Ака- демия», 2007 — 288 с
ISBN 978-5-7695-3191-0
Рассмотрены вопросы обеспечения качества и билеи в процессе их эксплуатации Приведены методы тистических характеристик показателей надежности надежно- сти автомобиля как сложной системы нормирования стратегии их замены Описаны методы контроля качества технического обеспечения Даны методики определения технического обслуживания и теоретические основы рас- смотрены вопросы информационного обеспечения и и
механизации технологических процессов
Для студентов высших учебных заведении ский интерес для специалистов станции техническою обслуживания,
автотранспортных и авторемонтных предприятий
УДК 629
ББК 39 33я73
Оригинал-макет данного издания является собственностью
Издательского центра «Академия», и его
любым способом
без согласия правообладателя запрещается
© Малкин В С 2007
© Образовательно издательский центр «Академия», 2007
ISBN 978-5-7695-3191-0 © Оформление Издательский центр «Академия», 2007
ПРЕДИСЛОВИЕ
В учебном пособии рассмотрены вопросы обеспечения каче- ства и надежности автомобилей в процессе их эксплуатации
Знакомство с процессами изменения технического состояния автомобилей в период их эксплуатации обеспечивает понимание причин возникновения отказов и неисправностей
Изучение методов описания случайных величин, характеризу- ющих параметры процессов технической эксплуатации автомоби- лей, позволяет производить оценку надежности автомобилей по результатам испытаний на основе принципов обеспечения надеж- ности автомобиля как сложной системы
Представленные в учебном пособии теоретические основы ре- монтопригодности автомобиля позволяют специалисту оценить проблемы создания равнопрочного автомобиля и принять опти- мальные решения по замене деталей при ремонте автомобилей,
обеспечивая их надежность и безопасность
Владение методами организации испытаний автомобилей, об- работки результатов и оценки их достоверности, установления свя- зи между случайными факторами является необходимым услови- ем получения в сжатые сроки объективной информации о показа- телях надежности автомобиля и, в частности, долговечности де- талей, что является основой прогнозирования их расхода
Рассмотренные в пособии методы расчета норм расхода за- пасных частей и выборочного контроля качества запасных час- тей и материалов, поставляемых в автотранспортные предприя- тия в процессе их материально-технического обеспечения, име- ют большое значение в подготовке специалиста к его практиче- ской деятельности
Важная роль в учебном пособии отводится основам формиро- вания системы технического обслуживания автомобилей Пред- ставленные методы расчета оптимальной периодичности техни- ческого обслуживания могут быть успешно использованы на прак- тике при переходе на новые смазочные материалы, при эксплуа- тации автомобилей в особых условиях и т п
Знание теоретических основ диагностики необходимо специа- листу для создания системы выбора наиболее информативных диагностических параметров и их допустимых зна- чений, разработки алгоритма автоматического диагностирования
3

по комплексу признаков при обеспечении эффекта самообучения диагностической системы.
Знакомство читателя с основами теории массового обслужива- ния позволяет ему понимать вероятностный возникаю- щих на практике ситуаций, принимать решения по выбору числа обслуживающих сервиса, их про- пускной способности, а надежно- сти автомобиля как
Особое место в пособии методам поиска научно- технической для задач раз- работки процессов,
ния средств их механизации и решения других проблемных воп- росов эксплуатации автомобилей
Техническую автомобилей можно представить как область практической деятельности и как науку,
опреде- ляет пути и методы наиболее эффективного управления техни- ческим состоянием автомобильного парка с целью обеспечения регулярности, безопасности и экономичности перевозок.
В настоящее время характерной чертой состояния автомобиль- ного парка в Российской Федерации является увеличение его многомарочности за счет роста числа автомобилей иностранного производства. Следует признать, что нормативная база организа- ции технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) автомоби- лей, действовавшая до 1990-х гг., перестает быть единой. Это по- буждает службы технической эксплуатации пред- приятий изыскивать в конкретных условиях оптимальные реше- ния задач поддержания технической готовности автомобильного парка.
Г Л А В А 1
КАЧЕСТВО И НАДЕЖНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ
Общие представления о качестве
и надежности автомобиля
Большинство задач, решаемых технической эксплуатацией,
связано в большей или меньшей степени с качеством изделий
(в данном случае автомобилей, агрегатов, деталей, технологиче- ского оборудования) и эксплуатационных материалов при их функционировании или использовании в определенных условиях эксплуатации.
По международному стандарту ИСО качество — это совокуп- ность характеристик объекта, относящихся к его способности удов- летворять установленные и предполагаемые потребности. По оте- чественному стандарту качество — это совокупность свойств про- дукции, обусловливающих ее пригодность удовлетворять опреде- ленные потребности в соответствии с ее назначением. Еще гово- рят, что качество — это совокупность свойств изделия выполнять заданные функции при использовании его по назначению.
Качество автомобиля закладывается в процессе его проекти- рования, обеспечивается в процессе его производства и поддер- живается в процессе эксплуатации — последнее является зада- чей инженерных служб автотранспортных предприятий (АТП),
станций технического обслуживания (СТО) и других организа- ций, занимающихся технической эксплуатацией автомобилей.
