ИЗМЕНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

АВТОМОБИЛЯ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Значительная часть отказов (60-75%) обусловлена закономерным изменением технического состояния элементов вследствие процессов изнашивания, усталости, коррозии. Поэтому для определения нормативов значительной части текущего ремонта элементов автомобиля и диагностических нормативов необходимо обосновать закономерности изнашивания, усталости, коррозии в процессе эксплуатации, под которыми понимаются физически обоснованные математические зависимости (модели), описывающие процесс увеличения износа, макрогеометрических отклонений, глубины (длины) трещины, площади выкрашивания, глубины и площади поражения деталей коррозией.

В области трения, изнашивания, усталости и коррозии деталей машин в настоящее время накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал. В настоящей работе не ставится цели установления моделей изнашивания, усталости и коррозии, а предусмотрено лишь на основе анализа результатов исследований в этих областях обосновать характер зависимостей (математические модели) указанных показателей изнашивания, усталости, коррозии от пути трения, времени работы, числа циклов нагружения.

Характер зависимостей должен быть достаточно простым, пригодным для практического прогнозирования ресурса элементов автомобиля, и в то же время достаточно аргументированным, а не просто установлен по результатам аппроксимации экспериментальных данных. Поскольку указанные зависимости носят стохастический характер, то тип зависимостей устанавливается лишь для их детерминирующих составляющих.

Изнашивание деталей

Основная доля закономерных (постепенных) отказов элементов автомобилей в процессе эксплуатации обусловлена изнашиванием деталей. Следовательно, для обоснования зависимостей показателей технического состояния элементов от наработки необходимо в первую очередь, проанализировать закономерности изнашивания деталей в процессе эксплуатации.

Большой вклад в развитие теории и практики трения и изнашивания деталей машин сделали такие ученые, как А.К.Зайцев, В.Д. Кузнецов, Д.Н. Гаркунов, А.К. Дьячков, П.Е. Дьяченко, А.А. Дерябин, Б.В. Дерягин, М.В. Коровчинский, Б.И. Костецкий, И.В. Крагельский, Н.А. Буше, М.Н. Добычин, И.Г. Носовский, М.А. Григорьев, И.Б. Гурвич, В.Е. Канарчук, Р.М. Матвеевский, А.И. Петрусевич, С.В. Пинегин, В.Н. Прокопьев, А.С. Проников, Ю.А. Розенберг, М.М. Хрущов, В.А. Шадричев, Ф.Н. Авдонькин, М.А. Бабичев, В.И. Казарцев, И.Б. Тартаковский, П.К. Топеха, В.Ф. Лоренц, С.В. Венцель, Ф. Боуден, Д. Тейбор, Д.Т. Барвел, Д.Ф. Мур и другие. Результатом их исследований явились основные закономерности трения и изнашивания, классификация видов трения и изнашивания, в конечном итоге, значительное повышение надежности машин.

В большинстве сопряжений основных элементов автомобиля (двигатель, коробка передач, карданная передача, ведущие мосты) наблюдается трение скольжения (подшипники коленчатого вала, цилиндро-поршневая группа, шлицевые сопряжения, газораспределительный механизм) и трение качения (зубчатые передачи, подшипники качения). Эти сопряжения чаще всего в нормальных условиях работают со смазочным материалом и подвержены механическому и коррозионно-механическому видам изнашивания.

Для этих видов изнашивания различными авторами предложены несколько типов зависимостей износа деталей от пути трения или времени работы (кривых изнашивания). В работе [7] на основании обработки большого количества экспериментальных данных по износу при ускоренных испытаниях и при эксплуатации автомобильных двигателей была предложена модель в виде полинома третьей степени

(1)

где а₀, а₁, а₂, а₃ (а₂< 0) - параметры, определяемые по экспериментальным данным методом наименьших квадратов; S - износ деталей; l - путь трения (пробег) или время работы.

