автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.03, диссертация на тему:Прогнозирование и оптимизация долговечности автотракторных двигателей на основе ускоренной оценки их предельного состояния

то

ЛЕНИНГРАДСКИЕ! ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАЛ\ЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ АВТОТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ УСКОРЕННОЙ ОЦЕНКИ ИХ ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ

Специальности:

05.20.03 — Эксплуатация, восстановление и ремонт сельскохозяйственной техники; 05.04.02 — Тепловые двигатели

На правах рукописи

ЧУЛ1АК Виктор Иванович

УДК 621.43.001.5:629.017

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ЛЕНИНГРАД—ПУШКИН

1989

Работа выполнена в Горьковском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте и Горьковском автомобильном'заводе (производственное объединение ГАЗ).

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В. Я. СКОВОРОДИН доктор технических наук, профессор И. Е. ДЮМИН

доктор технических наук, профессор Л. М. СОБОЛЕВ

Ведущая организация: Научно-исследовательский конструкторско-техно-логическии институт тракторных и комбайновых двигателей (НИК.ТИД)

Защита диссертации состоится «..»..... 1990 г.

в .... ч.....мин. на заседании специализированного совета Д 120.37.04 по защите диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук при Ленинградском ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственном институте по адресу: 189620, Ленинград—Пушкин, Академический пр., 23, ауд. 719.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ленинградского ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственного института.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕЙ1СТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Коренным отличием нынешнего этапа развития страны является требование существенного роста эффективности технического потенциала, в том числе, автотракторной техники. Особенно остро встает проблема наиболее полного использования потенциального ресурса машин и механизмов и снижения затрат на поддержание их работоспособности, которые по данным Горьковского филиала ШКИ нормализации в машиностроении (Г® ВНИИНМАШ) возросли с 15 млрд. руб. ь ТО-ые годы до 40 млрд. руб. в настоящее время. Несмотря на использование значительных трудовых и материальных ресурсов для поддержания работоспособности машин большое их количество тем не менее простаивает в неисправном состоянии. Чрезмерно велика также доля наши несвоевременно снимаемых в капитальный ремонт (КР). Только по автотракторным двигателям (АТД) их количество превышает 65%. При этом ресурс большинства сопряжений и деталей двигателей, поступивши в КР, в том числе и основных, оказывается использованным не более чем на 35...45%. Заводы-изготовители также часто вкладывают средства в повышение долговечности тех узлов и деталей, которые не лимитируют ресурс машин до КР. Все это существенно снижает общую эффективность двигателей как объектов производства и эксплуатации 'в их взаимосвязи и вызывает ежегодные потери в экономике страны, составляющие сотни миллионов рублей.

Устранение указанных: негативных явлений в значительной степени связано с необходимостью пересмотра традиционной методологии оценки и управления надежностью машин для-наиболее полного использования потенциального ресурса каждого двигателя. В связи с этим главным направлением решения рассматриваемой проблемы в диссертации принята разработка теоретических положений и методологии обоснования их предельного состояния с целью оптимизации долговечности и управления индивидуальной надежностью.

Научные исследования и разработки, выполненные в диссертации, соответствуют основным разделам научно-технической программа ПшГ СССР и АН СССР "Надежность (Повысить технический уровень, качество и надежность машиностроительной продукции)" от Q7.Oo.19о'? г. (п. II.02.h6 и п. 11.11.03.Н1) и научно-технической программы Фундаментальных исследований АН СССР "Повышение надежности системы: машина-человек-среда" от 03.02.I9bo г. (п. 2.3.3 и п. 3.4.7), соисполнителем по которым является Гш.

Цель исследований. Разработка теоретических положений и мето-

дологии обоснования предельного состояния автотракторных двигателей, обеспечивающих максимальное использование их потенциального ресурса и снижение затрат на поддержание работоспособности путем прогнозирования ресурса, оптимизации долговечности и управления ивдиведу- ; альной надежностью на базе регламентированных критериев а параметров технической, экономической и экологической целесообразности эксплуатации ДВС.

Ьаучнуд новизну работы составляют:

- методология "обоснования предельного состояния (Ш) двигателей как многоразового состояния, обусловленного достижением критериев йС отдельными деталями, сопряжениями, или двигателем в делом, позволяющая оценить потенциальный ресурс двигателя на основе комплексного технико-экономического анализа его эффективности как объекта производства и эксплуатации в их взаимосвязи;

- классификация методов испытаний ДВС и обоснование целесообразности применения разработанного автором метода ускоренных стендовых испытаний на предельное состояние для установления параметров ПС ДВС, обеспечивавшего параллельность и комплексность оценки предельного состояния по.критериям технической, экономической и экологической целесообразности использования двигателя;

- классификация критериев и параметров ПС двигателя и его сопряжений, а также теоретическое обоснование математических моделей для определения отдельных структурных и функциональных параметров 1£ ДВС, повышающие точность оценки предельного состояния;

- аналитический метод и метод статистического'моделирования с помощью ЭВМ, алгоритм и программа расчетов для прогнозирования остаточного ресурса и технического состояния- деталей и сопряжений двигателя, основанные на предложенной в работе физической модели динамики изнашивания,.существенно повышающие точность прогноза,, особенно при малом объеме статистического материала;

- метод профилактических поэлементно-групповых ремонтов (ИГР), алгоритм и программа выбора оптимальных вариантов ППР с помощью .

позволяющие существенно повысить фактический ресурс двигателей при одновременном снижении затрат на поддержание их работоспособности;

- алгоритм управления индивидуальной надежностью двигателя, основанный на использовании принципов технико-экономического анализа эффективности решений о ремонтных воздействиях и оптимизации долговечности, позволяющий наиболее полно использовать потенциальный ресурс каждого двигателя;

- методы и экономико-математические модели оптимизации долговечности ДВС, а также методики оценки изменения стоимостных затрат на поддержание работоспособности двигателя, построенные на основе прерывно-кусочной функции 1-го рода, позволяющей учесть как непрерывные, гак и дискретные затраты за цикл эксплуатации двигателя до КР.

Практическую ценность составляют:

- методика ускоренных стендовых испытаний на предельное состояние, сокращающая продолжительность оценки ¡1С конкретной модели двигателя в 40...70 раз, снижающая затраты на оценку параметров ¿С в 35. ..40 раз и повышающая точность сценки Ш;

- метод Ш'Р, повышающий фактическое использование потенциального ресурса в 1,5...2 раза при одновременном снижении затрат на поддержание работоспособности двигателей в 1,4...1,9 раза;

- алгоритм и программа выбора оптимальных вариантов ремонтных воздействий за цикл эксплуатации до КР, позволяющие снизить затраты на ремонт, а талене вести целенаправленный отбор конструкторско-технологических мероприятий по повышению эффективности ДБС как объектов производства и эксплуатации в их взаимосвязи; .

- методы, алгоритм и программа прогнозирования остаточного ресурса на основе физической модели динамики изнашивания, повышающие точность прогноза и эффективность эксплуатации ДВС;

- рекомендации по нормированию потребности в запчастях, позволяющие повысить техническую готовность АТД при внедрении ИГР в качестве фирменного метода ремонта. •. — ..

Реализация результатов работы. Внедрены в практику испытаний и доводочных работ на Горько векои автомобильном и Заволжском моторном заводах (ГАЗ и ЗМЗ) методика ускоренных стендовых испытаний на предельное состояние (УСЛ Ш) с годовым экономическим эффектом соответственно в 450 тыс.руб и 402 тыс.руб., частные методики ускоренной оценки НС по параметрам токсичности, методом последовательных замен, комплекс приборов для оценки параметров состояния двигателей с общим экономическим эффектом 29 тыс.руб. в год, а также ряд мероприятий конструкторско-технологического направления, испытанных с помощью методики УСЙ Ш, с общим экономическим эффектом в 104 тыс.руб. в год.

лаучные положения диссертации вошли в состав руководящих материалов Госстандарта СССР по вопросам диагностирования, эксплуатации и ремонта маа-.н, прогнозирования их технического состояния и остаточного ресурса С Ра ¿0-423-63, РД о0-430-Ъ4, Л? о09-14-ьо,

Р 50-с0Э-21-8о,Г0СТ 27.302-86,Р 50-609-22-85,Р 50-609-29-87,ГОСТ 27.516-87, Р 50-609-30-87).,

ría ГАЗе проводится оштно-промыдленная проверка предложенного автором поэлементно-группоЕого метода ремонта ДБС. Его апробация в условиях подконтрольной эксплуатации свидетельствует о возможности получения экономического эффекта в 150...2G0 руб. на I двигатель за ресурс до riF.

¡материалы диссертации используются в учебном процессе ГШ,

..iivíi > СЗШ.

Отдельные вопросы теоретических и экспериментальных исследований использованы в кандидатских диссертациях, научным руководителем или консультантом по которым совместно с д.т.н., профессором И.Б. Гурвичем является автор. Это работы Б.А.Азимова, Л.А.йолобова, А.И. Баранова, А.В.Чияова, Б. Лкнденбаума.

Апробация работы. Осногные положения и результаты диссертации докладывались и обсуядались на 19 Всесоюзных научно-технических конференциях, семинарах и совещаниях в БШ (г. Минск, 1971 г.), !A¿¿i (г. Ташкент, 1971,1976,1982 гг.), АзПй (г.Баку, 1979 г.),ЦВД1 (г. Ленинград, 1978 г.), ХАДЙ ,(г. Харьков, I960 г.), ИШаш АН УССР (г. Харьков, 1981 г.), 'AJMm АН ГССР,(г. Тбилиси, 1981 г., г. Теда-ви, 1985 г.), BíM (г. Ворошиловград, 1983 г.), КСХИ (г.~ Казань, 1983 г.), ЛСХи (г. Денинград-Душсин, 1985 г.), Hi ВНИШШШ(г.Горький, 1985,1967,1989 гг.), МАДй (г. Москва, 198о г.), на 19 региональных и республиканских научно-технических конференциях и семинарах в 31/Ü (г. Заволжье, .1971т.), ХАДО (г. Харьков, 197Г г.), «орГУ (г. Саранск, 1972 г.), МАШ (г. Москва, 1982 г.), Ч1М (г.Челябинск, 1982 г.), ХШ (г. Хабаровск, 1982 г*), ГШ (г. Горький, 1982-1987 гг.), ГСХИ (г. Горький, 1981,1984 гг.), НШйУ (г. Севастополь, 13о4 г.), Ш -ВЬШШШ (г. Горький, 1987 г.), на ежегодных научно-технических конференциях кафедры-ДВС и ЗД ГШ (г. Горький, гг.), на семинарах НТО ¿¡ангаром (г. Горький, 1986,1988 (г. -щнинград-уущккк, Ivüu-1988 гг.). •;-."л;;:саики. »¡а?ер;шлы, основное содержание и результаты ис-с.^.'ДОа^..;;: па теме диссертации опубликованы в V9 печатных работах.

¿а с;л;туса и объом работы, диссертация содеркит 275 стр. основного текста, 7U табл., 23о рис. и состоит из введения, 7 глав, Основных выводов и рекомендаций, списка литературы, включающего 337 наименований и приложений (отдельный том).

