автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Обоснование корректирования периодичности обслуживаний коробок передач автобусов для условий дорог с переменным продольным профилем

На правах рукописи

Кустиков Александр Дмитриевич

ОБОСНОВАНИЕ КОРРЕКТИРОВАНИЯ ПЕРИОДИЧНОСТИ ОБСЛУЖИВАНИИ КОРОБОК ПЕРЕДАЧ АВТОБУСОВ ДЛЯ УСЛОВИЙ ДОРОГ С ПЕРЕМЕННЫМ ПРОДОЛЬНЫМ ПРОФИЛЕМ

05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9 АПР 2015

Оренбург-2015

005567978

005567978

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования (ФГБОУ ВПО) «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е Алексеева».

Научный руководитель - Кузьмин Николай Александрович,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Кулаков Александр Тихонович,

доктор технических наук, Набережночелшшский институт (филиал) ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет», зав. кафедрой эксплуатации автомобильного транспорта;

Калнмуллин Руслан Флюрович,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», доцент кафедры автомобильного транспорта

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный

университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Защита диссертации состоится 5 июня 2015 г. в 9:00 па заседании диссертационного совета Д 212.181.02, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», по адресу: 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, ауд. 170208.

С диссертацией и авторефератом диссертации можно ознакомиться в библиотеке и на сайте (www.osu.ru) ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет».

Автореферат диссертации разослан апреля 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Рассоха Владимир Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. К числу основных факторов, влияющих на безотказность автотранспортных средств (АТС), необходимо отнести изменения профиля дорог на маршрутах следования, и, прежде всего, продольных уклонов (далее -уклонов). Это подтверждается на примере эксплуатации городских автобусов.

Во многих городах, например, в Нижнем Новгороде, рельеф местности сложный, и автотранспортные предприятия (АТП) и частные перевозчики обслуживают как равнинные маршруты, так и маршруты с уклонами. Показатели безотказности автобусов, обслуживающих маршруты с уклонами, ниже, а расходы на эксплуатацию выше, чем у автобусов, работающих на равнинных маршрутах. Опыт АТП свидетельствует о большом количестве отказов шестерен и зубчатых колес (далее - колес передач) механических коробок передач (КП) автобусов ПАЗ. Часто проявляются также отказы, связанные с разрушением корпусных деталей КП. Отмечается интенсивное старение трансмиссионных масел при эксплуатации автобусов на маршрутах с уклонами. Перечисленные особенности эксплуатации требуют поиска решений по совершенствованию системы технического обслуживания (ТО) и планово-предупредительных ремонтов (ППР) агрегатов городских автобусов, обслуживающих маршруты с уклонами.

Поэтому исследования, направленные на повышение безотказности КП автобусов, работающих на маршрутах с уклонами, выполненные в рамках научного направления ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева» и научно-практических мероприятий Департамента транспорта и связи администрации Нижнего Новгорода, являются актуальными.

Объект исследований - процессы изменения технического состояния КП автобусов ПАЗ.

Предмет исследования - закономерности изменения работоспособности КП автобусов ПАЭ-32054 и ПАЗ-42Э4, работающих на городских маршрутах с уклонами.

Цель работы - разработка эксплуатационных решений по повышению безотказности КП городских автобусов, обслуживающих маршруты с уклонами.

Задачи исследовании:

- разработать классификатор отказов КП для условий реальной эксплуатации городских автобусов ПАЗ, позволяющий обеспечить оперативное построение статистических моделей показателей безотказности КП и выполнение анализа причин отказов;

- изучить процесс старения трансмиссионных масел и выявить закономерности изменения количества и размеров механических примесей в трансмиссионных маслах КП при работе автобусов на маршрутах с уклонами;

- разработать математические модели процессов изнашивания рабочих поверхностей зубьев колес передач КП, отражающих зависимость значений износов и скоростей изнашивания от значений пробегов автобусов, работающих на маршрутах с уклонами;

- внести изменения в регламент ТО и ремонта КП городских автобусов ПАЗ

при эксплуатации их на маршрутах с уклонами, включающие корректирование периодичности замен трансмиссионных масел и сроков планово-предупредительных замен картеров КП;

- разработать практические рекомендации по повышению безотказности трансмиссий городских автобусов ПАЗ, работающих на маршрутах с уклонами.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.

Теоретические исследования выполнены с использованием теории надёжности автомобилей, теории трения, изнашивания и смазки, теории вероятностей и математической статистики, методов численного моделирования. Экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и дорожных условиях с использованием общепринятых методик и оборудования. Достоверность научных положений работы обуславливается обоснованностью принятых допущений при разработке расчетных моделей, высокой сходимостью экспериментальных данных с результатами собственных теоретических исследований и данными других авторов.

Область исследования соответствует требованиям паспорта научной специальности 05.22.10 — Эксплуатация автомобильного транспорта, п.9 «Эксплуатационная надежность автомобилей, агрегатов и систем» и п. 11 «Закономерности изменения технического состояния автомобилей и агрегатов, технологического оборудования с целью совершенствования систем технического обслуживания и ремонта, определения нормативов технической эксплуатации, рациональных сроков службы автомобилей».

