Испытание на надежность автомобилей

РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет Охраны труда и  Окружающей среды

Кафедра Промышленной безопасности

Реферат по надежности технических  систем и техногенному риску на тему: «Испытание на надежность автомобилей»

Москва - 2011

Оглавление

Введение

В настоящее  время автомобиль уже давно не роскошь, а средство передвижения, которое имеют очень многие. И каждый, наверное, при покупке задумывается о надежности того транспортного средства которое он приобретает. Одни считают что надежны лишь автомобили иностранного производства, другие считают что и отечественные автомобили также надежны. На самом же деле любой автомобиль будет на протяжении долгого времени надежным и безопасным, если эксплуатировать его в соответствии с требованиями которые дает завод изготовитель. В данной работе описан процесс проведения испытаний на надежность и непосредственно пример испытания автомобиля Lada Kalina изготавливаемого на ВАЗе.

1. Основные понятия надежности

В теории надежности используют понятия объект, элемент, система.

Объект — техническое изделие определенного целевого назначения, рассматриваемое в периоды проектирования, производства, испытаний и эксплуатации. Объектами могут быть различные системы и их элементы, в частности: сооружения, установки, технические изделия, устройства, машины, аппараты, приборы и их части, агрегаты и отдельные детали.

Элемент системы — объект, представляющий отдельную часть системы. Само понятие элемента условно и относительно, так как любой элемент, в свою очередь, всегда можно рассматривать как совокупность других элементов.

Система — объект, представляющий собой совокупность элементов,

связанных между собой определенными отношениями  взаимодействующих

таким образом, чтобы обеспечить выполнение системой некоторой достаточно сложной функции.

Работа  любой технической системы может  характеризоваться ее эффективностью (рис. 1), под которой понимается совокупность свойств, определяющих способность системы успешно выполнять определенные задачи.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 под надежностью понимают свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.

Рисунок 1 (Основные свойства технических систем)

2. Испытания на надежность автомобилей

2.1. Понятие надежности автомобиля и параметры ее оценки

Одно из важнейших  эксплуатационных свойств автомобиля— надежность определяется комплексом понятий, включающих безотказность, долговечность, сохраняемость и ремонтопригодность. Эти понятия регламентированы стандартами. Ниже рассматриваются испытания на безотказность и долговечность, поскольку показатели этих качеств могут определяться непосредственно в процессе дорожных испытаний автомобилей.

Безотказность оценивается числом отказов агрегатов, узлов или отдельных деталей  автомобиля на единицу пробега или  времени работы. Понятия отказ, повреждение, дефект, предельное состояние, ресурс, их классификация и определения также регламентируются нормативными документами.

Долговечность оценивают наработкой автомобилей  или их отдельных агрегатов, исчисляемой в единицах пробега (км) или времени работы до наступления предельного состояния, когда дальнейшая их эксплуатация недопустима по условиям безопасности или вследствие невозможности восстановления работоспособного состояния.

Долговечность автомобиля, его агрегатов, узлов  и деталей зависит от износостойкости  сопряженных деталей (пар) и от сопротивления усталости деталей, подверженных повторяющимся нагрузкам, например, на изгиб, кручение, контактным (поверхностным) напряжениям.

Кроме указанных  факторов, на долговечность существенно  влияют другие виды повреждений деталей  или нарушений их работоспособности (относящихся к качеству сохраняемости), например, коррозия, затвердевание или старение резиновых, кожаных или полимерных деталей, перегорание нитей электроламп и выгорание (эрозия) контактов, нарушение формы или первоначальных размеров деталей (коробление блоков, картеров, осадка рессор, пружин) и т. п.

Показатели  безотказности и долговечности  зависят не только от качеств автомобиля, но и в большой степени от условий, в которых он эксплуатируется (или, в нашем случае, испытывается).

2.2. Стендовые испытания на долговечность

Ускоренные  стендовые испытания позволяют с минимальными затратами времени и средств получить данные о долговечности узлов и деталей вновь создаваемого или модернизируемого автомобиля. Стенд должен позволять с наибольшей точностью и стабильностью воспроизводить нагрузочные режимы испытываемой детали или узла, заданные программой.

