ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМОБИЛЕЙ

Техническую эксплуатациюавтомобилей (ТЭА) можно представить как область практической деятельности и как науку, котораяопреде­ляет пути и методы наиболее эф­фективного управления техни­ческим состоя­нием автомобильного парка с целью обеспе­чения регулярности, безопас­ности и экономичности перевозок.

Как область практической деятельности ТЭА – это комплекс взаимо­связанных технических, экономических, организационных и социальных мероприятий, обеспечи­вающих:

- своевременную передачу службе перевозок или внешней клиентуре работоспо­собных автомобилей необходимых номенклатуры и количества и в нужное для клиен­туры время;

- поддержание автомобильного парка в работоспособном состоянии при рацио­нальных затратах трудовых и материальных ресурсов, норма­тивных уровнях дорожной и экологической безопасности, нормативных условиях труда персонала.

Как отрасль науки ТЭА определяет пути и методы управления тех­ническим со­стоянием автомобилей и парков для обеспечения:

- регулярности и безопасности перевозок при наиболее полной реа­лизации тех­нико-эксплуатационных свойств автомобилей;

- заданных уровней работоспособности и технического состояния;

- оптимизации материальных и трудовых затрат;

- минимума отрицательного влияния автомобильного транспорта на население, персонал и окружающую среду.

5.1. Техническое состояние автомобиля и причины его измене­ния

На техническое состояние автомобилей при их эксплуатации оказы­вают влияние как внутренние, так внешние факторы. Учет этих факторов необходим при определении нормативов ТЭА, потребности в ресурсах (пер­сонал, производственно-техническая база, запасные части и материалы).

К внутренним факторам относятся процессы, происходящие при ра­боте автомо­биля, его агрегатов, систем, узлов, механизмов и деталей; ква­лификация водителей; об­служивающего и ремонтного персонала; техноло­гические процессы, используемые для технического обслуживания и ре­монта (ТО и Р) и другие; а к внешним – природно-клима­тические условия; транспортные условия и интенсивность использования подвижного со­става; природно-климатические и сезонные условия.

Если внутренними факто­рами путем каких-либо воздействий (технических, техно­логических, орга­низационных) возможно управлять, то к внешним факторам можно лишь приспосабливаться, путем обоснованного подхода к той или иной ситуации.

Интенсивность изменения параметров технического состояния авто­мобиля во многом определяется внешними условиями эксплуатации, ока­зывающими влияние на режим работы деталей, узлов и механизмов авто­мобиля, ускоряя или замедляя интен­сивность изменения параметров тех­нического состояния.

Дорожные условия характеризуются технической категорией до­роги, которая за­висит от ширины проезжей части, типа покрытия, вели­чины подъемов и спусков, радиу­сов закругления.

Транспортные условия или условия перевозок характеризуются чис­лом дней ра­боты в году, числом смен работы в сутки, продолжительно­стью работы на линии, коэф­фициентом использования пробега, коэффици­ентом использования грузоподъемности и другими.

Влияния дорожных и транспортных условий движения эксплуатации переплета­ются и учитываются с помощью поня­тия «категория условий эксплуатации».

Природно-климатические и сезонные условия характеризуются тем­пературой ок­ружающего воздуха, влажностью, ветровой нагрузкой, уров­нем солнечной радиации и другими параметрами. Данные условия влияют на тепловые и другие режимы работы агрегатов, которые, в свою очередь, оказывают влияние на надежность автомобиля в це­лом.

В процессе эксплуатации свойства автомобилей не остаются посто­янными, что внешне проявляется в снижении их динамических свойств, безопасности движения, по­вышенном рас­ходе горюче-смазочных материа­лов, ухудшении пуска двигателя, появле­нии стуков, шумов и так далее. Это результат вредных процессов, постоянно протекаю­щих в течение всего времени суще­ствования автомобиля.

К вредным процессам относят: изнашивание рабочих поверхностей деталей, ста­рение, коррозия, вибрации узлов и механизмов, внутренние напряжения в деталях, и другие.