Положения, выносимые на защиту, обладающие научной новизной:

- статистические модели показателей безотказности КП городских автобусов ПАЗ, построенные с использованием предложенного классификатора отказов трансмиссий и обеспечивающие осуществление оперативного анализа причин отказов с учётом условий реальной эксплуатации;

- закономерности изменения свойств трансмиссионных масел, позволяющие определить количество и размеры механических примесей в маслах КП при работе автобусов на маршрутах с уклонами;

- математические модели, отражающие зависимость значений износов и скоростей изнашивания рабочих поверхностей зубьев колес передач КП от значений пробегов (в существующих моделях — от значений характеристик масел) городских автобусов ПАЗ при эксплуатации их на маршрутах с уклонами.

Практическая значимость работы:

- разработан классификатор отказов деталей трансмиссий автобусов ПАЗ, ускоряющий обработку информации по отказам в текущей работе АТП;

- предложены критерий корректирования периодичности и уточненные значения периодичности замен трансмиссионных масел и сроков замен картеров КП автобусов ПАЗ при эксплуатации на маршрутах с уклонами, обеспечивающие заданные пробеги автобусов.

Реализация результатов работы. Результаты исследований одобрены и приняты к внедрению Департаментом транспорта и связи администрации Нижнего Новгорода, в Нижегородском пассажирском автопредприятии № 2, внедрены в

ЗАО «Автокомплекс» и в учебном процессе НГТУ им. P.E. Алексеева.

Апробация работы. Материалы исследования докладывались и получили положительную оценку на 79-ой НТК «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» (Н.Новгород, 2012 г.); на XII и XIII МНТК «Будущее технической науки» (Н.Новгород, 2013, 2014 гг.); на III МНПК «Теоретические и прикладные аспекты современной науки» (Белгород, 2014 г.); на 87-ой НТК «Эксплуатационная безопасность автотранспортных средств» (Н.Новгород, 2014 г.); на III МНПК «Отечественная наука в эпоху изменений: постулаты прошлого и теории нового времени» (Екатеринбург, 2014 г.); на XVI МНПК «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств» (Владимир, 2014 г.); на заседаниях кафедры «Автомобильный транспорт» НГТУ им. P.E. Алексеева (2009-2015 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 статей, в числе которых 4 статьи в журналах из Перечня изданий, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 174 наименований, приложений, и содержит 176 страниц, в том числе 28 таблиц и 45 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведены обоснование актуальности темы диссертации, краткая характеристика работы, научная новизна и практическая значимость.

В первом разделе «Состояние вопроса и постановка задач исследования» рассматривается современное состояние проблем анализа надежности АТС, решением которых в разное время занимались Ф.Н. Авдонькин, И.Н. Аринин, В.А. Аметов, Ю.В. Баженов, Н.Я. Говорущенко, A.C. Денисов, Н.С. Захаров, А.Н. Князьков, М.Г. Корчажкин, И.В. Крагельский, А.И. Кубарев, А.Т. Кулаков, Е.С. Кузнецов, H.A. Кузьмин, B.C. Лукинский, И.А. Мишин, Г.Г. Туркеев, A.A. Турсунов и др. Вместе с тем, вопросам изучения безотказности трансмиссий автобусов на маршрутах с уклонами внимания уделено мало. Анализ безотказности АТС требует полноценной информации об отказах из подконтрольной эксплуатации. Единственным источником информации об отказах в настоящее время является документация АТП по результатам реальной эксплуатации подвижного состава. Для разработки адекватных математических моделей безотказности АТС требуется систематизация процесса сбора упомянутой информации.

При эксплуатации городских автобусов ПАЗ на маршрутах с уклонами наблюдается резкое увеличение числа отказов КП по причинам износа зубьев колес передач и разрушения корпусных деталей - картеров КП. Ресурс КП таких автобусов для Нижнего Новгорода не превышает 125 тыс. км. Была выдвинута гипотеза о том, что причиной повышенного износа зубьев колес передач является увеличение сверх допустимых норм механических примесей в трансмиссионном масле, что интенсифицирует процессы абразивного изнашивания, а картеры КП разрушаются от повышенных нагрузок при преодолении автобусами уклонов на подъем. При этом проблема может быть решена путем корректирования периодичности замены масел в КП (согласно ГОСТ Р 53480-2009 - это ТО, ориентированное на безотказность) и предварительной промывкой картеров.

На основе выдвинутой гипотезы сформулированы задачи исследования по разработке эксплуатационных решений для повышения безотказности КП городских автобусов, обслуживающих маршруты с уклонами.

Во втором разделе «Разработка статистических моделей безотказности трансмиссий городских автобусов ПАЗ» приведены описания методики сбора первичной информации об отказах, разработанных классификатора отказов их трансмиссий и статистических моделей безотказности трансмиссий в целом и КП автобусов ПАЗ-Э2054 и ПАЭ-4234 при эксплуатации па городских равнинных маршрутах и маршрутах с уклонами.

