Практические рекомендации по экономии горючесмазочных материалов и снижению токсичности отработавших газов

Расход топлива в основном зависит от технического состоя­ния автомобилей. Бороться за экономию топлива можно только на технически исправном автомобиле. Значительное увеличение расхода топлива свидетельствует о появлении серьезных неис­правностей в отдельных системах и агрегатах. Такие автомо­били следует считать технически неисправными, и они не долж­ны выпускаться на линию.

Основные причины, вызывающие увеличение расхода топлива, приведены в табл. 24. Согласно этим данным особое внимание необходимо уделять техническому состоянию двигателя, что позволит добиться значительной экономии топлива по сравне­нию с действующими нормами.

Таблица 24

Причины повышения расхода топлива

Увеличение расхода топлива, % к норме

Увеличение пропускной способности главного жиклера карбюратора Неисправность одной форсунки дизельного двигателя Неисправности клапана экономайзера Выход из строя одной свечи и шестицилиндровом дви − гателе Неправильная регулировка контактов прерывателя Неправильная установка зажигания Потеря компрессии в цилиндрах двигателя Неправильная регулировка зазоров в газораспредели − тельном механизме Несоблюдение теплового режима двигателя Наличие смолистых отложений в системе питания и на –гара на деталях двигателя Неисправности механизмов шасси Неправильные углы установки передних колес Неправильная регулировка зазоров в тормозных механизмах Уменьшение давления воздуха в шинах Заправка коробки передач и заднего моста летним трансмиссионным маслом Длительное движение на промежуточных передачах Движение со скоростью, большей или меньшей экономичной (для карбюраторных двигателей) Неправильное нормирование расхода топлива Установка багажа на легковом автомобиле

5 − 7   25 − 30 10 − 15 20 − 25 7 − 10 3 − 5 на шоссе, 8 − 10 в городе 4 − 6   5 − 7 8 − 10   7 − 8 15 − 80 10 − 15   10 − 20   5 − 15 4 − 10 20 − 25 10 − 20 10 −15 20 − 30

На специальных динамометрических стендах автотранспорт­ных предприятий необходимо проводить индивидуальную регу­лировку автомобилей (топливной аппаратуры и системы зажи­гания) на минимальный расход топлива под заданные режи­мы работы. Опыт отдельных автопредприятий нашей страны и крупных европейских транспортных компаний свидетельству­ет о возможности экономии топлива до 10—15% при исполь­зовании диагностических станций. Экономически наиболее рационально применять универсальные станции диагностики с тормозными устройствами, позволяющими осуществлять реку­перации электроэнергии. При разумном инженерном решении каждая такая станция может ежесуточно отдавать в общую электросеть 500—700 кВт-ч энергии.

На передовых автотранспортных предприятиях особое вни­мание уделяется созданию цехов и участков по проверке и ремонту карбюраторов и топливной аппаратуры дизелей. Соз­даются постоянные запасы этих важных приборов. В цехах устанавливаются стенды для бестормозных испытаний карбю­раторов, проверки и регулировки топливных насосов. Внедрение таких участков сокращает трудоемкость работ по профилакти­ке приборов систем питания и снижает расход топлива на 2-3 %.

Умелое управление движением автомобиля в различных дорожных условиях — также один из существенных факторов, влияющих на расход топлива. При всех равных условиях опыт­ный водитель экономит топлива на 20—30 % больше, чем мало­опытный. В тяжелых дорожных условиях достигнуть экономии топлива труднее, однако и это возможно.

Теоретически и экспериментально установлено, что наиболее экономично движение с постоянной скоростью. В этом случае повышается производительность автомобиля благодаря увели­чению его средней технической скорости, а также уменьшает­ся износ двигателя в результате более равномерной работы двигателя и стабильности его теплового состояния. Этот метод получил повсеместное распространение на всех видах транспорта

При одной и той же средней скорости возможны различные варианты движения и пределы колебаний скоростей. Из мно­жества вариантов необходимо выбрать лучший (оптимальный), обеспечивающий экономию топлива. Оптимальное управление реализуется водителем при наличии режимных карт (для посто­янных маршрутов), активных дорожных знаков, зуммеров для сигнализации о превышении установленных скоростей.

Очень важно при движении автомобилей правильно выбрать режимы работы двигателя. Разгон автомобиля должен произво­диться постепенно, так как в случае резкого разгона топлива расходуется намного больше, чем при равномерном движении. Необходимо помнить, что чем ниже передача, тем выше расход топлива. Поэтому важно правильно определить передаточные числа в зависимости от дорожных условий. Мощность двигателя должна использоваться не менее чем на 17—20 % максимальной мощности.

При эксплуатации автомобилей в тяжелых дорожных усло­виях и в зимнее время экономичную работу автомобиля обес­печивают особые приемы вождения. Незнание этих приемов ведет к увеличению расхода топлива, потере времени, а в от­дельных случаях — к авариям.

Водителям автомобилей принадлежит ведущая роль в эко­номии горючесмазочных материалов. Поэтому повышению ква­лификации водителей и стимулированию их в борьбе за эконо­мию топлива необходимо уделять больше внимания. В целях обучения водителя экономичным методам управления движе­нием автомобилей, уменьшения расхода топлива, изучения и улучшения экономических качеств автомобилей проводятся со­ревнования по экономии топлива. Условие соревнований такое: на одном типе автомобиля при определенной нагрузке и конкрет­ной средней технической скорости (времени движения) добить­ся наименьшего расхода топлива. Победитель соревнований — это спортсмен и первоклассный водитель, хорошо овладевший материальной частью автомобиля и техникой вождения.

