CC BY
8
verters, reducing their influence on the supply network [3]. In this regard, it is relevant to study the technical characteristics of FPT in symmetric and especially in asymmetric modes. In [3], a method is given for determining the coefficients of a multipole replacing the FPT for a symmetric mode. In this paper, a model of FPT is proposed for the general case of an asymmetric mode, based on the equations of a multi-winding transformer using paired short-circuit resistances (short-circuit) of windings [4].
Key words: phase-reversal transformer, operating mode, asymmetric load, model.
Bordyuk Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Kerch, Kerch State Marine Technological University
УДК 629.113
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-231-232
АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТИ БОРТОВОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА СОВРЕМЕННЫХ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
А.С. Саксонов, В.Н. Козловский, Е.В. Стрижакова, О.Д. Ибрагимов
В статье представлены результаты анализа проблемы качества и надежности бортового электротехнического комплекса современных легковых автомобилей.
Ключевые слова: автомобиль, бортовой электротехнический комплекс, качество, надежность.
В настоящее время в России наблюдается повышенный интерес к вопросам качества и надежности автомобилестроительной продукции [1, 2]. Такой интерес обусловлен тем, что от качества автомобиля напрямую зависит его конкурентоспособность на рынке, а значит и прибыль автомобилестроительных предприятий, что особенно актуально в нынешней ситуации, сложившейся в стране, когда приоритет отдается продукции отечественного производства [3]. Качество автомобиля влияет на размер денежных убытков автомобилестроительного предприятия, связанных с покрытием расходов на устранение дефектов, возникших у автомобилей, находящихся в гарантийной эксплуатации [3].
Качество и надежность - два взаимосвязанных понятия. Согласно ГОСТ 15467-79 качество -это совокупность свойств продукции определяющих степень ее пригодности для использования по назначению [4], а надежность согласно ГОСТ 27.002-2015 - свойство продукции сохранять в установленном промежутке времени значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных условиях [4]. Таким образом, качество автомобиля один из ключевых факторов, оказывающих воздействие на его надежность [5, 6].
На само качество автомобиля и его функциональных систем влияет множество факторов: проработанность проекта, степень технологической подготовки производства, квалификация рабочего персонала, степень точности технологического оборудования, количество операций ручной обработки деталей, сборки узлов и агрегатов автомобиля и многие другие факторы [7]. Когда уровень обеспечения качества автомобиля недостаточный, то надежность его функционирования снижается, что приводит к возникновению дефектов элементов функциональных систем автомобиля [8, 9].
В виду того, что автомобиль является массовым продуктом, для анализа проблемы качества и надежности его БЭК необходимо использовать методы статистического анализа, в частности метод статистического наблюдения и корреляционный анализ [10]. Используя методы статистического анализа, появляется возможность установить закономерность в возникновении дефектов элементов БЭК, а также связать дефекты, с причинами, которые их повлекли [11, 12].
Для решения этой задачи, на основе полученной от официального сервисного центра крупнейшего российского автопроизводителя базы актов гарантийного обслуживания легковых автомобилей, находящихся в гарантийной эксплуатации в период 2017-2020 гг. (рисунки 1 - 2), сформирована выборка легковых автомобилей, объем выборки - более 1 млн. единиц.
В ходе анализа дефектов по функциональным системам автомобилей установлено, что наиболее дефектоносными функциональными системами легковых автомобилей выступают его БЭК, уровень дефектов которого превышает 30 % от общего уровня дефектов, ходовая часть (20 % дефектов) и двигатель внутреннего сгорания (16 % дефектов) (рисунок 3).
По БЭК наиболее существенный уровень дефектности (более 80 %) наблюдается в группе электрокомпонентов, имеющих в своем составе ЭМП, а в самой группе электрокомпонентов с ЭМП первую позицию занимает АГ, на него приходится более 50 % дефектов по группе устройств с ЭМП (рисунок 4).