С целью выявления причин различных распределений отказов на маршрутах выполнен анализ перепадов высот на путях следования городских автобусов в Нижнем Новгороде. Для этого построены диаграммы типичных профилей маршрутов движения автобусов (рис. 1). На маршруте 1, соединяющем нагорную и заречную части города, отмечены два значительных подъема с перепадами высот 75 м (7 %) м и 63 м (4 %). Маршрут 2 равнинный с перепадами высот до 10 м.

Высота над уровнем моря, и

| —........41

А /¡7*

1-0% «-*

2000 4000 6ООО 8000 10000 12000 14000

Прогпеженнссть.и

Рисунок 1 - Профили маршрутов: 1 - с уклонами /; 2 - равнинный; А и В - название подъемов

За основу методики сбора статистической информации взята методика комплектования первичной информации по надежности автомобилей из подконтрольной эксплуатации Управления конструкторско-экспериментальных работ ГАЗ. Для обеспечения систематизации информации об отказах элементов трансмиссий автобусов ПАЗ при эксплуатации в условиях АТП и ее дальнейшей обработки разработан классификатор отказов (их кодирование). Фрагмент классификатора представлен в табл. 1.

Таблица 1 - Классификатор отказов трансмиссий автобусов ПАЗ (фрагмент)

Код Признак отказа Причини

11 КОРОБКА ПЕРЕДАЧ

1101 Шум при работе КП Ослабление «затяжки» гаек крепления

1 102 Выкрашивание на поверхностях зубьев колёс

1103 Износ подшипников

1 104 Низкий уровень масла

111! Трудное переключение передач Неполное выключение сцепления

1112 Износ зубьев колес передач

1113 Поломка пружин фиксаторов шариков

1 1 14 Ослабление крепления вилок на штоках

I

I

В четырехзначной кодировке первая цифра означает систему автомобиля (цифра 0 означает, что рассматривается двигатель, цифра 1 - трансмиссия и т.д.), вторая цифра - агрегат трансмиссии (цифра 0 - сцепление), две последующие цифры - название и причина отказа. Наборы последних цифр 01, 11,21 и т.д. присвоены наиболее частым по опыту эксплуатации отказам и причинам, а далее маркировка производится по уменьшению частоты возникновения отказов. Классификатор отказов для трансмиссии - составная часть общего классификатора по автобусам ПАЗ в целом. Для практического использования в АТП и формирования (наполнения) классификаторов отказов разработаны соответствующие программы для ЭВМ в пакете MicroSoft Office.

Благодаря введенному кодированию в АТП стало возможным проводить анализ причин отказов с целью совершенствования процессов ТО и ремонтов, а также получать информацию (пробеги до отказов) для формирования выборок при построении статистических моделей безотказности автобусов. Для этого объем испытаний определялся параметрами: доверительной вероятностью, коэффициентом вариации и относительной точностью. Для анализа безотказности испытаниям необходимо подвергнуть по 17 автобусов ПАЗ-32054 и ПАЗ-4234. Принято к обследованию по 20 автобусов каждой модели для различных маршрутов (всего 80 автобусов). Такое количество было взято с целью исключения влияния на результаты наблюдений выходов автобусов из эксперимента. Установлено, что наибольшее количество отказов агрегатов и систем автобусов ПАЭ-32054 приходится на трансмиссию (23,6 %). Наибольшему влиянию уклонов на маршрутах подвержены КП (39,1 % от всех отказов составляющих элементов трансмиссий). Для исследований безотказности трансмиссий и их КП автобусов ПАЗ-32054 построены статистические модели (выражение I - для КП на маршрутах с уклонами, 2 - для КП на равнинных маршрутах) (рис. 2):

f(i)io-

r fx

] / у* — .....у/.. ..:..

(/--41.9X9 )2

/(/) = 0,0269е

/(/) = 0,0207е

(/—52,680)'

(I)

(2)

30

60

90

Пробег, тыс.км Рисунок 2 - Распределение отказов КП ГАЭ-3307 автобусов ПАЭ-32054: / - маршруты с подъемами; 2 - равнинные

где/(,1') - плотность вероятности отказов.

Выявлено, что отказы КП автобусов подчиняются нормальному закону распределения, причём значения параметров распределения на маршрутах с уклонами значительно ниже, чем на равнинных: математическое ожидание 41989 км (52680 км для равнинных), сред-неквадратическое отклонения 14811 км (на равнинных - 19217 км).

Аналогичные исследования и модели получены для автобусов ПАЭ-4234 в целом, их трансмиссий и отдельно КП. Здесь также характерно преобладание отказов трансмиссий (26,5 %) и КП (49 %). У КП ГАЭ-3307 автобусов ПАЭ-32054 лимитирующие детали - зубчатые колеса (27 % от всех отказов деталей КП), у КП ГАЗ-3309 автобусов ПАЭ-4234 - зубчатые колеса и корпуса задних картеров.

