Лекція 6. Технічна експлуатація автомобілів
6.1. Технічна експлуатація автомобілів як наука
Під теоретичними основами технічної експлуатації автомобіля (ТЕА) розуміють сукупність взаємозв'язаних закономірностей аксіом і допущень, які дозволяють науково пояснити процеси зміни технічного стану машин і встановити аналітичну форму кількісних і якісних залежностей техніко-економічних параметрів автомобіля від його пробігу (напрацювання). При цьому слід мати на увазі, що ТЕА як наука має:
- об'єкт дослідження, яким є автомобіль;
- мета дослідження, яка полягає у визначенні закономірностей зміни технічного стану автомобіля при його експлуатації і пов'язаних з цим техніко-економічних показників його роботи;
- методи дослідження, які базуються на використанні теорії старіння машин, теорії вірогідності, математичної статистики і т. д.;
- критерії ефективності ТЕА як результати досліджень (якісні і кількісні параметри ТЕА; ними можуть бути питомі витрати на технічне обслуговування і ремонт машин, собівартість перевезень і т. д.).
Як галузь науки ТЕА визначає шляхи і методи управління технічним станом автомобілів для забезпечення:
- регулярності і безпеці перевезень при якнайповнішою реалізації технікоексплуатаційних властивостей автомобілів;
- заданих рівнів працездатності і технічного стану;
- оптимізації матеріальних і трудових витрат на експлуатацію машин;
- мінімального негативного впливу автомобільного транспорту на населення, персонал і навколишнє середовище.
Ефективність ТЕА забезпечується інженерно-технічною службою (ІТС), яка реалізує цілі і завдання ТЕА.
Таким чином, ТЕА є наука про зміну технічного стану машин, методах забезпечення їх працездатності і безпечної експлуатації при раціональних витратах
сил і засобів.
Як область практичної діяльності ТЕА – це комплекс технічних, економічних, організаційних і соціальних заходів, які забезпечують:
- своєчасну подачу клієнтурі працездатних автомобілів необхідної номенклатури і кількості в потрібний час;
- підтримка автомобільного парку в працездатному стані при раціональних витратах трудових і матеріальних ресурсів.
Таким чином, для ефективного вирішення широкого комплексу завдань випускник вузу повинен володіти теоретичними основами ТЕА як науки і вченої дисципліни.
У свою чергу, вивчення ТЕА містить декілька блоків, в які входять учбові дисципліни:
загальні гуманітарні і соціально-економічні;
загальні математичні і природничонаукові;
загальнопрофесійні;
спеціальні.
Всі вони включають більше 50 різних предметів (філософія, іноземна мова, хімія, опір матеріалу, гідравліка, автомобільні двигуни і т. д.), освоєння яких розраховане на 5-річний курс навчання.
Причини зміни технічного стану автомобіля при експлуатації
Автомобіль може брати участь в транспортному процесі і приносити певний дохід, якщо він знаходиться в працездатному стані.
Технічний стан автомобіля (агрегату, механізму, з’єднання) визначається сукупністю властивостей, що змінюються, його елементів, що характеризуються поточним значенням конструктивних параметрів які зазвичай пов'язують з напрацюванням (пробігом).
Напрацювання – тривалість роботи виробу, вимірювана одиницями пробігу (кілометри), часу (годинник), числом циклів. Розрізняють напрацювання з початку експлуатації виробу, напрацювання до визначеного стану (наприклад, граничного), напрацювання інтервальну і ін.
На автомобільному транспорті, як правило, напрацювання автомобілів частіше обчислюється в кілометрах пробігу, рідше (спеціальні автомобілі, позашляхові кар'єрні самоскиди) – в мото-годинах.
Основними причинами зміни конструктивних параметрів і технічного стану
є:
- навантаження елементів (статичні і динамічні);
- взаємне переміщення елементів в різних площинах (КШМ, ГРМ);
- дія теплової і електричної енергії (згорання палива, тертя і т. д.); хімічно активних компонентів (електроліту, солей); зовнішнього середовища (вологи, вітру, температури, сонячної радіації);
- дія оператора (водія, ремонтника і т. д.).
