CC BY
3УДК 629.33
ИМИТИРОВАНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ КАК МЕТОД ДИАГНОСТИРОВАНИЯ
АВТОМОБИЛЬНЫХ СТАРТЕРОВ
Киданов А.Д., студент группы 13ЭТМК(б)СТТМ-1, Оренбургский государственный
университет, Оренбург
e-mail: andrei-kidanov@yandex.ru
Научный руководитель: Пузаков А.В., ст. преподаватель кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей, Оренбургский государственный университет, Оренбург
Существующие методы диагностирования автомобильных стартеров как правило предполагают снятие их с автомобилей, а, следовательно, обладают высокой трудоемкостью. Для сбора информации о взаимосвязи между структурными и диагностическими параметрами стартеров разработана методика имитирования неисправностей, позволяющая определить границы возникновения и развития характерных электрических неисправностей стартеров. Результаты применения разработанной методики на примере обрыва и короткого замыкания обмотки якоря позволили установить характер изменения диагностических параметров в процессе развития неисправностей.
Ключевые слова: автомобильный стартер, диагностические параметры, структурные параметры, имитирование неисправностей.
Автомобиль, как сложная система взаимодействующих элементов, агрегатов и механизмов, обеспечивает свое функционирование благодаря заложенной надежности и ремонтопригодности, с одной стороны, и совершенствование методов технического воздействия на автотранспортные средства, с другой стороны.
Несмотря на высокую надежность техническое состояние агрегатов, систем, узлов и деталей автотранспортных средств в условиях эксплуатации изменяется, и периодически наступают отказы.
Существенная доля отказов электрооборудования объясняется постоянно расширяющейся номенклатурой изделий, повышением их технической сложности и согласуется с данными других исследователей. На электрооборудование автомобиля приходится от 25 % до 34 % всех отказов, причем на их устранение приходится до 30 % затрат времени
Автомобильный стартер, служащий для сообщения двигателю внутреннего сгорания начальной частоты вращения, является довольно надёжным устройством, срок службы которого сопоставим со сроком службы автомобиля. Однако, в процессе эксплуатации в работе стартеров рано или поздно возникают неисправности, нередко приводящие к их отказам. Отказ автомобильных стартеров автоматически приводит к невозможности тронуться с места, что при неблагоприятном стечении обстоятельств (например, неожиданной остановке автомобиля на оживленном перекрестке или железнодорожном переезде) может создать риск возникновения ДТП. Следовательно, возникает необходимость своевременного определения технического состояния автомобильных стартеров без снятия с автомобиля.
Таблица 1 - Характеристика методов диагностирования автомобильных стартеров
Наименование метода Диагностируемые параметры Диагностические средства Достоинства Недостатки
Органолепти-ческий Уровень шума, дБа, затруднения пуска двигателя Органы чувств оператора-диагноста Простота Недостаточная информативность
Поэлементное диагностирование Сопротивление обмоток, Ом Высота щеток, мм Сила щеточных пружин, кПа Мультиметр, динамометр, штангенциркуль Возможность определения технического состояния отдельных узлов Необходимость снятия и разборки стартера
Энергетический Сила тока, А, напряжение, В, тормозной момент, Нм, частота вращения якоря, об/мин Специализирован -ные стенды Возможность определения неисправностей ранней степени развития Необходимость снятия с автомобиля, низкая оперативность
Осциллографи-ческий Амплитудно-частотная характеристика потребляемого тока Осциллограф Оперативность, информативнос ть, возможность автоматизации Невозможность определения ряда механичес-ких дефектов
Как следует из данной таблицы, наиболее информативными являются осциллографические методы диагностирования автомобильных стартеров.
Причинами неисправностей автомобильных стартеров являются окисление выводов и наконечников проводов, разрежённость АКБ, повреждение зубьев маховика, ослабление и неправильная установка стартера, неисправность выключателя зажигания, а также низкое качество комплектующих, нарушение правил эксплуатации, попадание воды, грязи и т.д.
Последствиями этих причин являются обрывы и замыкания обмоток, пробуксовка обгонной муфты, закоксовывание механизма привода стартера, износ втулок подшипников и щёток, поломка буферной пружины и встроенного редуктора, повреждение зубьев шестерни, неисправности тягового реле и другие.
Проявляются вышеперечисленные неисправности в виде невозможности включения стартерного электродвигателя или тягового реле, не отключении стартера после запуска, а также повышенном нагреве и шуме при работе.
