автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Методика прогнозирования работоспособности сцеплений автотранспортных средств

На правах(рукописи

МЕЛЬНИКОВ Алексей Николаевич

МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ СЦЕПЛЕНИЙ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург - 2003

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет"

Научный руководитель кандидат технических наук,

профессор Апсин Виталий Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Карагодин Виктор Иванович

кандидат технических наук Калимуллин Руслан Флюрович

Ведущая организация Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта (НИИАТ)»

Защита диссертации состоится « » ^¿¿¿Я/У 2003 г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.181.02 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Оренбургский государственный университет" по адресу: 460352, г. Оренбург, пр. Победы, 13, ауд. 6205

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ОГУ

Автореферат разослан » 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

щ

Г Рассоха В.И.

\o-jjZ

3

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Обеспечение надежности и конкурентоспособности современных автотранспортных средств требует как должного конструктивного исполнения, так и научно обоснованной стратегии поддержания их работоспособности. Реализация этой стратегии во многом определяется использованием соответствующих технологий, в том числе методов и средств технической диагностики.

Совершенствование последних позволяет обеспечивать безопасность автотранспортных средств (АТС), повысить долговечность их составных частей, сократить простои в ремонте, расход запасных частей и горюче-смазочных материалов.

В автомобильном парке России существенная доля подвижного состава зарубежного производства. Многие аспекты его технического обслуживания и ремонта как составной части стратегии поддержания работоспособности представляют собой сложную технико-экономическую проблему. Поэтому работа, направленная на обоснование нормативных показателей, новых методов, средств и алгоритмов диагностирования, обеспечивающих реализацию наиболее целесообразных технологических и организационных принципов в практике эксплуатации АТС, является актуальной.

Цель исследования: повышение эффективности эксплуатации АТС на основе использования методики диагностирования и прогнозирования работоспособности системы сцепления и ее составных частей.

Объект исследования: система сцепления АТС.

Предмет исследования: процессы старения и восстановления составных частей сцепления.

Задачи исследования:

1)Параметрическая оценка технического состояния сцеплений АТС, находящихся в эксплуатации.

2) Теоретическое обоснование и разработка методики прогнозирования работоспособности сцепления и его составных частей.

3) Экспериментальная проверка результатов теоретического исследования и результатов прогнозирования.

4) Обоснование стратегии поддержания работоспособности составных частей системы сцепления.

Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и разработке (на примере сцеплен!<я~а:

БИБЛИОТЕКА

- математических моделей формирования и оценки потенциала работоспособности, учитывающего одновременно протекающие процессы старения и восстановления работоспособности технических систем;

- методики прогнозирования наработки;

- режимов технического обслуживания;

- алгоритма принятия решения по результатам диагностирования. Практическая ценность работы. Практическое использование результатов проведенного исследования позволяет повысить эффективность эксплуатации АТС за счет сокращения длительности пребывания в ремонте (либо его ожидании); повышения доремонтного и межремонтного сроков службы; снижения затрат на поддержание работоспособности в условиях автотранспортных предприятий.

Реализация работы. Результаты выполненной работы используются в технологическом процессе диагностирования автобусов «Auto-san» на МУППА-1 города Оренбурга, а также в учебном процессе Оренбургского государственного университета при подготовке инженеров-механиков по специальностям 150200 и 230100.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались и получили одобрение на региональной конференции молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1998 г.); четвертой Российской научно-технической конференции «Прогрессивные методы эксплуатации и ремонта транспортных средств» (Оренбург, 1999 г.); региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбуржья (Оренбург, 2000 г.); международной научно-практической конференции «Учебная, научно-производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях» (Оренбург, 2001 г.); пятой Российской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (Оренбург, 2002 г.); на научно-практических семинарах кафедр технической эксплуатации и ремонта автомобилей и автомобильного транспорта ОГУ.

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов, изложенных на 126 страницах машинописного текста, включая 14 рисунков и 17 таблиц. Список использованных источников включает 106 наименований. Приложения оформлены на 19 страницах.

Положения, выносимые на защиту:

1 )Математические модели процессов старения и восстановления составных частей системы сцепления.

2)Методика диагностирования составных частей системы сцепления.

3)Методика прогнозирования ресурса составных частей системы

сцепления.

4)Алгоритм принятия решения по результатам диагностирования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы.

В первой главе произведен анализ состояния вопроса, обоснована актуальность темы диссертации, определены цель, объект, предмет, задачи и общая методика исследования.

Оценка результатов теоретических и экспериментальных исследований отечественных и зарубежных ученых в области проектирования систем поддержания работоспособности АТС и их составных частей и проведенный анализ известных источников показали, что разработанные теоретические основы имеют несомненную фундаментальную и практическую значимость. Однако требования постиндустриальной экономики и сложившаяся инфраструктура автотранспортного комплекса обнаруживают ряд нерешенных вопросов, к которым относятся:

1) Неопределенность (а в ряде случаев и необоснованность) рекомендуемых методов и средств диагностирования АТС и их составных частей, что не отвечает требованиям адаптации сложившейся инфраструктуры поддержания работоспособности АТС условиям рыночной экономики. Это относится к системам и механизмам, определяющим безопасность движения, и особенно актуально для оценки технического состояния транспортных средств зарубежного производства. Так, для систем сцеплений отсутствуют диагностические показатели, нормативы и методы количественной оценки их технического состояния.

2) Конструктивное несовершенство технических систем, в частности, неприспособленность конструкции гидропривода выключения сцепления к проведению диагностических воздействий и использованию рекомендуемых методов диагностирования гидроприводов.

3) Отсутствие методик прогнозирования ресурса сцеплений, в достаточной степени учитывающих одновременно протекающие процессы

старения и восстановления, с научным обоснованием системы поддержания работоспособности.

В качестве объекта исследования выбрана система сцепления автобуса «А^овап». В системе выделены три подсистемы: механическая часть (сцепление), гидравлическая часть (гидропривод выключения сцепления), пневматическая часть (пневмоусилитель привода выключения сцепления).