Третий раздел «Анализ причин отказов коробок передач городских автобусов ПАЗ на маршрутах с уклонами» посвящен углубленному исследованию причин отказов механических КП с проведением химического анализа трансмиссионных масел, моделирования и расчета значений параметров изнашивания зубчатых колес КП, моделирования напряженно-деформированного состояния (НДС) картеров КП.

Наблюдения производились за 60 автобусами ПАЗ-Э2054 до пробегов 200 тыс. км (по 30 автобусов на равнинных маршрутах и на маршрутах с подъемами). Выборка автобусов, в отличие от выбранной для исследований во втором разделе, была увеличена для повышения точности определения видов и количества отказов КП. В КП автобусов, работающих на маршрутах с уклонами, в сравнении с работающими на равнинных маршрутах, зафиксировано существенное увеличение количества отказов по отдельным деталям, например: по зубчатым колесам 1-ой передачи - с 26 до 72, для 2-ой передачи - с 24 до 66. В среднем по деталям КП установлено увеличение отказов более, чем в 3 раза.

Для трансмиссионных масел КП ГАЗ-3307 автобусов ПАЭ-32054, работающих на маршрутах с уклонами, экспериментально установлено превышение нормативного значения механических примесей до наступления регламентных замен масел. Исследования свойств масел производились в сертифицированной лаборатории НГТУ им. P.E. Алексеева путем отбора и анализа проб при каждом втором ТО. Существенные отклонения от норм зарегистрированы в образцах, отобранных через 38400 км пробега (периодичность регламентной замены), что представлено в табл. 2.

Таблица 2 - Показатели свойств трансмиссионного масла ТАп-15В при пробеге 38400 км на равнинном маршруте и маршруте с уклонами (фрагмент)

Наименование показателей Нормативное значение Фактическое значение Стандарты методов испытаний

Маршрут равнинный Маршрут с уклонами

Вязкость кинематическая при 100°С, мм2/с 14,0-16,0 14,70 14,97 ГОСТ 33-2000

Плотность при 20°С, г/см3 не более 0,930 0,923 0,939 ГОСТ 3900-85

Температура вспышки, в открытом тигле, °С не ниже 185 193 199 ГОСТ 4333-87

Массовая доля механических примесей, % не более 0,03 0,0291 0,0466 ГОСТ 6370-83

Массовая доля воды, % следы следы 0,21 ГОСТ 2477-65

Совместимость с резиной УИМ-1 (по изменению объема), % 4-10 10,09 11,01 ГОСТ 23652-79

Следствием повышенного содержания механических примесей является увеличение скорости изнашивания зубьев колес КП (особенно 1-ой передачи в связи с наибольшей нагруженностыо).

Значение износа Ъ\, мкм, рабочей поверхности зуба колеса 1-ой передачи КП за одно нагружение рассчитывалось по формуле И.В. Крагельского:

„2/3_2.5 0.5 __

/г, «6,8 °|ДГ ~ (3)

где: е - концентрация абразивных примесей, %; о - условно разрушающее напряжение, кгс/мм2; г - средний размер частиц, мм; £0 - относительное удлинение материала при разрыве, %; I - коэффициент усталости материала при пластических деформациях; НВ\, НВ2 - твердости сопряженных поверхностей по Бринеллю; р - приведенный радиус кривизны поверхностей, мм; уь у2 — скорости поверхностей 1 и 2 колес передачи, мм/с; а, р - вероятности закрепления частицы на поверхностях 7 и 2.

Износ при контакте зубьев сопряженных колёс КП автобусов (одно нагруже-ние) на маршрутах с уклонами практически в 2 раза выше, чем при их эксплуатации на равнинном маршруте (табл. 3). При этом е связано с массовой долей механических примесей сом по соотношению е = со„-р/рм, где р и рм - соответственно значения плотностей масла и механических примесей. Отношение р/рм равно 0,118 - величина постоянная, что позволяет записать е = 0,118сом.

Таблица 3 - Результаты оценки износа зубьев колес 1-ой передачи КП

автобусов ПАЗ-32054

Параметр Обозначение Маршрут с подъемом Равнинный маршрут

Концентрация абразива, % Е 0,00557 0,00342

Средний размер частицы, мм г 0,03 0,015

Износ за одно нагружение, мкм А, 2,01-10"6 1,00-10'"

Скорость изнашивания, мкм/ч У ] 11,24-10"2 5,74-10 2

Согласно (3) значение износа И, за одно нагружение зависит от двух параметров - концентрации е; и среднего размера г, частиц механических примесей.

Путем анализа проб трансмиссионного масла, забор которых осуществлялся с периодичностью 6400 км из КП автобусов ПАЭ-32054, работающих на маршрутах с уклонами, установлены значения концентрации и размера механических примесей на пробегах /, (рис. 3).

Концентрация примесей, %

0,006 ■:............

