ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ автомобилей. Конспект лекций Казань2013 Галиев И. Г
 Скачать 0.84 Mb.
|
|
Тема 2. Изменение состояния автомобилей Аннотация. Данная тема раскрывает изменения технического состояния машин. Ключевые слова: техническое состояние автомобилей, виды износа. Методические рекомендации по изучению темы. Тема содержит лекционную часть, где в разделе "Лекция" имеются общие представ- ления по теме; Следующей практической работой является ответы на вопросы; И напоследок есть раздел Обсуждений, где вы можете обсудить разные интересные факты, рассказать о чем то новом, или же просто спрашивать то, чего вы не поняли. 13 2.1. Техническое состояние автомобилей Современный автомобиль представляет собой сложную систему, совокупность совме- стно действующих элементов – составных частей, обеспечивающих выполнение ее функ- ций, изготовленную из различных материалов, с высокой точностью обработки поверхно- стей деталей. Эксплуатация автомобилей осуществляется в различных дорожных и климатических условиях, что связано с влиянием на него различных механических, физических и химиче- ских факторов, обуславливающих изменение его технического состояния. Безопасность (экологическая, активная и пассивная) и экономическая целесообраз- ность при использовании автомобиля обеспечиваются его техническим состоянием, т.е. ис- правностью и работоспособностью. Техническое состояние автомобиля (агрегата, механиз- ма, соединения) определяется совокупностью изменяющихся свойств его составных частей, характеризуемых текущим значением различных параметров. Таким образом, безопасная, производительная и долговечная работа автомобилей возможна при условии сохранения или незначительного изменения его первоначальных свойств в процессе эксплуатации, за- данных при проектировании и обеспеченных при изготовлении, что обеспечит работу со- ставных частей автомобиля в оптимальных условиях. Современный автомобиль среднего класса состоит из 15 - 25 тыс. деталей, из которых от 7 до 9 тыс. теряют свои первоначальные свойства при работе, причем около 3,5 тыс. де- талей имеют срок службы меньше, чем автомобиль, и являются объектом особого внимания при эксплуатации. Из них от 200 до 400 деталей «критических» по надежности, которые чаще других требуют замены, вызывают наибольший простой автомобилей, трудовые и ма- териальные затраты в эксплуатации. У современных автомобилей примерно на 3 % но- менклатуры запасных частей приходится от 40 до 50 % общей стоимости потребляемых за- пасных частей; на 9 % – от 80 до 90 % и на 25 – от 95 до 98 %. Этот факт подтверждает не- обходимость разработки организационно-технических мероприятий на АТП, направленных на получение объективной информации о техническом состоянии автомобилей и их состав- ных частей. Ниже в таблице 5 приведены наименование конструктивных элементов авто- мобиля, их количество в автомобиле и конструктивные параметры, характеризующие их техническое состояние. Изменение технического состояния агрегатов и составных частей происходит под влиянием постоянно действующих причин, обусловленных работой механизмов, случай- ных причин, а также внешних условий, при которых работает или хранится автомобиль. 14 Случайные причины обусловлены нарушением правил и норм НТД (скрытые дефекты и перегрузки конструкции, превосходящие допустимые пределы и др.). В процессе эксплуатации на техническое состояние автомобилей оказывают влияние как внутренние, так внешние и факторы. К внутренним факторам относятся процессы, про- исходящие при работе автомобиля, его агрегатов, систем, узлов, механизмов и деталей; квалификация водителей; обслуживающего и ремонтного персонала; технологические про- цессы, используемые для ТО и Р и т.п., а к внешним – природно-климатические; дорожные условия и др. Если внутренними факторами путем каких-либо воздействий (технических, технологических, организационных и др.) возможно управлять, то к внешним факторам можно лишь приспосабливаться, путем обоснованного подхода к той или иной ситуации. Таблица 2.1 – Конструктивные элементы и их параметры Конструктивный эле- мент автомобиля Количе- ство Конструктивный параметр Агрегат, система от 15 до 20 Кинематическая схема; степень подвижно- сти; структурная формула; вид соединения, пе- редач, опор и уплотнений и др. Узел, механизм от 70 до 90 Взаимное расположение деталей и узлов; присоединительные размеры, зазоры, люфты, ходы др. Деталь от 15 000 до 25 000 Размер и конфигурация; вид материала, прочность; качество и точность обработки по- верхности; характер взаимодействия и взаимно- го перемещения; электрическое, гидравлическое сопротивление и др. Основными постоянно действующими причинами изменения технического состояния автомобиля, его агрегатов и механизмов являются: изнашивание, пластические деформации и усталостные разрушения, коррозия, физико-химические и температурные изменения ма- териалов и деталей. 