Ускорить испытания  можно следующими способами: 1) интенсификацией режимов нагружения; 2) увеличением числа нагружений в единицу времени; 3) усилением воздействия окружающей среды (повышение температуры, влажности, агрессивности и т. д.); 4) применением искусственно созданной абразивной среды и т. д. При испытаниях на износ деталей автомобиля сократить время и объем можно, выявив зависимость износа от времени или величины пробега. Для этого используют методы взвешивания, вырезания лунок или применяют радиоактивные изотопы.

При разработке методов ускоренных испытаний необходимо правильно выбрать режим, обеспечивающий максимально возможное сокращение времени при сохранении идентичности разрушений в стендовых испытаниях и в эксплуатационных условиях. Кроме того, определяют коэффициент перехода от стендовых испытаний к обычным эксплуатационным условиям

К = L/h,

где h — долговечность детали или узла на стенде, определенная в часах или по числу циклов работы;

L — долговечность той же детали в эксплуатационных условиях в километрах пробега.

При стендовых  испытаниях на долговечность применяют  три вида программ нагружения: 1) постоянной нагрузкой (циклической нагрузкой с постоянной амплитудой или постоянным крутящим моментом при испытании трансмиссионных узлов); 2) переменной ступенчатой нагрузкой (циклической нагрузкой со ступенчато-изменяющейся амплитудой или переменным ступенчато- изменяющимся крутящим моментом при испытании трансмиссионных узлов); 3) нагрузкой, изменяющейся по случайному закону, наиболее полно имитирующей эксплуатационный нагрузочный режим.

При форсированных  стендовых испытаниях на долговечность  все больше внимания уделяют последовательности приложения нагрузок, так как многочисленными исследованиями установлено, что усталостная долговечность деталей зависит не только от амплитуд нагрузок, но и от последовательности их действия. При ступенчатой программе может быть принят заранее установленный порядок чередования нагрузок. Наименьшее влияние последовательности приложения нагрузок может быть достигнуто при нагружении по действительному или по моделированному случайным процессам, статистические характеристики которых согласуются. Последовательность изменения нагрузок выбирают также при форсированных дорожных и полигонных испытаниях.

2.3. Методы испытаний на надежность

Испытания на надежность (ресурс) проводят:

- в автомобильных хозяйствах с перевозкой различных (реальных) грузов (эксплуатационные испытания);

-в испытательных организациях с проведением пробеговой части испытаний по дорогам общего пользования при загрузке автомобилей балластом (ресурсные испытания);

-в условиях автомобильного полигона с пробегами по специальным дорогам различных типов при загрузке автомобилей балластом (полигонные ресурсные испытания).

Условия испытаний  в автомобильных хозяйствах очень  близки к условиям обычной эксплуатации. При проведении испытаний в опорных  или экспериментально-производственных автохозяйствах (ЭПАХ) более точно и тщательно фиксируются условия работы автомобилей, расход эксплуатационных материалов, отказы и неисправности, выполненные ремонты и замененные при этом агрегаты и детали. Недостатком является обычно невысокий суточный пробег и соответственно длительные сроки испытаний. Однако некоторые типы автомобилей целесообразно испытывать именно в ЭПАХ, например, городские автобусы, такси, грузовые автомобили и автопоезда для дальних магистральных перевозок, автомобили-самосвалы (особенно внедорожные), специальные автомобили, служащие для перевозки определенных категорий грузов.

При проведении испытаний на дорогах общего пользования  по заданным маршрутам с балластом  вместо полезной нагрузки существенно сокращаются сроки испытаний. Однако при этом не учитываются многие факторы, влияющие на работу автомобиля и его агрегатов и систем (например, кузова) в реальной эксплуатации.

При проведении испытаний на автомобильном полигоне используются специальные дороги и сооружения. Более тяжелые (форсированные) условия испытаний автомобиля позволяют в несколько раз сократить пробег, а следовательно, сроки и стоимость испытаний. Однако вследствие специфичности условий этих испытаний необходимо вводить переходные коэффициенты для приведения полученных результатов испытаний к условиям реальной эксплуатации на дорогах общего пользования. К форсированным или ускоренным полигонным испытаниям предъявляют одно важнейшее требование — получаемые отказы и неисправности должны быть типичными для эксплуатации. Этим условием может ограничиваться степень форсирования нагрузочных режимов автомобиля при полигонных испытаниях.