Автор выражает благодарность д.т.н., профессору И.Б.Гурвичу, сотрудникам кафедры дВС и йД ГШ, Центральной заводской лаборато-

рии двигателей ГАЗ и ГФ ШИИНМАй за Есесторош-шю помощь в выполнении работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Состояние проблемы повышения эффективности автотракторных двигателей

. На современном этапе развития экономики страны проблема повышения эффективности производства.и использования техники прхобрела исключительно важное государственное и социальное значение. Весьма • существенная роль в ее реализации отводится повышению эффективности АТД. Они являются наиболее сложными машинами кассового производства и эксплуатации, а их ресурс зачастую в 1,5...2 раза неньше ресурса автомобилей и тракторов. Кроме того, по данным различных исследований около 4£tf, отказов машин приходится на двигатель, а трудоемкость их устранения зачастую превышает 4д% общей трудоемкости устранения отказов. Только поддержанием работоспособности автомобилей занято свыше I,ö млн. человек, а расходы на это составляют более 4 млрд, руб. ежегодно. Несмотря на значительные трудовые и материальные затраты в сферах производства и эксплуатации АТД,их эффективность в настоящее время попрежнему остается низкой ввиду чрезмерно большого недоиспользования потенциального ресурса и неудовлетворительного состояния вопросов управления надежностью АТД.

Проблема повышения эффективности двигателей является комплексной, включающей рдц задач теоретического, технического и организационно-экономического направлений. Особенно важное значение среди них занимают задачи обоснования и регламентации параметров iiC, определяющих потенциальный ресурс ДВС, диагностирования и прогнозирования технического состояния и ресурса, оптимизации долговечности, оценивания и управления надежностью' АТД.

Решение этих задач требует осуществления глубоких и разнообразных научных исследований. Их реализации посвящены работы большого числа творческих коллективов заводов-изготовителей АТД, научно-исследовательских и учебных институтов, таких как ¿jAäL HATu, ШКОД, ГОСшШ, HMilAT, ¿ЩЦД, ЛСХИ, СзШ, ЛШ, БШ, СШ, ГШ, iilA/iil, utkКОД*, ТАДЙ, СибДДй, ХАДИ и др., а также отдельных отечественных и зарубежных ученых. Это работы Q.H.Авдонькииа, В.А.Аллилуева, Ji.E.Агеева, ¡а.С.Белицкого, В.В.Болотина, В.В.Буркова, й.Б.Гурвича, ii.ii.Говорущенко, »!.А.Григорьева, А.С.Гальперина, A.B. Гличева, №.<!>.Гутаревича, .¿.С.ддановского, С.А.»;офЬлнова, Р.В.Ку-геля, Ь.Й.Казарцева, Г.Б.Крамаренко, S.С.Кузнецова, Р.й.Колеговза,

о

В.С.Дукинского, В.Н.Луканинв4 В^М.Михлина, А. В.Николаенко , В.В.Новожилова, А.С.Проникова, Р.«.Петриченко, Р.И.Пикмана, В.Я.Сковоро-дкка, А.И.Селиванова, В.Н.Смирнова, Н.С.Сачко, Л.М.Соболева, И.Б. Тартаковекого, А. ¿¡. Шейнина, Н.П.Яценко, ¿1.Вазовского, й.Герольда, I ¿•»неона, А.Коломбо, О.Ланге и др. Сделанный в диссертации анализ указанных и других работ, посвященных надежности,машин,показывает, что они так или иначе в основе своей имеют традиционную методологи* направленную на определение надежности по результатам эксплуатационных испытаний .(эксплуатационная надежность), и в меньшей степени -по результатам стендовых испытаний, машин.

обладая несомненной ценностью в плане систематизации большого фактического материала, выявления-и классификации причин отказов, определения законов распределения и изменения единичных и комплексных показателей надежности серийных машин, находящихся в эксплуатации, они позволяют судить, однако, о средних показателях надежности по всей совокупности машин данной модели и позволяют выбирать общие направления повышения надежности этих машин. В то же время вопросы управления индивидуальной надежностью, машин, технико-эконо. ¿шческого анализа их эффективности, оптимизации долговечности не раскрывается в этих работах. ' < ^ ■

Анализ указанных работ показал, что для решения задач повышения эффективности АТД на основе управления индивидуальной надежностью необходимо прежде всего теоретическое и экспериментальное обо снование ¡1С ДВС. Работ в этом направлении сделано сравнительно мало. Это работы «.Н.Авдонькина, И.В.Величкака, И.Б.Гурвича, У.А.Гри горьева, В.И.Казарцева, А.В.Николаенко и некоторые другие. Вместе с тем только на базе обоснования и регламентации критериев и параметров ПС возможно осуществить идею управления индивидуальной надежностью. £е реализация требует к тому не существенного пересмотра методологии оценки уровня надежности и стратегии поддержания ра бстоспособности ДоС. Такой стратегией должна быть стратегия ремонт заздейотвий по фактическому техническому. состоянию на базе ди-агнссгйроЕания и прогнозирования остаточного ресурса по регламен-тяровашьм параметрам Ш,- При этом необходима разработка и принципиально новых методов ремонта АХЦ, построенных на основе резервирования надежности за счет своевременных замен . отказавших деталей и их групп на запасные.

Анализ тенденций развития методов ремонта, машин, в том числе АТД, сделанный на основе работ Д.Н.Волкова, Й.Е.Дшина, А.С.Денисова, В.А.Долецкого, Л.В.Дзхтеринского, В.В.Ефре^ова, Н.И.Иващен-

о , ■

ко, В.И.Казарцева, А.С.Консона, В.М.Кряжкова, Г.В.Крамаренко, К.Г. Кошкина, Р.Н.Колегаева, Ё.АЛисунова, h.H.Белова, ¡¿.А.иаеино .В.л. Сковородина, Л.Таннинга, В.Б.Ухарского, А.К.Челпана, Б.А.ыадричева, Д.Кокса и В.Смита и др., показал, что наиболее перспективным направлением повышения эффективности использования ДЮ является ремонт методом замены изношенных деталей или их групп при экономически оптимальных вариантах замен, оцениваемых ш многофаьторкону технико-экономическому критерию оптимальности. Авторы такой метод назван поэлементно-групповым (ИГР).

Анализ указанных работ по проблеме повышения эффективности АТД также показал, что раздельное рассмотрение вопросов оценка надежности, повышения надежности, диагностирования технического состояния, прогнозирования ресурса, оценки эффективности ДВС не позволяет иметь качественный инструмент управления надежность» двигателей. Выявилась также необходимость разработки принципиально новой методологии оценивания надежности на основе технико-экономического анализа (1ЭА) эффективности решения о ПС А1Д и необходимость постановки задачи оптимизации долговечности двигателей. Это и нашло свое отражение в обосновании указанной выше цели данной работы.

Обобщение выполненных ранее автором исследований и результаты •анализа литературных источников показали также, что наиболее перспективный путь решения проблемы повышения эффективности АТД как объектов производства и эксплуатации в их взаимосвязи находится на стыке теории ДВС, теории технической эксплуатации и теории технико-экономического анализа сложных систем. В результате была предложена блок-схема анализа и управления индивидуальной надежностью А1Д 1рис. I), которая и легла в основу реализации цели и задач, поставленных в работе. Это следующие задачи:

1. Разработка методологии и методов установления предельного состояния ДВС.

2. Теоретическое обоснование предельного состояния, классификация критериев и параметров ПС, их-теоретический анализ и расчет.

3. Установление закономерностей изменения структурных параметров- ПС и экспериментально-теоретическое обоснование их значений для конкретных моделей ДВС.

4. Установление закономерностей изменения функциональных параметров DC к экспериментально-теоретическое обоснование их значений для конкретных моделей ДВС.

о. Разработка методоа, моделей и программ расчетов прогнозирования ресурса деталей и сопряжений ДВС для управления их ивдиви-

Л-.с. I. Блок-схема управления индивидуальной надежность® ДВС. дуальной надезностьо.

о. Разработка методов шдцераания работоспособности двигателей в процессе эксплуатации на основе резервирования и управление индиьидуазьгйзй надежностью ыаашн.

7. разработка методов, шдедей и программ оптимизации долго

о .

вечности ДВС на основе технико-экономического анализа эффективное?;: производства и эксплуатации двигателей в кх взаимосвязи.

2. Методология установления предельного состояния дВо

С позиций технико-экономического и программно-целевого подходов возможны два направления к решению задачи обоснования 113 и управления их надежностью. Первое из них заключается в обеспечении заданного уровня надежности, включая и ресурс за счет любых, даже чрезвычайно дорогих мероприятий конструктивно-технологического порядка. Второе направление - это выявление.потенциального ресурса двигателя и каждого его элемента, установление сравнительной долге-вечности деталей и поиск путей реализации потенциального ресурса и за счет соответствующих ремонтных воздействий (РЬ), и за счет повышения ресурса быстроизнашивающихся элементов при минимальных затратах и конструктивно-технологических изменениях-в двигателях. Второе направление наиболее целесообразно для А1Д.

Вплоть до настоящего времени; как показывает анализ выполненных исследований, установление параметров предельного состояния, строится на традиционной методологии оценки юс эксплуатационной надежности. Такая методология, однако, не обеспечивает оперативной и ' достоверной информации о потенциальном уровне долговечности ДБС из-за чрезмерного рассеивания результатов наблюдений (по ресурсу ДВС от 1:3 до 1:6, по ресурсу, деталей от 1:3 до 1:10), отсутствия учета необходимости и целесообразности промежуточных до КР ремонтных воздействий, системности и комплексности оценки Ш ДВС. Кроме того, даяе для сравнительно удовлетворительной оценки долговечности АТД необходимо накопление данных в течение 3...5 лет с начала массовой эксплуатации машины. Полученные таким образом результаты характеризуют к тому же всю совокупность ДВС данной модели и не могут ¡«пользоваться в необходимой мере для управления индивидуальной надежностью АТД. Изложенное подтверждено приведенными в работе данными выполненных автором исследований эксплуатационной надежности двигателей автомобилей ГАЗ и анализом имеющихся данных по другим моделям А1Д.

В работе показано, что отсутствие учета потребности б промежуточных РВ при традиционной методологии приводит к искаженны?.! оценкам потенциального ресурса ДВС. Кроме того, необходима экономическая оценка эффективности проведения таких РЬ. Ь работе показаны также негативные последствия отсутствия единого толкования методов РВ и их содержания применительно к АТ^.

У

Для устранения недостатков традиционной методологии в качестве базы обоснования ДС А£Ц автором предложена методология их технико-экономического анализа как технической системы путем сопоставления затват и эффекта за цикл от изготовления до снятия в КР- с учетом неремонтных воздействий, а такке ущербов от зксплуатацион-.-.'-чюлногдеяности используемого двигателя, а основу предложенной методологии положены принципы системности к комплексности анализа ДС АТД. Учитывая неравную износостойкость деталей и сопряжений ДВС, их предельное состояние рассматривается как многоразовое состояние с установлением критериев и параметров иС двигателя как системы в целом, а также его отдельных деталей и сопряжений, как элементов и подсистем, исходя из их служебного назначения, Предложена также классификация и определение критериев и параметров ПС и методов испытаний ДБС с целью их однозначного применения и толкования. При этом критерии. ОС А!Щ предложено -.азбать на четыре группы: технические, экологические, экономические а иоцк&шаю, а параметры - на две группы: структурные и функцио-._;..•:•..•.:. Построение классификации критериев и параметров сделано ..сходя из содержания самих понятий "критерий - как признак (средство), на основании которого производится оценка состояния объекта; показатель - как знак существования определенного явления или процесса; параметр - как величина (мериле), характеризующая количественное изменение того или иного процесса. С той же целью даны так-:ге определения возможных методов ремонта АЗД и предложена методика ТЭА при выборе оптимального метода ремонта. Они вошли в руководящий материал Госстандарта СССР Р 50-609-30-87 "Рекомендации..Эксплуатация и решит техники. Шрядок сдачи в ремонт и приемки из ремонта. Общие требования".

