книги из ГПНТБ / Паньков, Н. П. Надежность автомобильной техники ЧЗХР

повышенных нагрузках и в жаркую погоду вследствие того, что давление масла падает ,и жидкое маловязікое масло стекает через радиатор и не попадает в нужном количестве в основную магист­ раль. Исключить появление приведенных выше отказов либо свести их к минимуму можно за счет улучшения схемы системы смазки. Здесь возможны следующие варианты. Для того, чтобы

величину максимального давления. На случай, если фильтр за­ сорится, следует предусмотреть перепускной клапан 6, который будет пропускать часть .масла неотфильтрованным, но исключит опасность выплавления 'подшипников. С нежелательным явлени­ ем — пропуском частично неотфильтрованного масла 'можно бо­ роться другими средствами: усилением очистки масла, введением фильтра тонкой очистки, включенного параллельно главной ма­ гистрали, периодической очисткой фильтрующего элемента. При­ чем очистка может осуществляться вручную, ручікой 5 или авто­ матически, например, за счет связи педали стартера с фильтром с тем, чтобы при каждой заводке фильтрующий элемент повора­ чивался и немного очищался. Анализ перечисленных способов очистки показывает, что ручная очистка наиболее надежна. Поэ­ тому ее и следует рекомендовать.

Течь масла в -радиаторе можно исключить либо установкой крана 8, который дозволяет отключить поврежденный радиатор, либо улучшением качества изготовления радиатора. Последний путь предпочтительнее, поскольку лишний кран усложняет управ­ ление и может породить отказы из-за ошибок пользования им.

Последний вид отказов—слив жидкого масла через радиатор с угрожающим падением давления в главной магистрали можно устранить установкой предохранительною клапана 7. В этом случае масло пойдет в радиатор только в том случае, ©ели давле­ ние после насоса достигнет заданной минимальной величины, достаточной для надежной смазки всех трущихся поверхностей.

Рассматривая пути снижения потока отказов, необходимо вы­ делить следующие основные направления решения проблемы:

стройки и приспособляемости их агрегатов к работе в изменив­

шихся условиях движения;

— применение новых материалов и технологических процес­

сов изготовления деталей;

— развитие вероятностных методов расчета, исключающих быстрый выход деталей из строя в процессе эксплуатации авто­

мобилей;

— снижение трудоемкости технического обслуживания и ре­ монта автомобилей за счет совершенствования конструкции их узлов и агрегатов и применения новых материалов.

117

Отмеченные направления относятся к так называемым кон­ структивно-технологическим путям повышения безотказности, ко­ торые рассматриваются ниже.

КОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПУТИ СНИЖЕНИЯ ПОТОКА ОТКАЗОВ УЗЛОВ И АГРЕГАТОВ АВТОМОБИЛЕЙ

Опыт эксплуатации автомобилей показывает, что поток отка­ зов в значительной степени может быть снижен за счет совершен­ ствования конструкции узлов и агрегатов, применения новых ма­ териалов и технологии их изготовления.

Взять, к примеру, заднюю подвеску автомобилей КрАЗ. На

•первых большегрузных автомобилях Ярославского завода приме­ нялась задняя подвеска рессорно-балансирного типа, в которой толкающее усилие передавалась рессорой, а усилие от реактивно­ го и тормозного моментов воспринималось верхними реактивны­ ми штангами. В этой конструкции подвески рамы автомобиля че­ рез кронштейны балансиров опирались на две перевернутые полуэллиптические рессоры. Концы рессор крепились к балкам заднего и среднего мостов через резиновые подушки. Опыт эксплуатации показал, что данная подвеска не обеспечивала тре­ бований повышения проходимости автомобилей, колебания мо­ стов были ограничены. В результате при движении автомобиля по разбитым дорогам часто наблюдались удары моста о раму и «зависание» мостов, что приводило к повреждению рамы и кар­ теров мостов. Наличие коробок для резиновых подушек резко снижало дорожный просвет и тем самым дополнительно ухудша­ ло проходимость автомобиля. Центр колеса на 240 мм превышал центр качания балансира. По этой причине тяговые и тормозные усилия вызывали перераспределение вертикальных реакций, что отрицательно сказывалось на проходимости автомобиля, «а дол­ говечности механизмов трансмиссии и ходимости шин.