Работоспособность автомобильного стартера можно характеризовать пятью основными диагностическими параметрами: уровнем шума, температурой деталей, сопротивлением обмоток, а также силой потребляемого тока и напряжением. Температуру обмоток как диагностический параметр не обладает достаточной чувствительностью и информативностью. Уровень шума позволяет оценить общее состояние механической части, но не дает информации о том какой конкретный узел неисправен. Сопротивление обмоток сложно измерить непосредственно на автомобиле в связи с труднодоступностью стартера. Поэтому в качестве основных диагностических параметров были приняты сила потребляемого тока и напряжения стартера получаемые с помощью осциллографа.
Для разработки метода диагностирования необходимо количественно обосновать диапазоны электрических сопротивлений, соответствующие работоспособному состоянию и характерным неисправностям элементов стартера. Существует два способа решения этой задачи.
В первом случае необходимо провести обследование большого парка автомобилей одного модельного ряда с целью сбора статистической информации об изменении электрических сопротивлений элементов стартера в процессе эксплуатации. Существенным недостатком данного способа является длительность эксперимента, а также необходимость съема стартера с автомобиля.
Второй путь заключается в имитации неисправностей автомобильных стартеров в лабораторных условиях на специально разработанном стенде. Преимуществами данного способа можно считать значительно ускорение эксперимента, возможность моделирования совокупности ряда неисправностей, а также установление четкой границы между работоспособным и неработоспособным состоянием стартера.
Для реализации вышеуказанных положений разработан специальный стенд, который позволяет путем включения соответствующих тумблеров и регулировочных реостатов имитировать одну или ряд неисправностей автомобильных стартеров.
Рисунок 1 - Общая схема эксперимента (Примечание: РБ1 - осциллограф; Т1, Т2 -токовые клещи; Ю, Я2 - реостаты; ББ1 - кнопка; Б1, Б2 - тумблеры; рУ1 - вольтметр; К1 -тяговое реле; К2 - дополнительное реле; ОБ - аккумуляторная батарея)
Для увеличения сопротивления обмотки необходимо последовательно с ней включить реостат Я2, регулируя сопротивление, которого можно имитировать нарушение контакта в месте пайки выводов обмотки якоря к коллектору (при промежуточном положении) или обрыв обмотки - в крайнем положении реостата. К тому же результату - увеличению сопротивления обмотки якоря можно свести такие неисправности, как окисление поверхности коллектора и плохой контакт между щетками и коллектором. Окисление поверхности коллектора и ослабление щеточных пружин.
Рисунок 2 - Результаты имитирования неисправностей при последовательном включении реостата
Результаты имитирования обрыва обмотки якоря показали, что с увеличением сопротивления реостата напряжение стартера падает и при достижении критического значения ^=0,319 Ом стартер перестает вращаться, что означает обрыв обмотки якоря.
Для имитации короткого замыкания обмотки якоря реостат Ю необходимо подключить параллельно, при этом происходит уменьшение силы тока, протекающего по обмотке якоря, а, следовательно, и магнитного поля, создаваемого ей.
С уменьшением сопротивления реостата напряжение стартера падает и при достижении критического значения Я=0,0085 Ом обмотка якоря полностью шунтируется и ток протекает через реостат
Результаты применения разработанной методики на примере обрыва обмотки якоря позволили установить критическое значение вводимого в цепь обмотки сопротивления, а также характер изменения диагностических параметров в процессе развития данной неисправности.
Рисунок 3 -включении реостата
Сопротивление реостата при параллельном включении. Ом
Результаты имитирования неисправностей при параллельном
Литература
1. Пузаков, А.В. Разработка метода диагностирования автомобильных стартеров (статья) / А.В. Пузаков, А.Д. Киданов / Перспективные направления автотранспортного комплекса: сборник статей IX Международной научно-производственной конференции. / МНИЦ ПГСХА. - Пенза: РИО ПГСХА, 2016. - С. 44-49.
2. Пузаков, А.В. Модернизация стенда для изучения характеристик автомобильных стартеров (статья) / А.В. Пузаков, А.Д. Киданов / Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, новации: материалы Международной научно-практической конференции, 7-9 декабря 2016 года. - Омск: СибАДИ, 2016. - С. 586590.
3. Пузаков, А.В. Разработка метода диагностирования автомобильных стартеров (статья) / А.В. Пузаков, А.Д. Киданов / Проблемы исследования систем и средств автомобильного транспорта: сборник статей. Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. - С. 99-105.
4. Киданов, А.Д. Анализ методов диагностирования автомобильных стартеров / А.Д. Киданов / Управление качеством в транспортной и социальной сферах: сборник научных трудов студентов / под. общей редакцией В.И. Рассохи. - Оренбург, ОГУ, 2016. - С. 25-28.
5. Северин, А.А. Повышение надежности электромагнитной системы автомобильных стартеров: автореф. дис. .. .канд. техн. наук / А.А. Северин. - Тольятти, 2004. - 17 с.
