Технология разборки переднего моста для проведения плановой замены

 

2.3 Методика расчета теоретического  ресурса агрегатов АТС

 

Методика  расчета теоретического ресурса  деталей агрегатов АТС подробно рассмотрена в источнике [1].

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

 

Рисунок 1 - Алгоритм прогнозирования ресурса деталей агрегатов АТС

    Согласно алгоритма на рисунке 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 [1]:

• обобщающий критерий долговечности должен определяться экспериментально – расчетными методами, либо непосредственным замером;
• диагноз 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 1) на примере деталей, подверженных естественному износу.

    В качестве ОКД, удовлетворяющей этому виду повреждаемости и упомянутым требованиям, предлагается величина ресурсной работы, которая может быть определена из выражения [1]:

 

                                      ,                                        (1)                                                  

где – работа, совершаемая агрегатом до предельного износа j-ой детали (ресурсная работа), Дж;

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

      – интенсивность изнашивания j-ой детали за время стендовых            испытаний, мкм/Дж;

      – средний ресурс j-ой детали (теоретический) в заданных условиях     эксплуатации, м;

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

    Понятие теоретический ресурс 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 тех факторов, которые определяют удельную работу, а следовательно, и работу, которую может совершить агрегат до предельно-допустимого износа j-ой 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 [1]:

                                         ,                           (2)

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

        – средняя мощность агрегата на режиме испытаний, кВт;

          –    время испытаний, ч;

                                                ,                              (3)

где    – средний износ j-ой детали за время испытаний, мкм.

    Для обеспечения соответствия результатов прогноза конкретным сочетаниям ВВФ необходимо по результатам режимометрирования АТС, проводимого на основе оценки условий комплексными количественными показателями сложности, вычислить среднюю удельную работу , используя выражение (4).

                                                ,                          (4)

где      – средняя удельная работа совершаемая двигателем АТС

                           при i-ом сочетании ВВФ, Дж/м;

           – средняя мощность развиваемая агрегатом АТС при i-ом сочетании ВВФ, кВт;

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

    С позиций выполнения условий достоверности результатов прогноза воспользуемся результатами усеченных эксплуатационных испытаний и вычислим следующие показатели:

                                              ,                                          (5)

где  – полезная (эффективная) работа совершаемая агрегатом за период усеченных эксплуатационных испытаний, Дж;

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

                                            ,                                        (6)

где   – время эксплуатационных испытаний, с ( t_u ≤Tu );

         – средняя техническая скорость АТС, м/с.

                                                  ,                                      (7)

где   – интенсивность износа j-ой детали за период эксплуатационных испытаний, мкм/Дж;

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

    Определив таким образом, параметры загруженности детали, оценив интенсивности   их   повреждаемости,   определим   сначала   с   помощью

выражения (1) значения ОКД, а затем  коэффициент приведения.

                                                 ,                                     (8)

где Сji – коэффициент приведения интенсивности изнашивания от стендовых испытаний к эксплуатационным.

    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 приведения.

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

                                   ,                                 (9)

где –   эксплуатационный ресурс j-ой детали агрегата при i-ом сочетании Кд, Ктр, Ккл.

 

    Выражение (9) может быть записано в следующем виде:

                                    ,                                   (10)

    Таким образом, используя результаты ипсытаний, 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, принятые 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:

                                                       ,                                    (11)

где Тэjб, Тэjм – эксплуатационный ресурс j-ой детали агрегата соответственно базовой модели АТС и модификации для определенного сочетания КИП;

Ттjб,Ттjм – теоретический ресурс той же детали агрегата базовой модели АТС и модификации в тех же сочетаниях КИП. 

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

                                        ,                             (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 модификации не идентичен. Чтобы этого избежать необходимо пользоваться средним значением Сjб, поскольку функции эксплуатационного и прогнозируемого эксплуатационного ресурсов детали от соответствующих шкал КИП, как правило, пересекаются.

Изложенный  экспериментально-расчетный метод  позволяет осуществлять прогнозирование  ресурса детали агрегата АТС для  ряда вариантов [1]:

 

1. базовый агрегат в составе базового АТС;
2. базовый агрегат в составе i-ой модификации АТС;
3. модифицированный агрегат в составе базового АТС;
4. модифицированный агрегат в составе i-ой 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).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Результаты расчета теоретического  ресурса

Базовый автомобиль – МАЗ-5335. Прогнозируются ресурсы деталей переднего моста автосамосвала МАЗ-5549, являющегося модификацией автомобиля МАЗ-5335. Прогнозирование будем осуществлять используя выражение 12.

Расчет проведем на примере пары трения: бронзовая втулка – нижняя часть шкворня. Остальные расчеты выполним с помощью программы MS Excel 2007. В течение периода работы переднего моста диаметр отверстий втулок подвергается постепенному износу. Для определения теоретического ресурса диаметра отверстий воспользуемся одним из наиболее длительных стендовых испытаний на безотказность по ГОСТ 14846-81 на режимах максимальной мощности проведенных на ЯМЗ. Режим испытания состоит из работы двигателя на максимальной мощности 95% и работая на холостом ходу 5%. Суммарная продолжительность испытаний - одна тысяча часов. Максимальная мощность двигателя ЯМЗ - 236 составляет 132,4 кВт [1, с.50].

Используя формулу  (2), определим работу, совершаемую передним мостом за время испытаний:

 

A_U=3,6*10⁶*132,4*0,95*1000 = 4,528*10¹¹ Дж.

 

Средняя величина износа втулки по результатам ряда испытаний JJCT=12,4 мкм, а величина предельно допустимого износа составляет 100 мкм.

Из выражения 3 определим интенсивность износа диаметра отверстий втулок:

 

UJCT = 12,4/4,528*10¹¹= 2,739*10^-11 мкм/Дж.

 

На основании  выражения (1) определим работу переднего моста, совершаемую до предельного износа диаметра отверстий втулок:

 

А_РСТj=100/(2,739*10^-11)=3,651*10¹² Дж=3,651*10⁹ кДж

 

Для значений Кд=6,15; 9,4; 14,6 (Ктр=2,33; Ккл=2,4) рассчитаем значения удельной работы, совершаемой при соответствующих сочетаниях ВВФ базовой модели АТС и модификации соответственно. Поскольку данные АТС выпускаются уже давно, то  воспользуемся уже полученными для этих автомобилей уравнениями регрессии.