Общие положения по прогнозированию элементов агрегатов автотранспортных средств

2.2 Общие положения по прогнозированию элементов агрегатов автотранспортных средств

 

Эффективное использование автомобилей в период их освоения (т.е. с начала серийного производства) и в дальнейшем зависит от своевременной разработки качественных нормативов ТЭА и потенциальных свойств, заложенных в конструкцию при проектировании и обеспеченных в процессе производства. Для разработки, например, таких нормативов как структура, объем и периодичность выполнения комплексов ТО и плановых ремонтов к моменту выхода АТС в серийное производство необходима информация о реализации потребностей в операциях ТО и ресурса элементов АТС во всем диапазоне условий эксплуатации, для которых предназначен автомобиль. Однако результаты усеченных эксплуатационных (полигонных) испытаний опытных образцов АТС по ездовым циклам дают только одну точку, которую, к тому же, весьма сложно отнести к какой либо категории условий эксплуатации при проведении ее к базовым условиям, т.е. первой КУЭ. Это вызывает множество нежелательных последствий, подробно рассмотренных в первой работе.

Информация о реализации показателей нормируемых свойств своевременно и во всем диапазоне условий эксплуатации может быть получена на основе прогноза. Вместе с тем, известные до настоящего времени методы прогнозирования не связывают результаты прогноза с условиями эксплуатации, либо предопределяют, необходимость обширных исследований, которые реально могут быть проведены только после начала серийного производства АТС, что вызвано отсутствием системности в учете ВВФ.

Поэтому на основе комплексной оценки ВВФ, обеспечивающей системность учета условий (т.е. позволяющей планировать исследования и исключающей случайное дублирование условий) и синтез результатов испытаний (стендовых, режимометрических и усеченных эксплуатационных) опытных образцов АТС, разработан метод прогнозирования потребности в операциях ТО и ресурса деталей агрегатов АТС, что является развитием методики опубликованной в источнике.[1]

 

2.3 Mетодика расчета теоретического ресурса

 

Для упрощения понимания методики рассмотрим ее на примере прогнозирования ресурса деталей АТС с указанием в тексте условий ее применения, связанных с прогнозом потребности в операциях ТО.

Предлагаемый экспериментально – расчетный метод прогнозирования ресурса деталей базируется на более широком использовании (чем это делается в настоящее время) результатов традиционных исследований, проводимых в процессе подготовки АТС к серийному производству. Общая блок – схема алгоритма прогнозирования ресурса деталей агрегатов АТС приведена на рисунке 1.[1]

Рисунок 1 – Алгоритм прогнозирования ресурса деталей агрегатов АТС

Согласно алгоритма (рисунок 1) прогнозирование необходимо начинать с установления характера работы и вида повреждаемости деталей, поскольку именно эти моменты предопределяют выбор или разработку конкретного обобщающего критерия потенциальной долговечности (ОКД) деталей агрегатов АТС. А поскольку ОКД может быть несколько, то при их определении необходимо соблюдать следующие общие требования:

-  обобщающий критерий долговечности должен определяться экспериментально – расчетными методами, либо непосредственным замером;

-  диапазон реализации ОКД должен определяться по результатам стендовых испытаний на реальных эксплуатационных режимах;

- ОКД должен быть аналитически взаимосвязан с конкретными показателями исследуемого эксплуатационного свойства АТС и иметь определенный уровень реализации.

Рассмотрим порядок прогнозирования ресурса элементов АТС (рисунок 1а) на примере деталей, подверженных естественному износу.

В качестве ОКД, удовлетворяющему этому виду повреждаемости и упомянутым требованиям, предлагается величина ресурсной работы, которая может быть определена из выражения:

А_РСТj=  = Т_Тj· а_усрi, (1)

где АРСТj - работа, совершаемая двигателем до предельного износа j – и детали (ресурсная работа), Дж;

JПДj - величина предельно – допустимого износа j – й детали, мкм (указывается в конструкторской документации);

UjCT – интенсивность изнашивания j – и детали за время стендовых испытаний, мкм/Дж;

Ттj – средний ресурс j – и детали (теоретический) в заданных условиях эксплуатации, М;

аycpi – средняя удельная работа, совершаемая двигателем на маршруте испытаний АТС, Дж/м.

Понятие теоретический ресурс Ттj введено для осуществления прогноза на основе относительных характеристик, поскольку он достаточно оперативно может быть определен из выражения (1). Теоретический ресурс деталей пропорционален удельной работе совершаемой каким - либо агрегатом автомобиля, содержащим эти детали.

Если эксплуатационный ресурс учитывает влияние всех значимых факторов, то теоретический отражает влияние только тех факторов, которые определяют удельную работу, а следовательно, и работу, которую может совершить агрегат до предельно – допустимого износа J – и детали. Совершаемая агрегатом работа образует свою долю в общем износе детали до предельного состояния. Если вычислить ресурс детали, которая изношена под влиянием только совершаемой работы, то это и будет теоретический ресурс.

Далее в соответствии с алгоритмом (рисунок 1) необходимо проанализировать методы испытаний АТС и их агрегатов, результаты которых позволяют получить исходную информацию для осуществления прогноза, при этом должны соблюдаться следующие условия:

-  результаты прогноза необходимо получать до выхода АТС и их агрегатов в серийное производство;

-  прогнозная информация должна соответствовать конкретным сочетаниям ВВФ и быть достоверной.