Во второй главе представлено теоретическое обоснование методики прогнозирования работоспособности сцепления и его составных частей.

В основу теоретического обоснования методики исследования положен метод имитационного моделирования одновременно протекающих процессов старения и восстановления систем.

Общий процесс старения системы как результат совокупного воздействия всех факторов, порождающих разрушающие процессы (изнашивание, коррозия, деформация и др.), может быть представлен одним комплексным показателем - у. Тогда величина <1у/<Й - скорость процесса старения. В соответствии с этим основное уравнение старения имеет вид:

где <p(t) - функция затухания, характеризующая процесс старения системы; t - наработка; Т^+<х> - абсолютное время жизни системы. Множество решений y(t,c) уравнения (1) имеет вид:

где <р(и) - функция затухания в момент проведения ремонтного воздействия; с — постоянная, характеризующая особенности конструктивно-технологического обеспечения работоспособности системы.

Графики функций y(t,c) при с>0, 0sr<7~ называются линиями старения и обладают следующими свойствами: y(t,c)>0 на интервале [0,Т); у(0;с)=с; функции y(t,c) являются монотонно убывающими на интервале [0,Т); lim y{t,c) = 0 .

Для практической реализации функционала (2) предложено ис-

-j- + <p{t)y = 0, 0 <t<T, at

(1)

(2)

1-+Т

пользовать понятие потенциала работоспособности (ПР) IJ(t), под которым понимается возможная работоспособность системы в момент времени t. Этот показатель характеризует одновременно протекающие процессы старения и восстановления «средней» системы (АТС).

В общем случае изменение ПР описывается формирующей функцией потенциала работоспособности F(t) (закономерность старения):

т = Я<;1) = ехр|- • (3)

Если рассматриваемая система не подвергается ремонтным воздействиям, ПР представляется в виде:

n(t)=n„F(t), 0<t<T, (4)

где П0 - ПР новой системы.

Процесс восстановления моделируется как случайный процесс -последовательность ремонтных воздействий, которая на временном промежутке (0,t) описывается распределением Пуассона.

С учетом этого математическое ожидание П{/) имеет вид:

n(t)=n0F(t)+Ank '&L, (5)

где П к - математическое ожидание скачка ПР в результате проведения ремонтных воздействий; F(u) - значение формирующей функции ПР в момент проведения ремонтного воздействия; X - значение интенсивности потока ремонтных воздействий.

Дисперсия потенциала работоспособности D(Tl(t)) имеет вид:

du, (6)

где га2 - второй статистический момент скачка ПР в результате проведения ремонтных воздействий.

В общем случае ПР представлен зависимостью

n{t)=naKm{t)+nnac, (7)

где Яшт(/) - активная (изменяемая) часть ПР; Ппас - пассивная (неизменяемая) часть ПР;

Восстановление значения активной части ПР направлено на обеспечение работоспособности в процессе эксплуатации.

Имитационная модель (5) оценивает состояние системы в отно- ^

сительных единицах (например, в процентах). Для практического использования в целях реализации сложившихся методов и средств диагностирования технического состояния объектов и прогнозирования их ^ возможных наработок показатель /7(/) рекомендуется представлять в виде обобщенных (натуральных) показателей. Так как сложные системы характеризуются большим количеством параметров, то предложено использовать ограниченное количество параметров, между значениями которых и состоянием системы существует тесная корреляционная или регрессионная взаимосвязь. С учетом этого ПР системы представляется как сумма ПР входящих в нее подсистем, что является свойством аддитивности ПР:

m-i&bM (в)

«=1 с

где с - весовая характеристика основной системы; с(т) - весовая характеристика гп-й подсистемы; fJm(t) - ПР ш-й составной части; М- количество составных частей.

Исследования показали, что работоспособность системы сцепления обусловлена надежностью механической, гидравлической и пневматической подсистем.

На основании разработанных теоретических предпосылок получены уравнения для оценки ПР составных частей сцепления.

Установлено, что диагностическим параметром механической части (рисунок 1) служит величина свободного хода рычага выключения сцепления.

Рисунок 1 - Схема сцепления автобуса «Autosan»

1 - маховик; 2 - ведомый диск; 3 - нажимной диск; 4 - отжимной рычаг; 5 - муфта выключения сцепления; б - рычаг выключения сцепления

Значение выбранного диагностического параметра определяется зависимостью:

= -|([Я0 -Я(0]+[Ло -MOl+h - ко])}. (9)

где Н0, h0, r0, So - значения параметров H, h, г, S в начальный момент времени; H(t), h(t), r(t) - значения параметров H, h, г при наработке t; a, b - плечи рычага выключения сцепления 6; с, d - плечи отжимного рычага 4.

Принято далее: Lce(t) - значение свободного хода рычага выключения сцепления 6 в момент t; L°ca - начальное значение параметра Z-cfd - предельное значение параметра Ьсл.

Для оценки Пк] (п) скачка ПР механической части в натуральных

единицах получено выражение:

nk|(n )=iTd-£".

(Ю)

Выражение (10) представляет активную составляющую начального ПР механической части Поакт^п)^!"^".

С учетом выражения (5) скачок ПР в результате ремонтного воздействия в момент 1к имеет вид:

Пк1=А(0 )А1?£\ (11)

где А(0)- коэффициент приведения ПР к безразмерной форме.

Приняв формирующую функцию ПР в виде Р(1)=е"а|, 0<Коо, получим выражение для определения ПР механической части:

Я] (/) = 1000

где - значение интенсивности потока ремонтных воздействий механической части; а1 - параметр формирующей функции ПР механической части.

Диагностическим параметром гидравлической части принято значение падения усилия ДР на штоке рабочего цилиндра.

С учетом того, что значение ДР изменяется во времени ^ принято: ДРо - начальное значение параметра ДР; ДР„р - предельное значение параметра ДР.

Для оценки Пкз(п) скачка ПР гидравлической части в натуральных единицах получено выражение:

Пк2(п)=ДР„р-ДР0. (13)

Выражение (13) представляет активную составляющую начального ПР гидравлической части Поакт2(п).

