Оценка эксплуатационного ресурса деталей автомобиля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

I. МАШИНОСТРОЕНИЕ

УДК 629.113 И.Ф. ДЬЯКОВ

ОЦЕНКА ЭКСПЛУА1АЦИ0НН01 О РЕСУРСА ДЕТАЛЕЙ АВТОМОБИЛЯ

Оценка эксплуатационного ресурс? деталей автомобиля по пробегу, практикуемая в настоящее время, не учитывает многие факторы, существенно влияющие на их ресурс, К числу основных неучитываемых факторов относятся климатические и дорожные условия и тягово-скоростные режимы движения, определяемые по максимальной мощности двигателя. Дтя автомобилей, работающих в широком диапазоне нахрузок и скоростей, существенны чакже движение на резонансных и длительных режимах по неровностям дороги, холодный пуск двигателя и сброс газа при переключении передач. Рекомендуемый подход к оценке ресурса деталей автомобиля при эксплуатации основывается на использовании энергозатрат: коэффициент коррекции между энер/озатрагамк и отказами деталей на 24% выше, чем коэффициент взаимосвязи энергозатрат с километрами пообьга [I].

Каждый ре:ким движения характеризуется переменным процессом нагружен и» и раз^^жения деталей. Петля гистерезиса выражает накопление энергии в материале и в зависимости от длительности дейсгвия I, изменяет свою площадь. При совместном действии нескольких режимов движения коэффициент запаса накопленной энергии представляется в виде

где к| - частный запас накопленний энергии при циклическом нагружении на ¡-м режиме работы автомобиля: f

к

с. по длительности действия -

'"ЖГ'

К; =

где

- запас накопленной энергии в материале после появления микротрещин, соответствующий г штельности I, нагружения и разгружения детали; ш - показатель степени для кривой .1, = : 1ц), где число циклов после появления микротрещин [2]; п - число режимов движения автомобиля.

Приведенный к наиболее тяжелому режим" движения ресурс детали представим в виде

х> — .

«V ~

ц

1=1

/ I \га к.

где ^^ц)^- приведенная затраченная энергия автомобиля на наиболее тяжелом режиме движения.

Для частного случая накопления энергии в материале до появления микротлещич коэффициент запаса

т(>т V

ЛлитблоНос I о режима натужен и я и разгружечия детали с накоплением энергии можно определить из уравнения кривой изменения накоплен-

ной энергии в зависимости от количества цик юв (длительности действия

^ РЗ

Подставив в это уравнение к, = .т(Мц)* и к т(к., = .«(¿^ц,

получим 1 =

'41

Очевидно, что приведенное (эквивалентное) время

нагружения на наиболее тяжелом режиме с накопленной энергией в материале определяется выражением

1=1

1 -1- >..-

-V ^ )

И? условия исчерпания ресурса же детали следует соотношение

1+1

■'о

Ч у

а ( 1 чт

откуда можно определить предельное время работы 10пр на наиболее тяжелом режиме движения с учетом работы автомобиля на др^тих режимах по формуле

1 Опр _ ^ 1

1 + 1

1=1

'Ч т

чМ

-1

Очевидно, что 10пр < Р . Рассмотрим применение изложенной методики для расчета ресурса автомобильных деталей, работа которых характеризуется переменным режимом движения Необходимый для выполнения одного цикла движения ресурс детали можно представить как с)мму времен отдельных этапов дрижения

где " 1 - суммарная наработка или тоодолжит°пьность движения от напала до окончания иикла движения; 1р- время разгона; {„ - время переключении трпедяч; время движения на подъеме или спуске, tт - вреяся ¿-орможения, I рр, |х - соответственно время движения автомобили с грузом и без гру^а

11редельное число циклов движения за ресурс детали г - Г / 1р. Здесь располагаемая продолжительность режима разгона за время исчерпания ре-

сурса

Т = Т

где Г, =

Л (кг

1 + У -з

.Д >

ш

-1

т

пр

- приведенное эквивалентное время движения на режиме

п

разгона; •К'Кц) - экспериментальная величина продолжительности накопле-

ния энергии, характеризующая предел разрушения цетали; к; = П} запас прочности материала, Г1 - потенциальная энеигия материала ДМЦ) -

пр.