0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 ■ О

30 40 5О Пробел, тыс. км

Размер примесей,

0,035 ■

0,03 0,026 0,02 0.015 0.01 0.005

у"

У У

ЗО 40 5О Лробее. тыс.нла

Рисунок 3 - Экспериментальные зависимости параметров механических примесей в маслах КП автобусов ПАЭ-32054, обслуживающих маршруты с уклонами, от пробегов

Аппроксимирующие функции концентрации и размера частиц от пробега автобусов, работающих на маршрутах с уклонами, имеют вид:

е, = 0,00051 е0'05579 .

г, = 0,00866 _

(4)

Подставляя полученные функции (4) в формулу (3), получим математическую модель связи износов (йь мкм) зубьев колес передач механических КП городских автобусов, работающих на маршрутах с уклонами, и пробегов (/, тыс. км):

к —

0,00394ст2'5

0,019145/

(5)

г'0НВ^НВ2 аи,+ру2 Аналогично получена математическая модель связи значений скорости изнашивания (К,, мкм/ч) зубьев колес передач механических КП городских автобусов, работающих на маршрутах с уклонами, и значений пробегов (/, тыс. км). Для этого в формулу И.В. Крагельского, связывающую скорости с концентрацией механических примесей и их размерами, нужно подставить выражения (4). После несложных математических преобразований получено:

0,23176а2'5

V, =•

£д НВ\ 5НВ2

ау] + [3

где п„ - число нагружений за единицу времени.

Используя (5), можно получить зависимость износов от пробегов городских автобусов ПАЗ-32054, работающих на маршрутах с уклонами, в графическом виде (рис. 4).

Аналогичные описанным исследования для автобусов ПАЭ-4234 позволили установить, что наличие уклонов на маршрутах также оказывает влияние (меньшее, чем у ПАЗ-32054) на изменение характеристик трансмиссионного масла к моменту регламентной замены с превыше-

■ пр

0,019145/

(6)

Износ за одно назруженае 2

0-емкм

30

Пообег. тыс

Рисунок 4 - Расчетная зависимость износов зубьев колес передач КП ПАЭ-32054, обслуживающих маршрут с уклонами, от пробегов

нием нормативного значения массовой доли механических примесей.

Вместе с тем, для этих автобусов наблюдаются частые отказы (трещины с последующим разрушением) задних картеров КП ГАЭ-3309, что вызывает увеличение отказов их зубчатых колес, подшипников, манжет (рис. 5). Был выполнен анализ НДС задних картеров КП с использованием программного комплекса А/5'С Ыа.Пгап по методу конечных элементов. Для получения значений и определения направлений радиальных сил, действующих на поверхности отверстий под подшипники вторичного, промежуточного валов и на ось блока зубчатых колес заднего хода использовались значения и направления равнодействующих сил, возникающих в зацеплении шестерен и зубчатых колес и передаваемых на поверхность гнезд подшипников через поверхность наружного кольца подшипника. Рассмотрен случай нагружения картера КП при движении на 1 -ой передаче при максимальном

крутящем моменте. Результаты расчетов на конечно-элементной модели (КЭМ) и места реального разрушения задних картеров КП представлены на рис. 6.

Установлено, что у заднего картера КП наиболее нагруженной является область между гнездами подшипников вторичного и промежуточного валов, причём максимальные напряжения превышают допускаемые на 36,23 %. Это свидетельствует о недостаточной прочности заднего картера КП для нагрузок в рассматриваемых условиях эксплуатации.

") б)

Рисунок 6 - Соответствие напряжений (а) и мест реального разрушения (б) картера КП

Таким образом, устранение причин возникновения отказов КП городских автобусов, работающих на маршрутах с уклонами, возможно при поддержании значений показателей свойств трансмиссионных масел на нормативном уровне и осуществлении предупредительных замен картеров КП.

Четвертый раздел «Разработка эксплуатационных решений повышения безотказности городских автобусов при работе на маршрутах с уклонами» посвящен корректированию периодичностей замены масел в КП автобусов, проверке адекватности математической модели связи износов колес передач и пробегов, исследованию эффективности промывочных операций перед заменой масел, определению рациональной периодичности замен картеров КП.

Рациональные периодичности замен трансмиссионных масел в КП автобусов определены с использованием метода по допустимому уровню безотказности на основании анализа реальных выборок отказов. При этом под отказом трансмиссионного масла понималось превышение содержания предельно-допустимой массовой доли механических примесей в нем сом = 0,03% (е = 0,00354%). Начиная с пробега 33000 км, один раз в два дня проводился химический анализ проб масел. Рациональная периодичность смены масла в КП автобусов ПАЭ-32054 /р получена при пробеге 34441 км. Сообразуясь с кратностью ТО по автобусу (3200 км), за рациональную периодичность этой операции следует принять 35200 км, вместо регламентного значения 38400 км. Изменение содержания механических примесей в трансмиссионных маслах КП при этом представлено на рис. 7.

Рисунок 5 - Разрушения задних картеров КП ГАЭ-3309 аьтобусов 11АЭ-4234

1) ^

Введение упреждающей замены масел позволяет не допустить превышения массовой доли механических примсссй в них сверх допустимой нормы, что исключит интенсивное изнашивание колес передач. Для КП ПАЗ-4234 получено /Ртм = 36281 км (за рациональное значение периодичности смены трансмиссионного масла принято /Ртм= 35200 км).

