Файл: Техническая эксплуатацияавтомобилейтеоретические и практические аспекты.pdf

R(x)
Рис. 8.6. Кривая безотказности фильтра
Оптимальную периодичность ТО можно определить по мини- муму затрат из условия
= 0 . Поскольку аналитическое реше- ние выполнить сложно, можно использовать численное решение,
находя среднюю безотказность фильтра по площади под кривой на заданном отрезке
Перебирая с некоторым шагом величи- ны можно найти такое значение, которое даст минимальные суммарные затраты.
Пример. Известно, что стоимость ремонта двигателя
= 7 500 руб.,
стоимость замены фильтра
= 45 руб. При гарантированно работаю- щем фильтре ресурс двигателя
= 316 тыс. км, при неработающем фильтре —
= 55 тыс. км. Распределение наработки фильтра на отказ подчинено закону Вейбулла с математическим ожиданием 56 тыс. км и коэффициентом вариации
По этим числовым характеристикам была вычерчена кривая безот- казности, используя которую находили среднюю безотказность фильтра при разных периодичностях замены, и рассчитывали суммарные затраты.
Результаты расчетов сведены в табл.
8.1
Расчет периодичности ТО
Показатели
Средняя безот- казность
Суммарные затраты руб.
Периодичность ТО, тыс км
9 0,978 29,16 0,967 28,14 15 0,954 27,66
IS
0,940 27,45 21 0,926 27,42 24 27,51 27 0,895 27,66 150
Из таблицы по минимуму суммарных затрат можно определить опти- мальную периодичность замены фильтра
= 20 тыс. км (округленно).
На практике для определения периодичности замены фильтра нужно было бы провести эксперименты с автомобилями, работа- ющими с поврежденным фильтром (находим
), а также для определения и числовых характеристик надежности фильт- ров, нужно было бы оборудовать автомобили датчиками, сигна- лизирующими о моменте отказа фильтра.
8.2.4. Определение периодичности технического
обслуживания последовательно включенных систем
К последовательно включенным системам относятся агрегаты и системы автомобиля, отказ которых приводит к потере работо- способности автомобиля без серьезных повреждений других сис- тем, — это приборы системы питания, зажигания, пуска и
Обслуживание и ремонт последовательно включенных систем по потребности (после отказа) приводит к большим затратам включающим возможные штрафы за срывы рейса, необходимость буксирования автомобиля в гараж и т.д. Регламентированные ТО
этих систем в условиях АТП или СТО требуют затрат
Определим оптимальную периодичность ТО последовательно включенной системы, используя закон распределения вероятнос- тей ее наработки на отказ (рис. 8.7).
При назначенной периодичности вероятность отказа сис- темы в дорожных условиях
= J
вероятность, что о
отказ будет предотвращен при плановом ТО,
= 1 -
Отказ может наблюдаться в интервале 0 х
в среднем отказ будет происходить при наработке
Рис. 8.7. График, используемый для определения периодичности ТО
последовательно включенных систем
151

= j
Таким образом, часть автомобилей будет отказывать и обслу- живаться, в среднем, при наработке а часть — при наработке
Можно найти среднюю наработку, при которой будут обслу- живаться последовательно включенные системы, как математи- ческое ожидание:
Аналогично можно найти средние затраты на обслуживание системы:
С =
+
+
где 0 k 1 — коэффициент, учитывающий очередное ТО систе- мы, которая отказывала ранее и обслуживалась по потребности.
Если все системы обслуживаются в плановом порядке, то если в плановом порядке обслуживаются только те системы, ко- торые до этого не отказывали и не обслуживались по потребно- сти, то k = 0.
Зная средние затраты на обслуживание и среднюю наработку,
при которой проводится обслуживание, можно записать удель- ные суммарные затраты, т.е. целевую функцию для определения периодичности ТО:
Периодичность ТО, при которой удельные затраты будут ми- нимальными, является оптимальной.
Проведем качественный анализ удельных затрат:
при
0 вероятности
0,
и при система не будет обслуживаться в плановом по- рядке и
1,
0 и
Оптимальную периодичность ТО можно найти численным ре- шением, располагая значениями затрат на ТО в плановом поряд- ке и средней стоимости устранения отказов системы, а также кри- вой закона распределения вероятностей отказа системы. Характер изменения затрат показан на рис. 8.8.