В 1955 г. была разработана новая конструкция подвески, ко­ торая также была рессорно-балансирная, но со свободно опираю­ щимися концами рессор на балки мостов. В этой подвеске все усилия на раму передавались реактивными штангами.

Разность между центрами колеса и балансира составляла все­ го лишь 25 мм, т. е. была в 10 раз меньше, чем у предыдущей конструкции. Поэтому 'перераспределение нагрузок между средним и задним мостами — незначительное. Кроме этого, эта конструкция увеличила возможность перемещения мостов, что в свою очередь улучшило проходиміость автомобилей. Возможный взаимный перекос мостов в этой подвеске составлял 35°, в то вре­ мя как у предыдущей подвески он не превышал 15°.

В Дальнейшем в- конструкцию шарнира реактивной штаиги были введены упругие элементы, сначала в виде гофрированной пружины, выштампованной из листовой стали 65Г е твердостью Hrc =39—44, а позднее введены резиновые элементы. Благо-

118

даря этим усовершенствованиям, нагрузка на пробку, замыкаю­ щую узел шарнира, резко уменьшилась, случаи выбивания ее прекратились, а срок службы поверхности шарового пальца зна­ чительно увеличился.

Рессоры в балансире крепились только лишь стремянками и под действием боковых -сил изнашивали боковые щеки балан­ сира. Какие-либо регулировки образующегося зазора отсутство­ вали. Это привадило к ослаблению стремянок, срыву центровых болтов и значительному перемещению задних мостов. Для устра­ нения этого недостатка были введены стяжки боковин балансира.

Существенным .недостатком было истирание концов коренных листов о накладки рессор, устанавливаемых на балках мостов. Происходило оно ввиду несогласованной кинематики качения мостов на реактивных штангах и вращения рессор на балансире в условиях сухого трения. (Величина пути скольжения рессоры по накладке для среднего и заднего мостов составляла 57 и 43 мм. После усовершенствования подвески суммарные перемещения не превышают 6 мм, что практически исключило трение-скольжение, так как привело к перекатыванию точки соприкосновения рессо­ ры по балке. В результате орок службы коренного листа возрос

к кронштейну оси балансира, а также улучшено крепление верх­ ней реактивной штанги к картеру редуктора.

Приведенные конструктивные изменения, явившиеся резуль­ татом многолетних поисков, позволили сделать подвеску задних мостов одним из надежных узлов автомобиля.

Интересное конструктивное решение было найдено при реше­ нии вопросов повышения надежности раздаточной коробки авто­ мобилей КрАЗ.

Сама по себе раздаточная коробка является одним из наибо­ лее надежных агрегатов автомобиля и лишь втулки шестерен по­ вышающей и понижающей передач нуждались в усилении.

Большие относительные скорости вращения втулки относи­ тельно вала, достигающие 7,5 м/с, при затруднительной смазке их поверхностей приводили к заклиниванию втулки на валу, ее разрушению и выходу раздаточной коробки из строя.

Задача была решена в два этапа.

Первый —применение гладких втулок без упорного бурта с установкой термообработанной стальной шлифованной шайбы позволило улучшить условия смазки.

Второй — улучшение смазки втулок шестерен за счет гидро­ статического давления масла, забрасываемого в лоток, который расположен в верхней части коробки и сообщается по соответст­ вующим каналам с втулкой, а также за счет создания устойчиво­ го потока (смазки центробежными силами. Приведенные примеры показывают, как снизить поток отказов существующих конструк­ ций узлов и агрегатов автомобиля путем их модернизации.

119

в производстве.

Использование гидромеханических передач бесспорно удорожа­ ет их производство, но может дать существенную экономию в эксплуатации. По данным фирмы Алиесон *, в силовой переда­ че с механической коробкой на один капитальный ремонт двига­ теля приходится 3,4 капитальных ремонта сцепления, 3,18 капи­ тальных ремонтов коробки передач и 0,78 капитальных ремонтов

•дифференциала заднего моста. Если же механическую коробку заменить гидромеханической, то на один капитальный ремонт двигателя приходится 0,62 капитальных ремонта коробки и 0,575 ■дифференциал а заднего моста. При этом значительно уменьша­ ется износ двигателя. Если принять за единицу износ двигателя при наличии механической коробки передач в момент снятия его для капитального ремонта, то износ двигателя при гидромехани­ ческой передаче составит 0,66. Таким Образом, .наличие гидро­ трансформатора увеличивает срок службы двигателя на 47%,. коробки передач — на 400%, дифференциала заднего моста — на 93%.