Вредные процессы подразделяются на три группы:

- быстропротекающие – вибрация узлов, изменение сил трения в подвижных со­пряжениях, колебательные нагрузки (период их действия – секунды);

- средней скорости – температура окружающей среды и самого ав­томобиля, влажность среды (период их действия – минуты, часы);

- медленные – изнашивание деталей, усталость металла, коррозия (период их дей­ствия – дни, месяцы).

Устранить эти процессы невозможно, но замедлить можно путем проведения ТО и Р, что приводит к снижению уровня вредных про­цессов и проявлении их в допусти­мых пределах.

Изнашивание – процесс постепенного изменения размеров, формы и состояния поверх­ности детали, происходящий при трении. В результате трения изнашивание по­верхностей может протекать по-разному, что зави­сит от многих факторов: нагрузки на поверхности трения; величины зазора между трущимися поверхностями; твердости и чистоты обработки поверх­ностей; скорости от­носительного перемещения трущихся де­талей; вязко­сти, температуры, чистоты смазки, но в конечном итоге приводит к износу.

Износ – это процесс отделения материала и (или) увеличения оста­точной дефор­мации, про­являющийся в изменении размеров и формы де­тали. Износ может быть есте­ственным, уско­ренным и аварийным. Естест­венный износ появляется в результате тре­ния, действия высоких темпера­тур и нагрузок при нормальных условиях эксплуатации. Ускоренные и аварийные износы возникают в результате некачественного ТО и Р, недо­работок в конструкции, низкого качества материалов и других факторов.

Трение и износ не являются до конца изученными явле­ниями, по­этому для их объяснения используют различные виды классификаций по внешним признакам.

Механическое изнашивание является результатом механических дейст­вий и включает резание, цара­пание, деформирование, отслаивание и вы­крашивание микрообъемов ма­териала.

Основными видами механического изнашивания деталей автомоби­лей являются: абразивное, гидро - и газоабразивное, гидро-, газо- и элек­троэрозионное, кавитационное, усталостное, при фреттинге, и изнашива­ние при заедании.

Абразивное изнашивание заключается в режущем и царапающем дей­ствии на де­таль твер­дых частиц находящихся в свободном или закреплен­ном состоянии. Царапание заключается в образовании углублений на по­верхности в направлении скольжения под воздействием выступов сопря­жений детали или свободных твердых частиц; при этом могут происходить многократная пластическая деформация и цикличное образование хруп­кого слоя, который затем разрушается.

Абразивному изнашиванию в сочетании с другими видами подвер­жены практиче­ски все трущиеся детали автомобиля.

Гидроабразивному изнашиванию, происходящему под действием твердых частиц, взвешенных в жидкости и перемещающихся относительно изнашивающейся детали, подвержены водяные, топливные и масляные ка­налы, а также детали, смазываемые под давлением. При этом абразивными частицами являются не только частицы кварца и других соединений, попа­дающие на трущиеся поверхности снаружи, но и частицы на­гара и про­дукты износа, образующиеся внутри агрегатов автомобиля.

Газоабразивное изнашивание возникает под воздействием частиц, взвешенных в газе. Этому виду изнашивания подвержены впускные и вы­пускные системы автомо­бильных двигателей, а также наружные лакокра­сочные покрытия кузовов автомобилей, особенно при работе в запыленных условиях. Наибольший износ трущихся поверхно­стей деталей автомобиля вызывают частицы кварца, поэтому обеспечение чистоты воз­духа и экс­плуатационных жидкостей, поступающих во внутренние полости агрегатов автомобиля, является важнейшим методом уменьшения интенсивности различных видов абразивного изнашивания.

Трение потоков жидкостей и газов о поверхности деталей вызывает их эрозион­ное и кавитационное изнашивание.

Эрозионное изнашивание является механическим видом изнашивания в результате воздействия на поверхность детали потока жидкости, газа или электрических разрядов. Гидро- и газоэрозионное изнашивания представ­ляют собой процесс вымывания и вы­рыва отдельных микрообъемов мате­риала. Электроэрозионное изнашивание является видом эрозионного из­нашивания поверхности в результате воздействия разрядов при прохожде­нии электрического тока.

Интенсивность эрозии зависит от агрес­сивности среды, характерным является на­личие латентного (скры­того) периода в начале износа, когда износ не обнаруживается.