2.2.Виды износа. Процесс изнашивания возникает под действием трения, зависящего от материала и качества обработки поверхностей, смазки, нагрузки, скорости относительного перемещения поверхностей и теплового режима работы сопряжения. 15 Изнашивание - это процесс разрушения и отделения материала с поверхности детали и (или) накопления ее остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы деталей. Результат изнашивания, определяемый в установленных единицах, называется изно- сом, который может быть линейным, объемным, массовым. Интенсивность изнашивания - это относительные величины износа (отношение износа к пути трения или показателю, свя- занному с работой изделия, например километру пробега или часу работы автомобиля, чис- лу циклов и т.д.). Поверхности трения не являются абсолютно ровными; они обладают микронеровно- стями, величина которых зависит от точности обработки (точение – до 80 мкм, шлифование – от 2 до 20 мкм, полирование – от 0,8 до 1,3 мкм). При трении возникает взаимодействие микронеровностей трущихся поверхностей между собой и с абразивными частицами, по- павшими в смазку. Разрушение нескольких слоев микронеровностей приводит к макропо- вреждениям – изменениям формы поверхности, размеров и формы деталей. Изнашивание включает целый ряд физико-химических процессов. Происходит снятие тончайших слоев металла – микрорезание и смятие отдельных микронеровностей – пластическая и упругопластическая деформация. В результате многократного упругого деформирования микровыступов возникает усталость – образуются трещины и происходит выкрашивание поверхности. Взаимодействие микронеровностей при больших давлениях и скоростях вызывает выделение тепла. Высокие локальные температуры могут достигать значений, вызывающих изменение структуры металла и повышение его хрупкости, а также приводить к термическим трещинам и даже расплавлению. Одновременно происходит мо- лекулярное взаимодействие поверхностей, заключающееся в сращивании отдельных участ- ков контакта микронеровностей и в переносе частичек металла с одной поверхности на другую. Химическая активность поверхностей вызывает коррозию. Коррозия — процесс разрушения материалов вследствие физико-химического взаи- модействия с внешней средой. Коррозионные поражения металлов и сплавов являются следствием окислительно-восстановительных реакций, происходящих на границе металл – газовая или жидкая среда. Долговечность кузова автобуса и легкового автомобиля, напри- мер, во многом определяются его коррозионной стойкостью. Скорость изнашивания резко меняется в зависимости от коррозионной агрессивности среды. С целью управления процессом изнашивания деталей разработана классификация ви- дов изнашивания деталей в зависимости от ведущих процессов разрушения поверхностей 16 трения. Детали автомобилей подвержены практически всем видам изнашивания, которые делят на три основные группы: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно- механическое. Механическое изнашивание является результатом механических действий и вклю- чает резание, царапание, деформирование, отслаивание и выкрашивание микрообъемов ма- териала. Основными видами механического изнашивания деталей автомобилей являются: абразивное, гидро - и газоабразивное, гидро-, газо- и электроэрозионное, кавитационное, усталостное, и изнашивание при заедании. Абразивное изнашивание состоит в основном в режущем и царапающем действии на деталь твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Царапание заключается в образовании углублений на поверхности в направлении скольжения под воз- действием выступов сопряжений детали или свободных твердых частиц; при этом могут происходить многократная пластическая деформация и цикличное образование хрупкого слоя, который затем разрушается. Изменение структуры материала происходит из-за высокого местного нагрева, ударов, неравномерного изнашивания отдельных зерен металла и т. д. В подшипники с антифрик- ционным слоем абразивные частицы вдавливаются и при трении увеличивают износ со- пряженного вала. Абразивному изнашиванию в сочетании с другими видами подвержены практически все