Таблицы
3 2017
; in« I ш
ЕЗ СеалтИЯ ¿J17
И о та
g га
Дата устранения Модель ДатВып ДатПрод Проб Деталь Добскт Наименование
1.006 21970 0604 0605 9350 0040441 0040441086000
1006 21970 0607 0608 15000 0040441 0040441086000
0906 21970 0603 №08 3124 0040441 0040441086000
1006 21970 0606 №07 4961 0040442 0040442086000
090& 21970 0411 0412 31300 0040442 00404420860011
1006 21970 0Ы1Н пьоч 2 ICO 004044? 0040447086000
1106 21970 0607 0607 7500 0040442 0040442086000
1006 21970 0602 0602 24560 0040442 0040442086000
1006 21970 0503 0508 □SCO 0040442 0040442086000
1006 21970 0505 0506 150Q0 0040442 0040442086000
0706 21970 0410 0412 10963 0040442 0040442086000
1006 21970 0608 0609 2900 0040442 004044 2086000
1006 21970 0505 0505 30198 0040442 0040442086000
0306 21970 0512 0512 15437 0040442 0040442086000
0906 21970 0512 0512 12500 0040442 0040442086000
1106 21970 0512 №01 ЬООО 0040442 0040442086000
0906 21970 0*1? 0512 7321 004(1447 0040447086000
1006 21970 0602 0603 5396 0040442 0040442086000
1006 21970 0001 0602 20500 0040442 0040442086000
0306 219 Л) 0512 0512 23100 0040442 0040442086000
0906 21970 0603 0603 14550 0040442 0040442086000
0906 21970 051? 0601 15250 0040442 0040442086000
1006 21970 0602 0603 11767 0040442 0040442086000
gaos_ 21970 0604 0605 5367 0040442 0040442086000
0806 21970 0607 №07 2900 0040442 0040442086000
0906 21970 0606 №06 5960 0040442 00404420&6000
i— LHKlft 21970 Ohll/ ШЖ 7feh7 01141144?
Рис. 1. База данных по дефектам легковых автомобилей, находившихся в гарантийной эксплуатации в 2017-2020 гг
J Сеодная ?i \ Сео^ая И
Сац СацНаим 443G0 САМАРА
>54360 САМАРА
14300 САМАРА
44160 САМАРА
44360 САМАРА
"1589 ТОЛЬЯТГ
;4">нч гпльнтт
44580 ТОЛЬЯТТ
¡4589 тольятт
4згез Ульянов
45265 УЛЬЯНОВ
13263 УЛЬЯНОЙ
43263 УЛЬЯНОВ
;з2бз Ульянов
13263 УЛЬЯНОВ
43263 УЛЬЯНОВ
443(Ю САМАРА
14360 САМАРА
44360 САМАРА
44300 САМАРА
Деталь 2915004
6105150 1041020 ЯПЖ170 1700012 1308008 10Л1157 5402334 3701010
6105151 8101332 10030]1 8109135 5402334 1001157 1005034 5303050 3450008 8109135 0106032
Т
Ном. Аг OOQOOO
ООО ООО
оооооо оооооо оооооо; ооооооз пооооо; оооооо оооооо оооооо оооооо оооооо 0000(10 оооооо ооасюо:
0000005
оооооо; оооооо оооооо оооооо
IKXJUUÜ
оооооо гсшпп.