Наиболее сложным во внешних проявлениях является эрозионно-ме­ханический износ, когда в износе одновременно участву­ют струи жидко­сти или газа и механическое истирание.

Кавитация представляет собой образование, а затем разрушение па­рогазовых пу­зырьков в движущейся по поверхности детали жидкости при определенных соотноше­ниях давлений и температур в переменных сече­ниях потока. Разрушение кавитационных пузырьков сопровождается гид­равлическими ударами по поверхности детали и образо­ванием каверн (ямок), полостей.

Усталостное изнашивание – это процесс разрушения детали под действием мно­гократно повторяющихся знакопеременных нагрузок, кото­рые превышают предел вы­носливости материала. Проявляется в виде вы­крашивания, приводящего к обра­зованию ямок (питтинга) на поверхности трения.

Накопление усталости объясняют смещением дислокаций (мик­ро­скопических не­сплошностей) на гранях кристаллов при их рас­качивании, объединением дислокаций и образованием за счет этого микротрещин. По­степенно микротрещины перерастают в макро­трещины, которые умень­шают сечение детали, за счет чего возрастают фактиче­ские напряжения, что и приводит к разрушению детали. Источниками циклических на­грузок могут быть условия есте­ственного функционирования детали, вибрацион­ные на­грузки.

Изнашивание при фреттинге возникает вследствие трения скольже­ния соприка­сающихся деталей при возвратно-поступательных перемеще­ниях в условиях динамиче­ской нагрузки с малыми амплитудами.

Заедание – результат схватывания, глубинного вырывания мате­риала, переноса его с од­ной поверхности на другую и воздействие возник­ших неровностей на сопряжен­ную поверх­ность. Изнашивание при схваты­вании рабочих поверхностей определяется свойствами материалов, тру­щихся деталей и зависит от скорости скольжения поверхно­стей, а также от температуры. Схватывание рабочих поверхностей может завершаться пре­кращением относительного движения деталей и вызывать их задир – по­вреждение поверхностей трения в виде широких и глубоких борозд в на­правлении скольжения.

Химическая активность поверхностей вызывает коррозию – разру­шение материа­лов вследствие взаимодействия с внешней средой. Таким образом, коррозионно-механиче­ское изнашивание является результатом меха­нического воздействия, сопровождаемого химическим и (или) электриче­ским взаимодействием материала со средой. Для деталей автомобиля кор­розия при трении в основном связана с окислением материала поверхно­стей деталей, то есть ведущее значение имеет окислительное изнашивание, при котором основное влияние на изнашивание имеет химическая реакция материала с кислородом или окисляющей окружающей средой. Скорость изнашивания резко меняется в зависи­мости от коррозионной агрессивно­сти среды.

Окислительное изнашивание заключается в том, что кислород воз­духа или рас­творенный в масле образует на металле окисную пленку, ко­торая механически удаля­ется при трении и на обнаженных участках про­цесс повторяется вновь.

Следует отметить, что пленки окислов и других соединений из-за неметалличе­ской природы не способны к схватыванию. Это используют при разработке противоза­дирных присадок к маслам – образующиеся дос­таточно стойкие к стиранию пленки ис­ключают молекулярное схватыва­ние поверхностей.

Изнашивание при фреттинг-коррозии наблюдается в том случае, ко­гда изнаши­вание при фреттинге сопровождается агрессивным воздейст­вием среды.

Старение – это изменение физико-химических свойств материалов деталей и экс­плуатаци­онных материалов в процессе эксплуатации и при хранении автомобилей или его частей под действием внешней среды.

Техническое состояние основной доли деталей автомобилей лимити­руется изно­сом их рабочих поверхностей. Величина износа увеличивается в течение всего пробега автомобиля до предельного состояния детали, при этом интенсивность изнашивания V_И, являющаяся отношением величины износа И к наработке L, зависит от разных факторов и различна на разных этапах работы. Зависимость между этими показателями называ­ется типо­вой кривой изнашивания.