Обоснована эта зависимость наличием двух точек перегиба, первая из которых характеризует окончание периода приработки деталей, в ходе которого интенсивность (скорость) изнашивания снижается, а вторая - начало прогрессирующего (аварийного) изнашивания, при котором интенсивность изнашивания резко возрастает. Данный тип зависимости автором распространяется на все виды сопряжений деталей. Удобство этой формы зависимости заключается в простоте обработки экспериментальных данных с помощью стандартных программ. Однако данная зависимость является лишь аппроксимирующей, не отражающей физического смысла процессов трения и изнашивания.

В ряде исследований [8,9] зависимость износа деталей от наработки предложено описывать степенной зависимостью

(2)

где S₀ – износ детали в конце приработки, приведенный к началу эксплуатации; w - угловой коэффициент, характеризующий интенсивность изнашивания; n - показатель степени (при n > 1 - интенсивность изнашивания возрастает в процессе эксплуатации, при n < 1 - снижается, при n = 1 постоянна).

Этот тип зависимости является более универсальным, так как справедлив для сопряжений и с повышающейся, и с понижающейся, и с постоянной в процессе эксплуатации интенсивностью (скоростью) изнашивания. Однако он тоже может быть как аппроксимирующим, так как не отражает физической сущности процессов трения и изнашивания.

Наиболее обоснованным, на мой взгляд, являются полученные профессором Ф.Н.Авдонькиным экспоненциальные зависимости износа от наработки [10,11] . Все типы подвижных сопряжений деталей им разделены на три вида: динамически нагруженные, саморазгружающиеся и с неизменным давлением в зоне трения с износом деталей. Для динамически нагруженных сопряжений, в которых кроме действия основных нагрузок, из-за наличия зазоров в сопряжениях появляются дополнительные динамические нагрузки, обусловленные ускоренным относительным перемещением деталей в пределах зазора. Приняв по результатам исследований М.М.Хрущова прямо пропорциональную зависимость интенсивности изнашивания a от давления р в зоне трения, он получил прямопропорциональную зависимость a от износа DS

(3)

где a₀ - интенсивность изнашивания в конце периода приработки; b - изменение a на единицу износа.

Интегрируя дифуравнение (3) он получил экспоненциальную зависимость интенсивности изнашивания a и износа S деталей от наработки (рис.3.1)

	(4)
	(5)

где a₀, S₀ - соответственно интенсивность изнашивания и износ в конце приработки, приведенные к началу эксплуатации (l = 0); b - изменение интенсивности изнашивания на единицу износа деталей.

Рис.2. Зависимость интенсивности изнашивания a и общего износа S от износа DS после приработки (а) и наработки l (б,в) для различных типов сопряжений: 1 - динамически нагруженные; 2 - саморазгружающиеся; 3 - с неизменным в процессе изнашивания давлением в зоне трения

Для саморазгружающихся сопряжений также получены экспоненциальные зависимости соответственно [10,11] (рис.2)

	(6)
	(7)

Для сопряжений с давлением в зоне трения, не зависящим от износа при установившихся условиях трения получены соответствующие зависимости (рис.3.1)

	(8)
	(9)

Приведенные зависимости (3-9) справедливы при установившихся (неизменных) условиях трения: материал деталей, состав масла, давление в зоне трения, скорость относительного перемещения, концентрация и дисперсность абразивных частиц в зоне трения, шероховатость поверхности. В процессе эксплуатации автомобиля все приведенные условия трения изменяются в допустимых пределах, поэтому параметры приведенных зависимостей носят стохастический характер. В отдельных случаях в процессе эксплуатации изменяются и условия трения.