С учетом выражения (5) скачок ПР в результате ремонтного воздействия в момент ^ имеет вид:

Пк2=А(0)(ДРпр-ДР0). (14)

Приняв формирующую функцию ПР в виде Р(1)=е"а', 0<Коо, получим выражение для определения ПР гидравлической части:

+ А _ е-Щ!)

<0Г,

(12)

где А.2 - значение интенсивности потока ремонтных воздействий гид-, равлической части; а2 - параметр формирующей функции ПР гидравлической части.

Диагностическим параметром пневматической части принято значение падения давления Др в отсеченном объеме пневмоусилителя привода выключения сцепления.

С учетом того, что значение Др изменяется во времени I, принято: Др0 - начальное значение параметра Др; Др„р - предельное значение параметра Ар.

Для оценки Пкз(п) скачка ПР пневматической части в натуральных единицах получено выражение:

Выражение (16) представляет активную составляющую начального ПР пневматической части П0актз(п).

С учетом выражения (5) скачок ПР в результате ремонтного воздействия в момент ^ имеет вид:

Приняв формирующую функцию ПР в виде Р(0=е"а1, ОйКоо, получим выражение для определения ПР пневматической части:

где Хз — интенсивность потока ремонтных воздействий пневматической части; а3 - параметр формирующей функции ПР пневматической части.

Выражения (12), (15), (18) использованы для определения прогнозных наработок на отказ соответственно механической (/Д гидравлической (г2) и пневматической (/3) частей. Для этого определены предельные значения ПР составных частей системы сцепления и установлены зависимости значений прогнозных наработок на отказ /,• со-

пк3(п)=дРпР-Аро.

(16)

Пкз =А(0)(Дрпр-Дро).

(17)

ставных частей от их ПР.

В основу определения периодичности 1д диагностирования составных частей системы сцепления положен экономико-вероятностный метод определения периодичности диагностирования по совокупности реализаций диагностического параметра. Метод основан на оптимизации целевой функции С^1д,8у) затрат:

где Q(l¡),Sy) - вероятность отказов; Сав — стоимость аварийного ремонта; Спр - стоимость предупредительного ремонта; сд - стоимость диагностирования; k(ld,Sy) - среднее число диагностирований до восстановления.

В главе подробно представлены методы решения (19) и результаты установления /¿.

В третьей главе изложены общая и частные методики экспериментального исследования работоспособности объекта исследования для оценки адекватности проведенных теоретических разработок.

Общая методика проведения экспериментального исследования включает в себя: установление репрезентативного объема выборки и количества измерений диагностических параметров; разработку программы экспериментальных эксплуатационных наблюдений; разработку частных методик проведения экспериментальных исследований; статистическую обработку полученных результатов.

Исследование работоспособности сцеплений автобусов «Autosan», измерение значений диагностических параметров проводилось в ходе эксплуатационных наблюдений на базе Муниципального унитарного предприятия пассажирского автотранспорта №1 г. Оренбурга.

Для измерения диагностических параметров использованы общепринятые и специально разработанные средства технического диагностирования. Для измерения падения усилия на штоке рабочего цилиндра разработано приспособление, позволяющее оценивать падение усилия на штоке рабочего цилиндра во времени. Тарировка прибора произведена на нагрузочной машине по стандартным методикам.

Диагностирование пневматической части производится газовым манометрическим компрессионным методом по ГОСТ 29014-91.

Результаты экспериментального исследования работоспособности

системы сцепления автобуса «Autosan» обработаны по стандартным методикам статистической обработки.

Предельные значения диагностических параметров определены с использованием показателей теоретического закона их распределения (по методике JI.B. Мирошникова). Допустимый диапазон рассеивания диагностического параметра DR для нормального закона распределения при его одностороннем ограничении составляет:

DR=[SCP +JDS ] при Ао,85 и DR=[Scp+l,7 -JDS ] при А0,95, (20)

где Scp - математическое ожидание значений диагностического параметра исправного АТС; Ds — дисперсия значений диагностического параметра исправного АТС; A0,8s - предел рассеяния значений диагностического параметра при вероятности возникновения ошибки первого рода Р<0,85; А0,95 - предел рассеяния значений диагностического параметра при вероятности возникновения ошибки второго рода Р>0,95.

В четвертой главе изложены результаты экспериментальных исследований, позволяющие установить зависимости изменения диагностических параметров составных частей системы сцепления от наработки (представленные на рисунках 2...4) и осуществить проверку методики прогнозирования работоспособности сцепления.

_Наработка, км_

| ♦ Экспериментальные данные — Аппроксимирующая функция]

Рисунок 2 - Зависимость величины свободного хода рычага выключения сцепления от наработки

Наработка, км

♦ Экспериментальные значения "Аппроксимирующая функция

Рисунок 3 - Зависимость изменения усилия на штоке рабочего цилиндра от наработки

О 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 Наработка, км

♦ Экспериментальные значения ^—Аппроксимирующая функция

Рисунок 4 - Зависимость изменения давления воздуха в пневмоусилителе от наработки

По результатам экспериментальных исследований определены предельные значения диагностических параметров - свободного хода рычага выключения сцепления (от 19,9 до 24,1 мм) и падения усилия на штоке рабочего цилиндра (от 111,1 до 112,7 Н/мин).

На основании полученных в ходе эксперимента данных проведена оценка адекватности математических моделей процессов старения и восстановления составных частей сцепления, установлены их потенциалы работоспособности.

Потенциал работоспособности механической части сцепления описывается выражением:

Я1(0 = 22035,4 - 21035,4е0'00387' , откуда ¿>12000 км. (21)

Потенциал работоспособности гидропривода выключения сцепления имеет вид:

Иг(0 = 3180,031-2180,031е0-0684', откуда /¡"=4300 км. (22)

Потенциал работоспособности пневмоусилителя привода выключения сцепления имеет вид:

Яз(/) = Ю470,2519е"°'0П947'-9470,2519, откуда ^=7000 км. (23)

Полученные результаты использованы для построения системы поддержания работоспособности сцепления, включающей в себя прогнозирование ресурса составных частей сцепления, определение периодичности их диагностирования, принятие решения по результатам диагностирования.