Так как в процессе изнашивания изменяются параметра надежности. токсичности, топливной экономичности и других показателей ка-.-зстаа дзигатедя, то при 1ЭА эффективности ДБС целесообразно пред-«гаыоьиэ ¿указателей качества в стоимостном выражении-и использо-занйз скалярное агаимизащш с приведением вариантов в сопоставимы® вид. При этом в качестве критерия оптимизации решение о УС АТД дол ■кзн быть принят многофакторкый технико-экономический критерий, уч* тыааиций приведенные затраты на производство и эксплуатацию А'ВД, г тахске потерю эксплуатационной полноценности по мере износа двигателя. 3 качество основного принципа принятия рбдения при ТЗА след; ат брать принцип минимума затрат (3)» или максимума аффекта (3):

0 min = »!'шЗ(х) при

ШШ . ^

Э шах. ==тйхЭ(х) при ЗООеЗ (2)

V

где А - множество допускаемых вариантов реиений; оке- соответственно допускаемые изменения затрат и эффекта с учетом возможных ущербов (У ), связанных с приведением вариантов репе; л й в сопоставимый вид.

Исходя из разработанных принципов методологии обоснования пО ДВС и анализа методов испытаний ДВС обоснован выбор ускоренных стендовых испытаний в качестве метода оценки ¿1С и нормирования долговечности АТД. Этот метод внедрен в условиях производства ГАо к Й43. Ускоренные испытания состоят из э-ти часовых никлое абразивного изнашивания (2 часа - режим максимальной мощности, 2 часа - р&-жиы максимального крутящего момента и 15 мин. через каждый час -реким холостого хода), а также контрольных циклов снятия комплекса исследуемых функциональных и структурных параметров при работе двигателя без подачи пыли. Интенсификация изнашивания ДВС осущестачя-ется путем шдачи гостированной кварцевой пыли в цилиндры и масляный картер при работе двигателя без воздухоочистителя и без фильг-.рации масла. Испытания продолжается до отказа по износостойкости базовой или основной детали, обладающей максимальной износостойкостью. Контрольные циклы производятся до, после и через каядые 15... 20 часов 1'СИ. В процессе УСй ПС строятся дежурные кривые динамики изменения износов и'функциональных параметров технического и экологического состояния двигателя. При достижении периода прогрессирующего изнашивания, устанавливаемого по резкому изменению функциональных параметров, выявляются и заменяются детали, Еызвакаке ухудшение работоспособности ДВС (рис. 2,3,4). Совместный анализ кряны" динамики изменения показателей позволяет не только установить параметры Ш ДВС, но и потенциальный ресурс кавдой детали в часах УСй за счет выявления этапа ее экстремального взваливания. Слученный таким образом ресурс в часах УСИ (г") пзресчигываегся в наработку двигателя (X) s нормальном режиме работы по формуле:

X = + а»Хг+ аъ-с *? (3)

где a1,aI,Qj - коэффициенты, о предела екые методом наккенкши: квадратов с помощью ЭВ.'Д. .

Установление потенциального ресурса к параметров ПС деталей и подсистем ДВС с гамоць» методики i'C>i- 11С позволяет реально псдсГ-ти к реализации задачи управления индивидуальной надеяноотыо (ак.1;

3. Теоретическое обоснование и расчет параметров предельного состояния автотракторных двигателей

Основной и постоянно действующей причиной изменения технического состояния двигателя является износ его деталей. .Поэтому в ка--астве базы теоретического обоснования Ш ДВС необходимо использо-зависимость динамики изнашивания от. основных физических параметров, характеризующих условия трения в сопряжениях ДВС. В связи с эту.м при обосновании ИС АТД необходимо выявление периода прогрессирующего и экстремального изнашивания с установлением предельных иэкосов и соответствующих им предельных значений функциональных параметров X. В качестве основы.для этого в работе принята классическая кривая динамики изнашивания, а также зависимость ин- . тенсивности изнашивания от условий и характера трения в сопряжениях, построенная на известных теориях трения и смазки. Известно,. что интенсивность изнашивания деталей зависит „от 3-х групп факторов: параметров среды в зоне трения, материалов деталей, нагрузок на по-.■¿рсност'и трения. Они . и подвергнуты всестороннему анализу при уота--юЕлении математических моделей для оценки параметров Ш ¿ВД. ;

Исследованиями показано,'что с позиций установления ДЗ ДВС расчетные зависимости для оценки изнашивания сопряжений двигателей целесообразно разделить на 2 класса: модели физических процессов, происходящих при изнашивании, учитывающие характер;смазки, удельные давления, тепловое состояние деталей и т.п.; и модели динамики изнашивания, интегрально включающие физические процессы. С позиций управления надежностью АВД для решения задач блоков исходного анализа и диагностирования (рис. I) необходимы модели того и другого класса: первые - для обоснования и выбора диагностических па- ' раАаетроз Ш, вторые - для ошсания динамики изменения шказателей я возможности решения-задач блоков прогнозирования и оптимизации ■ долговечности АЩ. Для оптимизации необходимы также модели технико-:$;-»г:с^;чзского анализа эффективности. АЗД, основанные на динамике ••.х.оненая их технического" состояния и учете затрат, эффекта ~ -уг,зрбив за рассматриваемый цикл эксплуатации.

что касается динамики изнашивания, то в работе показано, что наилучшими возможностями аппроксимации обладает математическая зависимость (3 ) в виде полинома третьего порядка. В диссертации дано описание математической постановки задачии вывода данной модели. шказано также, что ошибка определения величины износа в любой период эксплуатации не превыдает 10$ от износа, найденного по моде-

ли (3). Имея уравнение динамики изнашивания (3) можно вести прогнозирование остаточного ресурса, определяя скорость и ускорение изнашивания как соответственно первую и вторую производную от фукхцик динамики накопления износа (и ) по Бремени (т?).

. Для прогнозирования остаточного ресурса АТД после момент« скончания приработки (периода постепенного и прогрессирующего иаь'слк:.:.-' ния) целесообразно использовать модель изменения шрьметрл» состояния, .положенную в основу ГОСТ 27.302-66 "йадежносто в технике. тоды определения допускаемого отклонения параметра технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса составных частей агрегатов капшк", разработанного с участием автора:

= У-тГ'Ч , (4)

где X (,"£.)- накопленное значение технического параметра X при наработке "Й ; V, сС - константы, определяющие средний процесс изнашивания; - случайный стационарный процесс с нулевьи матснидаки-ем, единичкой регрессией и известной корреляционной функцией.

Приведенные модели могут быть использованы, однако, в случае наличия больаого статистического материала, как л другие адпрокси-. мационные модели. К тому ко при всей простоте их применения они об- . ладаот рядом существенньк-недостатков, и прежде всего,низкой точностью-при малой статистике и отсутствием связи с фактическим техническим состоянием объекта в момент прогнозирования. Это связано с тем, что характер изменения износа или другого технического параметра записывается.в них в виде квазидетерминлрованного процесса. Это позволяет следить'-лишь за изменением среднего значения Процесс 'же формирования Ы ("Й ) -.в зависимости о? накопленных значений и ("С ) остается при этом скрытым.

В связи с этим в диссертации дана также разработка нового метода оценки ресурса подвижных сопряжений ДВС, сделанная совместно с сотрудниками ГО ШмШШАЫ, на основе физической «одели динамики их изнашивания в виде дифференциального уравнения первого порядка:

сШ/М = <*х/М = , $(*)], (О)

где Функция» построенная на основе физики накопле-

ния повреждений.

Сам процесс накопления износа рассматривается как сумма двух процессов: механического истирания с интенсивностьи ]1(. л';) и ударно-усталостных процессов с интенсивностью 3 л • В этом случае общая интенсивность изнашивания имеет вод:

В результате приведенных в. работе физических выкладок и математических преобразований получена следующая модель: ■

3(Х{) -А,+ Кг*1 + К2-Х{*> (7)

где Д1Д1 постоянные коэффициенты, завися[цие от реаимов работы, свойств материалов и среда в зоне трения. Коэффициенты определяются экспериментально по результатам измерений технического параметра у (в обучающем эксперименте.

процедура аналитического определения остаточного ресурса и его дисперсии ш модели (7) сводится к процедуре решения системы дифференциальных линейных уравнений второго порядка (уравнений ¿Ьнтрягина).. Их подробное описание дано з гл. б. Усредненная относительная ошлбка предложенного метода составляет 1Щ при весьма. гиляяи объеме необходимых исходных данных.

■-•сьовкьыи подсистемами АТД, определяющими необходимость ре-двигателя, являются цилкэдро-поршневая (ЦПГ), кривошипно--¿гу.-^ая (¿иаГ). группы и газораспределительный механизм (ГРш). При разработке расчетных моделей первого класса, характеризуицих параметры ЛС ДВС, в основу был положен анализ основных служебных функций и структуры указанных групп. В результате выполненных исследований среддонены следующие математические модели определения параметров 1С А1Д: . и . к прел/

где Дпц — зазор юбка шршня-зеркало цилиндра; Цю - рабочая длина юбки поршня; - вязкость-масла в зоне трения; п - частота вращения коленвала; Кэ - эмпирический коэффициент, характеризующий условия динамического нагружения в предельном состоянии ЦПГ; Рь - максимальное давление цикла.

Дпх » яг-Р-то- Как /Рх. > . "(9)

где & пк - зазор в сопряжении вернее кольцо-канавка порпня; О - диаметр цилиндра; Ц.пДак'^Рх. - то же, что и в модели

(8)' дБ ~ АГ-2.Х-Я* ДО-Кг, > (10)

где Д Б - увеличение теплового зазора в поршневом кольце; йг -радиальный но но с кольца; Д О - максимальный износ цилиндра в верхней зонз;К,К2_- коэффициенты, учитывающие соответственно неравномерность износа кольца по образующей.» циливдра по окружности. .."

¿ь=Шэ Н-З/К+фч-' (П)

где - вес газов (воздуха) , прорывающегося в картер щи заданном давлении газов Рг ййД поракей; ^ - ускорение силы тяжести;

Уг - удельный объел газа над поршнем; п, - показатель политропы; р - суммарный просвет, создаваемый в сопряжении ЦПГ (произведение истинной площади сечения неплотностей на коэффициент истечения газов).