Из анализа кривых удельных затрат на ТО последовательно включенных систем можно сделать важные выводы:
152
Рис 8 8. Характер изменения удельных затрат в зависимости от пери- одичности ТО последовательно включенных систем.
v — коэффициент чем больше коэффициент вариации v наработки на отказ об- служиваемой системы, тем менее четко выражен экстремум удель- ных затрат;
при коэффициенте вариации, равном единице (экспоненци- альный закон распределения наработок на отказ системы) экст- ремума удельных затрат нет и ТО таких систем в плановом поряд- ке экономически нецелесообразно;
если кривая в некоторой зоне экстремума пологая, то любую периодичность ТО в рамках этой зоны можно считать приемлемой.
Рассмотренный метод определения периодичности ТО приме- ним во многих случаях: зачистка контактов прерывателя-распре- делителя, регулировка зазоров в конических подшипниках и др.

Г Л А В А 9
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДИАГНОСТИКИ
Общие представления о технической
диагностике автомобилей
Индивидуальная информация о скрытых и назревающих отка- зах автомобиля позволяет предотвратить преждевременный или запоздалый ремонт, а также проконтролировать качество выпол- нения ремонтных, регулировочных и других операции ТО
Технической диагностикой называют отрасль знаний, которая изучает признаки, методы и средства определения технического состояния механизмов (и автомобиля, в частности) без их раз- борки, а также технологию и организацию использования систем диагностирования в процессе технической диагностики. Под сис-
темой диагностирования понимают комплекс, включающий диаг- ностируемый объект, технические средства и диагнос- тических работ.
Системы диагностирования можно классифицировать по ряду признаков следующим образом [6,
• по характеру связи технических средств с встроенные (перевозимые на автомобиле в процессе его работы);
выделенные (подключающиеся в стационарных условиях);
• по условию съема функциональные (диагностирование в процессе нормальной работы объекта),
тестовые (на объект подается особый сигнал, чтобы по от- клику судить о состоянии объекта);
• по полноте охвата.
общие (диагностируется объект в целом),
локальные (диагностируется отдельный элемент объекта);
• по степени универсальности:
специальные (объект, технические средства и алгоритм все- гда постоянны);
универсальные (объект, средства и алгоритм диагностирова- ния легко меняются);
• по количеству диагностических параметров:
однопараметрические (диагноз по одному признаку);
многопараметрические (диагноз по комплексу признаков);
154
• по степени участия
«ручные» (диагноз ставит человек);
«машинные» или автоматические (диагноз ставится без учас- тия человека).
Техническая диагностика является важным звеном в системе
ТО и Р автомобилей.
По мере дальнейшего увеличения парка автомобилей и чис- ленности их пользователей (следует признать, что доля настоя- щих автолюбителей и профессионалов в общем числе водителей уменьшается), усложнения конструкции автомобилей и ужесто- чения требований к их и надежности роль техничес- кой диагностики возрастает.
Характерной чертой современных автомобилей является все более широкое использование электроники и микропроцессор- ной техники, на которую возлагаются не только функции управ- ления системами автомобиля, но и автоматического диагности- рования его технического состояния. Например, Volvo разработал
«женский» автомобиль, у которого на щитке приборов есть толь- ко спидометр, и водитель не имеет возможности открыть капот автомобиля.
Контроль состояния всех систем автомобиля осуществляет бор- товой компьютер, имеющий радиосвязь с СТО. При возникнове- нии потребности в ТО и устранении неисправностей автомобиля водитель получает приглашение в назначенное время предоста- вить автомобиль на СТО.
Диагностика сложных систем должна иметь техническое, ин- формационное и математическое обеспечение.
Техническое обеспечение представляет собой совокупность уст- ройств получения и обработки информации (диагностические приборы, датчики, сигнализаторы, усилители и
Важную часть технического обеспечения современных систем диагностики со- ставляют микропроцессорные схемы (ЭВМ), преобразователи аналоговых сигналов в цифровые базы данных, устройства для регистрации и представления диагностической информации.
Информационное обеспечение содержит необходимый массив восполняемых технических сведений, способы получения, систе- матизации диагностической информации, ее хранения. Сюда же можно отнести различные программы — драйверы, обеспечиваю- щие прохождение информационных потоков по отдельным бло- кам системы диагностирования.