В сложившейся  практике для определения ресурса  автомобиля, соответствующего реальным условиям его эксплуатации, испытания рекомендуется проводить в автомобильных хозяйствах, т. е. эксплуатационные. Ресурсные испытания на автополигоне проводят для подтверждения заданного технической документацией технического ресурса в относительно короткие (по сравнению с эксплуатацией) сроки.

2.4. Общий порядок и условия проведения ресурсных испытаний 

Исходя из задач, стоящих перед испытанием, разрабатывают программу, которая устанавливает условия проведения испытаний. Основные из них следующие:

1. Общий пробег и пробеги на отдельных этапах испытаний.
2. Число одновременно испытуемых автомобилей.
3. Нагрузка и скоростные режимы при проведении пробеговой части испытаний.
4. Хранение, техническое обслуживание, дорожно-климатические условия, число смен и регламент работы в пределах смены и т. п.
5. Содержание периодических контрольных циклов лабораторно-дорожных испытаний, служащих для проверки и оценки изменяющегося при пробеге технического состояния испытуемых автомобилей.
6. Объем работ при начальной, конечной и промежуточных разборках (полных или частичных) автомобиля и его агрегатов, выполняемых для осмотра и измерения износов деталей.
7. Подготовка автомобиля к испытаниям, выполнение первоначальных измерений деталей и т. п.

При проведении ресурсных испытаний особенно важным является правильный выбор комплекса дорог как по их номенклатуре (видам), так и по количественному отношению к общему пробегу. Большое значение имеет также последовательность чередования дорог. Целесообразно определенное сочетание пробегов по различным видам дорог, характерных для эксплуатации данного типа автомобиля, комбинировать в циклы, из которых и складывается общий пробег при испытаниях.

Для установления влияния  на работу (в том числе на долговечность, безотказность) автомобиля и его агрегатов дорожных условий в процессе специальных методологических испытаний выполняют пробеги автомобилей в дифференцированных дорожных условиях, в частности по отдельным видам испытательных дорог автомобильного полигона: «бельгийской мостовой», «ровной булыжной», «булыжной специального профиля», «треку» со сменными неровностями и др. На этих дорогах определяют характерные для них отказы, повреждения деталей и узлов конкретных типов автомобилей. Сопоставляя данные испытаний и эксплуатации в автохозяйствах на дорогах общего пользования, определяют соответствующие переходные коэффициенты, с помощью которых приводят пробег к той или иной категории эксплуатации (применительно к которой, учитывая характерные для автомобиля условия эксплуатации, назначают его ресурс). В целях единообразия и сопоставимости результатов пробег приводят обычно к первой категории условий эксплуатации, а у полноприводных автомобилей — ко второй категории.

Соотношение пробегов по различным видам дорог, включаемых в общий пробег при испытаниях автомобилей, в настоящее время регламентируется стандартами или программами (методиками) соответствующих видов испытаний, в том числе длительных контрольных, приемочных и ресурсных испытаний. Этими же документами может устанавливаться последовательность выполнения пробегов в различных дорожных условиях, протяженность циклов и общее их число в объеме испытания.

В ходе ресурсных  испытаний периодически, через заданные программой интервалы пробега, должны проводиться циклы лабораторно-стендовых  и лабораторно-дорожных испытаний (с  применением методов и средств технической диагностики), при которых определяются показатели основных эксплуатационных свойств автомобиля (тягово-скоростных, тормозных, топливной экономичности, токсичности, а также расход масла и пропуск газов в картер двигателя и т. п.) с целью оценки их изменения в ходе пробега.

2.5 Режимы работы автомобиля и его агрегатов

Режимы работы автомобиля в целом характеризуются  массой перевозимого полезного груза  и скоростными показателями движения, т. е. распределением скоростей на отдельных участках маршрута и средней скоростью на всем маршруте. Важным показателем является также расход топлива на участках и средний расход за пробег (в разное время года).

