CC BY
165
УДК 629.331:629.08:621.3
Хасанов Р.Х., Сидорин Е.С., Ковриков И.Т.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРИОДИЧНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ АВТОМОБИЛЕЙ
В статье решается проблема снижения отказов элементов электрооборудования автомобилей. Обоснован метод определения периодичности технического обслуживания элементов электрооборудования автомобилей на основе разработанной математической модели потенциала работоспособности.
Ключевые слова: автотранспортные средства, безопасность, элементы электрооборудования, потенциал работоспособности, техническое состояние.
Современные автомобили оснащаются различными системами, обеспечивающими безопасные и комфортные условия их эксплуатации. Данные системы создаются на этапах конструирования, проектирования, производства и используются в эксплуатации. При этом доля агрегатов и систем автомобиля, работоспособность которых зависит от технического состояния элементов электрооборудования (ЭЭО), в последние годы постоянно увеличивается. Известно, что состояние элементов мехатронных систем автотранспортных средств (АТС) на прямую зависит от исправности ЭЭО, значимость которых определяется в 30%. Поэтому актуальным является анализ причин возникновения отказов и неисправностей ЭЭО и дальнейшее исследование их с целью установления объективных зависимостей, позволяющих не только прогнозировать изменение параметров технического состояния элементов, но и своевременно принимать решения о техническом воздействии для предупреждения или устранения отказов или неисправностей.
Обоснованием выбора в качестве объекта исследования ЭЭО являются научные положения, разработанные в исследованиях: А.В. Акимова, Д.А. Соснина, В.П. Федосова, Ю.П. Чиж-кова, В.Е. Ютта и др. Анализ этих работ позволяет сделать вывод о том, что электрооборудование представляется как комплекс взаимосвязанных систем и элементов, где более 25% отказов приходится на стартер и систему зажигания автомобиля, более 20% отказов относятся к световой сигнализации, 16% отказов - у контрольно-измерительных приборов и генератора. При этом отдельно в работах не учитывается техническое состояние таких связующих и то-копередающих элементов, как электрических проводов, техническая исправность которых
определяет работоспособность элементов в электрооборудовании автомобиля.
Неисправности и отказы ЭЭО, определяемые как случайные (внезапные), мгновенно изменяют из технически исправного состояния АТС в неисправное, и косвенно могут стать причиной дорожно-транспортных происшествий либо иного неблагоприятного события.
На рисунке 1 представлен анализ причин отказов и режимов работ ЭЭО АТС, выраженный в виде качественной взаимосвязи.
Следует отметить, что наиболее нагруженными в силовом и временном измерениях ЭЭО, считаются: стартер, система зажигания, генератор автомобиля, электропривод рулевого управления (для определенного числа автомобилей) и фары ближнего света, которые определяются как потенциально регламентирующие техническую исправность и безопасность автомобиля в целом [2].
Поэтому для дальнейшего исследования были отобраны следующие ЭЭО автомобилей: провода стартера (ПС), провода фар ближнего света (ПФБС), провода генератора (ПГ), провода электропривода рулевого управления (ПРУ) и высоковольтные провода системы зажигания (ВП).
При эксплуатации значимым является то, что для поддержания автомобиля и его элементов в технически исправном состоянии необходимо их своевременное и качественное периодическое обслуживание. При этом, в классическом представлении под периодичностью технического обслуживания (ТО) принимают наработку, выраженную либо в километрах пробега, либо в часах работы, между двумя последовательно производимыми, однородными видами ТО.
При формировании системы ТО основной задачей является разработка оптимальных режи-
мов, а именно: определение требуемого перечня и последовательности операций ТО, оптимальной периодичности их выполнения с учетом конкретных условий эксплуатации автомобиля.
Определение периодичности плановых технических воздействий на автомобиль с целью предотвращения и отдаления моментов возникновения отказов и неисправностей его агрегатов и систем является важным этапом разработки режимов ТО. Можно выделить следующие методы определения периодичности ТО:
- по допустимому уровню безотказности;
- по допустимому значению и закономерности изменения параметра технического состояния;
- технико-экономический;
- экономико-вероятностный.
