Техническая эксплуатация автомобилей. Расчет вероятности безотказной работы деталей ЦПГ

тем, чтобы учесть влияние дорожно-транспортных условий и конструктивных

особенностей трансмиссии автомобиля на нагруженность деталей двигателя:

Peij =(((i (j[(1.25rk(10-2)/(Vh(io(ikij((т)]([(1–ki)(P(ij+Pwij)+P(ij] , где

rk - динамический радиус колеса, м; на дорогах с твёрдым покрытием rk ? rст

;

Vh - рабочий объем цилиндров двигателя, л;

io - передаточное число главной передачи;

ikij - средневзвешенное передаточное число коробки передач;

(т – к.п.д. трансмиссии автомобиля;

(i, (j – коэффициенты, учитывающие распределение пробега автомобиля по

типам дорог

((i = 1 и использование пробега ((j = 1;

P(ij , Pwij P(ij - соответственно сопротивления дороги, воздуха и разгона в

i-м весовом состоянии на j-м дорожном покрытии, Н .

ikij= 0,6( Vmax(( (j ((i ( Vij)-1,где

Vmax - максимальная скорость автомобиля, км/ч;

Vij - средняя скорость автомобиля в i-м весовом состоянии при j-х дорожных

условиях,

Vij=(((1(Vа1г+(2(Vа2г+(3(Vа3г)+(1-()((1(Vа1п+(2(Vа2п+(3(Vа3п), где

( - коэффициент использования пробега .

Vij=0.68*(0.5*25+0.46*35+0.04*5)+(1-0.68)*(0.5*30+0.46*40+0.03*10)=30,368,

(км/ч),

ikij = 0.6*90/30.368 =1,778

0.5*0.68*((1.25*0.488*0.01)/(9*7.22*1.778*0.9))*((1-

0.02)*(3175.2+31.108)+04474.033)=0,1519127

Значение средневзвешенного эффективного давления Ре определяется по формуле

:

Ре = (((1(Ре1г+(2(Ре2г+(3(Ре3г)+(1-()((1(Ре1п+(2(Ре2п+(3(Ре3п), где

( - коэффициент использования пробега;

(i - коэффициент, учитывающий процент движения автомобиля по типам дорог;

Регi, Репi - среднее эффективное давление при движении автомобиля в

груженом и

порожнем состоянии по различным типам дорог .

0.68*(0.5*0.2080473+0.46*0.09642883+0.04*0.293379)=0.1088789

(1-0.68)*(0.5*0.1257443+0.46*0.04076188+0.04*0.15191270)=0.02806372;

Pe=0,1369426 , МПа

ТАБЛИЦА 6.

Таблица рассчитанных значений давления.

|Транспортные |Город |Пригород|Подъездн|Среднее значение параметров|

|условия | | |ые пути | |

|Рассчитываемы|Pe1j |Pe2j |Pe3j |Pe |Pм |Pi |

|е параметры | | | | | | |

|Гружёный |0,20804|0,096428|0,293379|0,108878|0,206721|0,3156 |

|автомобиль |73 |83 | |9 |1 | |

|Порожний |0,12574|0,040761|0,151912|0,028063|0,206721|0,23478|

|автомобиль |43 |88 |7 |72 |1 |48 |

? 0,1369426 0,2067211

0,3436637

Для определения Рм используется зависимость:

Pм = А+В*сm, где

А, В -- коэффициенты, устанавливаемые экспериментально;

сm = (2S ( io( 0,6Vmax)/(60( 0.377(rk)

cm -- средняя скорость поршня, м/с;

cm = (2*0.12*7.22*0.6*90)/(60*0.377*0.488) =8,476757 , м/c

Pм = 0.105+0.012*8.476757 =0,2067211 (МПа).

Определим среднее индикаторное давление .

Рi = Pe + Pм , (МПа)

Рi= 0,1369426+0.2067211= 0,3436637 МПа

п.3.2.2. Рассчитаем значение удельного давления, возникающего от сил

упругости компрессионного кольца:

PR = (0.424*E*A)/[(3-()*D*(D*t-1-1)3], (МПа), где

Е - модуль упругости, МПА;

( - постоянная, зависящая от эпюры давления ((=0,196);

А - зазор в замке кольца в свободном состоянии.