В результате у автобусов ПАЗ для маршрутов с уклонами, появляется

Массоеор доля -римесей0

О.Сй

/ !

/ .....................................у!..............1

■У ... / /

у ......

Рисуиок 7 - Содержание примесей в масле КП ПАЭ-32054 при обслуживании маршрутов с уклонами др(/) и после (2) упреждающей замены масла

дополнительная операция ТО с периодичностью 35200 км. Такая операция с трудоемкостью менее 15 чел-мин может быть выполнено в межеменное время.

Адекватность модели (5) проверена на примере автобусов ПАЗ-4234, работающих на маршрутах с уклонами в Нижнем Новгороде. Для этого по выражению (3) подсчитан износ при значении е = 0,00354 % (со,, = 0,03 %) при среднем размере частиц 0,015 мм. А далее, согласно (5), определено при этих условиях значение пробега I = 36719 км. Следующий шаг - проведен комплекс исследований с химическим анализом проб масел КП и получением подобных (4) аппроксимирующих зависимостей (рис. 8).

Экспериментальные исследования позволили установить, что массовая доля механических примесей сом=0,03% в трансмиссионном масле КП автобусов ПАЗ-4234 наблюдается при / = 35855 км. Практическое совпадение теоретически полученного и экспериментального пробегов свидетельствует о высокой сходимости результатов и об адекватности математической модели (5). Следует отмстить, что полученное с использованием модели (5) значение

Концентрация механических примесей. % 0.005

0,004

0.002

- •

0,03°

»-

20

40

50

Пробег, тыс. км

Рисунок 8 - Зависимость концентрации примесей в маслах КП ПАЗ-4234, обслуживающих маршруты с уклонами, от пробегов

I близко также значению 1Рти, определенному с использованием метода по допустимому уровню безотказности.

Таким образом, используя (5), можно получать зависимости износов зубьев колес передач КП от пробегов автобусов, работающих на маршрутах с уклонами, что для КП автобусов ПАЗ-4234 в графическом виде представлено па рис. 9. Следует отметить, что при вычислении износов по выражению (5) начало отсчета значений пробегов / следует условно обнулять каждый раз после смены трансмиссионного масла. На рис. 9 отмечены критический интервал по пробегам (35200-38400 км) и соответствующий интенсивным (критическим) износам зубьев колес передач КП участок Икр.

Износ за одно нагружение -iq-^mkm 1.6 1,4 ',2 1 0,8 0,6 0,4 0,2

4-

J_L

35,2 за.

О 10 20 30 40

Пробег тыс км

Рисунок 9 - Зависимость износов зубьев колес передач КП ПАЗ-4234, обслуживающих маршруты с уклонами, от пробегов

Условия применения упреждающих замен трансмиссионных масел КП городских автобусов ПАЗ, работающих на маршрутах с уклонами, получены на примере уклона А (рис. I) Нижнего Новгорода: наличие на маршруте эталонного уклона с величиной угла а = 5 град и время преодоления эталонного подъема *э = 250 с.

Для АТП, не располагающих специалистами и программным обеспечением реализации метода по допусти-

мому уровню безотказности, не имеющих доступа к лабораториям по химическому анализу масел, при определении рациональной периодичности замены масел в КП автобусов, работающих на маршрутах с уклонами, предлагается использовать эмпирический коэффициент корректирования КТ0__ периодичности замены масел:

= 0,92 -2-cosa,.

(7)

Тогда /Рчи= KTOi> .рСГт|и (при a = 0 значения Кто^ =

, где /рсГ м - регламентная периодичность замены масла

И 'р.- = 'рсг„, )•

В критерий Кто включено также время t; преодоления конкретного /'-го подъема по отношению к значению 1Э.

Для автобусов ПАЗ-32054, работающих на маршруте с уклоном А, с использованием (7) получено /Ptu = 35174 км; для маршрута с подъемом В (рис. 1) /Р м= 34867 км. Для тех же автобусов, работающих на маршруте с уклоном на проспекте Никольского в г. Чебоксары: a = 2,5 град, V, = 270 с — ^То„= 0,91L, /Р м = АГТ0 _ •/рег1и= 34982 км. Результаты подтвердили адекватность формулы (7).

С использованием имеющейся экспериментальной базы оценки химического состава масел исследована эффективность промывочных операций картеров КП перед сменой масел с точки зрения динамики увеличения механических примесей в них по мере эксплуатации. Исследованы различные промывочные масла, включая иностранные. Эксперименты производились путем химического анализа проб отработавших промывочных масел. Наиболее эффективным (с учетом стоимости) является отечественное масло ЛАВР LN 1006. Для АТП рекомендуется в качестве промывочной жидкости смесь 70% масла ТАп-15В и 30% дизельного топлива, что позволяет уменьшить количество механических примесей в масле на 11-15 %, а количество отказов КП на 7,5 %.