Приработка – это процесс изменения геометрии поверхностей тре­ния и физико-механических свойств поверхностных слоев материала в на­чальный период трения, обычно проявляющийся при постоянных внешних условиях в уменьшении работы тре­ния, температуры и интенсивности из­нашивания. Уменьшение приработочных износов достигается работой де­талей в облегченных нагрузочных и скоростных режимах, при­менением специальных эксплуатационных материалов (масел, присадок) и усилен­ной очисткой их от продуктов износа. На период приработки деталей (1 – 5 тыс. км. пробега) назначают режим обкатки автомобиля.

Период установившегося изнашивания (II) характеризуется постоян­ной интен­сивностью и, следовательно, линейно-возрастающей прямой или близкой к ней кривой износа. Этот период (период гарантийной эксплуа­тации), составляющий для различных деталей 60 – 500 тыс. км пробега ав­томобиля, характеризуется стабильностью рабочих процессов, при кото­ром происходят постепенное накопление напряжений и изменение разме­ров и формы детали.

В процессе эксплуатации износ рабочих поверхностей увеличивает зазоры в со­пряжениях деталей, что приводит к ухудшению условий смазки, повышению динамиче­ских, ударных нагрузок; разрушению специ­ально обработанных износостойких поверх­ностных слоев. В результате интенсивность изнашивания повышается (III), что приво­дит к аварийному изнашиванию в период постгарантийной эксплуатации. С целью ис­ключе­ния полного разрушения детали и всего сопряжения (особенно для дета­лей, обес­печивающих безопасность движения автомобилей) устанавли­вают величину предель­ного износа, соответствующую предельному со­стоянию детали на начало этого периода.

Знание основных причин изменения работоспособности и техниче­ского состояния важно как для совершенствования конструкции автомоби­лей, так и для выбора наиболее эффективных мероприятий по предупреж­дению отказов и неисправностей в эксплуата­ции.

5.2. Надежность и ремонтопригод­ность АТС

Большинство задач, решаемых технической эксплуатацией, связано в большей или меньшей степени с качеством изделий (в данном случае ав­томобилей, агрегатов, де­талей, технологиче­ского оборудования) и экс­плуатационных материалов при их функ­ционировании или использовании в определенных условиях эксплуатации.

По международному стандарту ISO качество – это совокуп­ность ха­рактеристик объекта, относящихся к его способности удов­летворять уста­новленные и предполагае­мые потребности. По оте­чественному стандарту качество – это совокупность свойств про­дукции, обусловливающих ее при­годность удовлетворять опреде­ленные потребно­сти в соответствии с ее на­значением. Можно также сказать, что качество – это совокуп­ность свойств изделия выполнять заданные функции при использовании его по назначе­нию.

Качество автомобиля закладывается в процессе его проекти­рования, обеспечива­ется в процессе его производства и поддер­живается в процессе эксплуатации.

Надежность является специфическим свойством качества, по­скольку проявля­ется только в течение дли­тельного времени. Обобщенно можно считать, что надежность – это качество изделия, развернутое во времени. По общепринятому определению на­дежность – это свойство из­делия (объекта) вы­полнять заданные функции, сохраняя во времени значе­ния уста­новленных показателей в пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, ТО и Р, хранения и транс­портирова­ния.

Надежность – сложное понятие, оно выражается четырьмя парамет­рами:

безотказность – свойство объекта (изделия) непрерывно со­хранять работоспособ­ное состояние в течение некоторого време­ни или наработки. Показателями безотказно­сти являются: сред­няя наработка на отказ; интен­сивность потока отказов – вели­чина, обратная средней наработке на отказ; вероятность безот­казной работы при заданной на­работке;

долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для ТО и текущего ремонта (ТР). Показателями являются: средний ресурс (в единицах нара­ботки), средний срок службы (обычно в ка­лен­дарных годах), гамма-про­центный ресурс (это ресурс, который достигается, напри­мер, 95% объек­тов);

ремонтопригодность (эксплуатационная технологичность) – свой­ство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупрежде­нию, обнаружению и устране­нию отказов и неисп­равностей. По­казателями ремонтопригодности автомобилей явля­ются: периодичность ТО, разовая оперативная трудоемкость ТО, удельная трудоемкость ТО, количество ис­пользуемых видов горючего и смазочных материа­лов (ГСМ), инстру­мен­тов и оснастки и другие;

сохраняемость – свойство объекта обеспечивать установленные по­казатели каче­ства в процессе хранения, транспортирования и непосредст­венно после. Показателями сохраняемости являются средний и гамма-про­центный срок хранения.