Определена периодичность диагностирования составных частей сцепления. Графики диагностирования представлены на рисунке 5.

О) & (ЪО) РАЙ ,

1800 3200 3500 3600 5400 6400 7000 Наработка, км

Рисунок 5 - Схема моментов диагностирования составных частей сцепления

©0®

- моменты диагностирования соответственно гидравлической, пневматической и механической частей

В основе принятия решения по формированию оптимальной стратегии поддержания работоспособности системы сцепления использована целевая функция 8* согласно выражению (24):

е, е, еу-1 СТ .. \ гг е,-1

5* +£<;,.

/=1 /=1 ;=1

+ —¿(тахф-ятп в; (24)

^общ^а |"=1 е.

где а, - величина потерь, вызванных простоем в ремонте, руб./час;

е1

- время простоя в ремонте при совмещении работ по ТО и ре-

/=1

монту узлов системы сцепления, ч.; - количество одновременно обслуживаемых элементов; а2 — тарифная ставка с учетом разряда работ

е1

и начислений, руб./час; ^'Ь, - трудоемкость работ при совмещении

г=1

работ по ТО и ремонту узлов системы сцепления, чел.-ч.; С,- - стоимость ьго элемента, руб.; щ — наработка ¿-го элемента с начала эксплуатации, км.; Д - доход от эксплуатации АТС за весь срок эксплуатации, руб.; Ьобщ - общий пробег АТС, км; С„ - стоимость АТС, руб.

Общая экономическая оценка принятого решения базируется на трех основных показателях - стоимости, времени обслуживания и качестве обслуживания.

На основании полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований с использованием критерия (24) разработана структура системы поддержания работоспособности сцепления, представленная на рисунке 6.

Рисунок 6 - Структура системы поддержания работоспособности сцепления

i

Принятие решения о характере технического воздействия на составные части сцепления производится по результатам диагностирования по критерию (24).

Общие выводы и рекомендации

I

1. Обобщение результатов выполненных ранее теоретических и экспериментальных исследований показало, что при разработке систем поддержания работоспособности составных частей АТС необходимо учитывать одновременно протекающие процессы старения и восстановления.

В ходе анализа теоретических и экспериментальных исследований |

работоспособности сцеплений установлено, что 57% отказов элемен- i

тов трансмиссии приходится на сцепление. При этом из всех отказов системы сцепления 40% приходится на механическую часть, 35 % - на гидравлическую часть и 25% - на пневматическую. ^

2. В качестве диагностических параметров системы сцепления допустимо использовать: механической части сцепления - свободный ход рычага выключения сцепления; гидравлической части - падение усилия на штоке рабочего цилиндра; пневматической части - падение давления воздуха в пневмоусилителе. Экспериментально установленные предельные значения величин (на примере автобуса «Аи^вап») составили: свободного хода рычага выключения сцепления (22±2,1 мм); падения усилия на штоке рабочего цилиндра (111,9±0,8 Н/мин). Указанные параметры рекомендуется использовать как при разработке эксплуатационной документации на этапе проектирования составных частей АТС, так и при корректировке действующих технических условий на проведение диагностических работ.

3. Разработанная методика прогнозирования работоспособности, основанная на имитационном моделировании одновременно протекающих процессов старения и восстановления составных частей системы сцепления, позволяет определять их прогнозные наработки в процессе эксплуатации АТС. Имитационные модели могут быть адаптированы для использования в прогнозировании работоспособности различных сопряжений, механизмов и агрегатов АТС.

4. Предложенный метод обобщенных параметров формирования потенциала работоспособности в натуральных единицах позволяет научно обосновать стратегию формирования комплекса технической диагностики АТС.

5. Оценка адекватности результатов прогнозирования в условиях действующего автотранспортного предприятия подтвердила эффективность использования теоретических разработок. Оптимальные значения периодов диагностирования составных частей системы сцепления автобуса «АиЮвап» составили: для гидравлической части - 2000 км; для пневматической и механической частей - 4000 км.

При обосновании режимов проведения диагностических работ рекомендуется использовать экономико-вероятностный метод определения периодичности диагностирования по совокупности реализаций диагностического параметра.

6. Разработанный алгоритм принятия решения по результатам диагностирования позволяет производить совмещение работ по диагностированию и ремонту элементов системы сцепления на основании использования технико-экономического критерия.

7. Внедрение разработанного алгоритма принятия решения по ре-

зультатам диагностирования предполагает получение экономического эффекта в объеме 22,4 тыс. руб. в год для парка автобусов МУППА-1.

Основные положения диссертации и результаты исследований опубликованы в следующих печатных трудах:

1. Мельников А.Н. Обоснование стратегии поддержания работоспособности двигателей КамАЗ-740 / Тез. докл. регион, конф. молодых ученых и специалистов (часть III). - Оренбург: ИЦ ОГАУ, 1998. -С.123-124.

2. Мельников А.Н. Прибор для диагностирования гидравлического привода сцепления. - Информ. листок № 50-047-01 ГРНТИ 81.83.19.

3. Мельников А.Н., Бондаренко В.А. Оценка потенциала работоспособности сцепления / Прогрессивные методы эксплуатации и ремонта транспортных средств: Тез. докл. четвертой Российской НТК. -Оренбург: ИПК ОГУ, 1999. - С. 106-109.

4. Мельников А.Н. Оценка технического состояния пневмоусилителя привода сцепления автобуса «Autosan» / Тез. докл. регион. НПК молодых ученых и специалистов Оренбуржья. - Оренбург: ИПК ОГУ,

2000. - С. 62-63.

5. Мельников А.Н., Хасанов Р.Х. Оценка технического состояния гидропривода автобуса «Autosan» / Учебная, научно-производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях: Материалы международной НПК. - Оренбург: ИПК ОГУ,

2001.-С. 223-224.