Математическое обеспечение является базой алгоритмов рас- познавания состояний диагностируемых объектов на основании получаемых диагностических параметров.
Техническая диагностика как система включает также и спе- циалистов, ответственных за принятие решений и способных раз- рабатывать элементы системы диагностирования.
155

9.2. Выбор диагностических параметров
Техническое состояние автомобиля как сложной системы и его элементов характеризуется теми или иными физическими явле- ниями или процессами, которые можно рассматривать в качестве признаков состояния. Признаки состояния могут выражаться ко- личественно на основе измерений, а когда они невозможны — то качественно на основе органолептических методов оценки цвета,
запаха, блеска, тембра звучания и т. п. Очевидно, что по мере развития измерительной техники качественные оценки призна- ков могут переходить в количественные измерения.
Диагностическую ценность может составлять большая часть информации о поведении автомобиля, его агрегатов и систем.
Состав и состояние сред, взаимодействующих с изделием (воз- дух, охлаждающая жидкость, масло, продукты сгорания топлива и др.), рабочие параметры процессов (частота вращения, темпе- ратура, давление), вибрация, акустическое и тепловое излучение и т.д.) — все это может содержать диагностическую информа- цию.
Диагностическое значение имеют не только значения парамет- ров в данный момент времени, но и их изменение во времени
(кинетика информативных параметров). Диагностические парамет- ры могут быть универсальными и специальными. Примером уни- версальных диагностических параметров являются вибрации и шумы, возникающие при работе автомобиля.
В общем случае каждая точка конструкции автомобиля имеет пространственное вибросмещение в виде наложенных элементар- ных гармонических колебаний с различной частотой и амплиту- дой. Причинами возникновения вибрационных перемещений мо- гут быть циклические процессы при работе агрегатов автомобиля,
собственные колебания элементов конструкции, дорожные воз- действия и
Вибрация элементов автомобиля, происходящая в результате рабочих процессов, собственные колебания, соударе- ния и вызывают колебания окружающей среды (воздуха),
служат источником акустических колебаний. Источником зву- кового шума являются также потоки воздуха при движении авто- мобиля, струи выхлопных газов и рабочей смеси, поступающей в двигатель.
К универсальным диагностическим параметрам можно также отнести тепловые потоки, отражающиеся на температуре элемен- тов автомобиля. Источниками тепловыделений могут быть рабо- чие процессы и трение в сопряжениях деталей.
Существенной проблемой применения универсальных диагно- стических параметров является необходимость разработки мето- дов отделения полезной информации о конкретном объекте от
«шумов», присутствующих в регистрируемом сигнале.
156
Весьма информативными могут быть специальные диагности- ческие параметры (компрессия двигателя, значения напряжений и токов в электрических цепях и т.п.), поскольку они по своей природе лучше выделяются на фоне других сигналов.
В системах технической диагностики наиболее широко приме- няют следующие типы датчиков. Контроль перемещения элемен- тов автомобиля осуществляют с помощью датчиков реостатного,
индуктивного или конденсаторного типа. Измерение ускорений производят с помощью пьезоэлектрических датчиков. Скорости перемещений могут быть получены или при дифференцировании сигнала перемещений, или при интегрировании сигнала ускоре- ний. Температуру обычно измеряют терморезисторами или термо- парами, биметаллическими датчиками, в некоторых случаях мо- гут быть использованы термокраски (вещества, меняющие цвет в зависимости от температуры). Механические напряжения в деталях контролируют или магнитоупругими датчиками
(используется эффект изменения магнитной проницаемости мате- риалов в зависимости от механических напряжений), может ис- пользоваться метод лаковых покрытий. Накопление усталостных повреждений контролируют датчиками. Звуковое давление регистрируют пьезоэлектрическими, конденсаторными и другими микрофонами. Для выявления локальных источников зву- кового давления при диагностике автомобиля могут использовать- ся звуковые панели, содержащие большое количество определен- ным образом сориентированных относительно друг друга микро- фонов. Расходомеры жидкости и газа могут быть весьма разнооб- разны по принципу работы: объемные,
тепловые и др.