Наслідки і форми зміни конструктивних параметрів у часі виявляються в зношуванні, корозії, втомних руйнуваннях, пластичних деформаціях, температурних руйнуваннях та змінах, старінні і так далі.
Зношування. Процес зношування виникає під дією сил тертя, залежних від матеріалу і якості обробки поверхонь, змащування, навантаження, швидкості відносного переміщення поверхонь і теплового режиму роботи сполучення. Зношування – це процес руйнування і відділення матеріалу з поверхні деталі і (або) накопичення її залишкової деформації при терті, що виявляється в поступовій зміні розмірів і форми деталей.
Зазвичай в практику ТЕА виділяють абразивне, втомне, корозійно-ерозійне, окислювальне, електроерозійне зношування, а також зношування при заїданні, фретингі і фретинг-корозії. Зношування при фретинг-корозії, абразивне, ерозійне і усталостне відносяться до механічного виду зношування, а окислювальне і при фретинг-корозії – до корозійно-механічного.
Абразивне зношування є слідством ріжучого або дряпаючої дії поверхонь тертя і твердих частинок, що знаходяться між ними. Такі частинки, потрапляючи ззовні у вигляді пилу і піску між деталями, що труться (наприклад, гальмівними накладками колодок і барабанами) або в змащувальні матеріали відкритих вузлів тертя (шворневого з'єднання, ресори), різко збільшують їх знос. У ряді механізмів, наприклад кривошипно-шатуновому, у якості абразивних часток виступають також самі продукти зношування, що відокремилися від вкладишів колінчастого валу і втулок шатунів.
Ерозійне зношування відбувається в результаті дії на поверхню деталей потоків рідини, газу і твердих частинок, які знаходяться в них. До такого зношування на автомобілі схильні в першу чергу робочі поверхні тарілок випускних клапанів двигуна, жиклери карбюратора.
Втомне зношування полягає в тому, що поверхневий шар деталі матеріалу в результаті тертя і циклічного навантаження стає крихким і руйнується, оголяючи лежачий під ним менш крихкий матеріал, утворюючи тріщини і ямки вифарбовування (пітинг). Такий вигляд зношування може спостерігатися на бігових доріжках підшипників, зубах шестерень.
Зношування при заїданні відбувається в результаті схоплювання, глибинного виривання матеріалу, перенесення його з однієї деталі на іншу і дії виниклих при цьому нерівностей на зв'язану поверхню. Воно приводить до утворення глибоких борізд, наростів оплавлень, задирів, до заклинювання і руйнування механізмів. Таке зношування обумовлюється наявністю місцевих контактів між тертьовими поверхнями, на яких унаслідок великих навантажень і швидкостей відбуваються розрив масляної плівки, сильний нагрів і «зварювання» частинок металу, при подальшому відносному переміщенню поверхонь – розрив зв'язків. Типовий приклад – заклинювання колінчастого валу при недостатньому змащуванні.
Окислювальне зношування відбувається в результаті поєднання механічного зношування і агресивної дії середовища, під дією якою на поверхні тертя утворюються неміцні плівки оксидів; при механічному терті вони знімаються, а що оголюються поверхні знову окислюються. Таке зношування спостерігається на деталях циліндропоршневої групи, гідропідсилювача, гальмівної системи з гідроприводом і ін.
Зношування при фретинг-корозії – це механічне зношування дотичних деталей при зворотно-поступальних переміщеннях з малими амплітудами і високою частотою коливань. Якщо при цьому агресивно впливає середовище, то відбувається зношування при фретинг-корозії. Таке зношування може відбуватися в місцях контакту вкладиша шийок колінчастого валу і ліжка в картері і кришці, у заклепувальних, болтових, шліцьових і шпонкових з'єднаннях, ресорах.