6. Мельников А.Н. Результаты экспериментального исследования надежности сцепления автобуса «Autosan» / Прогрессивные технологии в транспортных системах: Сб. докл. пятой Российской НТК. Часть 2. - Оренбург: ИПК ОГУ, 2002. - С. 38-44.

7. Мельников А.Н. Методика прогнозирования работоспособности сцеплений автомобилей // Вестник Оренбургского государственного университета. 2003. - № 2. - С. 157-162.

Лицензия № ЛР020716 от 02.11.98.

Подписано в печать 16.05.03. Формат 60x84 '/8. Бумага писчая. Усл.печ. листов 1. Тираж 100. Заказ 46.

РИК ГОУ ОГУ 460352, г. Оренбург, ГСП, пр. Победы 13, Государственное образовательное учреждение «Оренбургский государственный университет»

2.оот-А •10792

Введение

ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследования

1.1 Анализ научных исследований, посвященных диагностированию технического состояния и прогнозированию работоспособности автомобилей

1.1.1 Общие вопросы старения и восстановления машин

1.1.2 Состояние и проблемы диагностирования автомобилей и их составных частей

1.1.3 Состояние и проблемы прогнозирования работоспособности автомобилей и их составных частей

1.2 Анализ научных исследований по оценке работоспособности систем сцепления и методов их диагностирования

1.2.1 Оценка работоспособности сцеплений

1.2.2 Оценка работоспособности привода выключения сцепления

1.3 Задачи, объект и предмет исследования

1.4 Общая методика исследования

ГЛАВА 2 Теоретическое обоснование методики прогнозирования работоспособности сцеплений автомобилей

2.1 Обоснование метода моделирования одновременно протекающих процессов старения и восстановления

2.2 Формирование математической модели старения и восстановления системы сцепления

2.2.1 Формирование математической модели старения и восстановления механической части сцепления

2.2.2 Формирование математической модели старения и восстановления гидравлической части сцепления

2.2.3 Формирование математической модели старения и восстановления пневматической части сцепления

2.3 Выводы

ГЛАВА 3 Методика экспериментального исследования работоспособности системы сцепления

3.1 Постановка задачи

3.2 Частные методики проведения экспериментального исследования

3.2.1 Методика оценки работоспособности механической части системы сцепления

3.2.2 Методика оценки работоспособности гидравлической части системы сцепления

3.2.3 Методика оценки работоспособности пневматической части системы сцепления

3.3 Методика обработки статистической информации, оценки точности и достоверности результатов диагностирования

3.4 Методика определения предельного значения диагностического параметра

3.5 Методика определения оптимальной периодичности диагностирования

ГЛАВА 4 Результаты экспериментальной проверки методики прогнозирования и обоснования стратегии поддержания работоспособности сцепления

4.1 Установление предельных значений диагностических параметров

4.1.1 Определение предельного значения величины свободного хода рычага выключения сцепления

4.1.2 Определение предельного значения падения усилия на штоке рабочего цилиндра привода выключения сцепления

4.1.3 Определение предельного значения падения давления в пневмоусилителе привода выключения сцепления

4.2 Установление зависимостей по оценке потенциала работоспособности составных частей системы сцепления

4.2.1 Установление модели потенциала работоспособности механической части сцепления

4.2.2 Установление модели потенциала работоспособности гидравлической части сцепления

4.2.2 Установление модели потенциала работоспособности пневматической части сцепления

4.3 Установление оптимальной периодичности диагностирования

4.4 Разработка алгоритма принятия решения по результатам диагностирования

Актуальность работы. Обеспечение надежности и конкурентоспособности современных автотранспортных средств требует как должного конструктивного исполнения, так и научно обоснованной стратегии поддержания их работоспособности. Реализация этой стратегии во многом определяется использованием соответствующих технологий, в том числе методов и средств технической диагностики.

Совершенствование последних позволяет обеспечивать безопасность транспортных средств, повысить долговечность составных частей автомобилей, сократить простои в ремонте, расход запасных частей и горюче-смазочных материалов.

В автомобильном парке России существенная доля подвижного состава зарубежного производства. Многие аспекты их технического обслуживания и ремонта, как составной части стратегии поддержания работоспособности, представляют собой сложную технико-экономическую проблему. Решение ее требует обоснования нормативных показателей, новых методов, средств и алгоритмов диагностирования, обеспечивающих реализацию наиболее целесообразных технологических и организационных принципов в практике эксплуатации автотранспортных средств.

Цель исследования: повышение эффективности эксплуатации транспортных средств на основе использования методики диагностирования и прогнозирования работоспособности системы сцепления и ее составных частей.

Объект исследования: система сцепления автотранспортных средств.

Предмет исследования: процессы старения и восстановления составных частей сцепления.

Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и разработке (на примере сцепления автобуса «Агиозап»): математических моделей формирования и оценки потенциала работоспособности (ПР), учитывающего одновременно протекающие процессы старения и восстановления работоспособности технических систем; методики прогнозирования наработки; режимов технического обслуживания; алгоритма принятия решения по результатам диагностирования.

Практическая ценность работы. Практическое использование результатов проведенного исследования позволяет повысить эффективность эксплуатации автотранспортных средств за счет: сокращения длительности пребывания в ремонте (либо его ожидании), повышения доремонтного и межремонтного сроков службы; снижения затрат на поддержание работоспособности в условиях автотранспортных предприятий.

Реализация работы. Результаты выполненной работы используются в технологическом процессе диагностирования автобусов «Ах^оэап» на МУППА-1 города Оренбурга, а также в учебном процессе при подготовке инженеров-механиков по специальностям 150200 и 230100.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались и получили одобрение на: региональной конференции молодых ученых и специалистов (Оренбург, 1998 г.); Четвертой Российской научно-технической конференции «Прогрессивные методы эксплуатации и ремонта транспортных средств» (Оренбург, 1999 г.); региональной научно-практической конференции молодых ученьгх и специалистов Оренбуржья (Оренбург, 2000 г.); международной научно-практической конференции «Учебная, научно-производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях» (Оренбург, 2001 г.); Пятой .Российской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в транспортных системах» (Оренбург, 2002 г.); на научно-практических семинарах кафедр технической эксплуатации и ремонта автомобилей и автомобильного транспорта ОГУ.