Характеристики  рабочего режима отдельных агрегатов автомобиля складываются в основном из показателей нагрузочного режима (напряжений, усилий или моментов в деталях, нагрузки двигателя, т. е. степени использования его мощности или крутящего момента), скоростного режима (скорости движения автомобиля, частот вращения зубчатых колес, подшипников, коленчатого вала двигателя и др.) и теплового режима (температуры охлаждающей жидкости и масла в двигателе, масла и рабочих жидкостей в агрегатах), а также из ряда количественных показателей, определяющих степень использования отдельных механизмов автомобиля (числа пусков двигателя, включений передач, суммарного числа оборотов коленчатого вала двигателя, продолжительности движения на разных передачах, числа включений сцепления, тормоза, интенсивности торможений и др.).

Общий режим  работы автомобиля характеризуется, таким  образом, кроме названных выше основных показателей еще и комплексом режимов отдельных агрегатов.

Для регистрации  принятых показателей режимов используется специальная аппаратура, состоящая из датчиков, устанавливаемых на агрегаты, и регистрирующих приборов непрерывного (например, магнитографы, автометры) и дискретного действия (счетчики, режимомеры, анализаторы).

Для регистрации  отдельных показателей работы автомобиля в эксплуатации — скорости движения, числа и продолжительности остановок, времени работы двигателя, пройденного пути в определенные отрезки времени — применяют упрощенные приборы контрольного типа с записью указанных параметров на бумажной ленте или диске, так называемые автометры. Автометр устанавливают в кабине водителя и соединяют гибким валом с приводом спидометра. Вращение диска или протяжка ленты осуществляется часовым механизмом. Время полного оборота диска у разных моделей автометров может изменяться от нескольких часов до 7 дней.

В результате регистрации  и анализа режимов работы автомобиля и его механизмов в эксплуатации получают исходные данные для назначения режимов работы при дорожных испытаниях автомобиля и стендовых испытаниях отдельных агрегатов.

2.6. Дефекты, отказы и повреждения автомобилей при ресурсных испытаниях

Дефекты, отказы и повреждения автомобилей можно  разделить на систематические, случайные  и перегрузочные (аварийные). Основной задачей испытаний является выявление систематических отказов, отражающих особенности конструкции автомобиля, уровень технологии его изготовления, а также условия эксплуатации.

Поскольку при  разрушении того или иного агрегата часто бывает трудно установить первопричину отказа, большое значение имеет своевременное обнаружение неисправности, до начала развития ее последствий. В данном случае наряду с объективными способами контроля за работой агрегатов (по температуре, давлению, уровню и состоянию масла и др.) не менее важными являются квалификация и опыт исследователя, его наблюдательность, знание мест и узлов, на которые нужно обращать особое внимание при испытаниях.

При анализе  причин повреждений, неисправностей и  отказов необходимо строго придерживаться определенной системы. Агрегат следует осмотреть на месте, проверить его температурное состояние, а если это возможно, то и его работу. Затем нужно измерить зазоры в соединениях, проверить регулировку. Перед снятием агрегата с автомобиля необходима проверка креплений агрегата и его внешнего вида: загрязненность, наличие подтекания смазочного материала из уплотнений, внешних повреждений, трещин и т. п. В случае необходимости можно открыть крышки картеров или полностью разобрать агрегат. После осмотра деталей в том состоянии, в котором они работали, их следует промыть, очистить от нагара или отложений и вновь осмотреть, оценив расположение и характер износов, наличие забоин, сколов, задиров, выкрашиваний и других повреждений. Необходимо также измерить детали. Дефектные детали нужно направить на металловедческие, металлографические исследования, химический анализ для определения соответствия деталей требованиям чертежей.

2.7. Методы определения износов деталей

В зависимости  от формы исследуемых деталей  и характера их изнашивания абсолютную величину износа и интенсивность изнашивания (износ в единицу времени или на единицу пробега) определяют различными способами. При правильных, простых, геометрических формах детали и равномерном изнашивании ее рабочих поверхностей для измерения детали перед началом испытательного пробега и по окончании применяют обычные микрометрические инструменты (микрометры, пассиметры). Однако в связи с тем, что равномерное изнашивание для деталей автомобиля не типично, целесообразно измерять местные величины износа на каждом характерном участке поверхности детали, а у цилиндрических деталей — односторонний, так называемый радиальный износ.