Так, в приведенных зависимостях (4-9) учтено, что износ деталей сопряжений вызывает изменения давления в зоне трения, что и обуславливает их нелинейный характер в зависимости от наработки. В процессе эксплуатации и изнашивания деталей сопряжений чаще всего изменяется состав смазочного материала, концентрация и дисперсность абразивных частиц в зоне трения. При периодичности замены смазочного материала гораздо меньшей ресурса деталей при прогнозировании износа деталей изменением состояния масла можно пренебречь и считать его в среднем неизменным. Если же периодичность замены масла соизмерима с ресурсом деталей, то изменением его состояния в процессе эксплуатации при прогнозировании износа пренебрегать уже нецелесообразно.

В связи с тенденцией увеличения периодичности замены современных масел следует учитывать их состояние в процессе эксплуатации. Особенно это относится к концентрации абразивных частиц в виде пыли и продуктов изнашивания и окисления. В условиях повышенной запыленности воздуха и некачественной очистки воздуха и масла, что характерно для двигателей и других агрегатов при работе в условиях сельского хозяйства, для прогнозирования износа деталей необходимо учитывать изменение концентрации абразивных частиц в зоне трения. В цилиндропоршневой группе, в сопряжении кольца с гильзой снижение упругости колец вследствие изнашивания их и гильз приводит к снижению давления в зоне трения. При отсутствии или малой концентрации абразивных частиц в масле это приводит к сокращению интенсивности изнашивания с ростом износа колец и гильз. Однако при повышенной концентрации абразивных частиц снижение давления в зоне трения способствует повышению количества проникающих в зону трения абразивных частиц, вызывающих повышение интенсивности изнашивания деталей. Для такого типа сопряжений зависимость интенсивности изнашивания a деталей от их износа DS принята в работах [10,11] линейной

(10)

где b - снижение интенсивности изнашивания на единицу износа.

Однако при повышенной концентрации абразивных частиц в силу указанных причин уравнение точнее записать в виде

(11)

где С - повышение интенсивности изнашивания на единицу износа из-за повышения концентрации абразивных частиц в зоне трения при снизившемся давлении.

Уравнение (11) свидетельствует о различном характере кривых изнашивания деталей саморазгружающихся сопряжений. Если b > c, что справедливо при малой концентрации абразивных частиц (КАЧ), то интенсивность изнашивания в процессе эксплуатации снижается (6), а износ возрастает по затухающей экспоненциальной зависимости (7). Если b = c, при средней КАЧ, то интенсивность изнашивания в процессе эксплуатации постоянна, а износ в зависимости от наработки возрастает линейно (9). Если b < c, что характерно для повышенной КАЧ, то интенсивность изнашивания в процессе эксплуатации возрастает (3), а износ в зависимости от наработки возрастает экспоненциально (5). О наличии всех трех случаев для саморазрушающихся сопряжений свидетельствуют и экспериментальные данные как наши, так и других исследований [7,10-13] (рис.3).

В условиях малой запыленности по двигателям ЗИЛ-130 (хорошая очистка воздуха) наблюдается снижение интенсивности изнашивания гильз цилиндров в процессе эксплуатации (b < c). В условиях средней запыленности из-за недостатков очистки воздуха во впускном тракте двигателей КамАЗ-740 наблюдается постоянная интенсивность изнашивания в процессе эксплуатации (b = c). По тракторным двигателям ЯМЗ-238НБ, работающим, в основном, в условиях повышенной запыленности наблюдается рост интенсивности (скорости) изнашивания (b < c). О повышении скорости изнашивания гильз цилиндров в процессе работы свидетельствуют и экспериментальные данные [7], полученные по результатам ускоренных стендовых испытаний за счет повышения концентрации абразивных частиц (рис.4).