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и общих выводов, изложенных на 126 страницах машинописного текста, включая 14 рисунков и 17 таблиц. Список использованных источников включаетЮб наименований. Приложения оформлены на 19с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Обобщение результатов выполненных ранее теоретических и экспериментальных исследований показало, что при разработке систем поддержания работоспособности составных частей автомобилей необходимо учитывать одновременно протекающие процессы старения и восстановления.

В ходе анализа теоретических и экспериментальных исследований работоспособности сцеплений установлено, что 57% отказов элементов трансмиссии приходится на сцепление. При этом из всех отказов системы сцепления 40% приходится на механическую часть; 35 % - на гидравлическую часть и 25% - на пневматическую.

2. В качестве диагностических параметров системы сцепления допустимо использовать: механической части сцепления - свободный ход рычага выключения сцепления; гидравлической части - падение усилия на штоке рабочего цилиндра; пневматической части -падение давления воздуха в пневмоусилителе. Экспериментально установленные предельные значения величин (на примере автобуса «Аи^Бап») составили: свободного хода рычага выключения сцепления (22±2,1 мм); падения усилия на штоке рабочего цилиндра (111,9±0,8 Н/мин). Указанные параметры рекомендуется использовать как при разработке эксплуатационной документации на этапе проектирования составных частей автомобилей, так и при корректировке действующих технических условий на проведение диагностических работ.

3. Разработанная методика прогнозирования работоспособности, основанная на имитационном моделировании одновременно протекающих процессов старения и восстановления составных частей системы сцепления, позволяет определять их прогнозные наработки в процессе эксплуатации автомобилей. Имитационные модели могут быть адаптированы для использования в прогнозировании работоспособности различных сопряжений, механизмов и агрегатов автомобилей.

4. Предложенный метод обобщенных параметров формирования потенциала работоспособности в натуральных единицах позволяет научно обосновать стратегию формирования комплекса технической диагностики автомобилей.

5. Оценка адекватности результатов прогнозирования в условиях действующего автотранспортного предприятия подтвердила эффективность использования теоретических разработок. Оптимальные значения периодов диагностирования составных частей системы сцепления автобуса «Аи1озап» составили: для гидравлической части - 2000 км; для пневматической и механической частей - 4000 км.

При обосновании режимов проведения диагностических работ рекомендуется использовать экономико-вероятностный метод определения периодичности диагностирования по совокупности реализаций диагностического параметра.

6. Разработанный алгоритм принятия решения по результатам диагностирования позволяет производить совмещение работ по диагностированию и ремонту элементов системы сцепления на основании использования технико-экономического критерия.

7. Внедрение разработанного алгоритма принятия решения по результатам диагностирования предполагает получение экономического эффекта в объеме 22,4 тыс. руб. в год.

1. Абрамов Е.И. Элементы гидропривода. Киев: Техника, 1977. -320 с.

2. Абрамов С.И., Харазов A.M., Соколов A.B. Техническая диагностика одноковшовых экскаваторов с гидроприводом. М.: Строй-издат, 1978. - 100 с.

3. Авдонькин Ф.Н. Оптимизация изменения технического состояния автомобиля в процессе эксплуатации. М.: Транспорт, 1993. - 350 с.

4. Автобус AUTOSAN Н10-11. Инструкция по обслуживанию. Санок, 1997. - 169 с.

5. Агрегатный ремонт дорожных машин. /H.A. Беспалов, H.A. Биля-кович, Г.Д. Романюк, Б.В. Шелюбский. М.: Транспорт, 1984. -176 с.

6. Апсин В.П., Штоль Ю.Л. Место и роль ремонта грузовых автомобилей и их составных частей в новых условиях хозяйствования. -М.: 1991. 56 с. - (Автомоб. трансп. Сер. Техн. экспл. и ремонт автомоб.: Обзор информ./Концерн «Росавтотранс». Вып. 2)

7. Аринин И.Н. Диагностирование технического состояния автомобиля. М.: Транспорт, 1978. - 176 с.

8. Байхельт Ф., Франкен П. Надежность и техническое обслуживание. Математический подход: Пер. с нем. М.: Радио и связь, 1988. - 392 с.

9. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. - 320 с.

10. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. Справочное пособие. М.: Машгиз, 1963. - 696 с.

11. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: .: Машиностроение, 1978. - 240 с.

12. Болбас М.М. Основы эксплуатации и ремонта автомобилей. -Мн.: Выш. шк., 1985. 284 с.

13. Борц А.Д., Закин Я.Х., Иванов Ю.В. Диагностика технического состояния автомобиля. М.: Транспорт, 1979. - 158 с.

14. Гальперин A.C., Сушкевич М.И. Определение оптимальной долговечности машин. М.: Колос, 1970. - 183 с.

15. Гальперин A.C., Шипков И.В. Прогнозирование числа ремонтов машин. -М.: Машиностроение, 1973. 112 с.

16. Герц Е.В., Крейнин Г.В. Расчет пневмоприводов. М.: Машиностроение, 1975. - 272 с.

17. Герцбах И.Б., Кордонский Х.Б. Модели отказов. М.: Советское радио, 1966. - 186 с.

18. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы/ Под ред. Т.М. Башты, 1970

19. Гмошинский В.Г. Инженерное прогнозирование. М.: Энергоиз-дат, 1982. 207 с.

20. Говорущенко Н.Я. Диагностирование технического состояния автомобиля. М.: Транспорт, 1970 - 256 с.