Важно учитывать тот аспект, что не каждый из методов может точно отразить достоверное значение в случае определения периодичности для ЭЭО АТС. Следовательно, необходимо выявление наиболее подходящего метода периодичности технического обслуживания для ЭЭО АТС. В нашем случае, согласно анализа состояния вопроса, наиболее подходящим представляется метод определения периодичности ТО по допустимому уровню бе-
зотказности, где основным критерием для уровня безотказности будет являться обеспечение не только безотказной, но и безопасной эксплуатации.
В качестве обобщающего параметра технического состояния для ЭЭО предлагается выбрать потенциал работоспособности, учитывающий состояние элементов электрооборудования с учетом процессов старения [3]. В данном случае в процесс старения закладываются условия, характеризующие эксплуатацию, дорожные условия, природно-климатические и другие факторы. Для определения численного значения потенциала работоспособности была разработана методика, которая представлена в виде блок-схемы на рисунке 2.
В ходе исследований были разработаны математические модели потенциала работоспособности для различных элементов электрооборудования. Общий вид определения потенциала работоспособности Пр представлен следующей зависимостью:
Пр = /(Ь) = /[Х(Ь)], (1)
где Х(Ь) - случайная функция изменения параметров от наработки, тыс. км;
/ - функция, описывающая детерминированную зависимость.
Рисунок 1. Качественная взаимосвязь причин отказов и режимов работ элементов электрооборудования АТС
Для определения потенциала работоспособности заложен следующий основной принцип. Во многих случаях выходной параметр объекта зависит от нескольких факторов X, Х2;...Х., которые могут иметь различные законы изменения во времени. В нашем случае, систему параметров внутренних факторов определяют температура, электрическое сопротивление и другие показатели работы ЭЭО, а систему параметров внешних факторов, влияющих на техническое состояние ЭЭО, определяют дорожные условия, окружающая среда, квалификация водителя, качество ТО и Р и другие факторы. Следовательно, выражение для определения Пр ЭЭО имеет вид:
Пр = /(Х1;Х2;...;Х1), (2)
где X - показатели входных параметров;
/(...) - функция изменения входных параметров внутренних факторов под воздействием внешних факторов.
Тогда, учитывая наработку на отказ ЭЭО АТС, а также то, что существует риск возникновения критических условий, когда предельные показатели температуры или сопротивления могут привести к внезапному отказу, формула для определения Пр принимает следующий вид: Пр=ДЬ) ■ кТ1 ■ кК1 (3)
где ^Ь) - функция изменения числа неисправных АТС по причине отказа ЭЭО от наработки;
КТ1 - двоичный коэффициент, учитывающий внезапные, случайные отказы ЭЭО, возникшие вследствие достижения критического значения температуры;
Кш - двоичный коэффициент, учитывающий внезапные, случайные отказы ЭЭО, возникшие вследствие достижения критического значения сопротивления.
Использование метода определения периодичности по допустимому уровню безотказности основывается на выборе рациональной периодичности, при которой вероятность отказа ¥ элемента не превышает заранее заданной величины 1, называемой риском. При этом, уровень риска характеризуется не только числом отказов, но и числом аварий по причине технической неисправности данного элемента [4].
Вероятность безотказной работы имеет вид:
Рд (X - ьто) - Яд =7> т.е. LT0=xr;
(4)
Рд (ПР - ПР„ред:> - Яд, те 1,то^ПрПред'
(5)
где х. - наработка на отказ;
Прпрд - предельное значение Пр;
Яд - риск возникновения отказа,
Яд=7 = 1-^ ;
Ь - периодичность ТО;
Рисунок 2. Блок-схема определения потенциала работоспособности элементов электрооборудования АТС
ЬПРпред - наработка при предельном значении Пр
Условия выбора рациональной периодичности ТО ЭЭО от наработки автомобиля имеет вид:
^Прпред '(О'1' ^Прпред ) — ^ТО — ^Прпред +
+ (°'1 ■ ЬПрпред )' при ЦТО ^ Цр0 (6)
В графическом виде общая закономерность изменения технического состояния ЭЭО в зависимости от наработки автомобиля отражена нарисунке 3.