Рис.3. Зависимость среднего износа гильз цилиндров в зоне остановки верхнего компрессионного кольца в плоскости качания шатуна от наработки двигателей: а - ЗИЛ-130; б - КамАЗ-740; в - ЯМЗ-238НБ

Рис.4. Зависимость максимального износа гильз цилиндров двигателей ЗМЗ-53 от времени ускоренных стендовых испытаний [7]

По динамически нагруженным сопряжениям повышение интенсивности изнашивания с ростом зазора в сопряжении (износа) Ф.Н.Авдонькиным объясняется увеличением работы удара деталей. Однако при нормальной работе таких сопряжений (например, подшипники коленчатого вала), соударение поверхностей крайне редко. Увеличение интенсивности изнашивания с ростом зазора в сопряжении в этом случае можно объяснить более динамичным (переменным) режимом работы сопряжения с прямо пропорциональным увеличением амплитуды напряжения с учетом вероятностного характера контактирования и соответствующим ростом интенсивности изнашивания по степенной зависимости [14]. Кроме того, интенсивность изнашивания возрастает еще из-за большего количества абразивных частиц, попадающих в зону трения из-за увеличения зазора в сопряжениях.

Закономерности изнашивания сопряжений в процессе эксплуатации служат основой для описания структурных и диагностических показателей агрегатов, а также показателей эффективности использования автомобилей в процессе эксплуатации. Для прогнозирования технического состояния агрегатов в процессе эксплуатации целесообразно использовать такие диагностические показатели, которые в большой степени обусловлены изнашиванием деталей. Для двигателей такими показателями являются: расход масла на угар, характеризующий изношенность цилиндропоршневой группы; давление в системе смазки на определенном скоростном и тепловом режиме, характеризующее изношенность в основном подшипников коленчатого вала; герметичность цилиндропоршневой группы (прорыв газов в картер, утечка сжатого воздуха, пусковые качества двигателя при определенной температуре) при удовлетворительном состоянии клапанов, седел и прокладки головки блока; зазоры в подшипниках коленчатого вала и в сопряжениях газораспределительного механизма. По дизельной топливной аппаратуре следующие показатели: производительность секций ТНВД, угол опережения впрыска, давление впрыска топлива форсунками, неравномерность подачи и неравномерность впрыска, герметичность форсунок. По агрегатам трансмиссии такими диагностическими показателями являются: окружные, радиальные и осевые люфты в агрегатах и узлах, суммарный угловой люфт трансмиссии, давление в системе смазки гидромеханических передач. По ходовой части это: зазоры в колесных подшипниках, в шкворневых сопряжениях, в шаровых опорах и тягах.

Обоснованная в трудах Ф.Н.Авдонькина [10,11] экспоненциальная зависимость износа деталей динамически нагруженных сопряжений и зазора в них от наработки (5) справедлива для многих этих показателей технического состояния: зазора в динамически нагруженных сопряжениях подшипников коленчатого вала, агрегатов и узлов трансмиссии и ходовой части, а также расхода масла на угар в двигателе, что обобщенно можно записать в виде

(12)

где y₀ - значение показателя в конце приработки, приведенное к началу эксплуатации; b - параметр, характеризующий влияние износа на интенсивность изменения технического состояния.

Справедливость зависимости (12) подтверждается многочисленными экспериментальными данными, полученными автором и под его руководством [13-24], которые частично приведены на рис. 5,6. Результаты математической обработки полученных экспериментальных данных приведены в табл.1.

Таблица 1

Параметры экспоненциальной зависимости (12)