НоглКу; НомАг QC0023G 724743
СС002 00002 [XXHI7 СС002 OCOQ2
СХХ1Г1? 00002 00002 WM07 00002 0CÜ03 0*1002 ООО 02 00002 И3002 00002 000025 0CQ02 00002
38262
38262
TH7fi7
r3D734
OOQ145
ПОП 1
000205
000295
008770
010155
001830
001830
001830
001830
001830
817015
81/ЫЬ
817615
723755
7237S5
723755
7337П5
ДатЛре OG/Ol
06/01 00/01
06/03 06/03 аь/т 06/03 06/02 as/o? 06/03 06/03 об/ое 06/09 06/03 06/03 06/03 06/03 06/03 00/10 06/10 06/10 06/01 06/01 06/01
ДатУст] ДатВ| 06/01
06/01 00/01
06/03 06/03 06/03 06/03 06/02 116/07 06/03 06/03 П6/Ш 06/09 06/03 06/03 06/03 06/03 06/03 06/10 116/10 06/10 06/01 116/(11 06/01
0506 0506 0506 0506 0506 0506 0506 0502 0502 0502
15208
1536Б 15368 13250 13250 13348 13318 15100 17520 10913 10913 10913 10913 10913 12800 12800 12800 1501 1501 1501 1501
Труд |№ Ус; ЗагЧ;
0.80 068 1.25
1.15 0.20 Ü.6K 0.80
275 1339 254 1067 254 1334
Оби | Дефект О 1254 2915004024000
2732 1334
5 268 10873
6105150059000 1041020033000 hi шоткюоггап 1700012082000 1308008051000 10011570Я600П 54023340СОООО 3701010145000 61051510.5*5 ООП 8101392009000 1003011024ООО 8109135053000 5402334ОСО ООО 1001157086ООО 10050J4024000 5303050053000 3450008ОООООО 8109135053000 0100082033000 lOüllVOHfcLKXJ 5402334000000
о<гаяяйя4чпоп
ТЕЧЬ АМОРТИЗА
ДЕФЕКТ ОКАНТО НЕ ЗАКРЕПЛЕН
ИЗЛОМ КЛАВИШИ РАССЛОЕНИЕ РЕ ДГФГКГ ЭЛЕКТР
ВИБРЛЦИЯ,ШУМ HF ЗАКРТПЛЕН ДЕФЕКТ ОКАНТО ОТСУТСТВУЕТ Т ИЗЛОМ КЛАВИШИ ИЗЛОМ РЫЧАГА ТЕМЬ ЗАГЛУШКИ СПАДАНИЕ СНОБ ДЕФЕКТ ОКАНТО НЕ ЗАКРЕПЛЕН ТЕЧЬ В ПЕРЕДН НЕ ФИКС ИР ЗАМ НЕ РАБОТАЕТ Э СПАДАНИЕ СНОБ УСТАНОВКА ШАЙ НЕ ЗАКРЕПЛЕН ДЕФЕКТ ОКАНТО iAMFMA КПЛТА
Рис. 2. Сводная база данных по дефектам легковых автомобилей, находившихся в гарантийной эксплуатации в 2017-2020 гг
40% 35% 30%
so
os
m о
¡U 25% -а
¡u 20%
.о
X
g 10% а
> 5%
15%
0%
ш
I
Функциональные системы автомобилей
Электрооборудование Двигатель внутреннего сгорания Кузов
Ходовая часть
Трансмиссия
Прочее
Рис. 3. Уровень дефектности по функциональным системам легковых автомобилей, находящихся в гарантийной эксплуатации в России в период 2017-2020 гг.
60%
.о 50%
СО
2 40% <и
"¡и 30% .с
| 20%
о
а >
10%
0%
Электрокомпоненты БЭК автомобилей
Генератор Электростаретер Электроусилитель руля Аккумуляторная кислотная батарея
Электропривод агрегатов Система зажигания Электронные системы Прочее
Рис. 4. Уровень дефектности по системе БЭК легковых автомобилей, находящихся в гарантийной эксплуатации в России в период 2017-2020 гг
Статистический анализ видов дефектов АГ исследуемой выборки легковых автомобилей, показал, что наиболее распространенными дефектами выступают излом подшипниковых узлов (33 % дефектов) и несоосность статора и ротора ЭМП (22 % дефектов) (рисунок 5).
35%
30%
25%
чр
СО
о
щ 20% е
.с
н е в
о р
>
15%
10%
5%
0%
Виды дефектов автомобильного генератора
Дефекты подшипниковых узлов Несоосность статора и ротора Дефекты регулятора напряжения Дефекты выпрямительного блока
Рис. 5. Уровень дефектов по узлам АГ автомобилей, находящихся в гарантийной эксплуатации
в России в период 2017-2020 гг
233
Г пк*к„Л8 р
В ходе статистического анализа выявлена взаимосвязь между выходом из строя подшипниковых узлов и несоосностью статора и ротора, для которой в 49 % случаев характерны скачки статорного напряжения, а также завышенный шум АГ, выделяющийся на фоне общего шума моторного отсека автомобиля.