21. ГОСТ 18460-91 «Пневмоцилиндры. Общие технические требования»

22. ГОСТ 19862-81 «Средства измерений, методы измерений и допустимая погрешность»

23. ГОСТ 20911-75 «Техническая диагностика. Термины и определения»

24. ГОСТ 21571-86. «Система технического обслуживания и ремонта техники. Методы определения допускаемого отклонения параметра технического состояния и прогнозирование остаточного ресурса составных частей агрегатов машин»

25. ГОСТ 29014-91 «Пневмоцилиндры. Общие методы испытаний»

26. Гутер P.C., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1970. -432 с.

27. Дехтеринский Л.В. Некоторые теоретические вопросы ремонта машин. М.: Высш. школа, 1970. - 180 с.

28. Дехтеринский JI.B., Апсин В.П. Технология ремонта автомобилей. М.: Транспорт, 1979. - 342 с.

29. Дунаев А.П Организация диагностирования при обслуживании автомобилей. М.: Транспорт, 1987. - 207 с.

30. Дюмин И.Е. Повышение эффективности ремонта автомобильных двигателей. М.: Транспорт, 1987. - 176 с.

31. Евдокимов Ю.А., Колесников И.И., Тетерин А.И. Планирование и анализ экспериментов при решении задач трения и износа. М.: Наука, 1980. - 228 с.

32. Егоров Л.А., Лукинский B.C., Черепанова Р.Н. Прогнозирование ресурсов до капитального ремонта агрегатов автомобиля с помощью временных рядов. Надежность и контроль качества, 1976. - №7. - с. 15 - 22

33. Елизаветин М.А. Повышение надежности машин. М.: Машиностроение, 1973. - 431 с.

34. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Статистическое моделирование. М.: Наука, 1982. 296 с.

35. Завадский Ю.В. Моделирование случайных процессов. М.: МАДИ, 1974, 100 с.

36. Завадский Ю.В. Статистическая обработка эксперимента. М.: Высш. школа, 1976. - 270 с.

37. Завадский Ю.В. Решение задач автомобильного транспорта методом имитационного моделирования. М.: Транспорт, 1977. - 72 с.

38. Заварыкин В.М., Житомирский В.Г., Лапчик М.П. Численные методы: Учебное пособие для студентов физ.-мат. спец. пед. ин-тов. М.: Просвещение, 1990. - 176 с.

39. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксима-ция./Пер. с англ. М.: Мир, 1986. - 318 с.

40. Иванов Б.С. Управление техническим обслуживанием машин. -М.: Машиностроение, 1978. 160 с.

41. Иващенко Н.И. Технология ремонта автомобиля. Киев: Вища школа, 1977. - 360 с.

42. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М.: Наука, 1970. 104 с.

43. Кеглин Б.Г. Параметрическая надежность фрикционных устройств. М.: Машиностроение, 1981. - 135 с.

44. Керимов Ф.Ю., Клейнер Б.С. Организация и управление работоспособностью дорожных и строительных машин. М.: МАДИ, 1978. - 106 с.р

45. Клейнен Дж. Статистические методы в имитационном модели1 ровании/ Пер. с англ. Ю.П. Адлера, К.Д. Аргуновой, В.Н. Варыги-на, A.M. Талалая; Под ред. и с предисл. Ю.П. Адлера и В.Н. Ва-рыгина. Вып. 1. - М.: Статистика, 1978. - 221 с.

46. Клейнен Дж. Статистические методы в имитационном моделировании/ Пер. с англ. Ю.П. Адлера, К.Д. Аргуновой, В.Н. Варыги-на, A.M. Талалая; Под ред. и с предисл. Ю.П. Адлера и В.Н. Ва-рыгина. Вып. 2. - М.: Статистика, 1978. - 335 с.

47. Кокс Д., Смит В. Теория восстановления. М.: Советское радио, 1967

48. Кокс Дж. Р., Оукс Д. Анализ данных типа времени жизни / Пер с англ. О.В. Селезнева. М.: Финансы и кредит, 1988. - 191 с.

49. Колесник П.А., Шейнин В.А. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей. Учебник для вузов. М.: Транспорт, 1985. -325 с.

50. Комаров A.A. Надежность гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1969. - 236 с.

51. Комаров A.A. Надежность гидравлических узлов самолетов. -М.: Машиностроение, 1976. 224 с.

52. Костенко H.A. Прогнозирование надежности транспортных машин. М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.

53. Кугель Р.В. Испытание на надежность машин и их элементов. -М.: Машиностроение, 1982. 181 с.

54. Кузнецов Е.С. Управление техническими системами. Учебное пособие. М.: МАДИ (ТУ), 1997. - 177 с.

55. Кузнецов Е.С. Управление технической эксплуатацией автомобилей. М.: Транспорт, 1982. - 224 с.

56. Лозовский В.Н. Надежность гидравлических агрегатов. М.: Машиностроение, 1974. - 319 с.

57. Лукинский B.C., Зайцев Е.И. Прогнозирование надежности автомобилей. Л.: Политехника, 1991. - 224 с.

58. Мельников А.Н. Обоснование стратегии поддержания работоспособности двигателей КамАЗ-740 / Тез. докл. регион, конф. молодых ученых и специалистов (часть III). Оренбург: ИЦ ОГАУ, 1998. - с.123-124

59. Мельников А.Н. Прибор для диагностирования гидравлического привода сцепления. Инф. листок №50-047-01 ГРНТИ 81.83.19

60. Мельников А.Н., Бондаренко В.А. Оценка потенциала работоспособности сцепления//Тез. докл. четвертой Российской НТК «Прогрессивные методы эксплуатации и ремонта транспортных средств». Оренбург: ИПК ОГУ, 1999. - с. 106-109

61. Мельников А.Н. Оценка технического состояния пневмоусили-теля привода сцепления автобуса «Аи^оБап» / Тез. докл. регион. НПК молодых ученых и специалистов Оренбуржья. Оренбург: ИПК ОГУ, 2000. - с. 62 - 63

62. Мельников А.Н. Результаты экспериментального исследования надежности сцепления автобуса «АгиоБап» / Прогрессивные технологии в транспортных системах: Сб. докл. пятой Российской НТК. Часть 2. Оренбург: ИПК ОГУ, 2002. - с. 38 - 44

63. Мельников А.Н. Методика прогнозирования работоспособности сцеплений автомобилей/Вестник ОГУ, №2, 2003,

64. Метлюк Н.Ф., Автушко В.П. Динамика пневматических и гидравлических приводов автомобилей. М.: Машиностроение, 1980.- 231 с.