показателей технического состояния автомобилей КамАЗ,

обусловленных изнашиванием от наработки

Показатели технического	Параметры
состояния
1	2	3	4	5
Износ коренных шеек коленчатого вала	21,6	0,00453	0,967	0,992
Износ шатунных шеек коленчатого вала	18,5	0,00430	0,959	0,988
Износ нижних коренных вкладышей	47,3	0,00491	0,972	0,998
Износ верхних коренных вкладышей	32,9	0,00500	0,982	0,996
Износ нижних шатунных вкладышей	26,5	0,00455	0,987	0,998
Износ верхних шатунных вкладышей	31,8	0,00444	0,973	0,996
Зазор в коренных подшипниках	165,9	0,00303	0,967	0,957
Зазор в шатунных подшипниках	145,0	0,00233	0,968	0,956
Зазор в сопряжении канавка поршня-кольцо: верхнее компрессионное	119	0,00558	0,965	0,991
второе компрессионное	87	0,00472	0,978	0,987
маслосъемное	60	0,00397	0,937	0,996
Расход масла на угар в % к расходу топлива	0,763	0,00830	0,959	0,998
Угловой зазор вторичного вала коробки передач на передачах, мин:
— первая	11,05	0,00502	0,965	0,992
— вторая	30,44	0,00308	0,985	0,991
— третья	34,73	0,00410	0,965	0,987
— четвертая	58,59	0,00311	0,981	0,993
— пятая	46,77	0,00503	0,987	0,992
— заднего хода	18,82	0,00296	0,983	0,984

Окончание табл. 1

1	2	3	4	5
Износ зубьев шестерен главной передачи среднего моста, мм
ведущей конической	0,270	0,003	0,795	0,803
ведомой конической	0,089	0,005	0,809	0,831
ведущей цилиндрической	0,264	0,006	0,813	0,843
ведомой цилиндрической	0,128	0,004	0,805	0,826
Износ зубьев боковой конической шестерни, мм:
межосевого дифференциала	0,018	0,017	0,902	0,917
колесного дифференциала	0,042	0,002	0,794	0,806
Износ шлицев ведущей конической шестерни, мм	0,069	0,006	0,872	0,881
Износ втулки сателлитов, мм:
межосевого дифференциала	0,163	0,005	0,854	0,877
колесного дифференциала	0,035	0,028	0,906	0,912
Угловой зазор главной передачи, мин:
заднего моста	211,5	0,00308	0,969	0,990
среднего моста	246,9	0,00316	0,891	0,981
Угловой зазор в карданных шарнирах, мкм:
передний шарнир переднего вала	204,6	0,00235	0,997	0,993
задний шарнир переднего вала	193,6	0.00311	0,984	0,991
передний шарнир заднего вала	203,6	0,00228	0,986	0,988
задний шарнир заднего вала	204,8	0,00237	0,987	0,990
Радиальный люфт в шлицах, мкм:
переднего карданного вала	229,9	0.0217	0,981	0,993
заднего карданного вала	248,5	0,0204	0,957	0,980
Осевой зазор редуктора среднего моста, мкм	23,51	0,00910	0,595	0.803
Радиальный зазор редуктора среднего моста	128,04	0,00127	0,605	0,810
Радиальный зазор редуктора заднего моста	99,7	0,00240	0,720	0,818

Примечание: r - коэффициент корреляции между l и ln y; p - доверительная вероятность значимого изменения показателя технического состояния.

Рис.5. Зависимость показателей технического состояния двигателей КамАЗ-740 от наработки: износ: 1 - коренных шеек; 2 - шатунных шеек; 3 - нижних коренных; 4 - верхних коренных; 5 - верхних шатунных; 6 - нижних шатунных вкладышей; зазор: 7 - в коренных; 8 - в шатунных подшипниках; зазор в сопряжении кольцо-канавка поршня: 9 - верхнее компрессионное; 10 - второе компрессионное; 11 - маслосъемное; 12 - удельный расход масла на угар

Рис.6. Зависимость показателей технического состояния трансмиссии от наработки автомобилей КамАЗ: 1-6 угловой зазор вторичного вала КП на соответствующих передачах - 6 и заднем - 7 карданных шарнирах; радиальный зазор в шлицах переднего - 8 и заднего - 9 карданных валов; угловой зазор главной передачи среднего - 10 и заднего - 11 моста; 12 - осевой зазор редуктора среднего моста; радиальный зазор редуктора среднего - 12 и заднего - 13 моста

Как видно из табл.1, высокое значение коэффициента корреляции и доверительной вероятности свидетельствуют о значимом изменении показателей технического состояния по экспоненциальной зависимости (12) от наработки.