Основными терминами и понятиями надежности также явля­ются:

отказ — изменение одного или нескольких показателей задан­ных параметров объекта, приводящее его в неработоспособное состояние. Из­менения могут быть вне­запными (случайными) и систематическими с на­рушением геометрии деталей или свойств материалов. Изменения, посте­пенные по развитию, могут быть внезапными по проявлению;

неисправность — состояние, когда объект не отвечает хотя бы од­ному из требова­ний нормативно-технической документации;

сбой — самоустраняющийся отказ.

Для анализа причин их возникновения, разработки мероприятий по их предупре­ждению и устранению от­казы классифицируются по следую­щим признакам:

- по источнику возникновения: конструкционные (возникают вслед­ствие наруше­ния установленных правил и (или) норм конструирования), производственные (возни­кают из-за нарушения или несовершенства тех­нологического процесса изготовления или ремонта), эксплуатационные (являются следствием нарушений правил эксплуатации изделия или небла­гоприятного сочетания режимов эксплуатации);

- по влиянию на работоспособность: частичные (отказы элементов объекта, при которых он может продолжать выполнять свои функции) и полные (вызывающие неис­правность, или отказ объекта в целом);

- по связи с отказами других элементов: зависимые (отказ одного из элементов объекта вызывает отказ или неисправность другого и (или) объ­екта) и независимые (от­каз одного элемента объекта не влияет на исправ­ность других элементов и (или) объекта в целом);

- по характеру возникновения: постепенные (характеризуются моно­тонным изме­нением параметров технического состояния объекта, вызваны чаще всего изнашива­нием) и внезапные (характеризуются скачкообразным изменением параметров, вызваны скрытыми производственными дефек­тами или некачественными материалами, из кото­рых изготовлены детали);

- по частоте возникновения: с малой наработкой (3 – 4 тыс. км), средней (до 12 – 16 тыс. км), большой (свыше 12 – 16 тыс. км);

- по трудоемкости устранения: с малой трудоемкостью (до 2 чел.-ч.), сред­ней (2 – 4 чел.-ч.), большой (свыше 4 чел.-ч.);

- по влиянию на потери рабочего времени: без потери (устраняются при плановом ТО или в нерабочее время) и с потерей (устраняются при прекращении работы).

- по последствиям: безопасные (не влекущие за собой человеческие жертвы, не имеющие вредного влияния на окружающую среду) и опасные (являющиеся причинами человеческих увечий, жертв, оказывающие вред­ное влияние на окружающую среду);

- по возможности устранения: устранимые и неустранимые.

Оценку качества, надежности и других свойств автомобиля осущест­вляют при помощи параметров. Под параметром понимается качественная мера, характеризующая свойства объекта, определенная конкретным про­цессом. Параметры могут быть струк­турными, конструктивными и диагно­стическими.

Структурные параметры характеризуют свойство структуры и от­ражают качест­венную сторону процессов, происходящих в изделиях (теп­ловая напряженность, изме­нение микроструктуры, физико-механические свойства). Они подразделяются на основ­ные и дополнительные. При этом основные структурные параметры характеризуют воз­можность выполне­ния системой заданных функций, а дополнительные – удобство в эксплуа­тации, внешний вид и другие.

Конструктивные параметры характеризуют качественную меру про­явления тех­нического состояния объектов и их составных частей по гео­метрическим характеристи­кам (размеры деталей, положение деталей отно­сительно друг друга и другие).

Диагностические параметры характеризуют качественную меру про­явления тех­нического состояния объектов и их составных частей по кос­венным признакам (шум, вибрация).

Кроме того, параметры бывают входными и выходными. Входной параметр – это качественная мера воздействия на систему извне, а выход­ной характеризует внешнее проявление свойства системы. К входным от­носят нагрузку на двигатель, дорожные и климатические условия и ряд других. К выходным относят, например, такие, как мощ­ность двигателя, расход топлива, частота вибрации элементов трансмиссии и другие.