Расход моторных масел можно снизить за счет уменьшения угара масла и увеличения их срока службы до замены. Для этого следует повысить уплотнение цилиндропоршневой группы и уменьшить интенсивность износа отдельных ее деталей.

Расход масла можно также уменьшить за счет эффектив­ных систем очистки и охлаждения масла, непрерывности авто­матического долива масла, улучшения маслоуплотнений в ци­линдропоршневой группе и т. д. Так, благодаря применению параллельно включенной в масляную магистраль центрифуги дополнительно к полнопоточному фильтру в 1,5—2 раза сни­жается скорость старения масла и загрязнение полостей шатун­ных шлеек коленвала, в 1,5 раза уменьшается абразивный износ многих деталей двигателя, увеличивается срок службы бумажных фильтрующих элементов. По мере совершенствова­ния конструкции двигателей расход моторных масел снижается. За последние 20 лет расход масла снизился в два раза и состав­ляет для карбюраторных двигателей 2,2 %, а для дизельных 3 % расхода топлива. Расход масла на угар также уменьшился при­мерно в два раза и соответствует 0,4—0,6 % расхода топлива в легковых автомобилях, 0,8—1 % для грузовых карбюраторных двигателей и 1,2—1,4 % для дизельных двигателей. В связи с уменьшением угара масла доля расхода масла на замену в процентах к общему расходу увеличилась и составляет для новых двигателей 60—70%.

В перспективе срок службы масел будет увеличен до 20 — 30 тыс. км пробега. Рекомендуемый срок службы масел повы­шенного качества до замены достигает при закрытой системе вентиляции картера 18 тыс. км (масла типа М-6₃/l0Г₁ для дви­гателя ЗМЗ-24-01) и 12 тыс. км (масла типа М-10Г₂к для дви­гателя КамАЗ-740).

Оптимальный срок службы масла зависит от многих пока­зателей: вязкости, щелочности, кислотности, содержания нераст­воримых в бензине примесей, воды, топлива, продуктов износа деталей и т. д. Для приближенной оценки качества и срока службы работающего масла применяется метод, основанный на вычислении коэффициента качества масла К_м = Х/(С— 2), где X — содержание механических примесей (нерастворимых в бен­зине), %, С — щелочность масла, мг КОН/г. Если К_м>1,5, масло необходимо менять. Содержание нерастворимых приме­сей не должно превышать 1 % для карбюраторных двигателей и 3 % для дизельных.

Щелочное число не должно быть менее 0,5—2 для карбюра­торных двигателей и 1—3 для дизельных (большие значения указаны для масел высших групп). Например, если в карбю­раторном двигателе содержание механических примесей X со­ставляет около 2%, а щелочность масла С = 3 мг КОН/г, то коэффициент качества масла К_м = 2. Следовательно, масло подлежит замене.

Содержание вредных веществ в атмосфере можно значи­тельно снизить при правильной регулировке систем питания и зажигания двигателей. В крупных городах правильно отрегу­лировано примерно 15 — 20 % автомобилей. Остальные выбра­сывают в атмосферу окислов углерода и азота в 1,5 — 2 раза больше количества, предусмотренного нормой. Даже на крупных автотранспортных предприятиях еще слабо контролируется ток­сичность отработавших газов.

К числу основных неисправностей, влияющих на токсичность отработавших газов, можно отнести неисправности цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма, кар­бюратора (засорение жиклеров, нарушение уровня топлива в поплавковой камере, заедание дроссельной заслонки, наруше­ние регулировки системы холостого хода), системы зажигания (неисправности прерывателя, катушки зажигания и свечей). В дизельных двигателях имеют место неполадки в топливных насосах и форсунках, нарушение герметичности соединений, неправильная регулировка давления начала впрыска топлива и угла опережения впрыска. Содержание СО в старых двигате­лях примерно в два-три раза выше, чем в новых.

Токсичность повышается в основном из-за тех неисправно­стей, которые по разным причинам уменьшают коэффициент избытка воздуха (например, засорение жиклеров, загрязнение воздушного фильтра). Снижения выброса СО и других вредных компонентов, уменьшения расхода топлива и масла мож­но достичь поддержанием двигателя в чистоте и снижением загрязнения системы питания, отложений в карбюраторе, в газораспределительном механизме, всасывающей трубе. Двигатель должен быть чистым также снаружи. Грязь на поверхности двигателя ухудшает охлаждение и нарушает его оптимальный тепловой режим. При значительной загрязненности двигателя пада­ет герметичность цилиндропоршневой группы, продукты неполно­го сгорания чаще попадают в картер двигателя. Для промывки двигателей необходимо применять промывочное масло с высокими электрическими дипольными моментами (ВНИИ НП-ФД, ВНИИ НП-113/3). Веретенное масло 3, индустриальное 20, керосин и другие масла не дают желаемого эффекта (их дипольный момент почти равен нулю). Систематическая промывка.масляной системы двигателя снижает выброс СО примерно на 25 — 30 %, а органических аэрозолей — на 40 — 45 %. В то же время выброс окислов азота увеличивается на 10 %. В общем суммарный выброс вредных компонентов снижается на 8 — 9 %. Экономия топлива достигает 5 — 6 %. Отложения в двигателе можно свести к минимуму, если в бензин добавить специаль­ные моющие антиобледенительные присадки. Такая присадка СФ создана в ИОХ АН СССР. За рубежом они применяются довольно широко.