(12)

зов). р г х Г,. 1

где р.1 - среднее теоретическое давление никла; Рс - давление в конце такта сжатия с учетом потерь рабочего тела; £ - степень сяатк.я; А - степень повышения давления; П1 ,П2- соответственно показатели политроп сжатия и расширения; G0/c(c,2 - весовое количество рабочего тела б соответствующих точках индикаторной диаграммы с учеток расхода картерных газов за цикл G Ц :

&ц = Vr'ir - z/n . (13)

где Vr - расход картернык газов;. - плотность картерных газоЕ; il - частота вращения коленвала. 3 исх(прел)/

где Gm- расход масла на угар; J)Cp - средний диаметр цилиндра; ! ц - число цилиндров; - плотность масла- площадь торцевого зазора в сопряжении кольцо-цшшндр-какавка порзня по средним чертехшм размерил; кинематическая вязкость масла; П -частота вращения коленвала на принятом реяиме; g-tt/SQ - скорость перемещения кольца в канавке; К МП ~ коэффициент оборотности; К мРаЛ ~ коэффициент проходных сечений для масла в ЦПГ.

vr= {4^'Мкр-Пмкр- ge-Кги • кГ(арУщ2-0воэ^-бО, (15)

где Vr - расход картерных.газов; Мкр - крутящий момент;n^^p - частота вращения вала на'режиме Мщ?* *9а ~ удельный расход топлива; JL - коэффициент избытка воздуха; fi - плотность воздуха; Кгн- коэффициент оборотности; _ коэффициент проходных

сечений для газов в ЦПГ. R пред

8прсА=Фх -d2/i8-iö (MAp)bmin , (К)

где 5"прсх - предельный зазор в подшипниках коленвала; фх - характеристика саботы подшипника; d - диаметр шейки вала; Lp - оабочая

i ярса г

ширина подшипника; h min - предельная толщина смазочного слоя в нагруженной зоне подшипника. л.з

РМпРел= PMwcx-K(QM,.cx • W4Jd?w

где Puc' - соответственно исходное и предельное давление ма-

сла в смазочной подсистеме; К - эмпирический коэффициент; Q мел -исходная подача масла; Lp - средняя рабочая ширина подшипника; dp -приведенный диаметр подшипника; f^c - кинематическая вязкость масла; &ПРСД - предельный зазор в подшипнике.

. ¿нгРи*(^-Ро/4КдУ2Ро-дРк/Лит,+--' 3 + Ь >1 (2Во-А Рк/Гмт) , (18)

где (л, ГРМ - расход масла через ГРМ;Ро - приведенный диаметр кольцевой щели; й Рк - перепад давлений на входе и выходе из зазора клапан-втулка; I - количество впускных клапанов в ДВС; У^г- плотность масляного тумана;а,Ь,с -коэффициенты.

Б работе даны математическое и физическое описания вывода этих моделей. ¿Ьказака, что с их помощьп можно вести предварительную оценку параметров состояния ДВС различных моделей с погрешностью ¿...10% в зависимости от модели и оцениваемого параметра..

В работе приведен также анализ изменения токсичности ДВС в процессе изнашивания. Доказано, что рост параметров токсичности следует использовать как критерий предельного экологического состояния АТД. В качестве экологических параметров ДС следует принимать продельные значения выбросов отдельных токсичных компонентов с учетов экономических ущербов от экологического состояния А£Ц как технической системы.

Что касается экономического критерия Ш ДД, то в работе показано, что в качестве такового цедесцобразно использовать многофак-торкый крлтер!й минимальных удельных суммарных затрат за цикл эксплуатации двигателя до КР (Зг!}д) / вклвчащий затраты на приобретение (Кн), текущие затраты наэксшгуатацию (Зэ) без амортизационных отчислений, затраты на проведение предупредительных ПГР, вклачая диагностирование текущег-о состояния ДВС (Зпгр£ ), а тагло ущербы о? эксплуатационной неполноценности в виде ухудшения производительности (■Упр), топливной и масляной экономичности (Угси) и роста ток- . сичности (Уте*)- В результате свертки оы принимает вид следующего интегрального критерия: «

3£нд= (Зэ+ Ки * 3«ГР1 + Упр + У гсм + Уто^/ГжГп (19)

где ущерб (экономия; от использования ресурса ДВС в случае

его снятия с эксплуатации в момент X отличный от амортизационного ; «А. - коэффициент приведения затрат до времени в сопоставимый Е>:д;"С - текущая наработка. При этом показано, что, дня оценки оп-;-кмадьной долговечности АГД как технической системы целесообразно :;слользовать технико-экономический критерий Ш, который вшаочает оценку необходимости проведения ПГР по техническим параметрам ВС л опенку оптимальных ресурсов, состава н количества ПГР по эконо-ллмескоыу критерии (19) с использованием прерывно-кусочной функции первого рода (рис. а).

. 4. Закономерности изменения структурных параметров двигателей в процессе эксплуатации

Применение методики УСй ПС при оценке закономерностей изменения структурных параметров, а также обобщение большого статистического материала по эксплуатационной надежности ДВС (более ЬОО двигателей различных моделей ГАЗ к 3;а3, а также других моделей АХч) позволило более полно оценить динамику изнашивания деталей. Псоледова-ния подтвердили наличие зсех трех периодов динамики взиынвения у всех деталей ДБС в.соответствии-с классической кривой (приработка,

нормальное и прогрессирующее изнашивание). В работе особенно подробно рассмотрены закономерности изнашивания, присущие 3-му период!'. Показано, в частности,что общепринятое его назза-. мне "период аварийного изнашивания" не вполне соответствует сухости протекавших физических процбссов. Поэтому в соответствии с особенностями роста интенсивности изнашивания деталей■ з этот период предложено назвать его периодом прогрессирующего изнашивания с разделением на два этапа: этап предельного изнашивания, который характеризуется

ю 20 зо 40 га оа то ао £э -¡со «в со «а -сч

Рис. 2. Зависимость максимального износа деталей двигателя ЗйЗ-бЗ от времени ¿'СИ по рениму 2: I - цилиндр; 2 -"верхняя ка- заметным ростом кнтен-навка поршня по Еыссте; 3 - верхнее кольцо ш высоте; 4,Ъ,о - соответственно, вто-роо, первое и'маслосъемкое кольцо по тепловому зазору; 7 - верхнее кольцо покрытое молибденом по тепловому зазору; 3 -копейная шейка;-9 - шатунная шейка коленчатого вала; 10 - кооенные вкладыши (суммарный износ); II - шатунные вкладыша (суммарный износ).

сивности изнаяивакия и изменения функциональных параметров состояния ДБС (рис. 2,3), и этап экстремального изнашивания, связанный с

переходом процесса изнашивания за пределы параметров 12 н резкий ростом интенсивности изнашивания и изменения функциональных параметров состояния ДВС. Время перехода динамики изнашивания из этапа..: предельного к этапу экстремального изнашивания и следует цринимать как технический критерий достижения предельных износов деталей.

исследованиями установлена идентичность динамики и эпюр износа деталей ДВС в условиях эксплуатации и УСИ и подтверждена правомочность применения методики УСИ ЕС в качестве базового метода установления параметров ПС АТД. Показано, в частности, что динамика изнашивания всех деталей ДВС и в условиях эксплуатации, и при УСИ доста- . точно точно аппроксимируется уравнением (3). Абсолютные отклонения экспериментальных значений износов от расчетных величин не превышают 15 мкм- с вероятностью 0,95 для любого периода работы двигателя.

Исследования показали, что применение методики УСИ Ш позволяет б сжатые сроки достигать не только периода экстремального изнашивания, но и выявлять характерные особенности изнашивания всех деталей ДВС с целью принятия оперативных мер по иэвыаению их износостойкости при доводке и модернизации двигателей. В евзи с этим с помощью методики УСИ ПС бьши выполнены исследования рада конструк-торско-технологических мероприятий повышения долговечности и эффективности двигателей автомобилей ГАЗ: применение ьюлкбдешвого покрытия шраневых колец, монолитных хромо-ванадиевых гальз, безкааа-вочных вкладышей коренных годшипников и др.

Исследования показали,что основными факторами увелотанкых износов отдельных поверхностей трения является ШЕшенные удедьные давления и динамика изменения этих давлений. Это особенно отчетливо, проявилось при исследованиях характера изменения толщины смазочного, слоя в подшипниках коленвалов двигателей, излоаенных в работе.'

Результатом комплекса приведенных исследований явилось, установление и рекомендация доя целей ресурсного диагностирования предельных значений структурных параметров основных подсистем двигателей автомобилей ГАЗ (табл. I).

5. Закономерности изменения функциональных диагностических показателей состояния ДВС в процессе изнашивания <

Ь соответствии с методикой УСИ Ш исследованию подвергается одновременно весь комплекс возможных функциональных показателей состояния ДВС с использованием методов как прямой,так и относительной и косвенной оценки их изменения арйпоотоянном наблюдении за ниш. Для удобства и полноты анализа была проведена также оценка закономерностей изменения какого показателя в отдельности и во

взаимоскаи с другими показателями при работе двигателей на различных режимах их работы в различные периоды динамики изнашивания ДВС.

При оценке возмогших изменений с позиций служебного назначения отдельных сопряжений и подсистем ДВС исследуемые функциональные показатели предложено разбить на 3 большие группы: I - функциональ-

пР,дПа ные диагностические ш-= 550 казатели косвенной и относительной оценки сте-"^кь-гч пеки изношенности; 2 -

показатели рабочего про-■ цесса; 3 - показатели экологического состояния ДВС. К первой груп-

»10 500

го 1?

Р«,к!1а.¡

2оо пе отнесены: расход

(Q в) и давление ( Рв ) Рй/.üo. сжатого воздуха, подава-

35 а

soo емого под давлением в

850

цилиндры; расход масла 8оо ' ка угар (Gм), в том числе, через ГРМ «?р,Грм); oíala за 40 sa 6D ra ea'ís ta «s ка tas ; расход (Vr) и давление

Рис. 3. Изменение' показателей техническо- ( рг ) картерных газов;

тая дв:-------'J UQ ----------

____ш: I -

п = 3200 мин .. __________________

2"- максимальный крутящий момент IМ кр ); 3 - концентрация свинца в работавшем мае-' ле (С); 4 -'минимальный удельный расход топлива (ge ): 0 - максимальная мощность (Ne); б - разница утечки сжатого воздуха при положении вораня в начале и конце сжатия (-Qb ); А В - соответственно давление в картере с заглушённым маслозаливным отверстием, (л Рг

изнашлваш: при

индикаторное давление0. компрессия (Р*.); давле-и полной нагрузке! п); Кне масла в смазочной системе С Рм ); количественный и качественный состав продуктов износа в картернэм масле; виброакустические показатели; разрежение

) и пропуск газов в кар-

на впуске (РР ) и др

рузке: 9 - давление масла з сис п= 2000 мин С Рк ); 10 - компрессия С Рк ); II - расход масла на веаиме испытаний ( Ом ;; 1,П,Ш - .переборки с заменой соответственно коренных вкладышей п сальников коленчатого вала; всех колец и всех вкладышей; £ - время ускоренных стендовых испытаний.

ко второй: индикаторные показатели цикла ( Рг и N; ); эффективные показатели работы ( РС/ N кр ) ¡расход топлива массовый (&г ) и удельный ( де ); показатели наполнения и очистки камеры сгорания ( > У I- ); характеристики состава смеси С <А. ); потери на трение ( Нтр ); температура и состав рабочего тела и отработавших газов; температуры

деталей и показатели теплообмена, в том числе,составляющие тепловых балансов я показатели теплонапряженности двигателя; характеристики частоты вращения коленчатого вала (п ) и др.; к третьей группе: токсичные составляющие ОГ (С0,Сп НтЕСН.МО»); шумность.

