Основы теории надежности и диагностика

Раздельная  оценка интенсивности изнашивания  деталей дает возможность обнаруживать недостатки, возникающие в процессе работы агрегата, или начало аварийного изнашивания. Например, большое содержание алюминия в продуктах износа указывает на интенсивное изнашивание алюминиевых поршней двигателя; присутствие в продуктах износа большего количества элементов (свинца, олова, сурьмы и др.), входящих в состав вкладышей, свидетельствует о повышенном изнашивании подшипников.

Метод радиоактивных изотопов (меченых  атомов) основан на способности радиоактивных изотопов в процессе радиоактивного распада излучать энергию в виде электрически заряженных частиц и электромагнитных лучей, регистрируемых специальными счетчиками. Для этого в исследуемую деталь заранее вводят радиоактивный изотоп. О величине износа детали судят по количеству активированных продуктов износа, попадающих в смазку и регистрируемых с помощью счетчика. Счетчик устанавливают в потоке смазки или в непосредственной близости от него.

В зависимости  от задачи исследования, введение радиоактивного изотопа может осуществляться следующими способами:

а) нанесением радиоактивного металла на трущуюся поверхность детали электролитическим  путем;

б) введением радиоактивного изотопа в материал исследуемой детали при плавке и отливке;

в) активирование  детали облучением;

г) электроискровой  обработкой детали активированным электродом,

д) методом  диффузии;

е) методом  вставок (свидетелей износа).

Применение метода вставок заключается в том, что на некоторой глубине от поверхности трущейся детали помещают радиоактивное вещество. Когда износ детали достигает заданной глубины, начнется также износ и радиоактивного вещества, которое будет обнаружено в масле с помощью сигнальной аппаратуры.

Основными преимуществами метода меченых атомов являются: высокая чувствительность оценки (достигающая 10^-8 г и более), возможность непрерывного наблюдения за изнашиванием деталей без остановки и разборки машины, а также возможность активирования различных деталей различными изотопами, что позволяет одновременно изучать износ нескольких деталей раздельно. При пользовании радиоактивными изотопами лаборатории оборудуются специальной изоляцией, а также соблюдаются режим работы и мероприятия по технике безопасности.

 

 

6. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ  НА НАДЕЖНОСТЬ 

АВТОМОБИЛЕЙ

Надежность и долговечность  автомобиля в процессе эксплуатации обусловливается комплексным воздействием целого ряда факторов, важнейшими из которых являются следующие:

1) конструктивно-технологические, включающие в себя:

а) совершенство конструкции  автомобиля и его элементов;

б) качество материалов, из которых изготовлены детали, узлы и агрегаты;

в) технологию изготовления деталей, узлов и агрегатов, качество сборки и регулировки;

2) качество применяемых эксплуатационных материалов (топлива, смазочных материалов, охлаждающих жидкостей и пр.);

3) условия эксплуатации, которые определяются:

а) дорожными условиями;

б) климатическими условиями;

в) транспортными условиями и  режимом использования автомобиля;

4) уровень технической эксплуатации, который определяется:

а) мастерством вождения автомобиля;

б) качеством технического обслуживания и хранения автомобиля;

в) качеством ремонта автомобиля.

6.1. Влияние конструктивно-технологических факторов на надежность автомобиля

6.1.1. Конструктивные  факторы

С точки зрения теории надежности, автомобиль представляет сложную систему  с последовательным соединением  элементов (исключение составляют тормозная система и мосты в многоосных автомобилях при раздельном их приводе, которые соединены параллельно), в которой отказ любого элемента является необходимым и достаточным условием отказа автомобиля в целом.

Чем сложнее система (чем больше она имеет агрегатов, узлов, деталей), тем при прочих равных условиях надежность ее ниже. Следовательно, при проектировании автомобиля большое внимание должно быть уделено выбору оптимальной структурной схемы.

Одним из эффективных методов повышения  надежности систем является резервирование, для которого характерно параллельное соединение элементов. При параллельном соединении отказ системы происходит лишь при отказе всех входящих в нее элементов. В этом случае вероятность безотказной работы системы выше вероятности безотказной работы самого ненадежного элемента. Однако резервирование механических систем применяется ограниченно.