Выполняя условие оперативности прогноза и учета, достигнутого при проектировании уровня потенциального ресурса, по результатам стендовых испытаний определим следующие параметры:

A_U= 3,6·10⁶·N_ср·t_u,  (2)

где Аu – полезная (эффективная) работа двигателя за период стендовых испытаний, Дж;

Ncp – средняя мощность двигателя на режиме испытаний, кВт;

Tu – время испытаний, ч.

U_jCT=J_jCT/A_U,  (3)

где JjCT – средний износ j – и детали за время испытаний, мкм. Для обеспечения соответствия результатов прогноза конкретные сочетанием ВВФ необходимо по результатам режимометрирования АТС, проводимого на основе оценки условий комплексными количественными показателями сложности, вычислить среднюю удельную работу aуср.j, используя выражение (4).

aуср.j= 1000Nei / Vi , (4)

где aуср.j – средняя удельная работа совершаемая двигателем АТС, при i-м сочетании ВВФ, Дж/м;

Nei – средняя мощность развиваемая двигателем АТС, при i-м сочетании ВВФ, кВт;

Vi – средняя техническая скорость АТС, при i-м сочетании ВВФ, м/с.

С позиций выполнения условий достоверности результатов прогноза воспользуется результатами усеченных эксплуатационных испытаний и вычислить следующие показатели:

Аэi =ауср.j ·Iui,  (5)

где Аэi – полезная (эффективная) работа совершаемая двигателем за период усеченных эксплуатационных испытаний, Дж.

Iui – пробег АТС за период испытаний при определенном сочетании КИП, м.

Iui=Tu·Vср.i ,  (6)

где Tu - время эксплуатационных испытаний, с.( tu ≤Tu );

Vср.i - средняя техническая скорость АТС, м/с.

Ujэu=Jjэu/Aэu (7)

где Ujэu – интенсивность изнашивания j-и детали за период эксплуатационных испытаний, мrм/Дж;

Jjэu – средний износ j-и детали за период эксплуатационных испытаний, мкм.

Определив, таким образом, параметры загруженности детали, оценив интенсивности их повреждаемости, определим с начало с помощью выражения (1) значение ОКД, а затем и коэффициент приведения.

Сji = Ujcт/ Ujэ ,  (8)

где Сji – коэффициент приведения интенсивности изнашивания от стендовых испытаний.

При использовании стендовых испытаний, проводимых на форсированных режимах, не встречающихся в реальной эксплуатации, необходимы результаты форсированных испытаний приводить к реальным режимам, сопоставляя износ с ОКД и вычисляя коэффициенты ускорения, а затем и приведения.

Коэффициенты приведения Сji могут быть вычислены как отношение эксплуатационного ресурса Тэji, поэтому прогнозирование эксплутационного ресурса на основе синтеза результатов с учетом уравнения будет осуществляться с помощью выражения:

Тэji=(Арстj/аусрi)·Сji, (9)

где Т эji – эксплуатационный ресурс j-и детали двигателя при I-м сочетании Кд, Ктр, Ккл.

Выражение (9) может быть записано в следующем виде:

Тэji=Т тji ·Сji.  (10)

Таким образом, используя результаты испытаний, проводимых в процессе подготовки АТС к серийному производству, можно вычислить теоретический ресурс, находить коэффициенты приведения и осуществлять прогнозирование эксплуатационного ресурса для различных сочетаний КИП.

Прогнозирование ресурса элементов АТС, можно осуществлять, используя теорию подобия, на основе которой, зная поведение модели, можно знать, как будет себя вести натура. Теория подобия размерности может быть применена не только для расчета основных параметров и анализа их взаимосвязи, но и оценки реализации эксплуатационных качеств.

Учитывая это, экспериментальные данные, накопленные на автомобили, приняты при проектировании за прототипы и базовые модели, могут быть использованы для прогнозирования уровня реализации эксплуатационных качеств соответственно новых АТС и модификаций.

Будет справедливо, например, выражение:

Тэjб /Тэj м =Ттjб /Ттjм , (11)

где Тэjб, Тэj м – эксплутационный ресурс j-и детали агрегата соответственно базовой модели АТС и модификации для определенного сочетания КИП;

Ттjб, Ттjм - теоретический ресурс той же детали агрегата базовой модели АТС и модификаций в тех же условиях модификации.

Если значение ресурса Тэjб выразить согласно уравнению (10) как произведение Ттjб на Сjб, то, преобразовав равенство (11), эксплуатационный ресурс модификации можно определить:

Тэj м = Ттjм ·Сjб.  (12)

В выражении (12) теоретический ресурс элементов модификации АТС определяется по изложенной выше методике, а коэффициент приведения Сjб берется из банка данных. Это говорит о возможности исключения для модификации АТС усеченных эксплуатационных испытаний.

Однако, использование Сjб для прогноза искажает результаты, ибо характер протекания реализации ресурса детали базовой модели АТС и модификаций не идентичен. Чтобы этого избежать необходимо пользоваться средним значением Сjб, поскольку функции эксплуатационного и прогнозируемого эксплуатационного ресурса детали от соответствующих шкал КИП, как правило пересекаются.

Изложенный экспериментально-расчетный метод позволяет осуществлять прогнозирование ресурса детали агрегата АТС для ряда вариантов:

1.  базовый агрегат в составе базового АТС;

2.  базовый агрегат в составе I-и модификации АТС;

3.  модифицированный агрегат в составе базового АТС;

4.  модифицированный агрегат в составе I-и модификации АТС.

Использование изложенной методики для прогнозирования потребности в операциях ТО потребует выбора или разработки соответствующих ОКД и введение понятия теоретическая потребность в операциях ТО (регулировочных, крепежных, смазочных и т.д).[1]