Для регистрации выдаваемой датчиками информации исполь- зуют приборы, основанные на разных принципах действия. При визуальном наблюдении сигналов часто применяют самописцы,
сцарапывающие иглой белый слой на черной подложке бумажной ленты,
или катодные осциллографы с запоминаю- щим слоем. Могут использоваться стрелочные или цифровые при- боры, световые или звуковые сигнализаторы. При необходимости дальнейших преобразовании аналоговых сигналов используют магнитографы. Сигналы в цифровом коде записывают в файлах компьютера.
Поскольку при диагностике состояние объекта оценивается без его разборки, в качестве диагностических параметров должны выступать косвенные признаки, некоторым образом связанные с состоянием S. Для того чтобы диагностический параметр был ин- формативным и обеспечивал достоверность диагноза, необходи- мо, чтобы он отвечал трем требованиям: был чувствительным,
однозначным и стабильным.
На рис.
показаны три варианта поведения диагностического параметра по мере изменения состояния S.
157

Рис 9 1 Варианты изменения диагностического параметра от состояния контролируемого объекта
/ —
и
2 — неоднозначный параметр,
3 — параметр однозначный, но
Параметры у\ и
— однозначные, поскольку каждому воз- можному состоянию соответствует одна вполне определенная ве- личина признака.
неоднозначен, поскольку одно и то же значение признака может соответствовать двум (или бо- лее) состояниям и
Сравнивая параметры и можно заметить, что при измене- нии состояния на величину AS изменение величины первого параметра больше, чем для третьего, т е. первый параметр более чувствительный Таким образом, из представленных на рис 9 1 па- раметров предпочтительным для диагностики является посколь- ку он однозначный и чувствительный.
Стабильность диагностического параметра определяется вариа- цией его значений при многократных измерениях на объектах с одним и тем же состоянием Разброс значений параметра может быть выражен средним отклонением, которое следу- ет рассчитывать для заведомо исправного и неисправного состояний диагностируемого объекта Для оценки стабильности и информатив- ности диагностического параметра можно использовать критерий
О,
где и
— средние значения диагностических параметров соот- ветственно для заведомо исправного и неисправного состояний объекта,
и
— средние квадратические отклонения парамет- ров соответственно заведомо исправных и неисправных диагнос- тируемых объектов.
Очевидно, что существенное отличие признаков исправного и неисправного состояния диагностируемого объекта может дать
158
чувствительный диагностический параметр. Если при этом раз- брос показаний относительно небольшой, то такой диагности- ческий параметр можно считать информативным и стабильным.
Таким образом, при разработке системы диагностирования по величине можно выбрать признаки, которые наилучшим об- разом подходят в качестве диагностических параметров.
9.3. Определение допустимого значения
диагностического параметра
После выбора диагностических параметров необходимо решить два важных назначить периодичность диагностирования
(как часто контролировать состояние объекта) и выбрать допус- тимое значение диагностического параметра, при достижении которого следует проводить профилактические работы по восста- новлению состояния объекта.
Решения обоих вопросов являются взаимосвязанными, поэто- му чаще всего вначале задаются периодичностью диагностирова- ния, а затем находят соответствующее значение допустимого зна- чения диагностического параметра. При выделенной диагностике периодичность диагностирования целесообразно совмещать с пла- новыми ТО автомобиля При встроенной автоматической диагно- стике периодичность диагностирования может быть связана с про- бегом автомобиля или, например, проводиться после каждого десятого пуска двигателя и т п.
Различают три значения диагностического
параметр
— величина диагности- ческого параметра, соответствующая технически исправному (но- вому) объекту,
предельный диагностический параметр
— величина диагнос- тического параметра, соответствующая состоянию объекта, когда его эксплуатировать дальше нельзя (отказ) или экономически нецелесообразно;
допустимый диагностический параметр
— величина диагнос- тического параметра, соответствующая состоянию, когда целесо- образно провести профилактические работы по восстановлению объекта до начального состояния
Рассмотрим идеальный вариант системы диагностирования,
когда состояние объекта линейно зависит от его наработки, а диагностический параметр связан с состоянием также линейно
(рис. 9 2)
В силу стечения обстоятельств состояние возможной на прак- тике совокупности объектов и каждого объекта в отдельности,
может меняться с разной интенсивностью, поэтому наработка до предельного состояния объекта и соответствующего значения
159