Возрастание зазоров в динамически нагруженных сопряжениях приводит к изменению условий их смазывания, которое в целом обусловлено давлением в системе смазки. Это же относится и сопряжениям системы питания дизельных двигателей. Давление в системе смазки двигателей и других агрегатов, смазываемых под давлением (например, гидромеханические передачи), на определенном скоростном и тепловом режимах в процессе эксплуатации снижается. Зависимость давления в системе смазки от среднего зазора в подшипниках коленчатого вала получена в работах [18,22], исходя из уравнения расхода Q жидкости через отверстия и насадки [25]

(13)

где m - коэффициент расхода; F - площадь поперечного сечения; g - ускорение силы тяжести; p - давление жидкости; r - плотность жидкости.

После несложных преобразований получим обратно пропорциональную зависимость давления от зазора S в подшипниках в виде

(14)

где а - константа, зависящая от конструктивных особенностей системы смазки и свойств масла.

Это уравнение справедливо для идеальной жидкости. Кроме того при преобразовании принят ряд допущений (о постоянстве расхода и коэффициента расхода). В результате этого показатель степени при величине зазора отличается от двух. Обработка экспериментальных данных по различным двигателям [8,22] показала, что показатель степени находится в пределах 0,6 ¸ 1,4 при высоких значениях коэффициента корреляции между ln S и ln P, находящихся в пределах 0,986 ¸0,999. Поэтому зависимость давления масла от зазора в сопряжениях можно представить в виде

(15)

С учетом экспоненциальной зависимости зазора от наработки (12) получим зависимость давления масла от наработки

(16)

где - давление в конце приработка, приведенное к началу эксплуатации; b_p = m × b - экспериментальный параметр.

При низком скоростном режиме двигателя давление в системе смазки снижается сразу же с начала эксплуатации, а при номинальном скоростном режиме, когда давление ограничивается редукционным клапаном, давление некоторое время после начала эксплуатации остается постоянным (согласно регулировке редукционного клапана), а затем снижается по мере увеличения зазоров в подшипниках коленчатого вала. Геометрический смысл параметров p₀ и b_p показан на рис.7.

Рис.7. К понятию смысла параметров р₀ и b_p: р_р - давление,
ограниченное редукционными клапанами

Как показали теоретические и экспериментальные исследования автора и под его руководством [13,19], зависимость (16) справедлива и для изменения давления в системе смазки гидромеханических передач, производительности секций топливного насоса высокого давления, давления впрыска топлива форсунками двигателя. Результаты математической обработки экспериментальных данных по зависимости (16) приведены в табл.2, а сами зависимости частично на рис.8-10.

Рис.8. Зависимость давления в системе смазки от наработки двигателей: 1 - КамАЗ-740; 2 - ЯМЗ-236; 3 - ЯМЗ-238НБ (без штриха - нормальный режим, со штрихом - холостого хода)

Рис.9. Зависимость давления масла в ГМП от пробега автобусов ЛиАЗ-677: 1 - неремонтированные; 2 - после ПР; 3 - после КР (без штриха - номинальный режим, со штрихом -
холостого хода)

Рис.10. Зависимость давления впрыска Р_ф топлива
и производительности секций ТНВД Q от наработки
двигателей

Таблица 2

Параметры экспоненциальной зависимости (16)

