Влияние эксплуатационных факторов на режимы работы элементов автомобиля

Параметры приведенных во второй главе зависимостей показателей технического состояния автомобилей от наработки существенно зависят от условий эксплуатации. Эксплуатационные факторы изменяют в первую очередь условия нагружения элементов автомобиля, то есть режимы их работы (рис.3.45). Поэтому для выявления степени влияния эксплуатационных факторов на нормативы технической эксплуатации автомобилей необходимо, в первую очередь, проанализировать их влияние на показатели режимов работы элементов.

По влиянию на надежность элементов автомобиля факторы подразделяются на конструктивно-технологические, эксплуатационные и организационно-технические (рис.3.1). Основными эксплуатационными факторами являются дорожные, транспортные и природно-климатические. Приведенные группы факторов можно подразделить на более конкретные виды, имеющие свои измерители, что схематично показано на рис.3.46. С точки зрения нормирования технической эксплуатации измерители эксплуатационных факторов должны быть численными и, по возможности, интегральными. Поэтому связь между измерителями и видами эксплуатационных факторов довольно сложная и неоднозначная (рис.3.46). В приведенной схеме указаны, конечно, не все измерители эксплуатационных факторов, а лишь основные и интегральные.

Действующими в настоящее время нормативами [137] при корректировании нормативов ТО и Р учитывается лишь часть измерителей и не всегда в численном виде (например, категория условий эксплуатации). Наиболее обоснованным и достоверным является корректирование нормативов в зависимости от природно-климатических факторов.

Для выбора основных измерителей эксплуатационных факторов необходимо, в первую очередь, оценить реальные пределы их изменения (вариацию), а затем степень влияния на режимы работы агрегатов и показатели их надежности. В зависимости от различного сочетания дорожного покрытия и рельефа местности, по данным [50], коэффициент сопротивления движению y изменяется от 0,012 до 0,31, то есть в 25 раз, а в среднем в 10 раз.

 

 

Рис.3.45. Схема причинно-следственной связи факторов технической эксплуатации автомобилей

 

 

 

Рис.3.46. Схема факторов, определяющих надежность автомобиля

 

Одним из наиболее интегральных показателей эксплуатационных факторов является среднетехническая скорость автомобиля [15, 52, 44, 45, 50], которая зависит от многих других эксплуатационных факторов. Однако, нельзя сказать, что скорость это единственный интегральный показатель, так как одинаковую скорость автомобиля можно обеспечить и при других сочетаниях других измерителей эксплуатационных факторов, а, следовательно, и различных режимах работы агрегатов и их надежности. В зависимости от сочетания эксплуатационных факторов средняя техническая скорость автомобиля может изменяться до пяти раз. Наиболее значительно и однозначно скорость зависит от таких показателей помехонасыщенности маршрутов, как интенсивность движения, количество помех (светофоров, поворотов, перекрестков и др.) на единицу пути.

Из группы транспортных факторов существенно изменяются такие факторы, как коэффициенты использования пробега - b, грузоподъемности - g, прицепов К_пр. Интегральным показателей нагрузки на автомобиль может быть коэффициент использования нагрузки

(3.67)

который оценивает степень использования перевозочной способности автомобиля относительно номинальной. В реальных условиях средняя нагрузка на автомобиль за определенные периоды (месяц, квартал, год) может изменяться до четырех раз.

Из природно-климатических факторов в массовом масштабе наиболее существенно изменяется средняя годовая температура воздуха, которая определяет в основном тепловой режим работы агрегатов. Эта группа факторов в настоящее время учитывается по пяти природно-климатическим зонам [446]. Кроме того, в работах Л.Г.Резника и его учеников [148] довольно значительно обоснованы перспективы совершенствования корректирования нормативов ТЭА по природно-климатическим условиям.

Таким образом, указанные измерители эксплуатационных факторов довольно полно описывают совокупность сочетаний эксплуатационных факторов и изменяются в широких пределах. О степени влияния некоторых факторов на надежность автомобилей свидетельствуют экспериментальные данные [98] для определенной природно-климатической зоны, которые приведены в табл.3.5.