Заметного снижения токсичности отработавших газов можно достичь даже при незначительной реконструкции двигателей. Например, введение экономайзерного устройства карбюратора К-88АМ, которое прекращает подачу топлива на режиме прину­дительного холостого хода в результате механического перекры­тия выходных каналов холостого хода электромагнитными кла­панами, управляемыми электронными устройствами, уменьшает выброс СО на 11 %, окислов азота и углеводородов на 26%, Кроме того, на 3 — 5 % снижается расход топлива в городских условиях. Если при работе двигателя на холостом ходу устано­вить угол опережения зажигания на 25 — 30° (вместо 9—11°), суммарный выброс токсичных веществ снизится на 25 %, расход топлива на 14 — 16 %. Это достигается переносом отверстия, управляющего разрежением вакуумного регулятора, под дрос­сельную заслонку.

Применение частичной рециркуляции отработавших газов уменьшает концентрацию окислов азота на 35 — 40 % без сни­жения мощности и увеличения расхода топлива. Если улучшить распределение смеси по цилиндрам двигателя, выброс СО при полном дросселе уменьшится на 7,5%. За рубежом карбюра­торы, как правило, снабжают одним регулировочным винтом, позволяющим менять обороты двигателя без изменения состава смеси. Установка автоматически отключающего привода венти­лятора при достижении оптимальной рабочей температуры дви­гателя экономит до 10 — 15 % топлива.

Для уменьшения токсичности отработавших газов в дизе­лях необходимо улучшить стабильность работы муфты опере­жения впрыска топлива. Так, при уменьшении угла от 28 до -22° содержание окислов азота снижается на 50 — 60 %. Коли­чество СО почти не изменяется.

На образование сажи существенно влияет запаздывание конца подачи топлива. Уменьшение его в двигателях ЯМЗ на 1 ° поворота вала насоса снижает содержание сажи примерно на 10%. Намного снижается токсичность по СО и NO_х в дизе­лях с турбонаддувом. При турбонаддуве на 3 — 4% уменьшается также расход топлива.

Выброс канцерогенных веществ можно значительно умень­шить, если установить вместо глушителей каталитические ней­трализаторы марки ШПК-2 (с алюмоплатиновыми каталитиче­скими элементами), серийно выпускаемые промышленностью. В дизельное топливо необходимо добавить бариевую антидым­ную присадку (марки СЛД). При этом дымность снижается на 20 — 40%. В горной промышленности (в подземных рудниках) кроме каталитических нейтрализаторов при мощности более 18 кВт дополнительно устанавливаются жидкостные нейтрализаторы, обеспечивающие очистку отработавших газов от кан­церогенных веществ на 50—70 %.

Содержание вредных компонентов значительно уменьшается при смешивании топлива с различными добавками и присадками. Исследованиями доказано, что если в ароматизированный бен­зин (например, АИ-93, содержащий около 48% ароматических: веществ) добавить 10 % изопропилового спирта, значительна снизится выброс с отработавшими газами продуктов неполного, сгорания. Кроме того, при добавлении спирта происходит гидратация углеводородов и выделяется дополнительный кисло­род, обеспечивающий полное сгорание топлива. За рубежом для этой цели применяют еще и другие кислородные соедине­ния— эфир и изобутилацетат. Широко используются 1,5— 3 %-ные добавки изопропилового спирта в бензин как анти-» обледенителя, уменьшающего расход топлива (обледенение дрос­сельной заслонки и диффузора происходит при температуре окружающего воздуха от 13 до 8 °С и относительной влажности воздуха 60—100%). Смесь, состоящая из 10% изопропилового спирта и 90 % ароматизированного бензина Аи-93, уменьшает выброс окиси углерода и углеводородов с отработавшими газа­ми на 15%, а 20%-ная добавка этого спирта — на 30%. Выброс вредных компонентов особенно заметно снижается (в два-три раза) при работе на холодном двигателе (спирт ускоряет реакцию топлива).

Применение спирта в качестве добавки к бензину оказывает также отрицательное влияние. Так, 10°/о-ная добавка спирта увеличивает на 20—30 % выброс в атмосферу окислов азота, 20 %-ная — на 40 %. Это объясняется более полным сгоранием топлива в связи с увеличением коэффициента избытка воздуха, происходящего в результате добавки спирта, содержащего кис­лород. Динамические качества автомобилей, работающих на бензиноспиртовых топливах, особенно не изменяются. При ра­боте двигателей на такой смеси нагар в камере сгорания прак­тически не образуется, что также способствует снижению ток­сичности отработавших газов.

Все шире в нашей стране и за рубежом используется в каче­стве топлива древесный спирт. Добавка 30 % этого спирта дает 13% экономии топлива, на 72% уменьшается содержание окиси углерода в отработавших газах и на 7% возрастает при­емистость, двигатели не требуют специальной регулировки. Несмотря на более низкую калорийность чистого спирта, он обе­спечивает более полное сгорание бензиноспиртовой смеси, в ре­зультате чего повышается экономичность и снижается токсич-•ность отработавших газов. Исследования показывают, что 15 %-ная добавка метилового спирта также значительно эко­номит топливо, повышает октановое число и уменьшает выделе­ние вредных примесей.