При проектировании автомобиля необходимо стремиться к тому, чтобы изнашивание  сопряжения не оказывало влияния (или  оказывало самое незначительное влияние) на надежность функционирования всего автомобиля (агрегата).

Необходимо широко реализовать  принципы равнодолговечности и равнонадежности  элементов автомобиля. При невозможности  соблюдения этого условия необходимо стремиться к тому, чтобы были соблюдены  краткие сроки замены при ремонте агрегатов, а в агрегате - узлов и основных деталей.

Повышение надежности автомобиля может  быть достигнуто применением унифицированных и стандартных узлов и деталей, которые хорошо отработаны и показали высокую надежность в типичных условиях работы.

Важными конструктивными  факторами, влияющими на надежность и долговечность автомобиля и  его элементов, являются:

1) форма и размер деталей, от которых зависят удельные давления на их поверхности, концентрация напряжений, ударная и усталостная прочность металла;

2) жесткость конструкции, т. е. способность деталей (особенно базовых и основных) незначительно деформироваться под воздействием воспринимаемых ими эксплуатационных нагрузок;

3) точность взаимного расположения поверхностей и осей совместно работающих деталей;

4) правильный выбор посадок, обеспечивающих надежную работу подвижных и неподвижных сопряжений.

6.1.2. Технологические факторы

Большое влияние на надежность автомобиля оказывает стабильность крепежных соединений, т.е. способность крепежных деталей длительно сохранять предварительную затяжку в условиях действия эксплуатационных нагрузок. Она достигается изготовлением деталей из высококачественных сталей, повышением точности обработки, применением различных стопорящих устройств (стопорные шайбы, приклеивание деталей, различные фиксаторы и др.).

Важное значение в  деле повышения надежности автомобилей  имеет рациональная организация технического контроля на автозаводах, который исключает возможность поступления на сборку некачественных деталей.

С этой целью применяются ультразвуковая, магнитная и гамма-дефектоскопия деталей. В последнее время на автомобильных заводах внедряются индуктивные дефектоскопы для объективного неразрушающего контроля деталей с использованием вихревых токов. Таким методом проверяют шатуны двигателей, шатунные болты, вал рулевой сошки, валы коробки передач.

Для повышения надежности деталей автомобилей при их производстве широко практикуется применение специальных материалов: легированных сталей, специальных чугунов и сплавов, металлокерамики, пластмасс и др.

Износостойкость деталей  зависит от чистоты обработки трущихся поверхностей. Еще недавно считали, что чем выше чистота обработки поверхностей, тем прочнее масляная пленка и тем меньше такая поверхность склонна к задирам, коррозии и износу. Однако более поздние исследования показали, что чистота поверхностей после приработки зависит не от их начального состояния, а только от условий изнашивания. При этом слишком грубые поверхности становятся чистыми, а слишком чистые - более грубыми. Наименьшее изнашивание трущихся поверхностей получается при их оптимальной шероховатости для данных условий работы. Изменение условий изнашивания вызывает изменение оптимальной шероховатости поверхности.

Значительное влияние  на начальный износ поверхностей деталей оказывает способность их быстро прирабатываться. С этой целью применяется электролитическое покрытие трущихся поверхностей деталей оловом, свинцом, медью, железом, а также фосфатирование и оксидирование их.

Повышение твердости  и износостойкости целого ряда деталей автомобиля достигается путем их цементации, азотирования и цианирования.

6.2. Влияние  качества эксплуатационных материалов  на надежность автомобиля

В процессе работы и хранения автомобиля его рабочие  детали, механизмы и агрегаты находятся в постоянном взаимодействии с эксплуатационными материалами (смазочными маслами, топливом, охлаждающей жидкостью и др.). В зависимости от свойств этих материалов и условий их применения изменяется и характер этого взаимодействия: ускоряется или замедляется изнашивание и коррозия деталей, изменяется расход эксплуатационных материалов и производительность автомобиля.