Для измерения  величины местного износа разработаны  методы, в том числе метод искусственных баз. На поверхности детали алмазным резцом нарезают лунки или алмазной пирамидой наносят углубления. По изменению размеров лунок или углублений (длина чечевицеобразной лунки, диагональ углубления) в процессе работы детали определяют, используя соответствующие расчетные формулы, величины местных износов.

Аналогичный метод (нарезания и измерения лунок) применяют для определения величин  износа протектора шин за относительно короткий пробег, что позволяет быстро оценить факторы, влияющие на износ шин.

Для определения  интенсивности изнашивания применяют  два основных метода. Один из них основан на определении количества железа, содержащегося в масле. При этом не требуется разборка механизма, износ деталей которого исследуют. Так называемую среднюю пробу масла из картера агрегата сжигают, прокаливают и взвешивают, остаток растворяют в соляной кислоте, после чего определяют содержание железа по цвету раствора колориметрическим методом или специальным прибором — полярографом.

Большим недостатком  рассмотренного метода является то, что  он позволяет исследовать только интенсивность суммарного изнашивания механизма независимо от того, от каких деталей, содержащих железо, попали в картерное масло продукты износа.

Другой метод  заключается в определении интенсивности  изнашивания при помощи радиоактивных изотопов. Этот метод требует предварительной разборки механизма для активации исследуемых деталей путем нанесения радиоактивных веществ. Интенсивность изнашивания подготовленной таким образом детали пропорциональна числу импульсов, регистрируемых радиометрической аппаратурой. Недостатком метода является невозможность определения топографии износа детали и сложность градуирования, т. е. установления зависимости между числом регистрируемых аппаратурой импульсов и количественным показателем износа детали. Следует иметь в виду, что при этом методе необходимо исключить или ограничить вредное влияние радиоактивных излучений на организм человека.

2.8. Порядок подготовки и проведения измерений деталей

При разборке и  подготовке к измерениям агрегатов  одного или нескольких одновременно испытываемых автомобилей необходимо принимать меры против перемешивания однородных деталей, чтобы можно было собрать агрегат точно в первоначальной комплектности. Детали следует маркировать по определенной системе при помощи электрографа или другими способами, однако без повреждения рабочих поверхностей и деформирования детали в целом. Можно использовать также ящики и стеллажи с нумерованными ячейками для укладки в определенном порядке деталей разбираемых узлов и агрегатов.

При выборе системы измерения износа деталей исходят из того, что число точек измерения и их расположение должны обеспечивать возможность определять наибольшие абсолютные величины износов и выявлять характер износа поверхности детали.

Для обозначения  мест измерений детали используют координатную сетку. При измерении цилиндрических деталей обычно применяют цилиндрическую систему координат, производя измерения по нескольким поясам (сечениям) в необходимых направлениях (радиусах). Пояса и направления ориентируют относительно базовых плоскостей и осей симметрии детали с учетом направлений действия факторов, обусловливающих расположение и характер износа деталей.

Детали необходимо измерять при нормальных температурных  условиях, установленных для технических  измерений. Измерительные инструменты следует проверить или прокалибровать в соответствии с действующими положениями. При измерении деталей, подверженных деформациям от затяжки креплений, необходимо осуществлять их сборку при помощи динамометрических ключей. Для определения износа деталей, подверженных короблению, а также недостаточно жестких по конструкции следует использовать методы, исключающие влияние деформации детали на точность измерений износа, т. е. методами, по которым можно установить местный износ в требуемых точках (например, метод искусственных баз).

3. Испытание автомобиля Lada Kalina

АВТОВАЗ провел долгие дорожные испытания автомобиля Lada Kalina для определения насколько автомобиль надёжен и доказательства заложенных в конструкцию "Калины" характеристик. Результаты тестов показали: что через 240 тыс. км. пробега автомобиль Lada Kalina по-прежнему остаётся в хорошем состоянии.

Долгосрочным  дорожным испытаниям подверглись 2 седана из семейства Lada Kalina из образцов cамой первой серии. Автомобили использовались согласно с предписаниями концерна АвтоВАЗ: I-е техобслуживание было проведено после пробега 3000 км, II-е - м/у 14 и 15 тысячами пробега, и в дальнейшем - каждые 15 тыс. километров. Применялись лишь рекомендуемые расходные материалы и комплектующие. К слову, экспертиза рекомендуемых АвтоВАЗом моторных масел продемонстрировала, что даже перед самой заменой через каждые 15 тыс. километров масла, в основном, сохраняли свои эксплуатационные характеристики. После 100 тыс. километров пробега охлаждающая жидкость сохранила все свои химические и физические данные.