Исследования подтвердили предложенные в гл. 3 теоретические положения обоснования параметров ПС ДВС. Показано, в частности, что основными механизмам;:, определяющими закономерности изменения функциональных показателей всех трех групп для подсистемы ЦПГ, являются взаимопротивоположные'механизмы прокачки масла в камеру сгорания и прорыва газов через лабиринтное уплотнение ЦПГ, а также устойчивость масляной подушки, образующейся под поршневыми кольцами. Для подсистемы КШГ основным является механизм изменения давления масла в смазочной подсистеме и характер изменения толщины сказочного слоя в подшипниках коленчатого вала. Для ГРМ основную роль играют закономерности изменения параметра "время-сечение" в клапанном механизме и расхода масла через сопряжения клапан-втулка. Все они подробно изложены в работе и проанализированы с позиций влияния на них режимов работы двигателя, отдельных консгрунтишо-технологических решений подсистем 'ЦПГ, КШГ и ГРМ и других факторов.

Исследованиями установлено, что среди функциональных показателей первой группы наиболее существенно в процессе изнашивания изменяются См(Уг,&1чг»м ,Рм , состав-продуктов износа в масле. Они являются наиболее информативными и рекомендованы как основные диагностические параметры ПС АТД, Установлено также, что многочисленные показатели технического состояния ДБС, такие как (}в,Рк, Рр, Ре,Мо,Мкр,(гт.9е,Пу 1 ¡Г»" Ктр . тепловые и температурные характеристики работы двигателя и др. незначительно изменяются при из- • нашивании (рис. 3). Только наличие аварийных разрушений деталей и отказов вспомогательных подсистем питания, зажигания, смазки, ох-лаждекия может быть достаточно объективно выявлено такими .показателями. .:• ■

Что касается показателей рабочего процесса, таких как Не ,9® б-пМкр.Ре, то лишь в период достижения стадии предельного изнашивания деталей цПГ и ГРУ выявлено их ухудшение до 5...б% с последующим резким падением до 8...10% и более в период экстремального изнашивания. Зту закономерность можно использовать при диагностировании Ш ДВС.

В работе обоснована закономерность взаимосвязи иеяоду износом , ДВС я ввдеяенаем отдельных токсичных компонентов ОГ (рис. 4). Показано, что оценку Ш ДВС необходимо вести не по сумме токсичных .

шбросоз, а по отдельным компонентам. 3 качестве параметров ПС рекомендовано увеличение выброса СО,С„НтИ 2 СН. В качестве метода диагностирования состояния ДВС по параметрам токсичности рекомендованы стендовая оценка и испытания по ездовому циклу. Учитывав установленную закономерность увеличения токсичных выбросов при изнашивании ДШ целесообразно определять периодичность приостановки эксплуатации для. проведения земен изношенных элементов с целью сниже-

ния выбросов. Необходимо также; внесение ■ предельных норм выбро-СОЗ ЭКСПЛуаТИруюЩКМИ-

ся двигателями в.соответствующие нормативно-технические документы с .учетом санитарных норм и экономической эффективности АЗД..

• Установлено, что ПС основных подсистем ДВС мояет определяться лишь совокупностью параметров, характеризующих нарушение их служебных функций.

В табл. 1 приведены численные значения диагностических параметров Ш, установленные в работе для двигателей автомобилей ГАЗ. В работе приведенытакяе методы, режимы и приборы, рекомендуемые , для диагностирования ПС и Даны номограмма для оценхи некоторых параметров состояния ДВС в зависимости от износа или наработки а режимов работы двигателей. Отдельные положения 4 и 5 глав диссертации вошла в нормативные документы Госстандарта СССР, разработанные с участием автора: И* 609-14-85 "Методические рекомендации. Реко-

Р,1С.'4. Изменение состава выхлопных газов двигателя 340-53 в процессе изнашивания при работе па внешней скоростной характеристике: . , ■ ■ о—— исходное состояние деталей Щ1Г; - - ® - т стадия 50% износа деталей ШГГ; : -.-.о.-.- предельный износ деталей ЦПГ; -..-»-..- новый пошневой комплект, установленный взамен изношенного. .

Таблица I

Параметры предельного состояния двигателей автомобилей ГАЗ.

Параметры Ш деталей и Модель двигателя

сопряжений-ДВС ГЛЗ-52-04 ЗМЗ-53-П ЗЫЗ-402.10

Структурные

износ цилиндров в зоне максимального износа, мм 0,35-0,40 0,40-0,45 0,28-0,32

Износ поршней по высоте верхней канавки поршня, км 0,26-0,30 0,25-0,28 0,25-0,27

Износ колец по тепловому зазору,мм:

первое 4,0-4,5 3,0-3,5 3-3,5

второе 4,5-5,0 4,0-4,5 3,5-4,0

маслосъемное 5,5-5,0 3,5-3,6 3,5-4,0

Износ шеек коленчатого вала, мм:

коренные 0,13-0,15 0,1&-0,19 0,18-0,19

шатунные * 0,16-0,18 0,15-0,2 0,10-5,12

Износ кулачков распределительного

вала, у1: 1,0-1,2 ; 1,0-1,2 1,0-1,2

Зазор верхнее кольцо-канавка поршня, мм 0,35-0,40 0,35-0,40 0,35-0,40

Зазор цилиндр-поршень, мм 0,25-0,40 0,35-0,40 0,30-0,35

Зазор шейка коленчатого вала-вкла-

дьа, мм 0,25-0,30 0,28-0,32 0,26-0,30

Зазор стержень-втулка клапана, мм 0,20-0,25 0,20-0,25 0,20-0,25

Зазор шейка-втулка распредвала, км 0,20-0,25 0,20-0,25 0,20-0,25

. Функциональные (при заданных- режимах работы двигателя)

Расход масла на угав, г/ч 400-500 550-600 350-420

(л/ЮЗкк) ' (1,1-1,2) (1,1-1,3) (0,'/-0,8)

Пропуск картерньк газов при полной

нагрузке на режиме максимального „ „ , _„„ , „ т„„ ___

момента, л/мин , . 120-130 170-185 120-130

Давление масла в смазочной системе _ ^

на режиме максимального иомекта,"На 0,07-0,09 0,0э-0,0о 0,11-0,13

Рост токсичности ОГ к исходному со. стоянкв двигателя,раз: СО 1,5-2,8 1,5-2,8 1,5-2,8 Сп Ыщ 1,4-2,2 1,4-2,2 л,<1-2,2

Падение эффективной мощности к исходному состоянию, %

Падение топливной экономичности к исходному состоянии, %

7-8 7-8 7-8 7-9 7-9 7-9

х) исходное - состояние после приработки.

юг) Только в сочетании с параметрами расхода масла на угар, пропуска картеркых газов и токсичностью ОГ при условии исправности подсистем питания и зажигания.

мендациапо методам технического диагностирования двигателей внутреннего сгорания пороневых" и ГХТ 27.518-87 "Техническая диагностика. Диагностирование изделий. Общие требования". Таким образом, з целом з 4 и 5 главах диссертации решены задачи первого и второго блоков схемы управления надежностью ДВС. Установлено такзе, что профилактические замены деталей при достижении ГО приводят к восстановлении практически исходного индивидуального состояния двигателя после небольшой технологической обкатки (рис. 3,4), что способствует ресурсосбережению и охране окружающей среды.

6. Прогнозирование ресурса деталей и сопряжений ДВС

, ДВС относится к техническим системам, у которых в качестве - основного механизма развития постепенных отказов шетупает механизм накопления повреждений в результате изнашивания. Наличие установленных предельных значений контролируемых диагностических параметров поэтому дает возможность ставить задачу прогнозирования технического состояния и остаточного ресурса, а следовательно а управления индивидуальной надежностью АТД. Изменение контролируемых параметров, прямо ала косвенно связанных с процессами изнашивания, при этой подчинено четко гырзяенньм закономерностям: монотонности а обусловленности ах изменения процессами накопления дав-рездений. - ■ ; . ,'-"V;

Выполненный пработо енаягз покгзал. что математическое описанием процессов изменения парамегроз с такию закономерностями наиболее целесообразно представить в общем случае з виде неодно- • ' родных'пуассоновских процессов с использованием марковских аппроксимаций. В работе предложены методика я математические модели для оцешет гттояидания^и дасперсщ остаточного ресурса на остове та-'

них ш&^8еимац^;-в'/д^''(фою|В''Р8е11етов.. в-раэ-.''

работанныог с участием автора ц утвержденные Госстандартом СССР . ;' руко водящие документы РД 50-423-83 "Методические указания. Надежность з технике. Методика'прогнозирования остаточного ресурса машин адеталей, подверженных изнашиванию'', РД 50-490-84 "Методические указания. Техническая диагностика. Прогнозирование остаточного ресурса машин, а деталей ю косвенньм параметрам" я ГОСТ 27.202-86. В работе показано, что в случае прогнозирования ресурса по функциональным диагностическим параметрам необходим обстоятельный предварительный анализ статистической, аналитической, физической я регрессионной взаимосвязи структурных и функциональных параметров.

Выполненный анализ показал, что использование апцрокскмацкон-

пых моделей прогнозирования ресурса возможно, однако, при условии наличия достаточно больаой статистической информации об изменении контролируемых параметров и статистических моделей изменения таких параметров во времени. Наиболее перспективным направлением поэтому является прогнозирование ресурса деталей и сопряжений ДБС с использованием математических моделей, построенных на изменении параметров состояния А2'Д в виде случайных процессов с независимыми .приращениями, учитывающих закономерности физических процессов, приводящих к отказам ДВС. В диссертации изложена разработка предложенной новой математической модели (5) изменения параметров состояния ДБС, построенной на принципах монотонности случайного неоднородного по пространству состояний процессах независимыми приращениями. Эта модель свободна от недостатков аллроксимационных статистических моделей типа (3), (4). Она сочетает в себе статистические и физические закономерности изменения параметров состояния. Правда, ее применение требует достаточно сложных математических Еыкладок для получения аналитических соотношений, или- использования ЗЗМ. В связи с этим предложен и разработан аналитический метод прогнозирования. В его основу положена математическая модель С5) изменения технического состояния рассматриваемого сопряжения,'параметры которой отражают ивдивздуааьнне особенности конкретного изделия. В нее введен дополнительный параметр - величина производной изменения процесса, когда кавдое элементарное приращение значений технического параметра -за'элементарное время зависит от величины накопленного повреждения, не усредненного на возможном множестве объектов:

С*)* (20)

где f(x),g(x) - детерминированные функции; <(Х1 - некоррелированный процесс с. нулевым -средним и единичной-интенсивностью.

Бгоцедура определения остаточного ресурса ("d0c) и его дисперсии Kai: функции начального состояния параметра сведена к решению дифференциальных уравнений Понтрягина:

СУ2Ь(0-«»Чос/^х]-;С(а(х)-.^ое/с1х;+ОвО _ C2I)

[Уа Ь(х)- d-D/cl - О «•d{d-Coc/d>j%о (22)

с гюаничнким условиями при предельном -значении параметра: Гос1 = 0 В{-Сос}1=0

К Хпр х =» Хпр

х =» — X = —

Входящие в (21) и (22) коэффициенты сноса р (к") и диффузии Ь(х) Функции (20) вычисляются по формулам:

а(х) = Дх- Р(х) = + * Кг-х' (23)

.Ь(х)-лх^.Р(х)-ах(А1+М + К1-х4; ■ С24)

Их решение выполняется методом малого параметра путем разбивки общей области изменения технического параметра .(* X 0 ..-Х^на рад подобластей с границами £¡(1, X; } . в каадой из которых неоднородности аОО и ЬС*) » зависящие от X - малы. При начальном значении параметра технического состояния х (."£) = , величина неоднородности на некотором уровне Х-, при Хо) будет определяться отклонением функций а (х) ,Ь(х) от своих значений в исходном состоянии. Зто отклонение к своему постоянному значению долако определяться малым параметром «С : 2_

№+2Кг-х0)X,.+х *]/(А,* К,-Х.+ К; *«) ш

Величина и "[) {"Сос\определяется суммированием "С. и р. по всем подобластям: „ ' ■ _ п

■ ■с.ве»-2лт: > ЭЧ^ос^ДВ». (26)

где "С; и 0; - ресурс и дисперсия, найденные методом малого параметра в произвольной подобласти (Хщ ,х; ). Они имевт вид: У.» Хин — X *1 К" <з:-К,-ДХ/ чв

--за"» И"«-1!) - ' («¡И ''Г*

- ^ (ЗЛХ • ^.»(«Ь,-».) -

и-гм.иои',.:,-«!)1-^(2в)

где П - число подобластей; А; ^Д1+КгХ; + Кг^ '3 ¿Ка'Х} >

й X - пряращзние X ~ .