Применение гидрозамедлителя хода педали на автомобиле ВАЗ-2101 исключает рывки при резком включении педали сцеп­ ления, в результате чего снижается поток отказов не только сцепления, но и других агрегатов силовой передачи.

Из приведенных примеров следует, что вносимые конструк­ тивные изменения должны подвергаться комплексному анализу, так как отвергнутые конструктивные решения вследствие удоро­ жания машины могут обеспечить значительно большую экономию на эксплуатационных затратах и, прежде всего, на ремонтах.

Исследованиями установлено, что кузов автомобиля-самосва­ ла из листовой стали при емкости 8 м3 весит около 2 т, а алюми­ ниевый кузов такой же емкости — всего 650 кг. Замена стального' кузова на кузов из алюминиевых сплавов обеспечивает экономию топлива на 10%. Более того, снижение веса автомобиля сущест­

тавливают из алюминиевых сплавов.

Современный период конструирования автомобилей характе­ ризуется широким использованием в (конструкциях узлов и а;грегатоів различных сигнализаторов и приборов, позволяющих конт­ ролировать их работу и предупреждать появление отказов. Так, например, на автомобиле ВАЗ-2101 применена специальная мнимосхема, включающая сигнальные лампочки, которые зажигают­

120

падении давления масла ниже положенного предела и необходи­ мости дозаправки автомобиля.

На автомобилях Урал-375 и Урал-377 для предупреждения во­ дителя о необходимости регулировки тормозных колодок и сигна­ лизации о повреждении тормозной магистрали применен аварий­ ный включатель, при срабатывании которого загорается сигналь­ ная лампочка на щите приборов.

Для увеличения продолжительности работы тормозов без ре­ гулировки и повышения их надежности на автомобилях «Моск­ вич 408» в конструкцию тормозного механизма введено специаль­ ное устройство для автоматического поддержания установленного минимального зазора между фрикционными накладками и тор­ мозными барабанами по мере их изнашивания.

К сожалению, на многих других отечественных автомобилях

в 2 и более раз.

Как показывает опыт, чрезвычайно сложной проблемой совер­ шенствования конструкций машин является проблема широкой унификации агрегатов и деталей, в том числе двигателей, агрега­ тов силовой передачи, тормозов, колес, приборов электрооборудо­ вания и питания. Внедрение унификации позволит:

—в 2—5 раз умеынить объем конструкторских работ;

—в 1,5—3 раза сократить сроки создания новых машин;

—повысить технический уровень, качество, 'Надежность, дол­ говечность машин, а также их конкурентоспособность на внешнем

рынке;

— уменьшить в 2—5 раз количество типоразмеров узлоз

иагрегатов и номенклатуру их запасных частей;

—в 1,5—3 раза сократить сроки подготовки производства

новых моделей автомобилей;

— значительно повысить уровень механизации и автоматиза­ ции производственных процессов, обеспечить повышение произво­ дительности на 20—50% и снижение трудоемкости изготовлении

машин;

— в 1,5—2,5 раза сократить стоимость изготовления и ремон­

та машин;

— обеспечить большую гибкость и мобильность промышлен­ ности при переходе на выпуск новых изделий и увеличить объем производства, повысить мобилизационную готовность автомо­

бильной промышленности;

— эффективнее и шире специализировать автостроительное'

производство;

— увеличить мощность автостроительных заводов при тех же производственных площадях и численности работающих;

— значительно упростить работы и уменьшить затраты по

121

материально-техническому снабжению за счет сокращения запа­ сов, номенклатуры деталей и сортамента применяемых мате­ риалов.

Важным направлением решения вопросов унификации являет­ ся введение широкой взаимозаменяемости крепежных деталей. Анализ существующих норм на ремонт автомобилей, например, показал, что раЗборочно-сбарочные операции составляют около 50% всего объема ремонтных работ. Трудоемкость крепежных ра­ бот при техническом обслуживании автомобиля составляет 15— 20% от общей трудоемкости, так как при выполнении ТО-1 необходимо закрепить от 350 до 620, а при ТО-2 от 400 до 1000 деталей.