На рис. ! 0 приведены закономерности изменения массовой доли механических примесей в трансмиссионном масле КП ПАЭ-32054 до и после внедрения упреждающих замен масел с предварительными промывочными операциями. В результате количество отказов КП снизилось на 42 %.

Массовая допя механических примесей. % О. Об

--- ---- _4—_____^__

/7 |: У 2

// ..................... ,„{;........

.....

..................... !. ..

7 !

/1

/Г

Рисунок 10 - Содержание примесей в трансмиссионном масле КП ПАЗ-32054 при обслуживании маршрутов с уклонами до (/) и после (2) внедрения разработанных мероприятий О 20 40 во по

Пробег, тыс.ш

Для уменьшения количества сходов с линии автобусов ПАЗ-4234, обслуживающих маршруты с уклонами, методом по допустимому уровню безотказности была рассчитана рациональная периодичность замены задних картеров КП (полученное значение /Рти= 78190 км). С учётом этого принята рациональная периодичность замены 76800 км, кратная периодичности выполнения операций ТО по исследуемому автобусу в целом.

С использованием созданной КЭМ НДС заднего картера КП ГАЗ-ЗЭ09 автобуса ПАЗ-4234 было установлено, что введение дополнительного ребра жесткости и увеличение радиуса сопряжений в области между гнездами подшипников вторичного и промежуточного валов заднего картера КП позволяет снизить максимальные напряжения в рассматриваемой зоне при работе на 1-ой передаче на 28 %. Решение по изменению конструкции корпуса заднего картера КП предложено к внедрению в ОАО «ПАЗ» и ОАО «ГАЗ» для совершенствования конструкций КП ГАЗ-3309 всех АТС с подобной трансмиссией.

Экономический эффект от внедрения предложенных разработок для автобусов ПАЗ составил 20426 руб. в год на один автобус.

В разработке теоретических положений и получении результатов, представленных в диссертации, участвовали д.т.н., профессор Кузьмин H.A., к.т.н., доценты Корчажкин М.Г. и Л сенов В. В. Результаты совместных работ отражены в списке использованных источников. Доля личного участия автора 86 %.

Основные результаты и выводы

1. На основе теоретических и экспериментальных исследований автором предложены новые научно обоснованные организационно-технологические решения в области эксплуатации автомобильного транспорта, имеющие существенное значение для обеспечения эффективной эксплуатации автобусов на маршрутах местностей со сложным профилем:

- разработан классификатор отказов трансмиссий автобусов ПАЗ на базе информации АТП об эксплуатации автобусов в реальных условиях, позволяющий обеспечить оперативное построение статистических моделей показателей безотказности КП и выполнение анализа причин отказов;

- выявлены аппроксимируемые степенными функциями закономерности изменения количества и размеров механических примесей в трансмиссионных мас-

лах КП при работе автобусов на маршрутах с уклонами, позволяющие обеспечить своевременное выполнение работ по техническому обслуживанию и ремонту;

- предложены математические модели процессов изнашивания рабочих поверхностей зубьев колес передач КП, отражающие зависимость значений износов и скоростей изнашивания от значений пробегов (в существующих моделях - от значений характеристик трансмиссионных масел) городских автобусов ПАЗ при эксплуатации их на маршрутах с уклонами, позволяющие уточнить регламентируемые периодичности замен масел КП;

- предложен коэффициент корректирования периодичности замены трансмиссионных масел в КП городских автобусов ПАЗ при эксплуатации их на маршрутах с уклонами, учитывающий значения угла уклона профиля дороги и времени на преодоление подъема;

2. Статистический анализ безотказности трансмиссий городских автобусов ПАЗ, работающих на маршрутах с уклонами, позволил установить, что:

- лимитирующими по отказам являются КП: для ПАЗ-32054 - 39 1 % для ПАЗ-4234 - 49 %;

- основной причиной снижения безотказности КП автобусов ПАЗ-32054 является интенсификация абразивного изнашивания зубьев колес передач в связи с превышением в масле нормы массовой доли механических примесей;

- основной причиной отказов на автобусах ПАЗ-4234, обслуживающих маршруты с уклонами, является разрушение задних картеров КП в зоне вторичного вала (напряжения в деталях превышают допускаемые на 36 %).

3. Практические рекомендации по повышению безотказности трансмиссий городских автобусов ПАЗ, работающих на маршрутах с уклонами, включают:

- использование скорректированных значений периодичности замен масел в КП автобусов ПАЗ, снижающих количество отказов па 34,5 %;

- применение промывочных операций перед заменой трансмиссионных масел в КП автобусов ПАЗ, снижающих количество отказов на 7,5 %;

- соблюдение периодичности замены задних картеров КП, определенной с использованием метода по допустимому уровню безотказности, по пробегу автобуса в 76800 км;

4. Предложенные организационно-технологические решения одобрены и приняты к внедрению Департаментом транспорта и связи администрации Нижнего Новгорода, в Нижегородском пассажирском автопредприятии №2, внедрены в ЗАО «Автокомплекс» и учебном процессе НГТУ им. P.E. Алексеева, позволили снизить общее количество отказов КП автобусов ПАЗ-32054 на 42 % с экономическим эффектом 20426 руб. в год на один автобус.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

в рецензируемых научных журналах из «Перечня...» ВАК:

1. Кустиков, А .Д. Проблемы надежности трансмиссий городских автобусов / H.A. Кузьмин, А.Д. Кустиков // Автотранспортное предприятие. - 2013. - № 8. - С. 39-42.