Заслуживает внимания использование в качестве топлива водно-бензиновых смесей, смесей дизельного топлива и воды, газоконденсата и дизельного топлива. При работе на водно-бензиновых эмульсиях вода впрыскивается или подается в ви­де эмульсий, приготавливаемых бортовыми установками. При использовании эмульсий уменьшается содержание окислов азота из-за снижения максимальной температуры цикла. По данным ТАДИ, примерно каждый процент эмульсии снижает содержа­ние окислов азота на 1 %. Исследованиями доказано, что при 30—40 %-ном содержании воды в эмульсии практически не сни­жаются мощность и к. п. д. двигателя. Представляется также возможным увеличивать степень сжатия до 12. Повышается устойчивость работы двигателя на обедненных смесях (до α ≈ 1,5 при 15 %-ной эмульсии).

Применение газовых конденсатов снижает токсичность на 10—40% по сравнению с дизельным топливом. Несколько уменьшается дымность. При работе двигателя ЯМЗ-240 на смеси, состоящей из 15 % дизельного топлива и 85 % сжиженного бутана, выброс вредных веществ за ездовой цикл умень­шается примерно в два раза.

Особый интерес представляет смесь, состоящая из бензина и водорода. Добавка водорода обеспечивает работу двигателя на сверхбедных смесях. Например, при 15% -ной добавке во­дорода можно работать, если α ≈ 2. Работа на бензоводородо-воздушных смесях повышает топливную экономичность и резко снижает токсичность. Исследования ЙПМ АН УССР (г. Харь­ков) показали, что при работе легкового автомобиля (такси) окись углерода практически отсутствует, а углеводороды и окис­лы азота образуются в количестве, которое не превышает до­пустимые перспективные нормы. Топливная экономичность воз­растает на 10 — 15 %.

В нашей стране и за рубежом интенсивно разрабатываются эффективные способы получения водорода и его хранения. Используется способность ряда металлов (Li, Mg, А1) и неме­таллов (Са, Si) вытеснять водород из воды. Разрабатываются методы восстановления этих энергоаккумулирующих веществ. Например, используется алюминиевый порошок с добавками различных элементов. По данным ИПМ АН УССР, 10 кг спла­ва алюминия с 15 % -ной добавкой при взаимодействии с водой дают около 1 кг водорода.

Разрабатывается новый способ хранения водорода в гид­ридах металла. Суть его состоит в том, что сплавы некоторых металлов при определенных условиях могут соединяться с большим количеством водорода, образуя гидриды металлов. Если к гидриду (в виде порошка) подводить тепло отработавших газов, он разлагается, выделяя при этом водород. Если гидрид охлаждать холодной проточной водой, происходит за­рядка водородом. Одним из таких гидридов может быть сплав Fe и Ti. Из гидридного бака водород через редуктор высокого давления поступает к всережимному регулятору расхода водорода и затем к карбюратору-смесителю. Работа гидридного ба­ка должна быть согласована с режимом работы двигателя.

Важный резерв снижения загрязнения воздуха вредными компонентами отработавших газов — правильный выбор режи­мов работы двигателя в различных условиях эксплуатации ав­томобиля. С увеличением нагрузки до 80—90 % максимальной мощности вредность отработавших газов уменьшается. Даль­нейшее повышение нагрузки приводит к резкому возрастанию вредности. Это объясняется тем, что при включении в работу экономайзера смесь обогащается, а условия сгорания топлива ухудшаются. По мере увеличения скоростей движения автомо­билей содержание окиси углерода в отработавших газах сни­жается, так как возрастает нагрузка на двигатель и повыша­ется коэффициент избытка воздуха. В режиме принудительного холостого хода автомобиля вредных веществ выделяется в пять раз больше, чем в условиях обычного холостого хода двигателя.

Для уменьшения загрязнения атмосферы отработавшими га­зами дизельных автомобилей необходимо, чтобы коэффициент избытка воздуха изменялся в пределах 1,3—1,4. При его уве­личении до 1,4—1,7 происходит более полное сгорание, поэтому содержание СО в воздухе ничтожно мало. Однако в случае избытка кислорода под действием высоких температур и дав­лений появляются благоприятные условия для образования окислов азота. В связи с этим в дизельных двигателях их боль­ше, чем в карбюраторных.

Если двигатель ЗИЛ-130 развивает мощность 17—18 кВт и более, содержание СО в отработавших газах практически рав­но нулю. При меньших нагрузках возрастает количество окиси углерода. Если автомобиль работает в городских условиях со средней технической скоростью 25 км/ч по дорогам с коэффи­циентом суммарного сопротивления качению 0,02, при движении без груза в отработавших газах содержится примерно 4—5% СО, с грузом их количество снижается до нуля. Следовательно, чтобы уменьшить загрязнение воздуха города вредными вещест­вами, автомобиль должен работать с повышенной нагрузкой на двигатель. Этого можно добиться увеличением грузоподъемно­сти, повышением коэффициентов использования грузоподъем­ности и пробега, скоростей движения.

Очень важно свести к минимуму время работы двигателя на холостом ходу, особенно на принудительном.

Лекция№ Прогнозирование

Важная роль в совершенствовании управления надежностью подвижного состава принадлежит разработке и внедрению ме­тодов прогнозирования технического состояния агрегатов авто­мобилей.