PR=(0.424*1.2*100000*0.170)/((3-0.196)*1.2*(1.2*(1/0.05)-

1)*23*23)=0,2112775 Мпа ,

п.3.2.3. Определяется критерий физико-механических свойств материалов

рассматриваемого сопряжения цилиндропоршневой группы :

а) гильза - компрессионное кольцо :

Кмк =((0,2t*НВкm*НВгn)/(НВк+НВг), где

(0,2t - коэффициент микрорезания;

НВк, НВг – соответственно, твердость по Бринеллю кольца и гильзы, ед.;

m, n - показатели степени, при расчете ресурса кольца принимаются n=2 и

m=1,5.

Кмк =(1,59*7001,5*2302)/(700+230) = 1675008

Удельное значение критерия найдем из соотношения :

kм = 1/ lgКм

kм = 1/log 1675008= 0,16066794

п.3.2.4. Оценивается критерий теплонапряженности детали:

Кт = D0.38* cm0..5 [ (632pi)/(HH*(i)]0.88, где

HH - низшая теплотворная способность топлива, для дизельного топлива

HH=42496кДж/кг Кт = 0,120.38*8,4767570.5*((632*0,3156)/(42496*0,45))0.88 =

0,023458596

Определим удельное значение критерия теплонапряженности:

kт = Кт / Ктmax, где

Ктmax - предельное значение критерия теплонапряженности для рассматриваемой

конструкции двигателя:

сm = (2S*ne)/60

сm= (2*0.12*2600)/60 =10.4;

ре = [(0.314*(*Me)/Vh ] *10-2 ,

pe= ((0.314*4*700)/9)*0.01 = 0,9768888, МПа

Ктmax = 0.120,38*10.40,5*((632*0.9768888)/(42496*0.45))0.88 = 0,0702317

kт = 0.023458596/ 0.0702317=0,3340172

п.3.2.5. Рассчитаем путь трения компрессионного кольца за один

километр пути:

Sт = (100*S*io*ikij)/((*rk),

Sт= (100*0.12*7.22*1.778 )/(3.14*0.488) =100,5312 , м/с

На основании рассчитанных параметров определим критерий нагруженности :

Кк = kмк*kт*Sк(pR+0.1D2*pi*b-1*r-1)

Кк=0.16067*0.3340*1005.312*(0.2112775+(0.1*1.2*1.2*0.34367*(1/0.03)*(1/(0.5*

(1.2-0.05)))))=166,1719

Из корреляционного уравнения долговечности:

Кк = -25,2+81840/(Rк-2,75n) определим средний ресурс детали:

Rк = 81840 / (Кк + 25,2) + 2.75n

Rк= (81840/(166.1719+25.2) +13*2.75)=463,399, (тыс.км) .

п.3.2.6. Определим среднеквадратичное отклонение распределения

ресурсов детали:

Вычислим коэффициент вариации по корреляционной зависимости

V= 16,507 R-0,807,

V = 16,507*463.399-0,807 = 0,1165

среднеквадратичное отклонение вычисляется из соотношения :

(R =V ( R

(R = 0.1165*463.399 =53,98598, (тыс.км)

Для построения кривой распределения плотности вероятности нормального

закона рассчитаем:

____

f(l) = 1/((R(( 2()*exp.(-(li - Rk )2 /2(R2)

ТАБЛИЦА 7.

Таблица рассчитанных значений для кривой распределения плотности

вероятности

|l(т.к|84|120|156|192|228|264|300|336|372|408|444|480|516|552|588|624|

|м) | | | | | | | | | | | | | | | | |

|f |0,|0,0|0,0|0,0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|

|(li) |00|0 |0 |0 |0 |0 |000|004|017|043|069|070|046|019|016|000|

| | | | | | | |8 |6 |6 |6 |3 |5 | |2 | |9 |

По результатам расчетов построим кривую распределения ресурсов детали по

КУД на рис.4..

п.3.3. Расчет параметров распределения ресурсов детали автомобильного

двигателя по комбинированному прогнозу.

Комбинированный прогноз рассматривается как задача принятия решения в

условиях неопределенности с вероятной оценкой непротиворечивости

результатов.

п.3.3.1. Комбинированный прогноз составляется с учетом параметров

плотности распределения ресурсов, полученных в результате их расчета по КУД

и обработки статистических данных распределения ресурсов детали

автомобильных двигателей в эксплуатации. Для нормальных законов

распределений с параметрами а и ( (обработка статистических данных) и R и

(R (определение по КУД) параметры распределения ресурсов по

комбинированному прогнозу определяются следующими зависимостями.

f? (t) = (2?D?)-0.5 exp(-((t-t?)2 / (2D?)), где

Математическое ожидание определяется по формуле:

t( = (1*R+ (2*a,

t( = 0.5772487*463.399+0.4227513*188.73 =347,2823, (тыс. км)

Среднеквадратичное отклонение вычисляется по формуле:

D1 = ?2 ; D2 = ?R2

D? = (12 D1 + (12D2 ;

________________

(( = ( (12*(R2+ (22*(2, где

(1, (2 - весовые коэффициенты, определяемые по формуле:

(1=(2/((R2+(2) ;

(2=(R2 / ((R2+(2);

(2= 53.985982 / (46.22+53.985982) =0,5772487;

(1= 46.22 / (46.22 +53.985982) =0,4227513.