Как отмечалось ранее, при возникновении дефектов автомобиля, связанных с их некачественным изготовлением, ответственность за их устранение ложится на плечи автопроизводителя. Таким образом, затраты на устранение дефектов по всем функциональным системам легковых автомобилей, производства крупнейшего российского автопроизводителя находившихся в гарантийной эксплуатации в России в период 2017-2020 гг. составили 2,434 млрд. руб., из них 712 млн. руб. израсходованы на устранение дефектов по БЭК. В свою очередь, первую позицию по затратам на устранение дефектов по БЭК занимает группа устройств, содержащих в своем составе ЭМП (323 млн. руб.), а в этой группе первую позицию по затратам на устранение дефектов занимает АГ (198 млн. руб.).
Таким образом, путем статистического анализа установлено, что наибольшей дефектностью обладает БЭК автомобиля, в свою очередь в БЭК наибольшей дефектностью характеризуется АГ, который чаще всего выходит из строя из-за дефектов подшипниковых узлов. С использованием результатов статистического анализа вынесено предположение о взаимосвязи между выходом из строя подшипниковых узлов и несоосностью статора и ротора, для которой характерны повышенный шум АГ, выделяющийся из общего фона, а также скачки статорного напряжения, во многих случаях предшествующие выходу из строя подшипниковых узлов. Из этого следует, что стоит углубиться в причины, из-за которых возникает несоосность статора и ротора АГ.
На большинстве современных автомобилей применяются АГ, в конструкцию которых входят: ЭМП, представляющий собой двенадцатиполюсную синхронную электрическую машину с электромагнитным возбуждением; интегральный регулятор напряжения со щеткодержателем, а также выпрямительный блок, основанный на кремниевых полупроводниковых диодах.
Сам ЭМП АГ включает в себя две принципиально важные конструктивные части - клювооб-разный ротор, на котором располагается обмотка возбуждения, создающая магнитное поле, и статор, с обмоткой которого сцепляется магнитный поток поля возбуждения, наводя в ней ЭДС. Между этими конструктивными частями расположен ВЗ, который оказывает сопротивление магнитному потоку, сцепляющемуся со статорной обмоткой, это видно из нижеприведенной формулы (1):
к8к11й8 Р
где ц0 - магнитная проницаемость воздуха, Гн/м; т - полюсное деление статора, м; 1§ - длина воздушного зазора, м; к$ - коэффициент ВЗ; - коэффициент насыщения магнитной цепи по продольной оси ЭМП; 5 - размер ВЗ, м; ау - число витков обмотки возбуждения; к^ - коэффициент формы поля возбуждения; р - число полюсов ротора; if - ток возбуждения, А.
Магнитный поток сцепляется со статорной обмоткой, потокосцепление с фазной статорной обмоткой описывается выражением (2):
Ч^ = ^ст^обФ/, (2)
где о)ст - число витков статорной обмотки; коб - обмоточный коэффициент.
При изменении угла поворота ротора потокосцепление изменяется по синусоидальному закону, тем самым изменяется амплитуда взаимоиндуктивности между обмотками ротора и статора (3):
МГаа = (3)
V
Амплитудное значение фазной статорной ЭДС, наводимой магнитным потоком поля возбуждения описывается выражением (4):
Ет = ш 1мгай1г, (4)
где ш 1 - угловая частота вращения поля возбуждения, рад/с.
При подключении нагрузки к выводам статорной обмотки АГ на ней появляется напряжение, амплитудное значение которого в комплексной форме выражается так (5):
ит = Ет ~ ]ха! а ~ ]х<Л _ гаЛ (5)
где х^ - индуктивное сопротивление статорной обмотки по продольной оси полюсов, Ом; - ток статорной обмотки по продольной оси полюсов, А; хч - индуктивное сопротивление статорной обмотки по поперечной оси полюсов, Ом; /ч - ток статорной обмотки по поперечной оси полюсов, А; га - активное сопротивление статорной обмотки, Ом; - полный ток статорной обмотки, А.
