CC BY
3946
Труды лесоинженерного факультета Петр ГУ
Обоснование периодичности проведения регулировочных работ в двигателе семейства СМД методом определения
вероятностных характеристик поведения прогнозирующего параметра
Мазуркевич М.А.1 Петрозаводский государственный университет
Рассматриваются вопросы обоснования периодичности проведения регулировочных работ газораспределительного механизма двигателя СМД-18БН путем расчета вероятностных характеристик (вероятности безотказной работы и периода эксплуатации, приводящего к резкому росту отказов).
Ключевые слова: вероятность безотказной работы, начальный размер детали, предельный износ, наработка, зазоры, скорость изнашивания, газораспределительный механизм, техническое обслуживание.
Для двигателей вну гренннего сгорания (ДВС) важной характеристикой является величина зазоров между впускным и выпускным клапанами и их толкателями (коромыслами). При нормальной величине зазора обеспечиваются заданные углы начала открытия и конца закрытия клапанов относительно ВМТ и HTM поршней (фазы газораспределения), а значит, и оптимальные условия наполнения цилиндров воздухом, и динамики движения деталей механизма при этом. В процессе эксплуатации ДВС рабочие поверхности кулачков распределительного вала, толкателей, коромысел изнашиваются, что ведет к увеличению зазоров в клапанном механизме. По мере увеличения зазоров изменяются фазы газораспределения, нарушается рабочий процесс, изменяется динамика движения деталей и повышается интенсивность изнашивания.
Правилами технической эксплуатации ДВС установлена периодичность выполнения данного вида регулировочных работ, в частности для лесных машин, равная наработке 300 м.-ч. (при очередном ТО-2). Однако данные работы [I] показывают, что эта периодичность не является обоснованной, а критерием необходимости выполнения регулировок в клапанном механизме является повышенный шум в работе ДВС.
В этой связи обоснование периодичности регулировки зазоров в клапанах газораспределительного механизма (ГРМ) ДВС является актуальной задачей. Для обоснования периодичности регулировки зазоров в ГРМ двигателей лесных машин (в частности двигателя СМД-18ВН) воспользуемся данными вышеприведенной работы, в которой полученный экспериментальный материал использовался для расчета трудо-
1 А втор - доцент, зав. кафедрой тяговых машин
© М.А.Мазуркевич, 1996
емкости ТО-2 лесных машин. Обработка экспериментального ряда позволила получить зависимость скорости нарастания износа в клапанах ГРМ со следующими характеристиками: оценка математического ожидания скорости изнашивания (т vи = 0.0008 мм/ моточасов), оценка среднего квадратичного отклонения (5ч = 0.00017). Начальный зазор в клапанах, по рекомендации работы [1], составляет 0.4. Изменение износа по пробегу подчиняется линейной зависимости типа
у=Ь+а-Х, (1)
где
а и Ь - эмпирические коэффициенты скорости
изнашивания; х - наработка (в моточасах).
Применяя допущения, изложенные в работах [2,3] , представим процесс изнашивания в виде полуслучайного процесса, в котором случайной величиной является скорость изнашивания, а детерминированным параметром - время работы двигателя I. Скорость изнашивания распределена по нормальному закону с вышеприведенными параметрами Шуи и 5и . критерий согласия Пирсона х2 - 0.44.
За случайное событие, приводящее к отказу, примем момент пересечения кривых изнашивания величины износа иПр (рис. 1)
ЛбЯЯР^ 1 ^^ У f(t) ! 1 V 1 HN-
и и I
II - величина износа, и - г* - участок нормальной работы.
Рис. 1. Типичный вид закона изнашивания
Опуская математические расчеты, получаем функцию распределения плотности отказов Г (I) в следующем виде, названную Г.В. Дружининым а-распределением.
Г(0 = -|Ц^-ехр(-а5М--аУ; (2)
в = Цп р-и0. а и
Мазуркевич М.А. "Обоснование периодичности проведения регулировочных....
47
mv
а = аи
где
ио - начальный зазор, мм; ипр - предельный зазор, мм; аи- среднее квадратичное отклонение; Шуи - математическое ожидание скорости
изнашивания. Нормируемый множитель с в формуле (2) определяется по аргументам:
Zr
В
t2~a
Z2 =
В
(3)
При a > 2, с = I, что является наиболее частым случаем для практики. В нашем примере a = 4,7. Рассчитанный график функции плотности отказов f(t) для зазоров в клапанах ГРМ представлен на рис.2
f(t)
/ \
=х
ф V-
t
1—
Рис.2. Функция плотности распределения отказов в клапанах ГРМ двигателя СМД-18БН
Анализируя график функции f (t), видим, что отказы в системе начинают возникать начиная со 170 м.-ч. и достигают максимального значения к 280 м.-ч., а к 460 м.-ч. практически у всех ДВС, по данному параметру, наступит отказ, Для обоснования оптимальной величины наработки, при которой необходимо проводить регулировку, рассмотрим следующие параметры: вероятность безотказной работы P(t) и значение наработки tH, которая приравнивается к математическому ожиданию периода проведения регулировочных работ [3].
Интегрируя плотность распределения f(t), получаем интегральную функцию Q(t) и вычисляем ВВР по
формуле:
P(t) = 1 - Q(t). (4)
Полученный график вероятности безотказной работы представлен на рис. 3.
P(t)
Рис.3. График вероятности безотказной работы ГРМ по параметру (зазор в клапанах)
Значение Ь является одной из важнейших характеристик (наряду с вероятностью безотказной работы) надежности, так как характеризует начало периода эксплуатации, приводящего к резкому росту массовых отказов. При этом наработка ^ принимается равной:
tH = B' gH(0t) '
(5)
где
gH (a) - функция, определяемая из таблиц или графиков работы (3)
Для нашего случая a = 4.705; gH (a) = 0.142; В = 1471; t„ = 0.142- 1471 = 208 м.-ч.
Вероятность безотказной работы для периода t н равна P(t) = 0.9634. Если следовать рекомендациям заво-да-изготовителя (tH = 300 м.-ч ), то вероятность безотказной работы P(t) = 0.5482. Это означает, что у 45% двигателей зазоры в ГРМ будут выше предельного. Таким образом, периодичность регулировки клапанов, установленная заводом-изготовителем, возможно, применима для двигателей, установленных на тракторах, работающих в менее тяжелых условиях, чем лесные трактора. Учитывая тяжелые эксплуатационные режимы работы лесных тракторов, проверку зазоров в ГРМ необходимо производить при каждом ТО-1 (кратность проведения профилактических работ для лесных тракторов ОТЗ следующая: ТО-1 -100 м.-ч., ТО-2 - 300 м.-ч., ТО-3 - 900 м.-ч.) и при необходимости (зазор более 0.5, что соответствует наработке 215 м.-ч.) проводить регулировку.
ЛИТЕРАТУРА
1 .Технические средства диагностирования. Справочник / Под ред. чл.-корр. АН СССР В.В.Клюева. М.: Машиностроение, 1989.
2. Пронников A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1974.
3. Дружинин Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем. М.: Энергоатомиздат, 1986.