Електроерозійне зношування виявляється в ерозійному зношуванні поверхні в результаті дії розряду при проходженні електричного струму, наприклад, між електродами свічки запалювання.
Пластичні деформації і руйнування. Такі пошкодження пов’язані з досягненням або перевищенням меж текучості або міцності відповідно у в'язких (сталь) або крихких (чавун) матеріалів.
Зазвичай цей вид руйнування є слідством або помилок при розрахунку, або порушень правил експлуатації (перевантаження, неправильне кермування автомобілем, дорожньо-транспортні пригоди і т. п.).
Іноді пластичним деформаціям або руйнуванням передує механічне зношування, що призводить до зміни геометричних розмірів і скороченню запасів міцності деталі.
Втомні руйнування. Цей вид руйнувань виникає при циклічному додатку навантажень, що перевищують межу витривалості металу деталі. При цьому відбуваються поступове накопичення і зростання втомних тріщин, що призводять при певному числі циклів навантажування до втомного руйнування деталей. Вдосконалення методів розрахунку і технології виготовлення автомобілів (підвищення якості металу і точності виготовлення, виключення концентраторів напруги) привело до значного скорочення випадків втомного руйнування деталей. Як правило, воно спостерігається при екстремальних умовах експлуатації (тривалі навантаження, низькі або високі температури) у ресорах, напіввісі, рами.
Корозія. Це явище відбувається внаслідок агресивної дії середовища на деталі (іржа), що приводить до окислення металу і, як наслідок, до зменшення міцності і погіршення зовнішнього вигляду. Основними активними агентами зовнішнього середовища, які визивають корозію є сіль і інші хімічні речовини, якими обробляють шляхи взимку, кислоти, що містяться у воді і ґрунті, а також компоненти, що входять до складу відпрацьованих газів автомобілів, і їх хімічні сполуки. Корозія головним чином вражає деталі кузова, кабіни, рами. Корозія деталей кузова, розташованих знизу, супроводжується абразивним зношуванням в результаті дії на поверхню при русі автомобіля абразивних частинок піску, гравію.
Сприяє корозії збереження вологи на металевих поверхнях, зокрема під шаром дорожньої грязі, що особливо характерно для всякого роду прихованих порожнин і ніш. Корозія сприяє втомному зношуванню і руйнуванню, оскільки створює на поверхні металу концентратори напруги у вигляді корозійних виразок.
Такий вид руйнувань спостерігається, наприклад, в місцях зварки, кріплення кронштейнів, ресор. Стосовно автомобілів розрізняють місцеву корозію, що вражає, в основному, кузовні панелі, і загальну (суцільну), результатом якої є, крім того, руйнування конструкції несучого кузова або рами.
Старіння. Технічний стан деталей і експлуатаційних матеріалів змінюється під дією зовнішнього середовища. Так, гумотехнічні вироби втрачають міцність і еластичність в результаті окислювання, термічної дії (розігріву або охолоджування), хімічної дії мастила, палива і рідин, а також сонячної радіації і вологості. В процесі експлуатації властивості змащувальних матеріалів і експлуатаційних рідин погіршуються в результаті накопичення у них продуктів зносу, зміни в'язкості і втрати властивостей присадок.
Деталі і матеріали змінюються не тільки при їх використанні але і при зберіганні: знижуються міцність і еластичність, наприклад, гумотехнічних виробів; у паливі, змащувальних матеріалів і рідин спостерігаються процеси окислення, що супроводжуються випаданням осаду.
Розподіл відмов машин за причинами їх виникнення приведено в табл. 6.1.
Знання характеристик відмов дозволяє на практиці вирішити питання підтримки надійності автомобілів, забезпечення виробництва запасними частинами, технологічним устаткуванням, фахівцями і так далі.
Таблиця 6.1 - Розподіл відмов для вантажного автомобіля і автобуса при пробігу 100 тис. км. %