Высокая трудоемкость разборочно-сбоірочных и крепежных работ объясняется, прежде всего, большим количеством разно­ типных крепежных деталей у современных автомобилей и недо­ статочной их надежностью. Выбор размеров и номенклатуры крепежных деталей носит в большинстве случаев случайный ха­ рактер. ІВ результате этого на автомобиле ЗИЛ-164, например, имеется 1036 болтов 75 типоразмеров, 878 таек 52 типоразмеров, 176 винтов 33 типоразмеров, 50 шпилек 7 типоразмеров и 90 шу­

заводом, номенклатура болтов превышает 240 типоразмеров. Многообразие форм и размеров головок крепежных деталей

затрудняет механизацию раізборочно-ісборочных работ и обус­ ловливает потребность в большой номенклатуре шаферского ин­ струмента (до 20 наименований).

Сокращение количества типоразмеров крепежных деталей по­ зволит исключить из комплекта шоферского инструмента многие гаечные ключи и механизировать трудоемкие разборочно-сбороч- ные операции путем 'применения электрического и пневматиче­ ского инструмента.

Основным направлением повышения надежности крепежных соединений следует считать улучшение качества материала, гео­ метрии .и точности изготовления резьбы, подбора рациональной формы болта и гайки, применения надежных средств против от­ вертывания.

Применение самоконтрящихся таек со сквозными прорезями либо со вставленными фибровыми или нейлоновыми кольцами, клеев для сохранения стабильности затяжки крепежных соедине­ ний может привести к снижению затрат на техническое обслужи­ вание л ремонт соединений в 2—2,5 раза.

Исследования последних лет показали, что применение синте­ тических материалов может в значительной степени снизить по­ ток отказов, а в некоторых случаях и повысить эффективность работы узлов и агрегатов автомобилей.

122

При высоких скоростях движения автомобилей в тяжелых ■условиях температура тормозных барабанов достигает 450— 500°С. Коэффициент трения фрикционного материала при этой температуре резко падает, эффективность действия тормозов уменьшается, что зачастую является причиной дорожных проис­ шествий. Новые фрикционные материалы с 'металлокерамически­ ми вставками обеспечивают постоянную величину коэффициента трения при нагреве до высокой температуры и малую величину линейного износа. Они и должны получить распространение на наших автомобилях.

Применение пластмассовых подшипников без смазки во мно­ гих агрегатах и узлах автомобилей не только уменьшает объем смазочных операций, но и повышает износостойкость сопряже­ ний. Например, подшипники, изготовленные из полиамида 68, не

слой, пропитанный фторопластом со свинцом. Успешное заверше­

менее чем в два раза трудоемкость технического обслуживания машин.

.Применение трубопроводов низкого давления из синтетических материалов, взамен металлических, значительно повышает их на­ дежность, так как исключает .появление трещин и поломку тру­ бок, упрощает их монтаж, исключает необходимость пайки шту­ церов, резко снижает стоимость изготовления и обеспечивает большую экономию цветных металлов (на 1000 автомобилей ЗИЛ-157 около 1200 кг меди).

Перспективным является применение пенопласта и полиуре­ тана в качестве набивки сидений, так как они обеспѳчиааюг зна­ чительное сокращение веса, упрощают и удешевляют конструк­ цию, повышают срок службы и улучшают санитарно-гигиениче­ ские условия размещения личного состава в автомобилях.

Применяемые в настоящее время нитрозміалевые краски не­ долговечны— через год-полтора требуется частичная или общая покраска машины. Поддержание окраски в надлежащем состоянии очень трудоемко и требует значительного расхода краски. Новые синтетические краски типа :алкидно-меламиновых эмалей в 3— 5 раз более стойкие, чем нитроэмали. Применение их взамен нит­ роэмалей в значительной степени облегчает выполнение работ по поддержанию окраски в надлежащем состоянии. Обнадеживаю­ щие результаты получены при покрытии стального листа, идуще­ го на изготовление кабин, кузовов и оперения, прочными винил­ хлоридными пленками, исключающими необходимость в последу­ ющей окраске этих поверхностей. Применение стеклопластиков

123

для изготовления ,кабин и кузовов вообще исключает необходи­ мость в наружной покраске их, увеличивает при этом срок служ­ бы их в 3 и более раз.

В настоящее время с -целью повышения качества аккумуля­ торных батарей разработаны и внедряются в производство син­ тетический пластипор в комбинации со стекловолокном для сепа­

с новыми технологическими процессами дает возможность повы­ сить сроки службы и хранения батарей до 4 лет, улучшить стар­ терные характеристики их. При низких температурах повысить температурную и механическую стойкость батарей.