Таблица 3.5

Степень влияния дорожных и транспортных факторов

на надежность автомобилей, % [98]

Факторы	ЗИЛ-130	КамАЗ-5320
Коэффициент сопротивления качению, ¦
Коэффициент помехонасыщенности, П
Коэффициент использования пробега, b
Средний уклон дороги, i
Коэффициент использования грузоподъемности, g
Средняя длина ездки с грузом, lге		6,5
Коэффициент использования прицепов, Кпр		5,5

Из табл.3.5 видно, что коэффициент сопротивления движению
(y = ¦ + i), характеризующий состояние дорожного покрытия и рельеф местности, на 41 - 51% определяет надежность автомобилей. Коэффициент помехонасыщенности П, характеризуемый отношением скорости в эталонных условиях к скорости в фактических условиях, в среднем на 20% обуславливает надежность автомобиля. Факторы, характеризующие нагрузку на автомобиль (b, g, К_пр), обуславливают надежность на 24-30%.

Следовательно, при неизменных природно-климатических условиях в качестве интегральных измерителей эксплуатационных факторов целесообразно принимать скорость автомобиля, нагрузку на автомобиль и коэффициент сопротивления движению. С точки зрения единицы измерения измерителей эксплуатационных факторов целесообразна их универсальность для всех автомобилей (или для определенных групп: грузовые, автобусы, легковые и др.). Поэтому желательно, чтобы они были безразмерными (относительными). Этому условиях отвечают y и К_N.

В качестве оценочного безразмерного показателя скорости в работах [98] предложен коэффициент помехонасыщенности П, определяемый как отношение скорости полностью груженого автомобиля без прицепа на горизонтальном участке асфальтированной дороги первой технической категории (эталонной скорости V_эт) к фактической скорости V груженого автомобиля. Однако этот показатель обратно пропорционален скорости, и поэтому удобнее скорость оценивать обратной П величиной, которая изменяется в основном от 0 до 1 и прямо пропорциональна фактической скорости.

Эталонная скорость V_эт обычно указывается в технической характеристике автомобиля. Этот измеритель целесообразно показывать коэффициентом использования скорости d_V (по аналогии с g и b). Он характеризует степень использования потенциальных скоростных качеств автомобиля

(3.68)

Таким образом, указанные измерители эксплуатационных факторов при неизменных природно-климатических условиях достаточно полно описывают совокупность сочетаний эксплуатационных факторов. В дальнейшем необходимо оценить степень влияния их на режимы работы. Однако до этого целесообразно конкретизировать показатели режимов работы агрегатов.

Вследствие отсутствия единой общепринятой классификации и терминологии характерных для эксплуатационных условий режимов работы агрегатов затруднен анализ и обобщение выполненных различными авторами исследований. Режимы часто характеризуют как установившиеся и неустановившиеся, постоянные и переменные, статические и динамические, стационарные и нестационарные. Все эти названия режимов, в основном, разделяют их по степени изменения показателей во времени, то есть по переменности. Наиболее целесообразно разделять эксплуатационные режимы работы агрегатов на постоянные и переменные.

Под режимами работы понимают различные рабочие состояния агрегатов и узлов автомобиля, характеризующиеся величиной нагрузки на детали, скоростью относительного перемещения деталейи их температурой, а также степеньюих изменения во времени. Режимы работы численно оцениваются рядом показателей.

Для автомобильных агрегатов и узлов характерны переменные эксплуатационные режимы (до 98% времени работы). Характеристи­ками таких режимов могут быть средний уровень показателя, определяющий общую напряженность режима (например, средняя часто­та вращения коленчатого вала двигателя), средняя амплитуда и средняя частота изменения показателя режима во времени. Терминология различных сочетаний режимов работы и их смысл поясняется рис.3.48. Эксплуатационные режимы разделяются на постоянные и переменные. На постоянных режимах их показатели не изменяются во времени на довольно длительных промежутках. Установившимися при этом будем называть такие режимы, при которых есть определенный закон изменения показателей во времени (постоянный, синусоидальный, пилообразный и др.), а не случайный, при котором режим неустановившийся.