Основанием для построения общей закономерности изменения параметра технического состояния Пр от наработки является то, что в процессе старения техническое состояние элементов электрооборудования зависит от значительного числа факторов. Причем, характер изменения Пр по нисходящей линии показывает ухудшение технического состояния в определенном коридоре, условно обозначенном прерывистыми линиями 1 и 3. Коридор определяет нижние и
1, 3 - границы единичных реализаций изменения Пр ЭЭО от наработки автомобиля; 2 - функция изменения математического ожидания Пр ЭЭО автомобилей; Сц - среднее квадратичное отклонение наработки при предельных значениях ЭЭО; Ц Пр) - математическое ожидание наработки ЭЭО
Рисунок 3. Общая закономерность изменения параметра технического состояния ЭЭО
от наработки автомобиля
верхние границы изменения Пр, а линия 2 построенная на показателях Пр, характеризует общее изменение параметра для массива однородных элементов. Значение Пр Л представляет со* прео 1
бой предельное значение Пр с допустимым уровнем риска, при достижении которого необходимо проведение профилактического воздействия, т. е. ТО. Определение Пр Л и установление за-
прео
кономерности изменения обобщающего параметра Пр от наработки позволяет установить периодичность ТО конкретного ЭЭО.
В сложившейся ситуации для каждого конкретного элемента электрооборудования необходимо провести исследование фактической наработки до отказа и установить критериальные показатели для постановки на техническое обслуживание. На примере эксплуатационных показателей стартера автомобилей модельного ряда «Лада-Калина» была проанализирована статистика по отказам и произведена проверка массива данных по условиям, определяющим параметры закона распределения. В результате установлено, что экспери-
ментальные данные по отказам стартеров автомобилей модельного ряда «Лада-Калина» подчиняются условиям нормального распределения и могут быть использованы для дальнейшей обработки.
На основании полученных результатов построена закономерность изменения потенциала работоспособности Пр от наработки и определено предельное значение этого показателя, формирующего периодичность работ по ТО непосредственно для стартера, представленное на рисунке 4.
Рисунок 4. Зависимость изменения значения Пр стартеров автомобилей модельного ряда «Лада-Калина» от наработки
Таблица 1. Рекомендованная периодичность ТО для электрооборудования автомобилей
модельного ряда «Лада-Калина»
Наименование операции Пробег автомобиля, тыс. км
3 15 30 45 60 75 90 105
Электрооборудование
1. Проверка отсутствия следов замыканий и видимых повреждений изоляции проводов + + + + + + + +
1.1. Проверка состояния коробки предохранителей - + + + + + + +
1.2. Проверка состояния ВП - - - + - - + -
1.3. Проверка состояния ПГ +
1.4. Проверка состояния ПРУ - - - - + - - -
1.5. Проверка состояния ПФБС — - - - - + - -
1.6. Проверка состояния ПС + -
2. Проверка работоспособности элементов электрооборудования: генератора, отопителя, обогрева заднего стекла, регулятора направления пучков света фар, электроприводов стеклоподъемников и электроблокировки замков + + + + + + + +
3. Проверка состояния и регулировка натяжения ремня привода генератора + + + + + + + +
4. Замена ремня привода генератора — — - - - + - -
5. Проверка уровня и плотности электролита обслуживаемой аккумуляторной батареи - + + + + + + +
6. Проверка надежности крепления клемм проводов аккумуляторной батареи; зачистка клемм проводов и выводов батареи нанесение на них смазки + + +
7. Зачистка коллектора стартера, проверка износа и прилегания щеток щеточного узла, очистка и смазка деталей привода стартера - - - + - - + -
8. Регулировка направления пучков света фар + + + + + + + +
Таким образом, показатель потенциала работоспособности для проводов стартера может быть представлен следующей зависимостью:
Пр( ПС) = 0,9153е-0,028Ц,
где Ь - наработка до отказа, тыс.км.
Предельное значение потенциала работоспособности стартера определяется равным Цпрпред = 0,09, а соответствующее расчетное значение периодичности обслуживания соответствует 91000 км и принимается с учетом корректирования регламента Ьто , установленного заводом - изготовителем, как 90000 км.
Одним из предлагаемых мероприятий для снижения вероятности возникновения отказов ЭЭО автомобилей являются контрольно-профилактические мероприятия, в основе которых определяется своевременное и качественное ТО.
С учетом полученных результатов нами предлагается ввести в качестве мероприятий в
регламентированный заводом-изготовителем перечень работ по ТО дополнительные операции по проверке и обслуживанию ранее выбранных элементов электрооборудования, которые выделены в таблице 1.