. В. работе даны примеры расчета остаточного- ресурса сопряжений ДВС на основе излоаенноЯ методики, и показана эффективность использования данного метода-'по отношении к методу, -изложенному- з ГОСТ 27.302-86, основанному на ашроксимационной модели (4). Установлено, что дазе при привлечении дополнительной информация относительная погрешность определения модели (4) а два раза выше,чем при использования описанного аналитического иетода.

Аналитически не решаотся однако задачи прогнозирования гамма-процентного ресурса, прогнозирования технического состояния, построение гистограмн распределения *СС). В связи с этим, а также для швшения точности прогнозирования ресурса при ограниченном количестве данных об изменениях параметров состояния ДВС и ускорения

процедур расчетов предложен метод статистического моделирования с использованием ЭБш, построенный ка модели (5). Положения аналитического метода и метода статистического моделирования вошли в разработанный с участием автора руководящий документ "Программно-методический комплекс для прогнозирования остаточного ресурса типовых деталей машиностроения в процессе эксплуатации. Рекомендации, Р 50-о09-21-86, Р 50-609-29-87, Р 50-609-22-86", утвержденный Госстандартом СССР.

7. Оптимизация долговечности и управление индивидуальной надежностью двигателей

Решение задач управления надежностью АТД обусловлено величиной ресурса их деталей и сопряжений. Увеличение ресурса двбьаш методами, как и создание равноизно.состойких ДВС, связано с неоправданными затратами средств. Б равной степени это относится и к недоиспользованию потенциального ресурса ЛТД, а такке к работе двигателей с возросшей эксплуатационной неполноценностьо. Именно поэтому величина ресурса ДВС, его подсистем и элементов должна быть оптимальной, а под предельным состоянием АВД следует понимать та-, кое состояние, когда его использование должно быть прекращено либо из-за невозможности поддержания эффективности эксплуатации, либо невозможности обеспечения необходимой рентабельности восстановления работоспособности.

В этой связи в работе прежде всего предложена и разработана методология технико-экономического 'анализа уровня надежности и оптимизации долговечности ДВС. В качестве критерия оптимизации принят предложенный авторам интегральный критерий £19). Данный критерий согласуется с общепринятой методологией 23А. эффективности машин, основанной на расчете экономического эффекта через приведенные затраты у изготовителя и потребителя техники. Он позволяет учитывать также возможность поддержания заданных функциональных параметров ДВС при минимальных народно-хозяйственных затратах, обеспечивает приведение возможных вариантов решений в сопоставимый вид и сочетание в первом приближении технических, экономических, экологических и социальных критериев состояния АЗД. Это согласуется с требованиями изложенной выше методологии обоснования Г1С ДВС. В работе ь связи с этим показано, что оптимизация долговечности ДВС по сеосй природе может быть только технико-экономической на основе дост:жеккя максимума народно-хозяйственной эффективности. С учетом изложенного разработана блок-схема ТЭА надежности и эффективности А'1Д ь стадии ПС.

Учитывая наличие больших дискретных затрат на проведение нескольких ИГР за цикл до КР (рис. 5),. использование .традиционной методологии ТЭА на основе классической кривой поиска оптимума ресурса по непрерывной функции изменения затрат не мояет быть признано верным. В работе дан подробный анализ недостатков традиционной .методологии и показано, что ТЭА при использовании критерия (19) следует вести с использованием, прерывно-кусочной функции первого рода (рис. 5).

ит км

Рис, 5^. Изменение удельных затрат на'поддержание'работоспособности • двигателя -ВгаЗгОЗ. при даэлементно-гсуппавсм ремонте: I - на пэиобое-тение;.2 - суммарные; 3 - на ИГР; 5 - на устранение внезапных отказов,: о,а,? - соответственно ущербы от снижения 'Производительности топливной экономичности, роста токсичности; а,9 — соответственно 'дискретные затраты на-выполнение ПГРи-КР.; 10 —на.плановые ТО; , II - на плановые ТР;. 12 - удельные аа КР; 13 - огибаг^ая кривая.

В связи с чрезвычайной важностью достоверной оценки ресурса , отдельных деталей и. сопряжений ДЕС для набора оптимальных вариантов 'ремонтных воздействий еще . в стадии доводки' или модернизации каждой модели ДВС предложен новый метод, (комбинированный способ) оценки ресурса отдельных деталей и сопряжений ДВС. £го суть заключается в использовании УШ, АС для установления предельных- взносов и зазоров, а также ■ наработки деталей в часах УСм. Яараллэлано с УСй Ш осущестзляатся:эксплуатационные испытания по укороченной программе для получения данных о - закономерностях накопления пза-реадений;и параметров Состояния: в'-режиме нормальной эксплуатации Затем: с помощью физической подали динамики изнашивания (5) и методик (гл. б) определяются ресурсы деталей и коэффициенты эткоситель-. ной долговечности деталей ( Кд; )■данной- модели АХ4:

' = ' (29)

где - ресурс I -ой детали; Х^о - ресурс базовой детали. табл. "2 приведены коэффициенты Ц; некоторых моделей ДВС.

Б связи с разработкой методологии ТЭА эффективности А£Ц в доге-. сертацж дан такке подробный анализ ортанизациоккых форм поддержания работоспособности ДВС, в-том .числе ТР, КР, СР. Особенно подробно рассмотрен предложенный автором метод .ИГР. Суть его заключается б индивидуальном подходе к каждому двигателю как объекту оценки. ьри достижений ПС конкретным сопряжением или подсистемой выявляемом при очередном диагностировании по техническим и экологическим параметрам ЕС (табл.1),производится приостановка эксплуатации.Выявляется и заменяются детали,вызвавшие, ухудшение диагностических параметров, устанавливается изменение структурных параметров, прогнозируется остаточный ресурс и последующие РВ и выполняется оценка индивидуальной эффективности двигателя на основе экономико-математической модели (19), Таким образом, ИГР - это система профилактических РБ, осуществляемая по стратегии воздействий по фактическому техническому состоянию с определением экономически, оптимальных групп заменяемых.деталей. .'. -

При такой системе можно заранее планировать не только объем, •• характер и очередность . ЕЫПолняе1Дйс работ, но ,и оргашзационно-зко-. • комическую сторону системы, включая технологи» выполнения работ, номенклатуру и-количество необходимых запчастей, характер к состав необходимого оборудования, структуру и-мощность ремонтных баз и т.п. Своевременная к совместная.замена деталей позволяет не только предотвратить повышенные износы и поломки деталей и тем самым значительно повысить использование-потенциального ресурса ДЬС, ко к значительно сократить потер;: от простоев и- уменьшить общие затраты на РЗ путем совмещения отдельных видов работ, сократить потребность в запчастях.как за счет более полного использования потенциального ресурса каждой из деталей, так и уменьшения количества прездевремешых КР.

В силу неравенства ресурсов деталей (табл. 2) вариантов их замен при Ш'Р.может быть несколько. Кроме того, ь сумку затрат на 1^'г входит ряд затрат, превьааацих плановые затраты на ТР. ото

поиска оптимального варианта ¡¡ГР. Ь качестве критерия оль данном случае предложен экономический критерий минимума издержек ( Ы^пгр ) по .заменам деталей: .

. . игПГр= и3+иР+ + ил + иПр + 11(1.).->т!п, (30)

¿с

I I 0,95 0,57 I I 0,67

0,5 0,о 0,5 I 0,95 0,42 0,42 0,42 т

0,7о 0,39 0,33 Т 0,67 0,41 0,41

0,67 0,67 0,67 V,u7

Таблица 2

Коэффициенты ресурса (относительной долговечности) деталей ДВС

. Детали Модели ДВС _

; З'Д-53 3,43-24 ГАЗ-52-04 5ИЛ-130* 1Ш-23&*

Блок III

Головка блока I II

Гильза 0,75 I

Поршень 0,71 0,71 I Кольца шршкеше:

первое 0,51 0,51 0,67

второе 0,51 0,51 0,67

маслосъемное 0,57 0,57 0,5

Палец поршневой I I I

Шатун III

Коленчатый вал .0,71 I I

Вкладыши коренные 0,43 0,51 0,67

Вкладыши шатунные 0,71 0,63 • 0,5

Распределительный вал <1 I I

Втулки распредвала I . I I

Клапаны I I 0,67

Втулки клапана I I I

. Толкатели I I I

п По литературным данным. -

где и$ - затраты на запчасти и ремонтные материалы; II р - затраты на работе по заменам, вклшая диагностирование; Ш - потерн от недоиспользования ресурса деталей различной долговечности при их совместных заменах ;.14я - потери от простоев в ремонте; 11ш> - потери от снижения ресурса новых деталей при усташзкэ их з.работавшее сопряжение; II (Ц - накопленные штери (ущербы) от эксплуатационной неполноценности на момент замены.

В связи с "необходимостью поиска оптимума ресурса ДВС- с учетом /критериев (19) и-(30) .при многовариантности задачи, для гьеалиаа-Ции. поставленной цели разработана методика я программа."ХЗптимздь-ный-ремонт", дая ЭВМ серии ЕС.. ¿¿тематическая модель задачи представлена в виде интеграла Дебега-£тильтьеса, учитывая прерывистость функции (19): - 1.1ср

и Ь)—(31)

ЩвИ^ Ц;£1к " Ц-4ЬР 0<1<1<Р

где текущее значение ресурса; Д и -'.¡нтервад ресурса, з котором происходят замены; 1-9 - ресурс деталей; {_кр - ресурс до К? двигателя; II; - затраты по заменам деталей; - стойкость по заменам деталей. Задача состоит в откскаглн: такогэ А С , ¡:у!~-рое удовлетворяло бы критерию (31). Вжэлка:* .также рас-то; от эксплуатационной неполноценности г^С в виде прироста то:-:::ж.,-

сти, расхода топлива и масла, потери производительности от падения мощности двигателя и проведено их графическое сложение для определения оптимального ресурса ДВС (рис. 5) .и периодичности ПГР по технико-экономическое критерию (19). Как видно из рис. 5 минимум функции (19) для двигателя 31S-53 приходится на-ресурс'меазду ПГР% у. iir-ч.