Рассмотрим подробнее структуру понятия «Качество автомоби- ля»
Качество автомобиля выражается широкой совокупностью свойств, каждое из которых характеризуется одним или нескольки- ми параметрами, которые количественно выражаются конкретны- ми показателями. Например, динамичность характеризуется мак- симальной скоростью автомобиля, временем разгона до скорости
10 км/ч и т.д. Конкретный автомобиль с определенным техниче- ским состоянием имеет определенное значение показателей пара- метров. Следует иметь в виду, что не все свойства могут быть вы- ражены количественными показателями, например удобство по- садки водителя и т.д.
В процессе эксплуатации автомобиля его качество ухудшается за счет изменения показателей. Надежность является специфическим
5

юо
1
Качеств о а
J
X
сност ь
о
СО
ж ч
Свойства
_
—
—
Сохра
- няемост ь
£
§ 5
СТЗ
0
Ю
Пассив н
опасност ь
ю
0 S
ость
,
а
Параметры
L
хранени я
0 ле т
К
чност ь
гы с к м
НО
У-
S
0 3 я
О
о "
Показатели
05
S
о
Ё
6
S
О
X
У
I
га s
§
га
S
S
с га и
о га
ПОНЯТ
И
—
свойством качества, поскольку проявляется только в течение дли- тельного времени. Обобщенно можно считать, что надежность —
это качество изделия, развернутое во времени. По общепринятому определению надежность — это свойство изделия (объекта) вы- полнять заданные функции, сохраняя во времени значения уста- новленных показателей в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, ТО и Р, хранения и транс- портирования.
Надежность — сложное понятие, оно выражается четырьмя параметрами:
безотказность — свойство объекта (изделия) непрерывно со- хранять работоспособное состояние в течение некоторого време- ни или наработки. Показателями безотказности являются: сред- няя наработка на отказ; интенсивность потока отказов как вели- чина, обратная средней наработке на отказ; вероятность безот- казной работы при заданной
долговечность — свойство объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для ТО и текущего ремонта (ТР). Показателями являются: средний ресурс
(в единицах наработки), средний срок службы (обычно в кален- дарных годах), гамма-процентный ресурс (это ресурс, который достигается, например, 95 % объектов);
ремонтопригодность (эксплуатационная технологичность) —
свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисп- равностей. Применительно к автомобилю по ГОСТ
по- казателями ремонтопригодности являются: периодичность ТО,
разовая оперативная трудоемкость ТО, удельная трудоемкость ТО,
количество используемых видов горючего и смазочных материа- лов (ГСМ), инструментов и оснастки и
сохраняемость — свойство объекта сохранять показатели качества в процессе хранения, транспортирования и
Показателями сохраняемости являются средний и гамма-процентный срок хранения.
Основными терминами и понятиями надежности также явля- ются:
отказ — изменение одного или нескольких задан- ных параметров объекта, приводящее его в неработоспособное состояние. Изменения могут быть внезапными (случайными) и систематическими с нарушением геометрии деталей или свойств материалов. Изменения, постепенные по развитию, могут быть внезапные по проявлению;
неисправность — состояние, когда объект не отвечает хотя бы одному из требований нормативно-технической документации (на- пример, отказ стеклоподъемника является неисправностью авто- мобиля);

сбой — самоустраняющийся отказ (например, при образова- нии паровых пробок в топливопроводе).
По происхождению или причинам появления отказы и неисп- равности делят на три вида:
конструкционные (по вине производственные (следствие плохо производ- ственного процесса);
(следствие эксплуатации или неблагоприятного сочетания режимов эксплуатации).
Следует иметь в виду, что производство авто- мобилей требует больших затрат изготовителя и малых затрат при эксплуатации автомобилей, т.е., в принципе, существует опти- мальная надежность автомобиля, обеспечивающая минимум сум- марных затрат. Практически определение оптимальной надежно- сти затруднено, лоскольку само понятие надежности многознач- ное и не может быть выражено единым показателем.
Основной задачей ТЭА является поддержание заданных техни- ческими условиями показателей качества автомобилей в эксплуа- тации, для чего необходимо иметь четкие представления о факто- рах и процессах, приводящих к изменению эксплуатационных характеристик автомобилей. Обобщенно все изменения техничес- кого состояния автомобиля могут быть сведены к двум причинам:
изменение свойств конструкционных материалов;
изменение геометрии деталей, включая размеры, форму, вза- имное расположение поверхностей и их шероховатость.
1.2. Процессы, приводящие к неисправностям
и отказам автомобилей
Процессы изменения свойств конструкционных
материалов
В конструкции автомобиля используются весьма разнообраз- ные материалы: различные металлы, пластмассы, резина, ткани,
стекло и т.д. По мере эксплуатации автомобиля свойства конст- рукционных материалов меняются также весьма разнообразно.
Поскольку автомобиль является машиной, наибольший интерес с позиции надежности представляет изменение механических свойств материалов. Рассмотрим наиболее существенные процессы.