Номинальная величина параметра характеризует, как правило, объ­ект (сопряже­ние, узел, агрегат), как новый или капитально отремонтиро­ванный (в некоторых случаях после обкатки и приработки).

Допустимая величина параметра – величина параметра, при кото­ром объект (со­пряжение, узел, агрегат) годен к эксплуатации без ремонта, регулировки или других профилактических мероприятий до следующего регламентированного контроля его тех­нического состояния. Для ряда ос­новных параметров технического состояния машин и механизмов установ­лены два допустимых значения. При этом, первая величина допус­тимого параметра определяется исходя из необходимости обеспечения работоспо­собно­сти механизма до соответствующего ТО, вторая величина – до оче­редного ремонта.

Предельная величина параметра – это величина параметра, при ко­торой даль­нейшая эксплуатация объекта (сопряжения, узла, агрегата) не­допустима по определен­ным критериям.

Текущая величина параметра – это действительная величина пара­метра, измерен­ная (установленная) в процессе диагностирования, дефекта­ции, ремонта и (или) ТО.

Для эффективной работы предприятий автотранспортного комплекса с учетом со­ставленных и реализуемых планов и программ необходимо ис­пользование обоснован­ных нормативов.

Норматив – количественный или качественный показатель, установ­ленный нор­мативно-технической документацией и используемый для упо­рядочения процесса при­нятия и реализации решений.

Нормативы регламентируют, в частности:

- свойства изделий (надежность, безопасность, производительность, масса);

- состояние изделий (номинальные, допустимые и предельные значе­ния парамет­ров технического состояния) и материалов (плотность, вяз­кость, содержание компонен­тов, примесей);

- ресурсное обеспечение (капиталовложения, расход материалов, за­пасных частей, трудовые затраты);

- технологические требования, определяющие содержание и порядок проведения определенных операций и работ ТО и Р.

Нормативы используются при определении уровня работоспособно­сти автомоби­лей и парка, планировании объемов работ, определении необ­ходимого числа исполните­лей, потребности в производственной базе, в технологических расчетах.

К важнейшим нормативам технической эксплуатации относятся пе­риодичности ТО, ресурс изделия до ремонта, трудоемкость ТО и Р, расход запасных частей и экс­плуатационных материалов.

Ресурс – это наработка объекта от начала эксплуатации нового или после капи­тального ремонта (КР) до наступления его предельного состоя­ния, оговоренная норма­тивно-технической документацией.

Предельное состояние объекта в зависимости от значимости опреде­ляется тремя критериями:

- технический критерий устанавливает такое состояние объекта, при котором он либо не способен выполнять установленные функции, либо его работа обеспечивается критическим (или близким к критическому) состоя­нием;

- экономический критерий устанавливает такое состояние объекта, при котором дальнейшая его эксплуатация экономически не целесообразна;

- критерий безопасности устанавливает такое состояние объекта, при котором он является опасным для людей и окружающей среды по ка­кому-либо условию.

Основной целью ТЭА является обеспечение эксплуатации автомоби­лей путем проведения своевременного и в полном объеме ТО и Р при ми­нимальных затратах тру­довых, материальных, природных, топливно-энер­гетических и других ресурсов.

Под работоспособным состоянием понимается такое, при котором значения всех параметров, характеризующих способность подвижного со­става выполнять транспорт­ную работу, соответствуют требованиям норма­тивно-технической документации.

Следовательно, работоспособность – это состояние подвижного со­става, при ко­тором он способен выполнять функции в соответствии с па­раметрами, установленными нормативно-технической документацией.

Под исправным состоянием (исправностью) подвижного состава по­нимается та­кое состояние, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-техниче­ской документации. Соответственно, неисправность – это состояние, при котором под­вижной состав не соответствует хотя бы одному из требований.

Автомобили с неисправными агрегатами, состояние которых не со­ответствует ус­тановленным требованиям безопасности или вызывает по­вышенный износ деталей, не должен продолжать транспортную работу или выпускаться на линию. Другие неисправ­ности могут быть устранены после завершения транспортной работы в пределах смен­ного или суточ­ного задания.

Таким образом, можно выделить три состояния автомобиля, либо аг­регата:

- исправное;

- неисправное, но работоспособное;

- неисправное неработоспособное.