Основы теории надежности и диагностика

Под химической стабильностью (устойчивостью) смазочного масла понимают его способность длительное время сохранять свои физико-химические свойства при воздействии окисляющих факторов. При длительной работе двигателя на поверхностях камеры сгорания, поршней и других деталей образуются нагар и лаковое отложение, а в картере двигателя, на поверхностях масляных фильтров и маслопроводов — различные осадки (шлам). Нагар и лаковые отложения образуются вследствие окисления масла при соприкосновении его частиц с нагретыми до высокой температуры деталями двигателя и кислородом воздуха, который содержится в воздушном пространстве картера двигателя. Отложение нагара в камерах сгорания вызывает перебои в зажигании (происходит шунтирование запальных свечей), перегрев двигателя, интенсивное изнашивание его и работу с детонацией.

Механические  примеси: наличие твердых механических частиц в масле вызывает разрыв масляной пленки и нарушает жидкостный режим трения. В результате все смазываемые детали подвергаются интенсивному абразивному изнашиванию. Крупные твердые частицы внедряются в мягкий подшипниковый материал и царапают шейки коленчатого вала, вызывая образование на них кольцевых канавок. Поэтому при эксплуатации машин необходимо принимать меры, предупреждающие попадание механических примесей и воды в масло.

Масла, применяемые для дизельных двигателей, как правило, имеют большую вязкость по сравнению с маслами, применяемыми для карбюраторных двигателей. Дизельные масла также имеют повышенную противоокис-лительную устойчивость, лучшие моющие и антикоррозионные свойства. Эти свойства обеспечиваются введением специальных присадок.

6.2.2. Трансмиссионные масла

Механизмы силовой передачи автомобилей работают в условиях больших нагрузок и высоких скоростей. Основным режимом трения для рабочих поверхностей деталей силовой передачи является граничное трение.

Для предохранения зубьев шестерен и деталей подшипников  от износа и задиров при высоких  контактных давлениях трансмиссионные  масла должны образовывать на их поверхности прочную пленку. Противоизносные свойства трансмиссионных смазок зависят от качества исходного материала, из которого они изготовлены, и технологии их производства. Вместе с тем трансмиссионные масла должны быть подвижными при низких температурах, т.е. иметь невысокую вязкость и низкую температуру застывания. Улучшение смазочных свойств трансмиссионных масел достигается введением в них осерненных, свинцовых, хлорированных, фосфорных и других присадок.

Большую опасность для  трансмиссионных масел представляют различные механические примеси (песок, окалина, ржавчина и др.) Частицы этих материалов, попадая в подшипники агрегатов трансмиссии, вызывают преждевременный износ их и даже разрушение.

Для предотвращения коррозионно-механического  износа деталей силовой передачи трансмиссионные масла не должны содержать водорастворимых кислот и щелочей.

6.2.3. Консистентные смазки

Эти смазки должны удовлетворять следующим эксплуатационным требованиям: 1) обеспечивать надежное поступление в узлы трения; 2) предохранять трущиеся поверхности от износа; 3) обладать хорошим антикоррозионным действием; 4) обеспечивать стабильность при работе в узлах трения и хранении.

Основным  показателем, характеризующим надежность смазывания узлов трения консистентными смазками, является их температура  каплепаде-ния (температура плавления). Если температура каплепадения смазки ниже температуры, при которой работает подшипник, то смазка вытекает из зазоров и детали интенсивно изнашиваются. Обычно температура каплепадения должна превышать температуру трущихся деталей на 10 - 15° С.

Надежность  смазки узлов трения зависит также от химической стабильности консистентных смазок — способности сопротивляться окислению и изменению своих физико-химических свойств при работе в узлах трения. Во избежание развития коррозионно-механического изнашивания деталей

консистентные смазки не должны содержать свободной щелочи и воды, а для предупреждения абразивного изнашивания - механических примесей. В защитных консистентных смазках, применяемых для покрытия деталей при хранении, не должно быть коррозионных компонентов и влаги. Эти масла должны создавать на поверхностях деталей плотную воздухонепроницаемую пленку.