D1 = 46.22 =2134,44 ; D2 = 53.985982 =2914,486

D? = 0.57724872 *2914.486 +0.42275132 *2134.44=1352,618

______________________________

(( = ( 0.57724872 *53.985982 + 0.4227512* 46.22 = 36.772

Рассчитываем значения для теоретической кривой распределения плотности

вероятности нормального закона с параметрами полученными по

комбинированному прогнозу и по полученным данным построим кривую на рис

4..

ТАБЛИЦА 8.

Таблица рассчитанных значений для теоретической кривой распределения

плотности вероятности.

|t(т.км|84|120|156|192|228|264|300|336|372|408|444|480|516|552|

|)) | | | | | | | | | | | | | | |

|f(t) |0.|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|0.0|

| |00|0 |0 |000|005|008|047|108|086|027|003|001|0 |0 |

| | | | |1 |6 |3 |5 |4 |5 |6 |4 |7 | | |

[pic]Рис . 4. Графики распределения плотности вероятности .

п.4. Определение доверительных границ изменения структурного параметра

технического состояния цилиндропоршневой группы и наработки до первого

ресурсного диагностирования.

Детали ЦПГ функционально сопряжены между собой, поэтому в качестве

структурного параметра выбираются интегральные показатели. Рассматриваются

три основных параметра: зазор в замке верхнего компрессионного кольца,

зазор в сопряжениях кольцо-канавка поршня и зазор между гильзой и юбкой

поршня.

Однако лимитирует надежность ЦПГ, как правило, износ верхнего

компрессионного кольца по радиальной толщине. Глубина диагностирования

определяется уровнем, при котором оценивается значение параметра

технического состояния предопределяющего ремонт узла. Для деталей ЦПГ, с

учетом изложенного, в качестве структурного параметра может быть выбрана

площадь зазора в замке верхнего компрессионного кольца (F2-i).

В качестве модели, адекватно отражающей изменение структурного

параметра одноименных деталей , используется степенная функция:

F2-i = F2-0+(it( , где

F2-0 - среднее значение начальной площади в замке компрессионного кольца,

мкм2;

(i - средняя скорость изменения F2-i мкм2/ тыс.км;

t - наработка, тыс.км;

( - показатель степени функции изменения параметра .

Для определения доверительных границ используется зависимость среднего

квадратического отклонения структурного параметра (F2-i от наработки:

(F2-i2 = (F2-i2+((i2 t2(, где

(F2-i, ((i - среднее квадратическое отклонение F2-0 и (i.

Расчет проводится по следующим этапам .

1. Определяется значение:

(i = (F2-п - F2-0)/R( , где

F2-п - предельное значение структурного параметра, мкм2;

(i = ((42.6-9.5)*10000)/ 463.3991.4= 61.304305

2. На основании метода линеаризации после преобразования уравнений

оценивается ((i:

((i = [(2(((i(2+2()/(/(F2-п-F2-0)2/())(R2-((i2/(F2-п-F2-0)2)(F2-02]1/2.

((i = (1,42* ((61,3043,43 /3310001,43) *53,985982- (61,3042

/3310002)*51752)0,5 =

=(1.96*((1352342.7 / 78226492)*2914.486 -(3758.1804 /

109561000000)*26780625))0.5 = 9.846

2. Находятся доверительные границы изменения параметра , используя в

качестве F2-0,

(F2-0 , (i , ((i их оценки:

F2-iBH = (F2-0 ( t((F2-0)+( (i (f t(((i)t(, где

{26}

F2-iB, F2-iH - текущие значения верхнего и нижнего доверительных пределов

структурного параметра, мкм2;

t( - статистика Стьюдента для (=0,95;

R2(t1,t2) =0,8 - нормированная корреляционная функция, деталей ЦПГ;

ТАБЛИЦА 9.