Рис.3.48. Классификация режимов работы агрегатов по переменности показателей у во времени

В соответствии с приведенной на рис.3.48 классификацией режимов автомобильные агрегаты работают в переменных неустановившихся ре­жимах (рис.3.48, кривая 2). Амплитуда и частота изменения показателя режима в данном случае носят условный характер, так как режимы имеют в каждый интервал времени различную амплитуду и частоту. При применении средних значений амплитуды и частоты режим работы условно заменяется переменным установившимся с постоянной амплитудой и частотой (рис.3.48, кривая 1). Амплитуда и частота такого эквивалентного режима определяются как характеристики распределения показателей по результатам режимометрирования.

При режимометрировании весь диапазон изменения показателя режима разделяется на интервалы, в которых устанавливаются датчики, фиксирующие время работы агрегата в этоминтервалес помощью счетчиков, а также количество включений данного датчика. Например, показателем скоростного режима работы дизеля может быть ход рычага управления всережимным регулятором топливного насоса высокого давления. Разделяя весь рабочий диапазон хода рычага на интервалы и фиксируя время и количество включений датчика каждого интервала, получают данные для по­строения гистограммы (рис.3.49), по которой и анализируют показатели скоростного режима. Аналогично определяли показатели нагрузочного и теплового режимов, для чего разработали и использовали соответствующие режимомеры и методики [15, 44, 47, 50].

 

Рис.3.49. Фактическое изменение показателя режима во времени у и гистограмма его распределения, построенная по этому изменению

 

Средний уровень показателя режима (например, средней частоты вращения коленчатого вала) вычисляется по гистограмме распределения (рис.3.49)

(3.69)

гдеy_i - значение показателя в i -м интервале;k- число интервалов;
q_i -частость или относительное время работы агрегата в i-м интервале (q_i = t_i/t; t - общее время заезда при режимометрировании).

Измерителем амплитуды изменения показателя режима явля­ется среднее квадратическое отклонение, которое для большин­ства типов режимов в среднем в 1,4 раза меньше амплитуды, поэтому

(3.70)

Частоту изменения режима определяют с помощью распределения Y_i (рис.3.49) и аналогичного распределения количества включений i-го счетчика K_i по формуле:

(3.71)

где ¦_yi - частота включений i-го счетчика.

Основным агрегатом автомобиля является двигатель. Для оценки режимов работы автомобильных двигателей используется ряд показателей [15, 35, 43, 44, 79, 98]. Одни из них характеризуют общую напряженность режима (средняя частота вращения коленчатого вала, количество оборотов коленчатого вала на I км пробега автомобиля, средняя нагрузка на двигатель), другие характеризуют его переменность (интенсивность изменения нагрузки W_p , кН/м²с, угловое ускорение коленчатого вала j, 1/с²). Показатели W_p и j являются интегральными показателями переменности, отражающими как амплитуду, так и частоту изменения режима. Однакоих измерение в эксплуатации затруднено. Поэтому для двигателей в качестве основных показателейпеременности режима целесообразно использовать среднюю частоту вращения коленчатого вала (характеризующую среднюю напряженность скоростного режима), среднюю нагрузку на двигатель (напряженность нагрузочного режима), среднюю амплитуду A_n, A_p и частоту ¦_n, ¦_pизменения соответственно n и p (перемен­ность скоростного и нагрузочного режима), температуру t масла в картере или охлаждающей жидкости (тепловой режим).

За показатели режимов работы других агрегатов и систем автомобиля обычно принимают [50]: среднее передаточное число коробки передач, характеризующее напряженность скоростного и нагрузочного режима, число переключений коробки пере­дач торможении, выключений сцепления на 1 км пробега, харак­теризующее переменность режимов, температуру масла в картере коробки передач, ведущих мостов, температуру накладок сцепле­ния, тормозных накладок, характеризующую тепловой режим. Указанные показатели режимов работы агрегатов зачастую имеют тесную взаимосвязь, вследствие чего для фактического использования их количество может быть сокращено без снижения достоверности анализа.

Эксплуатационные факторы определяют режимы работы агрега­тов и узлов, поэтому между ними существуют зависимости, которые не являются детерминированными, а носят вероятностный (стохастический) характер. Вероятностный характер обусловлен одновременным воздействием (сочетанием) на элементы автомобиля многих эксплуатационных и других факторов.