6.2.4. Топливо

Топливо для карбюраторных двигателей. Основными физико-химичес-кими константами бензина, влияющими на износ двигателя, являются: 1) его фракционный состав и особенно температура конца разгонки; 2) антидетонационная стойкость (определяемая октановым числом); 3) содержание серы, сернистых соединений, водорастворимых и органических кислот и щелочей.

Повышенный  износ двигателя при применении бензинов с высокой температурой конца разгонки является следствием смывания масляной пленки с зеркала цилиндров и разжижения картерного масла неиспарившейся частью топлива.

Влияние октанового числа бензина на износ двигателя  обусловливается тем, что при  работе его с детонацией возникают высокие динамические нагрузки в деталях кривошипно-шатунного механизма, повышается температура деталей, выгорает смазка в зазорах и др.

Большое влияние  на износ двигателя оказывает  содержание серы в бензине. Повышенное содержание серы ускоряет износ цилиндров, поршневых колец и клапанов, шеек коленчатого вала, подшипников и др. деталей, а также увеличивает нагарообразование в камерах сгорания. Некоторое уменьшение вредного влияния серы может быть достигнуто повышением теплового режима двигателя.

При повышенном содержании в бензине смолистых и легкоосмоляю-щихся веществ увеличивает количество смолистых отложений во впускном трубопроводе двигателя, а также стимулирует процесс образования нагара.

Топливо для дизельных двигателей. Основные параметры дизельного топлива, влияющие на износ двигателя, следующие: 1) вязкость; 2) фракционный состав; 3) содержание серы, смол и механических примесей.

Вязкость  топлива оказывает существенное влияние на процессы смесеобразования и сгорания его в двигателе, а также на износ прецизионных деталей топливного насоса и форсунок.

Большое влияние  на износ двигателя оказывает  наличие серы в дизельном топливе, особенно при работе его с низкой температурой воды в системе охлаждения. При работе двигателей на сернистом топливе увеличивается отложение нагара лаков, интенсифицируется процесс старения картерной смазки и пр. Уменьшение вредного действия серы в дизельном топливе достигается путем соблюдения оптимального температурного режима двигателя, добавкой к топливу специальных щелочных присадок (ЦИАТИМ-339), а также применением коррозиестойких металлов.

Основным  параметром, характеризующим качество процесса сгорания дизельного топлива, является цетановое число. Если дизельное  топливо имеет небольшое цетановое  число, то двигатель работает со стуком и с высокой механической нагрузкой в деталях поршневой группы. При повышении це-танового числа снижается жесткость работы двигателя, уменьшается нагрузка на детали поршневой группы и увеличивается надежность и долговечность двигателя.

Наличие механических примесей в дизельном топливе  вызывает серьезные неполадки в работе двигателя: забивание топливных фильтров, интенсивное изнашивание прецизионных деталей топливной аппаратуры.

6.2.5. Вода и охлаждающие жидкости

Для оценки качества воды применяют такие показатели, как: прозрачность, жесткость, общая минерализация, щелочность, кислотность и окис-ляемость.

Основным  показателем, оценивающим пригодность  воды для использования в системе охлаждения автомобильных двигателей, является жесткость.

Жесткостью  воды называется содержание в ней  растворимых солей кальция и магния, выраженное в миллиграмм-эквивалентах на литр. Различают: 1) временную жесткость воды, которая обусловливается содержанием в ней преимущественно солей бикарбоната кальция Са(НСО₃)₂ и бикарбоната магния Мg(НСО₃)₂; 1) постоянную жесткость, характеризующуюся присутствием в ней сернокислого кальция CaS0₄, сернокислого магния MgSO₄ и других солей; 3) общую жесткость, представляющую собой сумму временной и постоянной жесткости.

При эксплуатации автомобилей в условиях низких температур в ряде случаев применяют специальные жидкости, замерзающие при низких температурах (жидкость марок 40 и 65 ГОСТ 159—52), представляющие собой смесь воды и этиленгликоля (в первом случае в смеси содержится 53% эти-ленгликоля, а во втором — 66%).

6.3. Влияние  условий эксплуатации на надежность автомобиля

6.3.1. Дорожные условия

Дорожные условия работы автомобиля характеризуются: 1) типом  и состоянием дорожного покрытия; 2) величиной и продолжительностью дорожных уклонов; 3) интенсивностью прямого и встречного движения; 4) степенью запыленности воздуха. В зависимости от дорожных условий в широких пределах изменяются: число оборотов коленчатого вала, степень использования мощности и крутящего момента двигателя. Дорожные условия влияют также на нагрузочные режимы агрегатов силовой передачи, ходовой части и упругих элементов подвески автомобиля.