Таблица рассчитанных значений границ изменения параметров.

|l (i)|84|120|156|192|228|264|300|336|372|408|444|480|516|552|588|624|

|FB, |13|11.|18.|21.|24.|27.|31.|34.|38.|42.|46.|50.|54.|58.|63.|67.|

|104 |.9|4 |74 |52 |51 |7 |07 |61 |3 |13 |11 |21 |44 |79 |26 |83 |

| |7 | | | | | | | | | | | | | | | |

|FH |11|12.|14.|16.|19.|21.|23.|26.|29.|32.|35.|38.|41.|44.|48.|51.|

|,104 |.0|77 |67 |76 |01 |41 |94 |6 |37 |25 |24 |33 |51 |78 |13 |57 |

| |9 | | | | | | | | | | | | | | | |

___________

f =( 1-R2(t1,t2) - коэффициент перемешивания реализаций;

На основании расчетов, для 5-6 значений структурного параметра в

диапазоне от

( t( F2-0 до F2-п изображаются на рис. 5, кривые нижней и верхней границ в

таблице 9..

4.Определяются минимальное Rв и максимальное Rн значения ресурса деталей.

Для этого в уравнение {26} подставляются F2-iB= F2-п , тогда:

Rвн = {[ F2-п -(F2-о( t( (F2-o)] / ((i ( f t(((i)}1/( ,

{27}

Rв = ((42.6*104-(9.5*104+1.96*5175))/ (61.3+0.45*1.96*9.846))1/1.4= 412.31

, мкм2

Rн = ((42.6*104-(9.5*104-1.96*5175))/ (61.3+0.45*1.96*9.846))1/1.4= 430.76

, мкм2

Рис.5 . Графики верхней и нижней границ изменения параметра.

5. Оценивается наработка до первого ресурсного диагностирования:

tg1 = Rв - Lтo, где

{28}

Lтo - периодичность TO-2, устанавливается с учетом марки и условий

эксплуатации автомобиля,

tg1 = 430 -12 = 418, т. км

5. Прогнозирование остаточного ресурса детали ЦПГ автомобильного

двигателя на основе результатов диагностирования.

Прогнозная оценка остаточного ресурса осуществляется на основе

математической модели изменения параметра в функции наработки. Значение

структурного параметра при tgi определяется на основе результатов

диагностирования ЦПГ.

п.5.1. Определение структурного параметра на основе результатов

диагностирования.

В качестве средства ресурсного диагностирования ЦПГ может быть

использован пневмотестер модели К-272. Принципиальная схема измерения

площади в замке верхнего компрессионного кольца по величине падения сжатого

воздуха, подаваемого в цилиндр, представлена на рис. 6.

Значение структурного параметра рассчитывается нa основании следующей

зависимости:

F2-1 = K(2(p / ([1-(p2 / pi2]pi))1/2, где

{29}

К=((1/(2)*F1/3,13 ,

К - коэффициент, учитывающий соотношение коэффициентов сопротивления

истечения через входное сопло (1 и зазор кольца (2, а также площадь

входного сопла (К=0,542•106 мкм2);

6

5

2 3

1

4

Рис. 6 . Принципиальная схема диагностирования ЦПГ пневмотестером модели К-

272 :

1 – фильтр; 2, 3 - блок питания; 4 - входное сопло; 5 - измерительный блок;

6 - манометр.

р2 - атмосферное давление;

(р = ро – pi ,

(p - величина падения давления сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр, Па;

рo - рабочее давление (рo = 0,26•106 Па);

pi - измерительное давление, полученное в результате диагностирования, Па.

В соответствии с зависимостью {29}, рассчитывается значение F2-1,

соответствующее величине pi, из условия задания, и несколько произвольно

выбранных значений в диапазоне от начальной до предельной площади в замке.

На основании полученных значений строится зависимость F2-i = f(pi).

ТАБЛИЦА 10.

Таблица рассчитанных значений F2-1, при изменении давления.

|pi |0.25*106 |0.2*106 |0.21*106 |0.215*106 |0.22*106 |

|F2-1 |27,7*104 |48,6*104 |42,6*104 |39,7*104 |37,69*104 |

Рис.7. Зависимость изменения зазора кольца от изменения давления.

п.5.2. Прогнозирование остаточного ресурса детали двигателя по

степенной модели на основе результатов диагностирования.

Возможны два варианта прогнозирования остаточного ресурса по степенной

модели: аппроксимация статистических данных и использование модели с

заданными показателями степени для рассматриваемого сопряжения. В курсовой

работе примем второй вариант. В качестве модели, отражающей зависимость

структурного параметра от наработки, используется уравнение {22}.

п.5.2.1. Рассчитываются скорости изменения верхней ((дв) и нижней

((дн) границ структурного параметра:

(дв = [(F2-1+ ft((F2-0) - (F2-0 - t((F2-0)] / tg1( .