Чтобы достичь определенного уровня надежности автомоби­ля, надо уметь управлять ею. Для этого необходимо уметь прогнозировать (предсказывать) отказы, отбраковывать агре­гаты и узлы для их дальнейшего ремонта или снятия с авто­мобиля и таким образом исключать появление нежелательных неисправностей во время его работы. Поэтому очень важно достаточно точно назначить дополнительный ресурс, например, при постановке автомобиля на капитальный ремонт или при замене изношенного агрегата. Наибольшее распространение получили три основных метода прогнозирования: по среднеста­тистическому изменению параметров, по реализации (изменению параметров) и эвристическое прогнозирование. Сущность пер­вою приближенного метода состоит в том, что прогнозирова­ние ведется по изменению среднестатистических значений па­раметров для определенной группы агрегатов и узлов. Этот метод применяется в тех случаях, если отсутствуют данные о наработке отдельных агрегатов или нельзя применить второй более точный и совершенный метод. Второй метод основыва­ется на результатах непосредственных змерений того или ино­го прогнозируемого параметра в прошлом или в настоящий момент. Зная математическую модель изменения прогнозируе­мого параметра в зависимости от эксплуатационных факторов (режимы работы агрегатов, дорожные, и транспортные и клима­тические условия), можно вычислять остаточный ресурс агре­гата. Точность прогнозирования 'зависит от того, насколько правильно и точно математическая модель описывает поведе­ние прогнозируемого объекта. Для получения математических моделей требуется выполнение специальных исследований. Не меньшее влияние на точность прогнозирования оказывает и точность измеряемого параметра.

Для двигателей ЗИЛ-130, например, математическую мо­дель остаточного ресурса в общем виде запишем так:

Здесь k — коэффициент, учитывающий условия эксплуатации авто­мобилей; 8_ОСт — остаточный износ цилиндров двигателя, мм; S_n— ход поршня, мм; Д_ц — диаметр цилиндров, мм; р — плотность материала гильзы, г/мм³; аг_ц—число цилиндров; V_a — скорость автомобиля, км/ч; г_к — радиус колеса, м; i₀, i_K— передаточные числа главной передачи и коробки передач; -ц_тг — к. п. д. транс­миссии; G_a — вес автомобиля, Н; ф —суммарное сопротивление дороги; kF — фактор обтекаемости автомобиля, Н • с²/м-²; V_h — объем цилиндров двигателя, л.

Подставив численные значения параметров в формулу, по­лучим следующее выражение для определения остаточного ре­сурса двигателя ЗИЛ-130:

Результаты расчетов остаточных ресурсов двигателя (б_0Ст=~ 0,1 мм) при работе автомобиля с разными нагрузками и скоростями приведены в табл. 9. Согласно этим данным в зависи­мости от условий эксплуатации автомобилей коэффициент k изменяется в пределах 2,70 • 10⁵— 13,5- 10⁵. В легких условиях эксплуатации этот коэффициент примерно в три — пять раз больше, чем в тяжелых.

Ga И	Ф	Va км/ч		Оценка условий эксплуатации	Г а б л и ц а 9 Остаточный ре суре двигатели, км
135 250	0,05		4,10	Очень тяжелые	27 300
	0,04		2,29	Тяжелые	37 400
	0,03		1,47	Средние	50 600
95 250	0,03		1,47	Средние	64 100
45 250	0,02		1,00	Легкие	135 400
45 250	0,02		1,00	Легкие	107 000

Прогнозирование можно вести через периоды t_u t₂, t$ (рис. 28). При работе в неблагоприятных тяжелых условиях пробег до капитального ремонта составит /_mtn, в благоприят­ных легких — /max. По аналогичной методике прогнозируются

ресурсы и других агрегатов автомобиля. Для оценки техниче­ского состояния могут быть выбраны разные критерии. На­пример, износ элементов можно контролировать прибором К-69 (по истечению воздуха), по прорыву газов в картер дви­гателя, размеру зазоров в шарнирно-болтовых соединениях, утечке жидкости в гидросистемах, по изменению параметров отдельных электрических деталей и т. д.

Различные инструментальные методы прогнозирования еще не получили широкого применения на практике. Поэтому при оценке технического состояния автомобилей используются эври­стические методы, основанные на учете мнений (эрудиции, ин­туиции) специалистов (экспертов) в данной области техниче­ских знаний. В автопредприятиях для определения техническо­го состояния автомобилей и агрегатов приказом или распоря­жением создаются специальные экспертные комиссии, которые решают вопрос о необходимости замены отдельных агрегатов или направлении автомобиля в капитальный ремонт. В состав комиссии обычно входят начальник ОТК (мастера или конт­ролеры ОТК), механики колонн и другие квалифицированные специалисты.

Эвристическое прогнозирование исключает возможность гру­бых ошибок. Благодаря способности человеческого мозга (в от­личие от ЭВМ) оперировать нечетко очерченными понятиями человек интуитивно путем сравнения величин и фактов из мно­жества возможных вариантов, отбрасывая второстепенное и несущественное, находит главное. Эвристическое прогнозирова­ние сводится к усреднению результатов оценки, высказываемых группой экспертов.

Рассмотрим пример эвристического прогнозирования пробега автомобиля до капитального ремонта и выполним статистическую обработку экспертных данных. Результаты опросов шести экспер­тов приведены в табл. 10 (Г = 20,4; о = 4,4; v = 0,21). Прини­маем, что между минимальными и максимальными значениями распределение равномерно. Средняя экспертная оценка ресурса (точечный прогноз всех экспертов) определяется по формуле

где L(— среднее значение прогноза /-го эксперта.

Степень единодушия экспертов относительно средней эксперт­ной

Среднеквадратичное отклонение для каждого эксперта при таком виде распределения

\

Где Li среднее значение прогноза i-го эксперта.