Экспериментальные исследования показали, что на грунтовых  дорогах, находящихся в хорошем  состоянии, средние технические  скорости автомобиля меньше в 1,3 - 1,4 раза, чем на дорогах с усовершенствованным покрытием, а на дорогах с твердым изношенным покрытием средние технические скорости уменьшаются более чем в 2 раза. При движении автомобиля по плохим дорогам увеличиваются амплитуды скоростей и число оборотов коленчатого вала (по отношению к среднему значению). Движение приобретает импульсный характер. Величина средней технической скорости в условиях движения по плохим дорогам ограничивается не динамическими качествами автомобиля, а толчками и колебаниями, которые передаются через рессоры кузову, и устойчивостью автомобиля. Исследования показали, что основное влияние на относительные перемещения кузова и колес автомобиля оказывает высота неровностей. Изменение формы неровностей оказывает меньшее влияние.

При ухудшении дорожных условий увеличиваются число оборотов коленчатого вала на единицу пути, расход топлива и число включений сцепления, тормозов и передач. Аналогично на работу двигателя влияет и увеличение веса прицепной нагрузки.

В зависимости от дорожных условий, особенно от ровности дорожного покрытия, изменяются ресурс автомобиля, средняя техническая скорость и производительность, что оказывает весьма существенное влияние на себестоимость перевозок.

Для уменьшения влияния  дорожных условий на износ автомобиля необходимо:

1) выбирать и поддерживать постоянные оптимальные скорости движения;

2) тщательно следить  за своевременной и качественной  смазкой деталей механизмов и агрегатов;

3) не допускать перегрузок  автомобиля сверх установленной  нормы и длительной работы  с буксованием;

4) принимать эффективные меры по защите двигателя от пыли;

5) соблюдать оптимальный  тепловой режим двигателя и  режим подогрева горючей смеси;

6) при работе на  плохих дорогах не применять  топливо с высокой температурой конца разгонки, а также обогащенного состава горючей смеси.

6.3.2. Климатические условия

Климатические условия характеризуются среднегодовой  температурой окружающего воздуха, ее максимальными и минимальными значениями, количеством осадков, выпадающих в год, а также влажностью воздуха и барометрическим давлением. Известно, что климатические условия оказывают большое влияние на состояние и характер дорожного покрытия.

Влияние климатических  условий на автомобиль обусловливается  прежде всего тем, что под воздействием как низких, так и высоких температур, изменяются физико-механические свойства конструкционных сталей, металлических сплавов, пластических масс, резины и других материалов.

Особенно  большое влияние оказывают климатические  условия на физико-химические константы масел, топлив, тормозной и амортизаторной жидкости, электролита и пр.

Некоторые металлы  и металлические сплавы при низких температурах обнаруживают склонность к хрупкому разрушению и повышенную чувствительность к концентраторам напряжений, к быстрому разрушению сварных швов или прилегающих к ним участков.

Понижение температуры  снижает величину ударной вязкости ряда металлов и сплавов, что приводит к поломке рам, полуосей, кулаков поворотных цапф и других деталей.

В ряде случаев  высокая влажность воздуха (в  северных районах или в приморских южных районах) вызывает интенсивное развитие атмосферной коррозии деталей автомобилей. Совместное действие коррозионной среды и нагрузок снижает предел выносливости металла, прочность и пластичность металлических деталей, увеличивает трение между движущимися частями машин и обусловливает быстрое разрушение. Детали, изготовленные из пластических масс, при низких температурах становятся хрупкими и ломаются от незначительных усилий.

При температурах -40 °С и ниже наблюдается стеклование  резины (подобие кристаллизации), что вызывает повышенную хрупкость и разрушение при нагружении без предварительного подогрева. Высокая температура и воздействие солнечных лучей способствует быстрому старению резины со всеми вытекающими последствиями.

Климатические условия оказывают существенное влияние на протекание рабочих процессов двигателя, агрегатов силовой передачи и ходовой части.