3.3. Модели отказов автомобиля

Результаты испытаний автомобилей на надежность позволяют найти математическое описание полученных закономерностей т.е. вывести соответствующие формулы, по которым можно вычислить показатели надежности. Эти формулы принято называть математическими моделями. Поскольку показатели надежности являются случайными величинами, их математические модели должны показать, как распределяются показатели надежности в зависимости от наработки. Такими моделями являются законы распределения случайных величин.

С учетом того, что отказы автомобиля носят случайный характер, закономерности возникновения отказов можно установить на базе теории надежности двумя способами.

Первый способ основан на изучении физико-химических свойств и параметров элементов автомобиля, происходящих в них физико-химических процессов, физической природы и механизма отказов. При этом текущие состояния элементов и систем описываются уравнениями, отражающими физические закономерности.

Второй способ предполагает изучение статистических вероятностных закономерностей появления отказов множества однотипных моделей автомобилей. При этом отказы рассматриваются как некоторые отвлеченные случайные события, а многообразные физические состояния элементов автомобиля сводятся к двум состояниям — исправности и неисправности (полной и частичной), которые описываются функциями надежности. Поскольку первый способ изучен пока еще недостаточно, рассмотрим второй, устанавливающий закономерности возникновения отказов автомобиля.

Рис. 2.3. Изменение нагрузки деталей автомобиля при его движении

Внезапные отказы. Изменение нагрузки (напряжения) отдельных деталей автомобиля в процессе эксплуатации имеет «пиковый» характер (рис. 2.3). Если предположить, что отказ элемента автомобиля наступает в случае, когда нагрузка S превышает некоторый уровень , то в силу случайности изменения нагрузки момент отказа также случаен. Характерно, что отказ наступает независимо от времени нахождения элемента автомобиля в эксплуатации и технического состояния. Примером образования такого отказа могут служить излом зубьев шестерен главной передачи при движении автомобиля в условиях бездорожья, прокол шины автомобиля. В первом случае отказ может произойти вследствие «пиковой» нагрузки на главную передачу, превышающей допустимые пределы, во втором — из-за попадания острого предмета. В обоих примерах отказ не зависит ни от изношенности главной передачи и шины, от технического состояния автомобиля в целом. Для схемы мгновенных повреждений наработка на отказ подчиняется экспоненциальному распределению (табл. 2.2).

При экспоненциальном распределении наработки на отказ нет смысла прибегать к профилактическим работам. Действительно, поскольку отказ возникает лишь как следствие внешнего воздействия, выполненные профилактические работы не могут повлиять на причину отказа.

Постепенные отказы. Рассматриваемая схема соответствует ситуации, когда отказ образуется за счет постепенного накопления повреждений (постепенного старения или изнашивания). Для некоторых рабочих параметров автомобиля и его элементов заранее устанавливаются допустимые пределы, выход за которые квалифицируется как отказ. Изменение параметров вызвано старением деталей, и время (пробег) до выхода параметров за допустимый предел является временем (пробегом) безотказной работы. Например, поломка коренного листа рессоры может произойти в результате постепенного накопления усталостных повреждений без появления каких-либо внешних признаков.

В случае постепенного старения и изнашивания наработка на отказ элементов автомобиля в большинстве случаев подчиняется нормальному и логарифмически-нормальному распределению. В отдельных случаях она подчиняется гамма-распределению. Основные данные по этим распределениям приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Модель релаксации. Скачкообразное изменение состояния, возникающее как следствие накопления повреждений, называют релаксацией. Постепенное накопление повреждений может быть не прямой, а лишь косвенной причиной отказа. Примером такой схемы является разрушение деталей, которое возникло внезапно из-за резкого ухудшения условий эксплуатации — перегрузки, большие вибрации, экстремальные температурные условия и т. д.

Отказы в результате действия нескольких независимых причин. Такие отказы в практике эксплуатации автомобилей являются наиболее типичными. Применительно к шине автомобиля совершенно очевидно, что одновременно действуют две причины отказа: прокол шины из-за попадания острых предметов и постепенное изнашивание протектора. Аналогично обстоит дело с отказами шестерен, крепежных соединений и других деталей автомобиля. Их отказ возможен в результате постепенного старения или конструктивного несовершенства.

Следует помнить, что не всегда удается учесть все факторы, влияющие на отказ. Поэтому модель возникновения отказа оказывается в той или иной степени приближенной и принятый закон распределения отражает лишь некоторые черты наблюдаемого явления. Это вызывает необходимость учитывать конкретные потребности решаемой задачи параллельно с физической природой отказов автомобиля.