Для реализацп;: задач ¡правления надежностью АЗД в работе также даны р&хои&яшш по нормировании потребности в запчастях ( N ; ) с ¿'четом оптимального количества ПГР:

N; = ( Пир • Kjî + п пгр ¡g ) (ig( -2- iOQ, 432)

где Пкр- количество КР за цикл до списания ДВС; ППГр ¡д - количество деталей t -наименования, заменяемых при ПГР за цикл до списания; flgf - количество деталей i -наименования в составе данного двигателя; 2 - коэффициент запаса на внезапные отказы. Выполненные исследования подтвердили близость экспериментальной и расчетной потребности в запчастях при апробации метода ПГР.

Изложенные выше разработки позволили предложить алгоритм уп-равлешя надежностью АТД, построенный на использовании описанных выше методик УСй ПС, комбинированном способе оценки ресурса деталей и сопряжений ДВС, методах прогнозирования и оптимизации долговечности. Б работе дано его подробное описание.

Апробация метода ПГР в условиях подконтрольной эксплуатации подтвердила его существенные достоинства. Выполненные исследования показали, что в- случае применения 11ГР практически исключаются как неплановое недоиспользование ресурса деталей, так и аварийные разрушения, требующие, зачастую, несвоевременного отправления двигателя в К? или даже его списания. В целом фактический ресурс до КР увеличивается в 1,5...2 раза по всей массе эксплуатирующихся двигателей при одновременном снижении затрат на поддержание работоспособности ДВС в 1,4...1,9 раза го-сравнения с существующими методами Ï? и КР (табл. 3). Эффект от применения предложенных мероприятий составляет IÔ0...200 руб. ш I двигатель за цикл эксплуатации д-j Кг, не считая возможности повторного использования восстановленных деталей в качестве запчастей и перекрытия ущербов от эксп-луита'.УАЭнной неполноценности ДВС.

Чрезвычайно важным является и,то, что при таких ремонтах восстанавливается экологическое состояние двигателей. Это обстоятельства не только позволяет сводить к минимуму ущербы от роста ток-си чдаси: А£Ц, но и ведет к охраче окружающей среды.

Таблица 3

Ресурс и затраты на поддержание работоспособности двигателей автомобилей ГАЗ при различных методах ремонта

Сред- Суммарные Удельные Откоси-■ Метод ремонта ний затраты затраты на тельные

д i ресурс на ремонт, ремонт, удельные

тыс.км руб. руб/тыс.км затраты,;*

Г- Двигатель 3K3-53-II

С двумя промежуточными ИГР ЗСО 435/323* 1,45/1,08 100/100

С одним IFF и одним КР 330 532/372 1,31/1,13 III/I05

С двумя KF®4 . 365 777/580*** 2,13/1,62 149/150

Двигатель 3LD-24

С двумя промежуточными ПГР 350 278/155 0,82/0,47 ICO/100

. С одним ИГР и одним КР 385 486/266 I,2c/0,74 154/157

С двумя КР 470 744/476 1,08/1,01 193/214

Двигатель ГАЗ-52-04

С двумя промежуточными ПГР 140 . /105 /0,75 ./100

С одним ПГР и одним КР - 190 /150 /0,79 /105

С двумя КР 214 /220 /1,03 /137

s В числителе с учетом простоев в ремонте, в знаменателе без учета простоев в ремонте*

• к» Ресурс после КР. принят равным нормативному в 0,8 от пседкду-щего.

лш Затраты приняты равными оптовой цене по прейскуранту.

' - И-'РЩМНДМШ- -

■ I. Для позьшешя эффективности производства и эксплуатация автотракторных двигателей "необходимо технико-экономическое, оо'осьога-нив-их предельного' состояния'как. многоразового состояния, обусловленного достижением критериев ПС- отдельными деталям;:, сопряжениями али двигателем в целом. Критерии и параметры ПС для каэдой модели ' двигателя должны- быть регламентированы в соотвэтстау-сцяй нормативно—гехнической документации, iix отсутствие приводи г к несвоевременному снятию с эксплуатации более 63« ДЗС, с недоиспользованиям 55.потенциального ресурса большинства деталей. Зго ¿ан^ецт ущерб экономике страны, -исчисляемый в сот:« ахи рублгн ежегодн,-.

2. С цель» наибодав полного использования потойциального o-j-сурса и сг-жкзнкя затрат на поддержание работоеюсобаоста ДЗС с учетом- эффектаsiíooth возможных ремонтных воздействий за а:кл эксплуатации до ¿1? целесообразно использовать/ ауедаоженнза ааторо» кладо-логкв управления индивидуальной кздожноетьв. ика построена на те:-:-

нико-экономическом анализе эффективности решений о ремонтных воздействиях с приведением вариантов в сопоставимый вцц на основе системности и комплексности оценки ПС и оптимизации долговечности • дЬС. Это дает возможность устранить не только недоиспользование ресурса отдельных двигателей, но' и неоправданные затраты заводов-изготовителей на повышение долговечности деталей, не лимитирующих ресурс до аР.

Ь. .-правление индивидуальной надежностью двигателей должно содержать четыре этапа: исходный анализ,включая анализ постепенных откаэсь,теоретическое и экспериментальное.обоснование параметров пС; диагностирование текущего состояния по регламентированным параметрам прогнозирование ресурса деталей и сопряжений на основе физических процессов изнашивания; оптимизацию ресурса до КР на основе кнагофакторного технико-экономического■критерия эффективности принимаемых решений о ремонтных воздействиях. Это позволяет вести технико-экономический анализ.эффективности двигателей как объектов производства и эксплуатации в. их взаимосвязи.

4. Достоверная оценка ВС двигателя и его деталей и сопряжений возможна лишь на базе применения комплекса критериев и параметров, непосредственно и существенно связанных с износом конкретных деталей и сопряжений. Цри этом влияние износов каждого сопряжения на изменение работоспособности двигателя необходимо рассматривать исходя из интенсивности их изнашивания в различные периоды работы сопряжения путем установления предельных износов и зазоров, а также их влияния на выполнение служебных, функций сопряжения (газоуплотнение, иаслоуплотнение, газообмен, возмокность поддержания заданного давления и т.п.). Для однозначности толкования и .систематизации предложена классификация критериев и параметров ПС, определяющих необходимость снятия двигателей с эксплуатации. Классификация построена на основе системного подхода к двигателю как объекту производства и эксплуатации в их . взаимосвязи. Рекомендовано ввести предварительную оценку структурных и функциональных параметров нС по предложенным автором упрощенным математическим моделям, даю-щим хорошую сходимость с результатами экспериментов и по-Вш&щих точность оценки ПС ДВС.

о. Наиболее целесообразным методом установления параметров иС является, использование методики ускоренных стендовых испытаний на предельное состояние (¿Сь ПС), разработанной и внедренной автором в условиях Горьковского автомобильного и Заволжского моторного заводов. она дает возможность оценить не только ПС ДВС, но и влияние

конструкторских и технологических особенностей двигателя и его деталей на износостойкость и характер.износов. С помощь» методики УСИ ПС выполнена оценка некоторых конструкторско-технологических мероприятий, направленных на оптимизацию долговечности ДБС (молиб-денирование поршневых колец, применение монолитных цилиндровых гильз, беэханавочных вкладышей и др.). ГЬ методике УСА Ш испытано более 50 двигателей различных моделей ГАЗ и ЗМЗ. Экономический эффект от внедрения методики УСИ. ПС составляет 450 тыс.рублей в год. Себестоимость ускоренной оценки в 35...40 раз ниже, а продолжительность в 40...70 раз короче,чем лабораторно-дорожных испытаний.

6. Подтверждена правомерность использования методийк УСИ Г£ для оценки долговечности ДВС на основе обработки данных эксплуатационной надеаности более ЬОО двигателей автомобилей ГАЗ. Установ-

■ явно, что всем деталям и сопряжениям ДВС присущ период прогрессирующего изнашивания. Его предложено разделить на два этапа: предельного и экстремального изнашивания. Этот период должен быть принят в качестве технического критерия Ш отдельных деталей.

7. Экспериментально и теоретически.обосновано, что объективная оценка технического состояния и ПС подсистем ДВС может право— диться лишь определенной совокушостьэ функциональных параметров, характеризующих изменение работоспособности сопряжений двигателя:

.-. . - для ЦПГ: установленные для заданной модели численные значения , Уг , СО, Сп Нт в сочетании с ухудшением Не и наб... 8% от исходного состояния данного двигателя (индивидуальная оцен-. ка) , при условии исправности-подсистем питания, и зажигания, и

■ концентрация элементов-индикаторов в работавшем масле;. V . • .

- для ШТ: установленные значения Рм при заданном -режиме работы двигателя, при.условии исправности приборов смазочной подсистемы,- и количество элементов-индикаторов в работавшем.масле;' :

- для ГИ: увеличение в 1,5. ...1,6 раза, а такие СО и С«Нт в 1,3...1,4 раза к исходному состояния'в сочетании с ухудшением и. де на 4...6% без заметного роста У? , прк условия исправности подсистем литания и зажигания, и количество элементов-индикаторов-в. работавшем масле. .

ОС двигателя как системы долено определяться технико-экономическим критерием опвшалваой долговечности Д5С. Усгакзаяегю злия-ние на функциональные параметры Ш режимов работы в разные периоды изнашивания. Даны их численные значения для основных коделгй .дэй-гателей автомобилей- ГАЗ. Рекомендованы рзяиш и приборы для их пользования яри диагностировании.

8. В связи с существенным ростом-токсичности ОГ по мере изнашивания ДВС необходимо ограничить , предельные выбросы, токсичных веществ эксплуатирующихся двигателей с их регламентацией в соответ-ствукдей нормативно-технической документации с учетом эконодшчес-ккх критериев. Б качестве предельной ватичкны может быть рекомендовано увеличение Еыброеов не более чем в 1,5...2 раза к исходному состояния при заданных режимах работы,-с последующим ужесточением ¡sop;.: выбросоЕ по социальным критериям. ■./'.;'

9. Для реализации задач управления индивидуальной надежностью целесообразно использовать изложенные в работе аналитический" метод оценки остаточного ресурса, а также методs алгоритм и программу статистического моделирования- с использованием ЗШ на основе физической надели динамики изнашивания. Эти методы существенно швьша-т- достоверность оценки ресурса го предложенному алгоритму и позволяют планировать ремонтныз воздействия .да фактическому техническому состоянии диагностируем« сопряжений.

10. Оптимизации долговечности к управление индивидуальной надежностью следует вести на основе анализа их эффективности как объектов производства и эхееллуа'гацни по комплексному технико-эко-номлческоыу крктери». Зга дает возможность резервирования надежности за счет использования необходимого количества запчастей и внедрения в качестве фирменного - предложенного автором.метода поэле-ментно-группоЕых ремонтов (ИГР).

11. Определение оптимального количества и структуры ИГР за цикл эксплуатации до КР необходимо вести по предложенным в работе алгоритму к программе с использованием ЭВМ на основе прерывно-кусочной функции первого рода и интегрального экономического критерия минимума суммарных затрат на поддержание работоспособности с. учетом индивидуального уровня надежности двигателя, и ущербов от. его эксплуатационной неполноценности. . •

12. Реализация сделанных предложений позволяет повысить фактический ресурс до КР в 1,5...2 раза за счет использования потенциального ресурса кавдого двигателя и он монет составить для двигателей o-iio-ЬЗ - 300___Зс-0 тыс.км, 3:.13-24 - 350...400 тыс.км,

ГАЬ-ь2-04 - 120. ..140 тыс.км. для всей массы эксплуатируемых двигателей. идновременно затраты на поддержание работоспособности двигателей сокращается в 1,4..Л,9 раза. Только за счет снижения расхода запчастей экономия составляет около 12 рублей на один двигатель Зил-эЗ за ресурс до КР. В целом эффект на один двигатель до-

стигает 150...200 рублей в зависимости от модели. Одновременно сводятся к минимуму ущербы от токсичности и эксплуатационной неполноценности. Такие ущербы к моменту очередного ПГР, например для двигателя iiivB-53, могут достигать 600 рублей на один двигатель в расчете на один год'его эксплуатации, что сопоставимо с оптовой ценой нового двигателя.