При наличии несоосности статора и ротора ВЗ становится неравномерным. В случае, если ВЗ неравномерный, магнитное поле в его пространстве будет распределяться также неравномерно, асимметрично. Из этого следует, что и амплитуда потокосцепления изменит свое значение: в точке с максимальным значением ВЗ потокосцепление будет минимальным, а в точке с минимальным значением ВЗ пото-косцепление максимально. Значит, амплитудное значение наводимого в статорной обмотке напряжения также изменит свое значение.
Одним из следствий несоосности статора и ротора АГ выступает электромагнитная сила одностороннего притяжения ротора к статору. Вследствие асимметрии магнитного поля оно имеет максимум, в точке с минимальным значением ВЗ, и соответственно, в этой точке ротор притягивается к статору. Для
234
прояснения этого момента следует обратиться к формуле Максвелла, записанной в дифференциальной форме для двух соосных ферромагнитных цилиндров, разделенных воздушным зазором (6):
^м = (6)
где - индукция между цилиндрами, Тл; - длина ВЗ, М; - средний диаметр ВЗ, м; - площадь ВЗ,
м2.
Анализируя формулу (6), становится понятно, что электромагнитная сила одностороннего притяжения ротора к статору зависима от квадрата магнитной индукции, которая неравномерно распределяется в пространстве ВЗ, а также эта сила зависима от изменения площади ВЗ. Значит, в точке с минимальным значением ВЗ, под действием этой силы, ротор будет притягиваться к статору, воздействуя на подшипниковые узлы. Таким образом, можно вынести предположение о том, что основной причиной выхода из строя подшипниковых узлов АГ выступает электромагнитная сила одностороннего притяжения ротора к статору, формируемая под влиянием несоосности статора и ротора.
Теперь следует разобраться в причинах возникновения самой несоосности статора и ротора. Для обеспечения условий вращения ротора любой электрической машины, в частности и АГ, используются подшипниковые узлы, конструктивно состоящие из подшипниковых щитов с фрезерованными посадочными местами, в которые вложены подшипники качения, запрессованные на вал ротора. При осуществлении этапов технологического процесса, например, расточки посадочных мест подшипников в щитах или при изготовлении валов, неминуемо возникают погрешности, на которые оказывают влияние множество случайных факторов, таких как неточность инструментов, технологической оснастки, квалификация персонала, задействованного в технологическом процессе.
Из теории качества и надежности, и из технологии машиностроения известны такие термины как квалитет и поле допуска. Размерные параметры каждой детали любого конструктивного узла изделия должны лежать в пределах обозначенного поля допуска. Ширина поля допуска определяется квалитетом, который согласно источникам для таких изделий как автомобильный генератор должен быть равен 8. Таким образом, согласно ТУ на АГ одного из самых распространенных производителей в России в настоящее время посадка подшипников АГ определяется полем допуска 0117—. Логично, что от шири-
п.8
ны поля допуска зависит стабильность процесса изготовления АГ, при широком поле допуска на посадку подшипников вероятность возникновения несоосности статора и ротора высока, значит в процессе эксплуатации АГ вероятность его безотказной работы в течение гарантийного периода будет низка. Таким образом, выносится предположение, что, перейдя с 8 квалитета на 7, можно добиться повышения стабильности процесса изготовления АГ по параметрам посадки подшипников в щиты, а значит и добиться повышения стабильности основных электротехнических (фазное напряжение, фазная ЭДС) и электромеханических характеристик (электромагнитная сила одностороннего притяжения ротора к статору). Таким образом, выносится следующее предположение - параметры посадки подшипника в щиты — это одни из ключевых параметров, влияющих на формирование несоосности статора и ротора. Таким образом, следует заключить, что применяющийся в настоящее время квалитет для АГ не обеспечивает качественного функционирования АГ.