трущиеся детали автомобиля. Гидроабразивному изнашиванию, происходящему под действием твердых частиц, взвешенных в жидкости и перемещающихся относительно изнашивающейся детали, под- вержены водяные, топливные и масляные каналы, а также детали, смазываемые под давле- нием. При этом абразивными частицами являются не только частицы кварца (песка) и дру- гих соединений, попадающие на трущиеся поверхности снаружи, но и частицы нагара и продукты износа, образующиеся внутри агрегатов автомобиля. Газоабразивное изнашивание возникает под воздействием частиц, взвешенных в газе. Этому виду изнашивания подвержены впускные и выпускные системы автомобильных дви- гателей, а также наружные лакокрасочные покрытия кузовов автомобилей особенно при работе в запыленных условиях. Наибольший износ трущихся поверхностей деталей авто- мобиля вызывают частицы кварца, поэтому обеспечение чистоты воздуха и эксплуатацион- ных жидкостей, поступающих во внутренние полости агрегатов автомобиля, является важ- нейшим методом уменьшения интенсивности различных видов абразивного изнашивания. Кавитация представляет собой образование, а затем поглощение парогазовых пу- зырьков в движущейся по поверхности детали жидкости при определенных соотношениях 17 давлений и температур в переменных сечениях потока. Разрушение кавитационных пузырьков сопровождается гидравлическими ударами по поверхности детали и образо- ванием каверн (ямок), полостей. Примером кавитационного изнашивания являются кавер- ны, наблюдаемые на наружных поверхностях гильз цилиндров двигателя, на полостях во- дяных насосов. Изнашивание при фреттинге возникает при трении скольжения соприкасающихся де- талей при возвратно-поступательных перемещениях в условиях динамической нагрузки с малыми амплитудами. Такое изнашивание проявляется в заклепочных, болтовых, шлице- вых и шпоночных соединениях, рессорах. Усталостное изнашивание является механическим изнашиванием в результате уста- лостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхно- стного слоя детали. Усталостное разрушение проявляется в виде выкрашивания – отделе- ния частиц материала, приводящего к образованию ямок (питтинга) на поверхности трения. Следует также отметить, что на развитие питтинга большое влияние оказывает расклини- вающее действие масла (эффект акад. П. А. Ребиндера), заключающееся в разрушении по- верхностных слоев высоким давлением масла при затекании его в микротрещины. На по- верхностях, где возможен выход масла из усталостных трещин, питтинги практически не наблюдаются. Усталостное разрушение имеет место на поверхностях кулачков и зубьев шестерен, в подшипниках качения трансмиссии, в антифрикционном слое вкладышей под- шипников коленчатого вала двигателя. Трение потоков жидкостей и газов о поверхности деталей вызывает их эрозионное и кавитационное изнашивание. Эрозионное изнашивание является механическим видом из- нашивания в результате воздействия на поверхность детали потока жидкости – гидроэрози- онное изнашивание – или газа – газоэрозионное изнашивание. Гидро- и газоэрозионное из- нашивания представляют собой процесс вымывания и вырыва отдельных микрообъемов материала. Топливная аппаратура дизелей, жиклеры карбюратора, клапаны газораспреде- ления двигателей подвержены эрозионному изнашиванию. Электроэрозионное изнашивание является видом эрозионного изнашивания по- верхности в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока. Этому виду изнашивания подвержены контакты прерывателя и свечей системы зажигания автомо- бильного карбюраторного двигателя. На износ некоторых деталей, особенно выполненных из одинаковых материалов, большое влияние оказывает явление местного соединения в местах контакта, происходящее вследствие действия молекулярных сил – молекулярно-механическое изнашивание. При 18 этом происходит перенос материала, так как материал одной детали, соединившись с мате- риалом другой сопряженной детали, отрывается от первой и остается на поверхности вто- рой детали. Процесс возникновения и развития повреждений поверхностей трения вследст- вие схватывания и переноса материала называют заеданием или схватыванием. Схватыванием рабочих поверхностей, таким образом, является изнашивание в ре- зультате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной поверхно- сти трения на другую и воздействия возникших неровностей на сопряженную поверхность. Изнашивание при схватывании рабочих поверхностей определяется свойствами мате- риалов, трущихся деталей и зависит от скорости скольжения поверхностей, а