энергия, накопленная п материале при : 0 чкеле циклов нагруженяя, шише!-

стЕуюшая режиму разгона автомобиля.

Ве^гник Уп1 ТУ 3/«9

Принимая во внимание предельное число режимов движения, суммарная наработка за г циклов движения

2>г = г(1р+1п+га+ц+1ф+^) (2)

Разделив обе части равенства (2) на произведение вив значение Т из выражения (1), получим

= Т и подста-

5>г = -

т

1+1 =1

Г . \ П»

Л,

1 ^п Ц гр ^ х

1+ -+ — +— + — + —-

Р 1Р

В связи с тем, что продолжительность переключения передач и тормо жения дтя заданной марки автомобиля приблизительно постоянны, отношение Хп1\. и / можно заменить постоянной величиной С. Учтем, кроме

того, ^ — — £-1Ах = где Ьгр,Ьх- соответственно пробег автомобиля с

грузом и без груза, и примем, что Ь^ =ЬХ ; соответственно скорость

движения с грузом и без груза.

Окончательно получим выражение для суммарной наработки в зависимости от режимов движения и характеристик прочности материала, названное «эксплуатационным ресурсом», б виде

Т,

п

1 -ь У

и

1=1

ГЦ х)

■го

и

I +

н ^

го

у

X у

9

+ С

гр

(3)

Определение величины И 3 связано с тем, что при общей наработке, подсчитанной по формуле (3), происходит исчерпание ресурса детали. Величина израсходованного ресурса, эквивалентного разгону определяется в виде

14

к а* -■

оощ

П>

1 + С + —*

л 1 + Т т

* к. V ^ /

+

■У.

гр

я

где Х^обт " общее время работы автомобиля.

г>нер" озатраты могут быть определены в р.аде \ 3]

о

где Р, - индикаторная мощность двигателя; I - время работы автомобиля о4 гда ресурс детали в киловатт-часах при кп =|Р4 • <11, где кп - коэффи-

циент пропорциональности,

. л. \т

R, =

Jo

1 + 2

k

»о

где Ре - эффективная мощность двигателя; П-ф- КПД трансмиссии

Полученные зависимое ги показывают, что с увеличением Тэ значение К, при причих равных условиях уменьшае^я. Величина Кэ прямс пропор-

циональна значение»

i—1

к,

>

Изложенный метод определения эксплуатационного ресурса детали может быть применен и для других .иашин и агрегатов при сос^аьлении программ ускоренных режимов испытаний. Ресурсы отдельных деталей и узлов оказываются различными, и их оценка по предложенной методике связана с определением площади петли гистерезиса.

СПИСОК .ЛИТЕРАТУРЫ

1. Дьяки в И.Ф. Выбор материала при проектировании деталей аьтомо-биля //Автомобильная промышленность. 1985. № И С 41-42

2. А с. 1364955, СССР, МКИ G01N 3/32. Способ определение усталостного повреждения материала / И.Ф.Дьякоь, Г.З. Сткльбанс. № 3849119. Заявл 21.01.85; Опуол. 8 09 87 Бюл. № 1.

3 А.с 1661813, СССР, МКИ G07C 5/10.Устройство для учега работы двигателя транспортных машин / И.Ф Дьяков, А.А. Шалунов, Ю Т. Трофимов, В.Н. Tpvunm. № 4747995. Заявл. 11.07.89: Опуол. 8.03.91. Ьюл. №25.

Дьяков Исан Федорович, доктор технических наук, профессор, заведующий ка<Ьедрой «Основы проектирования машин и аятомобипостроение» УаГП' , окончил Саратовский политехнический институт. Им?°т монографию и статьи в области оптимального проектирования автомобилей

В е.. ник Ул1ТУ 3/09