показателей технического состояния агрегатов и узлов от наработки

Показатели технического	Параметры
состояния
1	2	3	4	5
Давление в системе смазки, МПа
КамАЗ-740
— при 2600 мин^-1	0,411	-0,00369	-0,972	0,955
— при 600 мин
ЯМЗ-236
— при 2100 мин^-1	0,633	-0,00311	-0,989	0,978
— при 600 мин^-1	0,364	-0,00635	-0,963	0,982
ЯМЗ-238: при 2100 мин^-1	0,654	-0,00369	-0,984	0,971
при 600 мин^-1	0,309	-0,00752	-0,959	0,974
ЯМЗ-238НБ: при 1700 мин^-1	0,630	-0,126	-0,981	0,968
при 600 мин^-1	0,263	-0,232	-0,974	0,977
ЯМЗ-240Б: при 1900 мин^-1	0,527	-0,212	-0,925	0,966
при 600 мин^-1	0,319	-0,358	-0,969	0,968
ЗИЛ-130: при 3200 мин^-1	0,409	-0,00325	-0,992	0,983
при 1000 мин^-1	0,235	-0,00361	-0,958	0,991
Гидромеханическая передача на номинальном скоростном режиме: неремонтированные	0,621	-0,00623	-0,970	0,984
после предупредительного ремонта	0,595	-0,00650	-0,972	0,985
после капитального ремонта	0,501	-0,00626	-0,881	0,937

Окончание табл.2

1	2	3	4	5
на режиме холостого хода:
неремонтированные	0,255	-0,0130	-0,963	0,982
после предупредительного ремонта	0,201	-0,0128	-0,969	0,984
после капитального ремонта	0,190	-0,0263	-0,879	0,934
Топливная аппаратура дизелей КамАЗ-740: производительность секций ТНВД при 1300 мин^-1, мм³/цикл	80,52	-0,00151	-0,942	0,928
давление впрыска топлива форсунками, МПа	17,71	-0,00037	-0,802	0,811
ЯМЗ-240Б: производительность секций ТНВД при 850 мин^-1, мм³/цикл	115,72	-0,0334	-0,926	0,907
давление впрыска топлива форсунками, МПа	17,3	-0,1418	-0,935	0,926

Примечание: для двигателей ЯМЗ-238НБ и ЯМЗ-240Б размерность параметра b - 1/тыс.ч, для остальных 1/тыс.км.

Закономерное снижение давления в системе смазки двигателей изменяет условия трения подшипников коленчатого вала. Проведенные под руководством и при участии автора расчетно-аналитические и экспериментальные исследования [17,26] показали, что толщина масляного слоя (ТМС) в зависимости от наработки снижается по экспоненциальной зависимости

(17)

где h₀ - ТМС в конце приработки, приведенная к началу эксплуатации, определяемая конструктивно-технологическими параметрами подшипника, режимом работы двигателя, свойствами масла; b- параметр, учитывающий влияние износа на интенсивность изменения технического состояния подшипника.

Математическая обработка экспериментальных данных позволила определить параметры этой зависимости для двигателей КамАЗ-740

(18)

Зависимость (18) приведена на рис.11. Здесь приведены три этапа трения, исходя из условий взаимодействия микровыступов сопряженных поверхностей. На первом этапе до величины ТМС не менее 20 мкм наблюдается благоприятный режим жидкостного трения с очень малой вероятностью контактирования микровыступов.

Рис.11. Зависимость ТМС от наработки двигателей КамАЗ-740: I - область жидкостного трения; II - перехода в полужидкостное трение; III - полужидкостного трения

На втором этапе при величине ТМС от 20 до 15 мкм повышается вероятность контактирования микровыступов и наблюдается полужидкостное трение. На третьем этапе при h < 15 мкм значительно возрастает вероятность контактирования микровыступов, что может привести к проворачиванию вкладышей.

Величина ТМС является структурным параметром, для оценки которого предложен диагностический параметр — разница показаний диагностического устройства, устанавливаемого вместо форсунки [17, 26] при разгерметизированной и опрессованной камере сгорания при 850 мин^-1 коленчатого двигателя КамАЗ-740. Данный диагностический параметр отвечает всем требованиям: однозначности, чувствительности, стабильности и информативности. Обработка статистических данных позволила определить предельное значение диагностического параметра 35 мкм. Полученное уравнение связи диагностического параметра DS со структурным h

(19)

позволило определить предельное значение ТМС = 13 мкм.