также от тем- пературы. Для деталей автомобиля, когда материал трущихся деталей подобран правильно, схватывание поверхностей может быть вызвано в основном повышением температуры при сухом трении и определяется налипанием и переносом частиц размягченного и даже рас- плавленного металла. Схватывание рабочих поверхностей может завершаться прекращени- ем относительного движения деталей и вызывать их задир – повреждение поверхностей трения в виде широких и глубоких борозд в направлении скольжения. Такое явление может произойти при отказах систем охлаждения и смазки автомобильных двигателей заедание и, как следствие, наблюдаться задиры поршневых колец, поршней, гильз цилиндров, корен- ных и шатунных подшипников. Коррозионно-механическое изнашивание является результатом механического воз- действия, сопровождаемого химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Для деталей автомобиля коррозия при трении в основном связана с окислением ма- териала поверхностей деталей, т. е. ведущее значение имеет окислительное изнашивание, при котором основное влияние на изнашивание имеет химическая реакция материала с ки- слородом или окисляющей окружающей средой. При окислительном изнашивании кислород воздуха или растворенный в масле об- разует на металле окисную пленку, которая механически удаляется при трении. Затем про- цесс повторяется. Пластическая деформация поверхностных слоев усиливает окисление. Изнашивание в условиях агрессивного действия жидкой среды имеет аналогичный механизм, однако плен- ки, как правило, малостойки при трении и скорость процесса резко возрастает. Следует от- метить, что пленки окислов и других соединений из-за неметаллической природы не спо- собны к схватыванию. Это используют при разработке противозадирных присадок к мас- лам – образующиеся достаточно стойкие к стиранию пленки исключают молекулярное схватывание поверхностей. Долговечность, например, основных деталей цилиндропоршне- 19 вой группы двигателя ограничивается коррозионно-механическим износом, возникающим вследствие выделения в цилиндрах из продуктов сгорания сернистой, серной, угольной, азотной и других кислот. Изнашивание при фреттинг- коррозии наблюдается в том случае, когда изнашивание при фреттинге сопровождается агрессивным воздействием среды. Такое изнашивание мо- жет происходить в местах контакта вкладыша шеек коленчатого вала, постели в картере и крышке. Пластические деформации и разрушения. Такие повреждения связаны с достиже- нием или превышением пределов текучести или прочности соответственно у вязких (сталь) или хрупких (чугун) материалов. Обычно этот вид разрушений является следствием либо ошибок при расчетах, либо нарушений правил эксплуатации (перегрузки, неправиль- ное управление автомобилем, дорожно-транспортные происшествия и т.п.). Иногда пла- стическим деформациям или разрушениям предшествует механическое изнашивание, при- водящее к изменению геометрических размеров и сокращению запасов прочности детали. Усталостные разрушения. Этот вид разрушений возникает при циклическом прило- жении нагрузок, превышающих предел выносливости металла детали. При этом происходят постепенное накопление и рост усталостных трещин, приводящие при определенном числе циклов нагружения к усталостному разрушению деталей. Совершенствование методов рас- чета и технологии изготовления автомобилей (повышение качества металла и точности из- готовления, исключение концентраторов напряжения) привело к значительному сокраще- нию случаев усталостного разрушения деталей. Как правило, оно наблюдается в экстре- мальных условиях эксплуатации (длительные перегрузки, низкие или высокие температу- ры) в рессорах, полуосях, рамах. Старение. Техническое состояние деталей и эксплуатационных материалов изменяет- ся под действием внешней среды. Так, резинотехнические изделия теряют прочность и эла- стичность в результате окисления, термического воздействия (разогрев или охлаждение), химического воздействия масла, топлива и жидкостей, а также солнечной радиации и влажности. В процессе эксплуатации свойства смазочных материалов и эксплуатационных жидкостей ухудшаются в результате накопления в них продуктов износа, изменения вязко- сти и потери свойств присадок. Детали и материалы изменяются не только при их использовании, но и при хранении: снижаются прочность и эластичность, например, резинотехнических изделий; у топлива, смазочных материалов и жидкостей наблюдаются процессы, сопровождаемые выпадением осадков. 