Степень единодушия экспертов относительно средней экспертной оценки характеризуется коэффициентом вариации:

v = σ/L.

Компетентность экспертов можно прогнозировать по величин

Если эта величина меньше нуля, эксперт осторожен,больше — эксперт смел, примерно равна 0 — объективен, если велика — малограмотен (табл. 10).

Лекция

Определение оптимальных режимов диагностирования

Для обеспечения эксплуатационной надежности и снижения затрат особо важное теоретическое и практическое значение приобретает проблема разработки научно обоснованных мето­дов организации и режимов профилактического обслуживания и ремонта подвижного состава.

Известно, что возникновение отдельных неисправностей (от­казов) в механизмах автомобиля очень часто носит случайный характер. Поэтому никакие нормы не могут отразить истин­ные потребности автомобиля в техническом обслуживании. Для любого автомобиля нет гарантии, что он отработает определен­ный заранее запланированный период.

Понятие «отказ» непосредственно связано с понятием «на­дежность». К основным причинам возникновения отказов при­надлежат конструктивные ошибки и недоработки, производ­ственные недостатки, нарушения правил эксплуатации и тех­нического обслуживания, некачественный ремонт или повреж­дения деталей во время работы, естественный износ, снижение усталостной прочности и естественное старение.

Статистический анализ различных неисправностей в агре­гатах автомобилей показывает, что почти всегда они подчиня­ются определенным законам распределения. Так, фактическая потребность в ТО-2 автомобилей одной и той же марки изме­няется в пределах 5 — 20 тыс. км и подчиняется нормальному закону распределения. Потребность в ТО-1 изменяется от 2 до 5 тыс. км.

Как видно из рис. 30, средний пробег автомобилей до ТО-2 составляет около 13 тыс. км и этому пробегу соответствует наи­большее количество автомобилей. Если средний пробег / при­нять за периодичность ТО-2, примерно для 67 °/₀ автомобилей эта периодичность будет большой, а для 33% — малой.

При работе автомобилей в различных условиях эксплуатации и при разной квалификации водителей потребность в техническом обслуживании и характер распределения работ по текущему ремонту неодинаковы. Фактически, по данным авто­транспортных предприятий, объемы работ и затраты на обслуживание и ремонт по отдельным агрегатам различаются в два-три раза.

Периодичность обслуживания и объем работ в большой ме­ре зависит от типа, технического состояния автомобиля, ин­тенсивности отказов в работе отдельных узлов и механизмов. Например, в зависимости от технического состояния автомоби­ля объем крепежных работ может различаться более чем в 1,5раза.

Рис. 30. Кривые распределения пробега автомобилей до ТО-2:

1 — экспериментальная; 2-теоретическая; 3кумулятивная

Разница между объемами крепежных работ у бортовых автомобилей и самосвалов достигает 20 %. Необходимость в текущих ремонтах появляется в значительно больших пределах.

Принудительное обслуживание и ремонт экономически целесообразно выполнять в том случае, когда наблюдается небольшое рассеивание сроков появления тех или иных отказов в агрегатах автомобиля.

Для ЕО и ТО-1 с достаточной для практических целей точностью можно установить средние периодичности обслуживания.

Для ТО-2 периодичность обслуживания колеблется в значи­тельных пределах и установить какую-то среднюю норму пробе­га трудно. В связи с этим многие работы по ТО-2, как и теку­щий ремонт, необходимо выполнять по мере выявления пре­дельных состояний, близких к отказовым.

Следовательно, действующие режимы и методы организации технического обслуживания и текущего ремонта требуют даль­нейших исследований и уточнений.

Задача определения оптимальных моделей профилактики может рассматриваться как нахождение оптимального управ­ления случайным процессом.

Математические методы теории надежности машин позво­ляют получить статистические данные по законам распределе­ния отказов на различных стадиях износа автомобилей, пред­сказать потребность в технических обслуживаниях, ремонтах, запасных частях и т. д. Однако в силу статистического харак­тера таких данных они не могут быть применены к каждому автомобилю в отдельности, что очень снижает их практиче­скую ценность. Результаты расчетов, базирующихся на теории вероятностей, применительно к индивидуальному автомобилю носят неопределенный характер.

Для того чтобы снять эту неопределенность в оценке тех­нического состояния каждого автомобиля, необходима индиви­дуальная проверка (диагностика). Практически инструменталь­ные методы диагностики технического состояния являются как бы продолжением аналитических методов теории надежности машин. Чтобы существенно повысить качество технического об­служивания и ремонта автомобилей, следует правильно опре­делять (распознавать) техническое состояние его агрегатов, ставить технический диагноз.

Применительно к крупным автотранспортным предприятиям может быть рассмотрено три основных метода технической эксплуатации автомобилей.

4. Автомобили эксплуатируются в течение максимально воз­можного срока при выполнении минимальных объемов работ по техническому обслуживанию и ремонту. При резком ухуд­шении технического состояния они направляются в капиталь­ный ремонт. Этот метод экономически неоправдан и совершенно нежелателен с точки зрения безопасности движения автомо­билей.

5. Устанавливаются конкретные пробеги автомобилей, по истечении которых выполняются определенные объемы работ по техническому обслуживанию. Этот метод в настоящее вре­мя широко применяется.