Автомобили  проходили испытания на загородном шоссе, а также скоростных трассах  и трассах из булыжника на заводском  полигоне, и в горных районах РФ. В программе испытаний были тоже включены проезды с багажником на крыше, а также с прицепами весом 900 кг. Приблизительно 70% маршрута автомобили Lada Kalina шли с полной загрузкой багажника и салона. Автомобили в течение всего пробега хранились на открытых стоянках при температурах от -30 градусов до +30 градусов Цельсия.

После преодоления 240 тыс. км обе "Калины" были протестированы в лабораторных условиях научно-технического центра АвтоВАЗа, после чего целиком  разобраны и изучены на степень  износа. По итогам исследований оказалось, что оба автомобиля не достигли предельного износа, и до сих пор пригодны к использованию. В том числе, в хорошем техническом состоянии остались мотор, рулевой механизм, коробка передач, тормоза, подвеска и остальные основные узлы.

Оба автомобиля Lada Kalina сохранили необходимую жесткость  кузова. Благодаря чему автомобили даже после длительного использования  обеспечивают требуемый уровень  управляемости и пассивной безопасности, которые во многом зависят от прочности и жесткости кузова.

Скоростные  характеристики автомобиля Lada Kalina к  тому же остались неизменны и после 240 тыс. километров: максимальная скорость осталась около 160 км/час, время разгона  до 100 км/час составило 13,5 сек. Расход топлива также остался на паспортном уровне - около 7,8 л на 100 км. Мотор сохранил собственную мощь (59,5 Квт при 5200 об./мин.) и значение крутящего момента (120 Нм при 2500-2900 об./мин.). Исследования электронной системы управления мотором подтвердили её полную исправность.

В процессе испытаний на ресурс через каждые 15 тыс. км. оба автомобиля помещались на период 6 часов в специальную камеру солевого тумана для тестирования антикоррозионной защиты. После 240 тыс. км пробега состояние лакокрасочного покрытия автомобилей Lada Kalina осталось в норме. Части кузова, которые потенциально могут служить очагами коррозии (фланцевые соединения, сварные швы и днище, не подверглись коррозии). Ржавчины не выявлено также в порогах и иных закрытых полостях кузова. Кузов для диагностики после испытаний был специально разрезан.

Результаты  испытаний уже используются в  работе по модернизации автомобиля Lada Kalina. Благодаря проведенным ресурсным  тестам была изменена технология производства каталитического нейтрализатора, которая  повысила надежность и эффективность данного узла. Тестируемые автомашины получили новые системы уменьшения токсичности после пробега 90 тыс. км. Ещё через 150 тыс. км оба автомобиля сохранили собственную экологичность в соответствии со стандартом "Евро-3".

Заключение

Итак, испытания  на надежность автомобилей имеют большое значение при создании новых и совершенствовании старых конструкций автомобилей, по результатам которых находят технико-экономические показатели работы, соответствие требованиям стандартов, техническим условиям и нормалям.

В настоящее  время стандарты и нормали на методы и условия проведения стендовых, полигонных и эксплуатационных испытаний широко используются при организации и планировании испытаний. При составлении программ испытаний устанавливают необходимое число образцов, режимы, длительность пробегов, число циклов нагрузок, дорожные и климатические условия.

Большое значение также имеют форсированные испытания на стендах и на дорогах автомобильных полигонов, в которых значительно сокращены сроки выполнения исследований.

Список литературы

1. Фалеев М. И., Надежность технических систем и техногенный риск./Учебное пособие – М.: издательство Деловой экспресс, 2002 – 368с.;
2. Балабин И. В., Испытание автомобилей./Учебное пособие – М.: издательство Машиностроение, 1988 – 192с.;
3. «Авто-реактор» - 12 июня 2010.: http://autoeng.ru/archives/518.
4. Цимбалин В. Б., Испытания автомобилей./Учебное пособие – М.: издательство Машиностроение, 1978 – 199с.