13. Полученные результаты, вывода и рекомендации по оптимизации долговечности, управлению индивидуальной надежностью, прогнозированию ресурса, также как алгоритмы.и программы расчетов могут быть использованы не только для ДБС массового и серийного производства, но и для широкого класса ремонтируемых малин с изученной . физикой отказов. Часть из них внедрена в практику и воала в состав руководящих, документов и ГОСТов, утзеряденных Госстандартом ' СССР.- '

Основное содержание диссертации изложено з работах: I. Гурвич й.Б., Чумак В.И.,..Егорова. А.П. Оценка предельного технического состояния двигателей на основе ускоренных стендовых испытаний// Автомобильная промышленность.-1972.-}?8.-С. 6-8. .2. Чумак В.И. Методика оценки предельного технического состояния

. ' двигателей транспортных -малкн// Снегоходкые малины: Труды ГШ.-i - Т.29.-В.5.-Горысий: Волго-Вятское кн. изд-во, 1973.-С. 78-91. . 3>. Гурвич И.Б. ,:,Чумак В;11., Егорова А.П. Оценка оптимального срока .","■;.'службы автомобильных двигателей на;основе.;ускоренных стендовых испытаний//- Оптимальные сроки слукбы 'и. экономическая эффектна-. ность ремонтов машин и оборудования.Тезисы докладов I Всессязн. . кокф. -iiiKCK,. 1971 .'-С. 50-52.

4. Исаков А.Э.> Чумак -В.И. Расчет толщины масляного слоя; в подиип-> нике коленчатого вала// Автомобильная промышленность.-1972.-

' !?5.-С. 4-5.

5. Чумак В.И.., Кторова. A.IL , Кормухамедов Б.О. Исследование характера износа гильз цилиндров двигателя ЗШ-53 при ускоренных . стендовых и. эксплуатационных Испытаниях// Автомобили л двига-

: тели: Труды ГШ.-Т.27.-В.6.-Горький, I97I.-C. 14-22. о. Оценка износостойкости зеек коленчатых валов двигателей методом ускоренных стендовых испыташй/ Ю.М.Баков, А.11.1->ороза, В.и.Чумак, И.Б.Гурвич//Автомобильная дрьш1иеншсть.-1973.-Н.-СЛ1-14. 7. Чумак B.ii., иадыбеков К., Нормухамедов £.'2. Йссдедованао смазочного слоя в шатунном подшипнике коленчатого зала автомобильного двигателя// Вопросы конструирования и испытания автомобилей:

Труда ГШ.-Т.29.-В.8.-Горький: Волго-Вятское кн* изд-во1973.-

.. С. 43-47. - . 'Л

8. Чумак В.И., Азимов Б. А., Легостин Л. П. -Исследование вопросов эксплуатационной надежности.двигателя 3i3-53: -Труды ГШ.-Т.29.-

B.IO.-Горький, I973.-С. 35-39.

9. Чумак В.А. Исследование закономерностей изнашивания подшипников коленчатых валов двигателей ГАЗ и ЗМЗ в условиях стендовых ис-штанкй и.эксплуатации: Труды ГШ.-Т;29.'-В.4,-Горький, 1973:-

C. 41-51. ' , - : ,

10. Азимов Б.А., Гурвич ii.B., Чумак В.И. Исследование методов вос-

. становления работоспособности двигателя ЗМЗ-53// Автомобильная . промышленность.-1978,--iiIG.-C. .8-9.

11. Экономические аспекты снижения токсичности выхлопных газов автомобильных двигателей/ А.В.Чиков, B^i.Чумак, С.М.Кудрявцев, И.Б.Гурвич//Дути повышения.топливной экономичности и снижения токсичности .автотракторных двигателей. Тезисы докл. Всесоюзн. научв.кокф.-Баку, 1979.-С.,254-255. . , '

12. -Чижов A.B., Чумак В.И., Егорова А.П. 'К'-вопросу определения оптимальных.сроков. службы автомобильных двигателей// Проблемы адаптации автомобилей к суровым климатическим условиям Севера -/'■•."

'.'. и Сибири:Межвузовский сб., ТГУ.-В.69.-Тюмень, I979.-C.I33-I35.

13. Определение предельно-технического состояния двигателей ГАЗ и ' :3Sö методом.ускоренных'.стендовых .испытаний/ Ю.М.Панов, В.И.Чумак,. й.Б.Гурвич, А.Г1.ЕгороБд// Совершенствование конструкций .

" Тракторов и автомобилей: Труды ВСХИЗО.-М., 1980.-С. 76-82.

14. Эффективность применения методик ускоренной 'оценки-предельного состояния двиг-ателей ГАЗ и ЗМЗ/ В.И.Чумак, К.Б.Гурвич, А.Я.1£го-рэБа, Ю.Й..ПаноЕ// Совершенствование эксплуатационных: свойств тракторов,.': автомобилей и-двигателей: Труды ГСй].-№ 146.-Горький, 1980.-С. 42-51. ■"

1а. Егорова А.П., Чумак В.И., Гурвич Я.Б. Повышение износостойкости поршневых колец напылением нитрида молибдена//Двигателе-строение.-IS82.-W3.-С. 51-52.

16. Чуыак В.П. Изменение топливной экономичности и токсичности автомобильных двигателей в процессе изнашивания// Зкономичюсть ДВС: :.!ш;вузовский сб.-к., 1982.-С. 147-167.

IV. Чумак E.ü. Пути поьыаския народно-хозяйственной эффективности производства и эксплуатации двигателей// Автомобильная промышленность. -1ЭоЗ. -91.-С. 2-4.

Iü.' Исследование' изменения токсичности автомобильных двигателей в

процессе изнашивания/ В.И.Чумак, К.Б.Гурвич, Л.П.Егорова, A.M. Баранов, А.В.Чижов// Проблемы машиностроения. .АИ'УССР',-.-11нмап1.-В.20//5кологические.проблемы транспорта.-Киев, Наукова Думка, 1983.-С. 28-32.

19. Чумак В.И. Параметры предельного состояния автотракторных двигателей//Анализ работы и пути повышения эффективности использования тракторов и автомобилей в условиях сельскохозяйственного производства Предуралья и Поволжья: Сборник научн.трудов ГСХИ.-Горький, 1963.-С. о2-б4.

20. Чумак 'В.«»., Баранов А.И., Егорова А.О. Исследование. экологических параметров предельного состояшш автомобильных двигателей //Анализ работы и пути повышения эффективности использования тракторов и автомобилей в условиях сельскохозяйственного производства Предуралья и Поволжья:. Сборник научк.трудов ГСл;..-Горький, 1963.-С. 71-73.

21. Гурвич ;i.6., Сыркин Н.Э. (с участием В.И.Чумака, А.В.Чижова) Эксплуатационная надежность автомобильных двигателей.-М.: Транспорт, I9B4.-I4Lс.

22. Исследование взаимосвязи изнашивания и. температурной напряженности деталей ДВС/ В.И..Чумак, П.Б.Гурэич, А.И.Баранов, В.Н.Романов, А.П.Егорова//Улучшение эксплуатационных свойств тракто-

- ров и автомобилей: Сборник научн.трудов. ГСЖЬ-Горький, 1985.-

с. з-б. -'

23. Гурвич И.Б. Чумак B.iL . Влияние износа автомобильных ДВС ка

. параметры рабочего процесса// Проблемы, совершенствования рабочих процессов в двигателях. внутреннего сгорания.. Тезисы дом. Всесоюзн.научн.конф.-М., 1Э86.-С. 22-23. ■ . . s ■

24. Влияние изнашивания.двигателя на параметры его рабочего, процесса и эффективность/ B.II.4yiiaKj И.Б.Гурвич, А.П.Егорова,

Л.А.Колобов, А.И.Бараков//Азтомобилькая промышленность.-1986.-MI.-C. 21-24.

25. Информационное обеспечение системы управления надежностью автобусов (брошюра о передовом производственно-техническом опы-Te)/C.ii.li5aHHHitOB, В.Г.шолкик;.,В.К.Чумак.-hTo ¡¿УПРоа, Горький, ЫЬ6.-.52 с.

2'о. Чидов л.Б., Чумак З.н., ^рдов В.П. Разработка, и реализация«» программы "Оптимальный ре?.оьт"//ШБ:;:1ег-:;о экс-

плуатации машн и оборудоваши на оснозе с1'ш:дарг;.саш;:. Тезисы докл. acec'josh. научи,-техн.коы?.-Горький, DoV.-C.no-i-t.

27. Программно-методический комплекс для прогнозирования остаточного ресурса типовых деталей машиностроения в процессе эксплуатации/'1*» Д-Генкин, Р.Г-Гнеденко, Л.А.Лейфер.....В.И.Чумак.-

Горький, Гф ШШШ.-19Ь7.-54 с.

2Ь. Прогнозирование остаточного ресурса узлов и элементов конструкций/^- А.лейрер, к.И.Илларионов, А.Л.Углов, Б.й.Чумак.-Горький, Пг ШШ'Мш, -2907.-00 е. . .

29. Чумак В.й., иллариоьов А.Й., Лейфер JI.A. Разработка метода оценки ресурса подеижных сопряжений ДБС на основе физической модели изнашивания//даигателестроение—1уоУ.-№12.-С. 9-II, 31.

30. A.c. 14е3261 СССР. iüi. Gr 01b 17/00. Ультразвуковой фазовый измеритель виброперемещений/Б.А.Гордеев, Б.А.Лзролев, B.w.Чумак/ Опубл. вШ, 19оЪ, №20.

31. Чумак Б.й. Повышение эффективности эксплуатации двигателей внутреннего сгорания на основе регламентации параметров предельного состояние/Повышение эффективности эксплуатации машин и оборудования на основе стандартизации: Сб.научн.трудов,

B.Ö2.-M.: BffiiHHirfM, 19Ш.-С. 24-36.

32. Гурвич к.Б., Чумак Б.й., Баранов A./i. Тепловое! состояние двигателей в процессе иэнашивания//Двигателестроение.-1900.-№Э.-

C. 43-50.

33. Чумак В.И. Оптимизация долговечности автотракторных ДВС//Со-вершенствование эксплуатации, технического обслуживания и ремонта техники на основе стандартизации. Тезисы докл. Всесоюзн. научя.-техн.конф.-Горький, I9Ö9.-C. 137-I3b.

Вйктор ¡'занозич ЧУМАК

■ Автореферат диссертации на' соискание, ученой степени доктора технических наук у

Подп.к печ.03.12.83 г. 11Ц 00557. Формат ьСх841/1б. Буиага писч. Печать офсетная. Уч.-изд.л.270. Тиран 100 экз.Заказ 770.Бесплатно.

Лаборатория ой-сетной печати Г П '.:. 603130,Горький,пр.Гагарина ,1