Для показателей технического состояния саморазгружающихся сопряжений за основу можно принять уравнение (7). В частности, для показателей герметичности цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) можно записать в общем виде

(20)

Поскольку зависимость (20) трехпараметрическая и для определения одного параметра требуются приближенные методы, то целесообразно это уравнение аппроксимировать полиномом второй степени в виде

(21)

где y₀, a, b - параметры, определенные по методу наименьших квадратов. При повышенной запыленности воздуха и загрязненности масла для показателей герметичности ЦПГ можно использовать зависимость (12). В этом случае b < c по зависимости (11). При b = c можно использовать линейную зависимость

(22)

где y₀ - параметр в конце приработки, приведенный к началу эксплуатации; a - интенсивность изменения параметра.

Справедливость зависимостей (12, 21, 22) подтверждается многочисленными экспериментальными данными, полученными автором и под его руководством [13-18], которые частично приведены на рис.12.

Рис.12. Зависимость показателей технического состояния цилиндро-поршневой группы двигателей от наработки: 1 - износ гильз; 2 - радиальный износ верхних компрессионных колец; 3 - то же маслосъемных; 4 - зазор в стыке верхних компрессионных колец; 5 - то же маслосъемных; 6 - утечка воздуха из ЦПГ в ВМТ

Результаты математической обработки полученных экспериментальных данных приведены в табл.3.

Таким образом, приведенные данные показывают, что закономерное изнашивание деталей агрегатов автомобиля приводит к закономерному изменению диагностических параметров и повышает вероятность недопустимых повреждений деталей (задиры, проворачивание вкладышей, заклинивание и другие), что целесообразно предупреждать с использованием методов и средств диагностирования.

Таблица 3

Параметры зависимости показателей технического состояния

цилиндропоршневой группы двигателей

Показатели технического	Параметры
состояния		а	b
1	2	3	4	5
Двигатели КамАЗ-740 (зависимость 22)
Износ гильз цилиндров в верхнем поясе, мкм	16	0,858	-	0,978
Радиальный износ верхних компрессионных колец, мкм	24	0,95	-	0,989
Радиальный износ маслосъемных колец, мкм	3	0,405	-	0,983
Зазор в стыке верхнего компрессионного кольца, мм	0,252	0,0137	-	0,970
Зазор в стыке маслосъемного кольца, мм	0,072	0,0107	-	0,905
Утечка воздуха из ЦПГ в ВМТ, %	24,1	0,0512	-	0,831
Двигатели ЗИЛ-130 (зависимость 22)
Износ гильз цилиндров в верхнем поясе, мкм	27	1,213	-	0,968
Радиальный износ верхних компрессионных колец, мкм	32	1,27	-	0,987
Радиальный износ маслосъемных колец, мкм	4	0,95	-	0,984
Зазор в стыке компрессионного кольца, мм	0,87	0,0195	-	0,948
Зазор в стыке маслосъемного кольца, мм	0,08	0,0151	-	0,956
Утечка воздуха и ЦПГ в ВМТ, %	19,9	0,051	-	0,828

Окончание табл.3

1	2	3	4		5
Двигатели ЯМЗ-240Б (зависимость 21) ЯМЗ-238НБ
Износ гильз цилиндров в верхнем поясе, мкм	2,9/ 8,8	62,4/ 36,0		5,7/ 2,5	0,91/ 0,90
Радиальный износ верхних компрессионных колец, мкм	9,7/ 1,2	39,3/ 40,5		3,2/ 3,8	0,90/ 0,92
Радиальный износ верхних маслосъемных колец, мкм	41,2/ 42,9	40,2/ 30,4		3,2/ 2,0	0,81/ 0,83
Зазор в стыке верхних компрессионных колец, мм	0,18/ 0,23	0,75/ 0,68		0,068/ 0,077	0,82/ 0,80

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1263; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!