Применяемые эксплуатационные материалы должны соответствовать конструктивным и технологическим особенностям автомобиля, его техническому состоянию и условиям эксплуатации.

Большое влияние  на надежность и долговечность автомобиля оказывает качество смазочных масел, основное назначение которых — уменьшать  интенсивность изнашивания деталей. Это достигается устранением непосредственного контакта трущихся поверхностей и заменой трения между поверхностями деталей трением в слое смазки.

В зависимости  от толщины слоя смазки в наиболее узком месте зазора между трущимися поверхностями различают три режима смазки или трения: жидкостный, граничный, сухой.

Граничное (полужидкостное) трение будет в том случае, если толщина масляной пленки недостаточна для предупреждения непосредственного  соприкосновения выступающих неровностей трущихся поверхностей. Поэтому при граничном трении неизбежно происходит изнашивание трущихся поверхностей.

При граничном  трении пристенный тонкий слой смазки имеет особое фазовое состояние, вызванное молекулярно-силовым взаимодействием пленки с трущимися поверхностями. Свойства этих слоев масла значительно отличаются от свойств объемных слоев, удаленных от стенок и зависящих от природы трущихся поверхностей. Введение в обычные масла присадок, обладающих активными (полярными) группами, резко улучшает смазочную эффективность при граничном трении и уменьшает износ поверхностей.

Сухое трение происходит при непосредственном контакте трущихся поверхностей и отсутствии между ними какой-либо смазки. Но так как трущиеся поверхности деталей имеют окисные пленки, то фактически процесс трения происходит между этими пленками.

Переход жидкостного  или граничного трения в фазу сухого вызывает аварийное изнашивание поверхностей деталей, протекающее с большой скоростью.

6.2.1. Масла, применяемые для смазки  двигателей

Основными физико-химическими  константами масла, влияющими на износ двигателя, являются: а) вязкость; б) противоизносные свойства; в) коррозионная агрессивность; г) химическая стабильность; д) отсутствие механических примесей и воды.

Вязкость  масел зависит от их химического состава и чистоты. Для улучшения вязкостных свойств масел используют различные присадки (по-лиизобутилены, полимеры акриловой кислоты и др.) Вязкость масел не остается постоянной и зависит от температуры и давления. Основной эксплуатационной характеристикой масла является зависимость его вязкости от температуры, т. е. вязкостно-температурная характеристика.

Небольшое изменение  вязкости масла от изменения температуры  является его полезным свойством, так  как оно позволяет выравнивать  температурный режим трущихся пар и устранять их местные перегревы.

Вязкость  масел зависит также и от давления. С повышением давления вязкость масел с пологой вязкостно-температурной характеристикой возрастает в меньшей степени, чем более вязких масел (с более крутой вязкостно-температурной характеристикой). При давлении 1500 - 2000 МПа минеральные масла затвердевают.

Противоизносные свойства оказывают большое влияние на скорость изнашивания трущихся поверхностей деталей. Противоизносные свойства масел определяются способностью образовывать на смазываемых поверхностях достаточно прочные пленки, препятствующие непосредственному контакту трущихся поверхностей. Эти пленки могут образовываться в результате физических процессов - адсорбции на трущейся поверхности полярно-активных молекул или химического взаимодействия металла с маслом. В ряде случаев эти явления сопутствуют друг другу.

Для повышения  противоизносных свойств в масло  после очистки вводятся присадки, содержащие поверхностно-активные вещества (асфальто-смолистые вещества, высокомолекулярные кислоты и соединения, содержащие серу).

Коррозионная  агрессивность масел определяется содержанием в них водорастворимых кислот и щелочей, а также нерастворимых в воде органических кислот.

Наибольшую  коррозионную опасность для двигателя  представляют кислоты, образующиеся в масле в процессе работы (низкомолекулярные кар-боновые кислоты, а также сернистые соединения). Поэтому важным показателем качества масла является его потенциальная коррозионность, которую определяют на специальном приборе ДК-2 (ГОСТ 8245—56).