65. Мирошников Л.В. Теоретические основы технической диагностики автомобилей. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1976.- 126 с.

66. Мирошников Л.В., Болдин А.П., Пал В.И. Диагностирование технического состояния автомобилей на автотранспортных предприятиях. М.: Транспорт, 1977. -263 с.

67. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. -М.: Физматгиз, 1961. 480 с.

68. Михлин В.М. К вопросу определения оптимального межремонтного срока службы узла или агрегата машины. Труды ГОСНИТИ т.4, 1964

69. Михлин В.М. Прогнозирование технического состояния машин.- М.: Колос, 1976. 288 с.

70. Михлин В.М., Бисноватый С.И., Черноиванов В.И. Определение межремонтного технического ресурса и числа ремонтов машин // Механизация и электрифиация социалистического сельского хозяйства, 1967, №4, с. 10-13.

71. Михлин В.М., Сельцер A.A. Методические указания по прогнозированию технического состояния машин. М.: Колос, 1972. -215 с.

72. Моделирование процессов восстановления машин/В.П.Апсин, Л.В.Дехтеринский, С.Б.Норкин, В.М.Приходько. М.: Транспорт, 1996. - 311 с.

73. Надежность объемных гидроприводов и их элемейтов. М.: Машиностроение, 1977. - 167 с.

74. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. - 180 с.

75. Островцев А.Н., Кузнецов Е.С., Румянцев С.И. Критерии оценки и управления качеством автотранспортных средств на стадии проектирования, производства и эксплуатации. М.: МАДИ, 1981.- 95 с.

76. Павловский Ю.Н. Имитационные системы и модели. М.: Знание, 1990. - 46 с.

77. Попов Д М. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. М.: .: Машиностроение, 1977. 424 с.

78. Попов С.Н. Повышение эффективности работы фрикционной пары тракторной муфты сцепления. М.:Труды ГОСНИТИ, т.5, 1966

79. Проников A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978. - 592 с.

80. Ремонт автомобилей. Учебник для вузов. / Под ред. J1.B. Дехте-ринского. М.: Транспорт, 1992. - 295 с.

81. Решетов Д.H., Иванов A.C., Фадеев В.З. Надежность машин: Учеб. пособие для машиностр. спец. вузов. М.: Высш. шк., 1988. - 238 с.

82. Селиванов А.И. Основы теории старения машин. М.: Машиностроение, 1970. 408 с.

83. Сергеев А.Г. Точность и достоверность диагностики автомобилей. М.: Транспорт, 1980. - 188 с.

84. Смирнов В.И., Дунин-Барковский И.В. Теория вероятностей и математическая статистика в технике. М.: Гостехиздат, 1962

85. Спичкин Г.В., Третьяков A.M., Либин Б.Л. Диагностика технического состояния автомобилей. М.: Высш. школа, 1975. - 304 с.

86. Сцепления транспортных и тяговых машин/ Под ред. Ф.Р. Гек-кера и др. М.: Машиностроение, 1989. - 344 с.

87. Сырицин Т.А. Надежность гидро- и пневмопривода. -М. Машиностроение, 1981. 216 с.

88. Сырицин Т.А. Эксплуатация и надежность гидро- и пневмоприводов. М.:, 1990

89. Теория пневмо- и гидропривода. М.: Наука, 1969. - 283 с.

90. Техническая эксплуатация автомобильного транспорта./ Под ред. М.Н. Бедняка. К.: Техтка, 1979. - 295 с.

91. Техническая эксплуатация автомобилей./ Под ред. Крамаренко Г.В. М.: Транспорт, 1983. - 488 с.

92. Техническая эксплуатация автомобилей/ Е.С. Кузнецов, А.П. Болдин, В.М. Власов и др. Под ред. Е.С. Кузнецова М.: Наука, 2001. - 535 с.

93. Типовые нормы времени на ремонт грузовых автомобилей марок ГАЗ, ЗИЛ, КАЗ, КамАЗ, КрАЗ в условиях автотранспортных предприятий. М.: Экономика, 1989. - 300 с.

94. Халфин М.А. Определение межремонтных сроков службы машин в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1969 - 239 с.

95. Халфин M.А. Основные принципы определения оптимального межремонтного срока службы узла или агрегата машины. Труды ГОСНИТИ т.8, 1966

96. Харазов A.M. Диагностирование и эффективность эксплуатации автомобилей,1986

97. Харазов A.M. Исследование и разработка способов и средств диагностирования гидроприводов строительных машин на примере экскаваторов Э-153 и Э-1514/ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1972.

98. Харазов A.M. Техническая диагностика гидроприводов машин, М.: Машиностроение, 1979. 112 с.

99. Харазов A.M., Цвид C.B. Методы оптимизации в технической диагностике машин, 1983

100. Цитович И.С., Митин Б.Е., Дзюнь В.А. Надежность трансмиссий автомобилей и тракторов. Мн.: Наука и техника, 1985. - 143 с.

101. Чабровский В.А. Методология и практика научного прогнозирования. JL: Знание, 1973. - 121 с.

102. Шейнин A.M. Эксплуатационная надежность автомобилей. -М.: МАДИ, 1973. 148 с.

103. Эксплуатация дорожных машин: Учебник для вузов/А.М. Шейнин, Б.И. Филиппов, В.А. Зорин и др.; Под ред. A.M. Шейнина. -М.: Транспорт, 1992. 328 с.

104. Ямпольский С.М., Лисичкин В.А. Прогнозирование научно-технического прогресса. Методологические аспекты. М.: Экономика, 1974. - 204 с.

105. Янч Э. Прогнозирование научно-технического прогресса/ Пер. с англ. Общ. ред. и предисл. Д.М. Гвишиани. М.: Прогресс, 1974. - 586 с.