Рассмотренные -конструктивно-технологические пути снижения потока отказов узлов и агрегатов автомобилей, безусловно, нуж­ даются в дополнении и углублении и, особенно, в рассмотрении вопросов резервирования, которые на современном этапе играют важную роль не только в радиоэлектронике, но и в машиностро­ ении.

АНАЛИЗ СХЕМ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИХ ПРИМЕНИМОСТИ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОТОКА ОТКАЗОВ АГРЕГАТОВ И СИСТЕМ АВТОМОБИЛЯ

Резервирование в различной форме широко применяется для повышения надежности машин, несмотря на то, что теория резер­

к автомобилям, принадлежат Р. В. Ротенбергу. * Из множества приемов и частных случаев резервирования выделим общие, кото­ рые можно свести в определенную систему.

Встречаемые в практике приемы резервирования можно раз­ делить на два класса. Первый —структурное резервироівание и второй — параметрическое резервирование с целью обеспечения устойчивой работы узлов и агрегатов автомобилей.

Рассмотрим более подробно каждый из приведенных классов. Структурное резервирование осуществляется путем введения резервных частей, которые являются избыточными по отношению к минимально необходимой функциональной структуре изделия.

Структурное резервирование, как показывает опыт работы конструкторских отделов автомобильных заводов, является мощ­ ным средством создания надежных изделий из малонадежных элементов. Оно различается по режиму работы и способам вклю­ чения, целям и последствиям отказа основного элемента. Резерв­ ные элементы обычно включаются параллельно основным. Они

* Ротенберг Р. В. Надежность машин и идеи резервирования. «Вестник машиностроения», № 10. 1968. Ротенберг Р. В. О конструктивной надежности автомобиля. Автомобильная промышленность. № 6, 1968.

124

могут быть нагруженными (постоянно включенными), ненагруженлыми и работающими в облегченном режиме или со смешан­ ным включением. В теории надежности .нагруженные резервные

дизельного двигателя на некоторых машинах может осущест­

По целям резервяроаание может быть общим и поэлементным. Кроме этого, резервирование применяется либо с целью обеспе­ чения безопасности движения, либо с целью обеспечения устойчи­ вой работы узлов и агрегатов автомобилей.

Резервирование с целью обеспечения безопасности движения автомобилей практически осуществляется резервированием по элементам. На рис. 5.4 приведен пример повышения безотказно-

Рис. 5.4. Повышение безотказности работы колес грузового автомобиля:

/ —передние колеса; 2 —кольца безопасности, вступающие в работу при разры­ ве шины; 3 —усилитель руля; 4 —задние колеса; 5—запасное колесо.

сти работы .колес грузового автомобиля. Шины передних колес включены последовательно. .Поэтому выход из строя одного из них мгновенно приводит к отказу автомобиля, а в некоторых случаях —сопряжен с опасными последствиями. Шины задних колес включены параллельно. Поэтому .выход из строя любого из них не приведет к мгновенному отказу автомобиля. Таким обра­ зом, хотя сдвоенные шины грузового автомобиля не явились след­ ствием требований надежности, они облегчили их выполнение.

Для повышения безотказности работы колес грузового авто­ мобиля и предупреждения возникновения аварийных ситуаций в настоящее время вырисовываются следующие приемы резерви­

рования:

— использование запасного (резервного) колеса;

125

— установка на передние колеса специальных металлических колец, облегчающих управление автомобилем при внезапном

разрыве шины;

— установка усилителя в рулевом приводе параллельно руч­ ному управлению позволяет водителю удерживать машину в пре­ делах дорожного полотна при внезапном разрыве шины передне­ го колеса.

На рис. 5.5 приведена схема повышения безотказности руле-

Рис. 5.5. Схема повышения безотказности рулевого управ­ ления:

І —рулевой механизм; 2—механический привод трапеции; 3 —муфта свобод­ ного хода; 4 — насос; 5—усилитель; б—рулевая трапеция.

©ого управления, из (которой следует, что усилитель включен па- 'раллельно механическому приводу трапеции. Поэтому передача усилия от рулевого механизма / на трапецию 6' может осущест­ вляться как при работающем, так и неработающем усилителе. Из приведенной схемы также следует, что для повышения безот­ казности работы усилителя предусмотрены два насоса, из кото­

126