Таким образом, на основе результатов статистической обработки массива данных по отказам ЭЭО автомобилей были определены закономерности изменения потенциала работоспособности I д от наработки и рассчитаны предельные значения этого показателя, на основании которых сформированы регламентные профилактические работы по обслуживанию и установлены периодичности ТО конкретных элементов, что позволит снизить вероятность возникновения внезапных отказов, обеспечить поддержание в технически исправном состоянии электрооборудование, а также повысить уровень эксплуатационной безопасности.
14.06. 2014
Список литературы:
1. Бондаренко, Е.В. О взаимосвязи противопожарной безопасности и параметров автомобилей технического состояния автомобилей / Е.В. Бондаренко, Р.Х. Хасанов, Е.С. Сидорин, В.С. Голованов // Мир транспорта и технологических машин, 2011. - №4 (35). - С. 73-80.
2. Бондаренко, Е.В. Обеспечение безопасности автотранспортных средств с учетом технического состояния элементов электрооборудования / Е.В. Бондаренко, Р.Х. Хасанов, Е.С. Сидорин, В.С. Голованов // Мир транспорта и технологических машин, 2012. - №2 (37). - С. 96-100.
3. Павлов, А.П. Теория потенциала работоспособности и ремонтного резервирования надежности стареющих технических систем / А.П. Павлов [и др.].- М.: МАДИ, 2013. - 104 с.
4. Сидорин, Е.С. Значимость надлежащего технического обслуживания электрооборудования для безопасности АТС / Е.С. Сидорин, Р.Х. Хасанов, В.С. Голованов // Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем: материалы пятой Международной научно-практической конференции, 17-18 мая 2013 г. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. - С. 243-248.
5. Сидорин, Е.С. О влиянии технического обслуживания электрооборудования автомобилей на эксплуатационную безопасность / Е.С. Сидорин, Р.Х. Хасанов, В.С. Голованов //Актуальные проблемы автотранспортного комплекса: межвуз. сб. науч. статей (с междунар. участием). - Самар. гос. техн. ун-т, 2013. - C. 114-118.
6. Хасанов, Р Х. Обоснование выбора организационно-технических мероприятий для элементов электрооборудования легкового автомобиля / Р.Х. Хасанов, Е.С. Сидорин, В.С. Голованов // Организация и безопасность дорожного движения: материалы шестой Всероссийской научно-практической конференции. - Тюмень: ТюмГНГУ, 2013. - С. 190-195.
7. Хасанов, Р.Х. Исследование эксплуатационной безопасности автотранспортных средств при проведении технического обслуживания электрооборудования / Р.Х. Хасанов, В.С. Голованов, Е.С. Сидорин // Проблемы и перспективы развития Евроазиатских транспортных систем: материалы пятой Международной научно-практической конференции. - Челябинск: ЮУрГУ, 2013. - C. 260-263.
8. Хасанов, Р.Х. О показателях технического состояния электрооборудования автомобилей / Р.Х. Хасанов, В.С. Голованов, Е.С. Сидорин // Materialy IX mezinarodni vedecko - prakticka konference «Zpravy vedecke ideje - 2013». - Dil 24. Technicke vedy: Praha - P. 88-94.
9. Хасанов, Р.Х. О роли технического состояния электрооборудования в безопасности автотранспортных средств / Р.Х. Хасанов, Е.С. Сидорин, В.С. Голованов, И.Р. Хамматов // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: материалы седьмой междунар. науч.-техн. конф, 16-18 мая 2012 г. - Пенза: ПГУАС, 2012. - С. 380-384.
Сведения об авторах:
Хасанов Рустем Халилович, доцент кафедры автомобилей и безопасности движения транспортного факультета Оренбургского государственного университета, кандидат технических наук, доцент, е-шаИ: [email protected]
Сидорин Евгений Сергеевич, аспирант кафедры автомобилей и безопасности движения транспортного факультета Оренбургского государственного университета, е-шаП: [email protected] 460000, г. Оренбург, пр-т Победы, ауд. 10202, тел. (3532) 91-22-28
Ковриков Иван Тимофеевич, профессор кафедры машин и аппаратов химических
и пищевых производств факультета прикладной биотехнологии и инженерии Оренбургского государственного университета, доктор технических наук, профессор 460000, г. Оренбург, пр-т Победы, ауд. 3113б, тел. (3532) 37-24-64