Температурное разупрочнение — характерно для металлов и дру- гих материалов. При повышении температуры для разных метал- лов более или менее снижаются их прочностные характеристики:
предел текучести и предел прочности
Например, при пере- греве двигателя у поршней могут выламываться перемычки между поршневыми кольцами (рис.
Рис. 1.2. Температурное разрушение поршня
Рис. 1.3. Последствия температурно- го разупрочнения поршня при де-
На рис. 1.3 показан поршень, подвергшийся перегреву при де- тонационном горении горючей смеси, когда ударные волны сду- вают граничный газовый слой с поверхности деталей камеры сго- рания, что резко увеличивает теплопередачу (всем известен эф- фект от ударов веником в бане), повышает температуру поршня и приводит к его разупрочнению. Локальные взрывные волны, от- раженные от стенок камеры сгорания, в точках их взаимного на- ложения имеют максимальное давление и «выплескивают» разу- металл с днища поршня.
На рис.
показан поршень дизеля с разрушенной поверхно- стью днища в зоне вихревой камеры. Перегрев поршня привел к стойкому залеганию поршневых колец в канавках и задиру ци- линдрической поверхности поршня.
Температурное разупрочнение характерно не только для алю- миниевых сплавов, имеющих низкую температуру плавления, но и для стали. В качестве примера на рис.
показан шатун, подверг- шийся деформации при перегреве нижней головки вследствие нарушения подачи масла в зону трения шейки коленчатого вала и вкладышей. На перегрев детали указывает спекание вкладыша с постелью шатуна и наличие обуглившейся пленки масла на по- верхностях. Повышенный момент трения в заклиненном сопря- жении привел к изгибу шатуна по направлению шейки вала.
Весьма существенно повышение температуры влияет на ползу- честь металлов — медленно протекающую деформацию при дли- тельном воздействии нагрузок, когда о
Например, при пере- греве двигателя часто наблюдается коробление алюминиевой го-
9

Рис. 1.4 Разрушение поршня дизеля при температурном разупрочнении
Рис. 1.5. Деформация шату- на при перегреве нижней го- ловки ловки блока цилиндров и самого блока, особенно при неравно- мерной затяжке винтов или шпилек крепления головки (затяну- тая как натянутая струна шпилька постоянно воздействует на со- единяемые детали).
При низкой может наблюдаться хладноломкость
металлов — разрушение деталей при нагрузках, совершенно без- опасных при нормальной
Как правило, это хрупкое разрушение деталей при ударных воздействиях, наблюдаемое обыч- но при температурах
На рис.
показан поршневой палец двигателя после запуска автомобиля с буксира при температуре -35 °С. Кроме поперечного излома на поверхности пальца имеются дугообразно расходящиеся продольные трещины, что указывает на хрупкое разрушение, которое может быть обусловлено хладноломкостью металла.
Рис. 1.6. Излом поршневого пальца при запуске двига- теля при пониженной тем- пературе
10
Усталость — разупрочнение металлов при циклических нагруз- ках, приводящее к разрушению деталей при напряжениях а
Накопление усталости объясняют смещением дислокаций (мик- роскопических несплошностей) на гранях кристаллов при их рас- качивании, объединением дислокаций и образованием за счет этого микротрещин. Постепенно микротрещины перерастают в макро- трещины, которые уменьшают живое сечение детали, фактические напряжения за счет этого возрастают и достигают значений что приводит к разрушению детали.
Источниками циклических нагрузок могут быть условия есте- ственного функционирования детали (например, при работе ше- стерни зуб воспринимает нагрузку, потом «отдыхает», вновь вос- принимает нагрузку и т.д.), вибрационные нагрузки и т.п.
Реальный спектр нагрузок, воспринимаемых деталями автомо- биля, зависит от режимов его работы. Усталостную прочность обыч- но исследуют при синусоидальной нагрузке с симметричным цик- лом (амплитудные значения растяжения и сжатия одинаковы). Чис- ло циклов N, выдерживаемых образцом до разрушения, связано с амплитудным напряжением зависимостью Велера
= const,
где т — эмпирический коэффициент. Кривая Велера может быть представлена на графике с линейными шкалами, но чаще ее изоб- ражают на графике с логарифмическими шкалами (рис. 1.7).
Большинство металлов имеют характерную точку перегиба при
_ это наименьшая напряжений, при которой про- исходит смещение дислокаций, т.е. наблюдается накопление ус- талостных повреждений.
пределом устало-
стной прочности,
выносливости. Некоторые метал- лы, например медь, не имеют точки перегиба, т.е. могут быть разрушены даже при очень небольших циклических нагрузках.
Кривая Велера строится по результатам испытаний долговеч- ности образцов, подверженных симметричной синусоидальной нагрузке (рис. 1.8, а). Постоянная составляющая напряжений
(рис. 1.8, б) оказывает существенное влияние на долговечность деталей снижая ее. Для большинства металлов напряжения растя- жения снижают долговечность деталей сильнее, чем напряжения сжатия.
Рис. 1.7. Характер связи ампли- туды напряжений и числа цик- лов до усталостного разрушения детали