6. После определенного пробега в принудительном порядке выполняются только контрольные и простейшие работы по со­держанию автомобиля, а регулировочные и другие операции технического обслуживания, как и работы по текущему ре­монту, выполняются по потребности. Этот метод с научной точ­ки зрения представляет наибольший интерес и поэтому рассмат­ривается подробно далее.

При отыскании оптимальных режимов диагностирования не­обходимо располагать соответствующей исходной информацией, учитывающей определенный метод обслуживания, закономер­ности изменения технического состояния систем и затраты средств на выполнение диагностических работ, профилактиче­ские обслуживания и ремонты автомобилей.

Информация об изменении технического состояния бывает двух типов. Можно располагать лишь статистическими данны­ми о моментах возникновения отказов. В этом случае законо­мерности изменения технического состояния можно проследить, изучив изменения интенсивности й параметра потока отказов. Ко второму типу может быть отнесена информация, которая располагает кроме статистических данных о моментах возник­новения отказов еще данными о закономерностях изменения выходных (диагностических) параметров, связанных с изменением технического состояния.

Рассмотрим схему осуществления метода обслуживания с применением диагностики, режимы которой определяются по наработке. Сущность этого метода состоит в том, что регуляр­но через определенные интервалы /' пробега производится диагностирование агрегатов автомобиля. Профилактическое обслуживание выполняют по потребности в объеме, выявленном мри диагностировании

Рис. 31. Схема организации профилактического обслуживания с принуди­тельным диагностированием состояния автомобилей: О — момент планового диагностирования и обслуживания; ●— момент внеочередного диагностирования и обслуживания при возникновении отказа; ▲ — несостоявшееся ранее запланированное диагностирование и профилактическое обслуживание

В случае возникновения отказа производится внеочередное диагностирование и необходимые текущий ремонт и обслужи­вание. Иногда внеплановое диагностирование, выполняемое при возникновении отказа, производится через интервал пробега, меньший /', но близкий к нему. Тогда очередное диагностирование по старому плану нецелесообразно, так как пробег между диагностическими операциями окажется малым и тех­ническое состояние агрегата существенно не изменится. В этом случае возникнут дополнитель­ные затраты на выполнение диаг­ностических работ. При такой ситуации целесообразнее пере­планировать момент следующего диагностирования и обслужива­ния и назначить его вновь через интервал /' пробега. Тогда схе­ма осуществления метода будет иметь вид, представленный на рис. 31. До очередного отказа пробег после выполненного диагно­стирования может быть , и т.д.

Рис. 32. График обслуживания при данном распределении отка­зов

Для реализации оптимальных методов обслуживания необ­ходимо установить такую периодичность диагностирования, ко­торая была бы меньше среднего пробега между отказами, когда диагностирование и обслуживание не производятся. С учетом этого требования при данном методе обслуживания будут пред­отвращены все отказы, лежащие в распределении справа от величины /' (рис. 32). Как видно, средний пробег между воз­действиями по обслуживанию и ремонту лежит слева от перио­дичности /'.

Периодичность /' диагностирования определяют аналити­чески. Условие этой технико-экономической задачи сформули­руем так: периодичность Г оптимальна в том случае, если ко­эффициент технической готовности максимален или затраты минимальны.

Чтобы определить оптимальную периодичность диагности­рования, необходимо решить задачу минимизации удельных затрат. Запишем выражение для удельных затрат и приравня­ем производную этого выражения к нулю.

Оптимальный режим диагностирования при установленной периодичности: /' получим из условия

{ }=M[V(l´)]dM[U(l´) - M[U(l´)]dM[V(l´)]=0,

где М [U (/')] — математическое ожидание затрат на обслужива­ние и ремонт; M[V(l')] — математическое ожидание длительности работы системы между профилактическими или ремонтными воз­действиями.

Запишем в общем виде уравнение для определения оптимальной периодичности диагностирования по наработке [9]:

(14)

Здесь λ(/') — интенсивность отказов; F (/') — функция распреде­ления пробега между отказами; С_пр— затраты при выполнении плановой диагностики и обслуживания (профилактики); С_т._р — затраты на выполнение внеплановых текущих ремонтов; l' — искомая оптимальная периодичность диагностирования.

Полученное уравнение имеет решение при любых законах распределения F(l). Для экспоненциального закона распределения F(l). для экспонинцеального закона распределения F(l)=1- последнее уравнение приобретает вид

При законе Вейбулла F(l)= 1- уравнение выражается следующим образом:

=0 (16)

(𝜷, 𝜶— параметры закона Вейбулла).

Полученные уравнения для определения оптимальных режи­мов диагностирования справедливы для всех агрегатов, ме­ханизмов и узлов, кроме обеспечивающих безопасность дви­жения. Для этих систем нельзя устанавливать оптимальные режимы обслуживания только по минимуму удельных потерь.

Там, где речь идет о безопасности, экономической стороне проблемы принадлежит второстепенная роль, и задача должна решаться с учетом обеспечения заданного уровня вероятности безотказной работы.

Рис. 33. Зависимость коэффициента оптимальности от отношения затрат: 1 v - 0,1; 2 — 0,2; 3 — 0,3; 4 — 0,4; 5 — 0,5

Практически бесконечно близко к вероятности безотказной работы, равной единице, можно приблизиться, если ежедневно производить принудительное обслуживание и замену отдель­ных элементов, влияющих на безопасность и склонных к отказам. Это практически неосуществимо. Следовательно, необходимо искать иные пути к достижению высокой вероятности безотказной работы.