{30}

(дн = [(F2-1- ft((F2-0) - (F2-0 + t((F2-0)] / tg1( , где

{31}

t( - статистика Стьюдента для (=0,95;

F2-0 - начальное значение площади в замке компрессионного кольца, мкм2*104;

tg1 - наработка до первого ресурсного диагностирования;

(F2-1 - среднее квадратическое отклонение погрешности диагностирования,

мкм2;

(F2-0 - среднее квадратическое отклонение начальной площади в замке кольца,

мкм2;

( - показатель степени.

(дв = 66,75; (дн = 38,98

п.5.2.2. По результатам диагностирования определим границы изменения

структурного параметра:

F2-iвд= (F2-0 - t((F2-0) +(в*t(,

{32}

F2-iнд= (F2-0 + t((F2-0)+ (н*t(, где

{33}

F2-0 - начальное значение площади в замке компрессионного кольца, мкм2*104;

t( - статистика Стьюдента для (=0,95;

(F2-0 - среднее квадратическое отклонение начальной площади в замке кольца,

мкм2;

t – середины интервалов, тыс.км;

(в, (н – соответственно верняя и нижняя границы скорости изменеия

структурного параметра.

Полученные результаты сведем в таблицу 11.

ТАБЛИЦА 11.

Таблица рассчитанных значений границы изменения структурного параметра:

|l(т.|48|84 |120|156|192|228|264|300|336|372|408|444|480|516|552|

|км) | | | | | | | | | | | | | | | |

|F B |9.|12.|14 |16.|18.|21.|24.|28 |21.|35.|39.|42.| | | |

| |9 |4 | |3 |9 |8 |8 | |5 |5 |5 |9 | | | |

|F H |9.|10.|12.|14 |15.|17.|20 |22 |25 |27.|30.|33 |36.|39 |43 |

| |5 |8 |3 | |8 |8 | | | |3 |3 | |6 | | |

На основании полученных результатов строятся кривые верхней и нижней

границ изменения структурного параметра, определенные по результатам

диагностирования.

Рис.8. Графики кривых верхней и нижней границ изменения структурного

параметра

п.5.2.3. Оценивается ресурс ЦПГ по верхней (Rдв) и нижней (Rдн)

границам реализаций:

Rдв = [( F2-п - (F2-0 - t((F2-0)) /(в ]1/ (,

{34}

Rдн = [( F2-п - (F2-0 + t((F2-0)) /(н ]1/ (,

{35}

RдB = 473,4 ; RдH = 550,57

Находятся границы остаточного ресурса ЦПГ:

RостВ = RдВ – tg1;

{36}

RостН = RдН – tg1 .

{37}

RостВ = 473.4 - 418 =55,4; RостВ = 550.57- 418=132,57

RостH - RостВ = 132.57-55.4=77,17

Анализируются результаты расчетов RостВН с позиции принятия решения о

периодичности и объеме ремонтных воздействий, исходя из следующих условий:

RостВ - LТО ( 55.4 ( 13 условие не выполняется.

(RостВ > LТО ; 55,4 >13

( -- планируется ремонт двигателя при

пробеге RВ;

(RостН – RостВ < LТО 77.17 LТО ; 55,4>13

( -- планируется повторное диагностирование

при пробеге tg2 = RВ – LТО

(RостН – RостВ > LТО .

77.17>13

Значит проводится повторное диагностирование при пробеге равном:

tg2 = 55.4 - 13 = 42,4 (тыс.км)

6. Выводы.

На основании сопоставления прогнозных оценок параметров среднего

ресурса, выполненных по корреляционным уравнениям долговечности и на основе

обработки статистических данных, сделано заключение о степени их

непротиворечивости и необходимости обучения моделей, по мере накопления

экспериментальных данных.

Рассмотрена реализация структурного параметра относительно области его

изменения для совокупности одноименных двигателей. Выделены факторы,

которые определили ресурс детали, и мероприятия, которые следует провести

автотранспортному предприятию, эксплуатирующему рассматриваемые

автомобили, для повышения надежности двигателя.

7. Список литературы:

1. Двигатели внутреннего сгорания. Учебник для ВУЗов. Под редакцией

Луканина В.Н. М.: Высшая школа, 1985 г.;

2. Краткий автомобильный справочник. НИИАТ. М.: Транспорт, 1971г.;

3. Методические указания к курсовой работе. СПб.: СЗПИ, 1989г.;

4. Иванов С. Е. Курс лекций по дисциплине техническая эксплуатация

автмобилей. СПб.: СЗПИ, 1998г..

-----------------------

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

Страницы: 1, 2