20 Техническое состояние основной доли деталей автомобилей лимитируется износом его рабочих поверхностей (рисунок 2.1). При этом интенсивность изнашивания, являющая- ся отношением величины износа к наработке зависит от различных факторов. Поэтому обеспечение износостойкости рабочих поверхностей деталей требует различных мероприя- тий как на стадиях проектирования и изготовления автомобилей, так и при эксплуатации. Величина износа детали увеличивается в течение всего пробега (L, тыс. км) автомо- биля до предельного состояния детали, но интенсивность изнашивания (υ И , мм/1000 км) различна на разных этапах работы (рисунок 2.1). Детали после сборки сопрягаются по вы- ступам микронеровностей, образовавшихся при изготовлении. Размеры деталей в пределах заданных чертежом завода-изготовителя допусков имеют отклонения, что приводит к мак- ронеровностям деталей – овальности, конусности, неплоскостности и т. д. Фактическая площадь контакта трущихся деталей в начальный период мала, поэтому происходит их приработка (рисунок 2.1, Ι). Период установившегося изнашивания (рисунок 2.1, ΙΙ) харак- теризуется постоянной интенсивностью υ И (L) = const и, следовательно, линейно – возрас- тающей прямой или близкой к ней кривой износа И при постоянном угле наклона α прямой на графике. Этот период, составляющий для различных деталей от 60 до 500 тыс. км пробе- га автомобиля, характеризуется стабильностью рабочих процессов, при котором происхо- дят постепенное накопление напряжений и изменение размеров и формы детали. В процессе эксплуатации износ рабочих поверхностей увеличивает зазоры в сопряже- ниях деталей, что приводит к ухудшению условий смазывания, повышению динамических, ударных нагрузок; разрушению специально обработанных износостойких поверхностных слоев. В результате интенсивность изнашивания повышается, что приводит к периоду ава- рийного изнашивания (рисунок 2.1, ΙΙΙ). 21 υ И – интенсивность изнашивания, мм/1000 км; И – износ, мм; υ И (L) – зависимость ин- тенсивности изнашивания детали от наработки; И(L) – зависимость износа детали от нара- ботки; И пр – величина предельного износа детали; α – угол, характеризующий изменение величины интенсивности изнашивания детали; Ι – период снижающегося изнашивания де- тали (период приработки); ΙΙ – период установившегося изнашивания детали (период га- рантийной эксплуатации); ΙΙΙ – период увеличивающегося (аварийного) изнашивания дета- ли (период пост гарантийной эксплуатации). Рисунок 2.1 – Зависимость износа и интенсивности изнашивания детали от пробега автомобиля 2.3.Вопросы для самоконтроля. 1. Базовые понятия по техническому обслуживанию и ремонту автомобилей 2. Понятие отказа в ТЭА. Классификация отказов 3. Место ТЭА в транспортном процессе 4. Механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое из- нашивание как причины изменения технического состояния автомобилей 5. Эрозионное и кавитационное изнашивание как причины изменения технического состояния автомобилей 6. Основные постоянно действующие причины изменения технического состояния автомобилей 7. Влияние условий эксплуатации на техническое состояние автомобиля 22 2.4.Задания для практики. 1.Перечислите основные закономерности изменения технического состояния элементов автомобиля 2.Раскройте основные характеристики случайных величин 3.Расскажите об области применения нормального и экспоненциального законов в технической эксплуатации автомобилей 4.Приведите примеры изменения технического состояния отдельных элементов авто- мобиля 2.5.Глоссарий по теме 2. Изнашивание - это процесс разрушения и отделения материала с поверхности детали и (или) накопления ее остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы деталей. Коррозия— процесс разрушения материалов вследствие физико-химического взаи- модействия с внешней средой Приработка – это процесс изменения геометрии поверхностей трения и физико- механических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения 2.6.Использованные информационные ресурсы. 1.Киселенко, А. Н. Управление техническим состоянием автотранспортных средств в регионе [Текст] / А. Н. Киселенко, П. А. Малащук ; отв. ред. А. А. Лопарев ; Коми НЦ Ур О РА Н , Ин-т биологии. – Сыктывкар : [б. и.], 2010. – 128 с. 2.Круглов, С. М. Все о легковом автомобиле: Устройство, обслуживание, ремонт и во- ждение [Текст] : справочник / С. М. Круглов. – 2-е изд., стереотип. – Москва : Высш. шк. ; Москва : Академия, 2000. – 540 с. 2.7.Список сокращений. ТО – техническое обслуживание КР – капитальный ремонт ТЭА – техническая эксплуатация автомобилей |