Список литературы
1. Цопов Г.И. Технологическое обеспечение надежности автомобильной генераторной установки (ГУ) / Г.И. Цопов, В.Н. Овсянников, Н.А. Елшанский // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2013. № 3(39). С. 192-197.
2. Шанин С.А. Параметры тревожных сигналов в области качества автомобилей в эксплуатации / С.А. Шанин, С.И. Клейменов, В.Н. Козловский // Управление качеством: Избранные научные труды семнадцатой Международной научно-практической конференции. М.: Издательство Пробел-2000, 2018. С. 409-414.
3. Перспективный информационно-аналитический комплекс оценки качества автомобилей в эксплуатации / В.Н. Козловский, Н.В. Афиногентова, Е.В. Полякова, А.В. Заятров // Грузовик. 2015. № 9. С. 4-10.
4. ГОСТ 27.002-2015 Надежность в технике. Термины и определения: межгосударственный стандарт: дата введения 12-05-2011 // Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. М.: Стандартинформ, 2011. 67 с.
5. Козловский В.Н. Математическое моделирование надежности системы электрооборудования современного легкового автомобиля / В.Н. Козловский, В.Е. Ютт // Электроника и электрооборудование транспорта. 2009. № 1. С. 31-34.
6. Козловский В.Н. Тенденции развития электрооборудования современных автомобилей и актуализация задачи по разработке системы мониторинга комплекса электроснабжения / В.Н. Козловский, А.П. Новикова, Н.И. Блинов // Электроника и электрооборудование транспорта. 2017. № 1. С. 2-4.
7. Козловский В.Н. Стратегическое планирование конкурентоспособности с точки зрения качества / В.Н. Козловский, С.А. Шанин, Д.И. Панюков // Стандарты и качество. 2017. № 3. С. 76-80.
8. Козловский В.Н. Автоматизированный совместный анализ электронных баз данных по удовлетворенности потребителей надежностью электрооборудования автомобилей / В.Н. Козловский, А.В. Заятров // Информационные технологии. Радиоэлектроника. Телекоммуникации. 2012. № 2. С. 254-259.
9. Козловский В.Н. Обеспечение качества и надежности электрооборудования автомобилей: монография. Тольятти: ТГУ, 2009. 273 с.
10. Саксонов А.С. Расчетно-статистический эксперимент по методу Монте-Карло как основа инструмента управления качеством транспортных электромеханических преобразователей / А.С. Саксонов, В.Н. Козловский, А.В. Крицкий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 6. С. 286-292.
11. Козловский В.Н. Информационно-аналитический метод определения ключевых проблем надежности в автомобилестроении / В.Н. Козловский, А.В. Заятров, Д.И. Панюков // Грузовик. 2016. № 3. С. 39-45.
12. Разработка систем обратной связи с потребителями в управлении качеством и надежностью автомобилей в период эксплуатации / В.Н. Козловский, Р.А. Малеев, Е.В. Полякова, В.И. Коротков // Известия МГТУ МАМИ. 2014. Т. 1. № 2(20). С. 37-41.
Саксонов Александр Сергеевич, аспирант, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Козловский Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, [email protected], Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Стрижакова Елена Владимировна, канд. техн. наук, доцент, a-ezhova@yandex. ru, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет,
Ибрагимов Олег Дамирович, аспирант, ibrleg@,outlook.com, Россия, Самара, Самарский государственный технический университет
ANALYSIS OF THE PROBLEM OF QUALITY AND RELIABILITY OF THE ON-BOARD ELECTRICAL
COMPLEX OF MODERN PASSENGER CARS
A.S. Saxonov, V.N. Kozlovsky, E.V. Strizhakova
The article presents the results of the analysis of the problem of quality and reliability of the on-board electrical complex of modern passenger cars.
Key words: car, on-board electrical complex, quality, reliability.
Saxonov Alexander Sergeevich, postgraduate, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University,
Strizhakova Elena Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, a-ezhova@yyandex. ru, Russia, Samara, Samara State Technical University,
Ibragimov Oleg Damirovich, postgraduate, [email protected], Russia, Samara, Samara State Technical University