Применение высокопроизводительных и эффективных контрольно-диагностических средств позволяет предложить метод обслуживания систем, обеспечивающих безопасность, который позволяет получить высокую вероятность безотказной работы при минимальных затратах средств на осуществление данной стратегии. Этот метод обслуживания состоит в принудитель­ном диагностировании технического состояния систем и их эле­ментов, обслуживании и ремонте в объеме, выявленном при диагностировании, и принудительной замене элементов в слу­чае достижения предельных значений выходных или структур­ных параметров.

Таким образом, применение экспресс-диагностирования с по­следующим обслуживанием и принудительной заменой через определенный пробег отдельных элементов системы позволит предупредить возникновение как износовых, так и внезапных отказов. Периодичность экспресс-диагностирования с достаточ­ной точностью определяется из кривой надежности, если задаться определенным уровнем безотказной работы при условии, что всякий раз после диагностирования полностью восстанавливает­ся техническое состояние системы и надежность становится близкой к единице.

Для практического использования полученных зависимостей можно применить графический метод определения оптимальной периодичности диагностирования. Введем величину, равную от­ношению оптимальной периодичности V диагностирования к сред­нему значению пробега / между отказами (см. рис. 32), и назо­вем ее коэффициентом оптимальности 𝝉=l´/l

Коэффициент оптимальности т показывает, во сколько раз оптимальная периодичность диагностирования больше или меньше среднего пробега между отказами при различных значениях параметров, входящих в уравнение. Кривые, которые характеризуют зависимость коэффициента оптимальности т от параметров, можно называть кривыми оптимальной периодичности.

При нормальном законе распределения коэффициент вариации v=σ/ ī полностью характеризует форму распределения. Поэтому кривые оптимального поведения будем рассматривать 78 для различных значений коэффициента вариации, что автома­тически учитывает значения параметров закона ī, σ. Кривые оптимального поведения, вычисленные и построенные для нормального закона распределения в зависимости от отношения средних затрат на профилактику и ремонт дли различных зна­чений коэффициента вариации v, представлены на рис. 33.

По мере увеличения отношения затрат на профилактику и ремонт коэффициент оптимальности т также возрастает, т. е. оптимальная периодичность диагностирования приближается к среднему значению пробега между отказами. Это свидетельствует о том, что более углубленные диагностика и обслуживание, требующие больших затрат, эффективнее предотвращают отказы, поэтому оптимальная периодичность диагностирования может быть увеличена.

Наоборот, с возрастанием коэффициента вариации v коэффициент оптимальности убывает, т.е. оптимальная периодичность диагностирования уменьшается при одном и том же значении отношения Сп.р/С_т.р, и увеличивается разброс пробегов между отказами вокруг среднего значения. Таким образом, чтобы с одинаковой эффективностью предотвращать отказы, периодичность диагностирования должна быть уменьшена.

Из графика также видно, что с возрастанием отношения Сп.р/С_т.р и уменьшением коэффициента вариации v коэффициент оптимальности стремится к значению 0,75—0,90. Отсюда следует важный для практики вывод, согласно которому оптимальная периодичность диагностирования для ^случая нормального рас­пределения не должна превышать 0,90/.

Зависимость коэффициента оптимальности t для случая за­кона Вейбулла от отношения С_п._р/С_т.р и параметра формы |3 представлена на рис. 33, б. Нетрудно заметить, что с возрастанием отношения Сп.р/С_Т.р коэффициент оптимальности % также увели­чивается.

Кривая оптимального поведения имеет наиболее простой и наглядный вид для случая экспоненциального закона распреде­ления (рис. 34). Она не зависит от параметра закона X, а опре­деляется только отношением С_п._р/С_{т р} и возрастает с его увели­чением. Этот факт очень ценен на практике.

Действительно, наиболее длительным и важным этапом эксплуа­тации является установившийся режим эксплуатации автомоби­лей,, на котором отказы распределяются в соответствии с экспо­ненциальным законом, хотя имеют износовый характер. Поэтому, зная отношение С_п._р/С_т._р, уста­навливаемое при статистическом наблюдении, из графика получаем значения коэффициента оптималь­ности 𝝉.

Рис. 34. Зависимость коэффициента оптимальности от отношения затрат для

экспоненциального закона распределения

Рис. 35. Определение периодичности диагностирования автомобилей различных

Категорий

Оптимальную периодичность диагностирования определим из произведения обратного значения параметра закона 1/λ на 𝝉, т. е. l ' = 𝝉/λ

Например, пусть λ = 0,08 • 10~⁴, С_пр/С_т._р = 0,40. Из графика на рис. 34 получаем, что 𝝉 =0,80. Тогда оптимальная периодич­ность диагностирования

l´= =1000км

Таким образом, графики позволяют, не прибегая к решению сложных уравнений, получать оптимальную периодичность ди­агностирования.

В крупных автотранспортных предприятиях имеются авто­мобили различных возрастов, работающие в самых разнообраз­ных условиях эксплуатации/Поэтому при расчете периодичности диагностирования необходимо также все автомобили делить на три категории и для каждой категории устанавливать периодич­ность диагностирования (рис. 35). Эта периодичность, как сле­дует из приведенных аналитических исследований, должна быть меньше модального значения кривых распределения пробегов, построенных для каждой категории автомобилей. определя­ется произведением среднего пробега между отказами на коэф­фициент оптимальности т.

Для каждой категории автомобилей периодичность диагно­стирования будет составлять или /

Дата добавления: 2015-11-16