2. Кустиков, А.Д. Особенности работы механических коробок передач городских автобусов при эксплуатации на маршрутах с подъемами 1 H.A. Кузьмин, А.Д. Кустиков, В.В. Ясенов // Автотранспортное предприятие. -2014. -№ 4. - С. 37-39.

3. Кустиков, А.Д. Этапы методологии анализа надежности работы городских автобусов на маршрутах с подъемами / А.Д. Кустиков, Г.В. Пачурин // Современные проблемы науки и образования. - 2014. - № 5. - URL: httn://w ww.science-education.ru / 119-15102 (дата обращения: 28.10.2014).

4. Кустиков, А.Д. Особенности корректирования периодичности замены трансмиссионного масла городских автобусов при эксплуатации на маршрутах с подъемами / А.Д. Кустиков,

B.В. Ясенов // Автотранспортное предприятие. - 2015. - №1. - С. 42-44.

в других изданиях:

5. Кустиков, А.Д. Совершенствование нормативов технической эксплуатации городских автобусов / М.Г. Корчажкин, H.A. Кузьмин, А.Д. Кустиков // Труды НГТУ. - 2012. - № 4. -

C. 168-174.

6. Кустиков, А.Д. Исследование долговечности работы агрегатов трансмиссий городских автобусов: материалы 79-ой науч.-техн. конф. «Безопасность транспортных средств в эксплуатации» (Н.Новгород) / H.A. Кузьмин, А.Д. Кустиков. - Н.Новгород: НГТУ, 2012. - С. 12-13.

7. Кустиков, А.Д. Проблемы надежности трансмиссий городских автобусов / А.Д. Кустиков, H.A. Кузьмин, М.Г. Корчажкин // Труды НГТУ. - 2013. - Л° 4. - С. 18-26.

8. Кустиков, А.Д. О целесообразности использования промывочных масел для агрегатов трансмиссии автомобилей при проведении технического обслуживания: сб. науч. ст. XII меж-дунар. молодёжи, науч.-техн. конф. «Будущее технической науки» (Н.Новгород) / А.Д. Кустиков, В.В. Зеленцов, В.А. Чернов. - Н. Новгород: НГТУ, 2013. - С. 166-167.

9. Кустиков, А.Д. Методика отбора проб трансмиссионных масел при определении сроков их замены в механических коробках передач автобусов ПАЗ: сб. науч. ст. XII междупар. молодёжи, науч.-техн. конф. «Будущее технической науки» (Н.Новгород) / В.А. Чернов, А.Д. Кустиков, В.В. Зеленцов. - Н.Новгород: НГТУ, 2013. - С. 168-169.

10. Кустиков, А.Д. Влияние наличия подъемов на эксплуатационную надежность механических коробок передач городских автобусов: материалы 87-ой науч.-техн. конф. «Эксплуатационная безопасность автотранспортных средств» (Н.Новгород) / А.Д. Кустиков, H.A. Кузьмин, М.Г. Корчажкин. - Н.Новгород:, 2014. - С. 12-13.

11. Кустиков, А.Д. Повышение надежности коробок передач путем анализа напряженно-деформированного состояния картера: сб. науч. ст. Ill междупар. науч.-практ. конф. «Отечественная наука в эпоху изменений: постулаты прошлого и теории нового времени» (Екатеринбург) /А.Д. Кустиков. - Екатеринбург: НАУ, 2014, X« 3, ч. 2. - С. 41-45.

12. Кустиков, А.Д. Применение метода конечных элементов для решения задачи повышения надежности автобусов на маршрутах с подъемами / А.Д. Кустиков // Путь науки. - 2014. - № 9. - С. 50-53.

13. Кустиков, А.Д. Повышение надежности механических коробок передач автобусов в прибрежных городах: сб. науч. ст. междунар. науч.-практ. конф. «Теоретические и прикладные аспекты современной науки» / А.Д. Кустиков. - Белгород: АПНИ, 2014. - С. 91-115.

14. Кустиков, А.Д. Анализ напряженно-деформированного состояния картера коробки передач автобуса ПАЗ-32054: сб. науч. ст. XIII междунар. молодёжи, науч.-техн. конф. «Будущее технической науки» / А.Д. Кустиков, П.С. Мошков. - Н.Новгород: НГТУ, 2014. -С. 197-198.

Подписано в печать 30.03.2015. Формат 60 х 84 ]/\в. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 120 экз. Заказ 225.

Нижегородский государственный технический университет им. P.E. Алексеева.

Типография НГТУ. Адрес университета и полиграфического предприятия: 603950, ГСП-41, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.