книги из ГПНТБ / Ждановский, Н. С. Надежность и долговечность автотракторных двигателей

того, что в заданном промежутке времени или в пределах заданной наработки отказ не возникнет.

ловлено снижением эффективности или требованиями без­ опасности. Показателями долговечности я в л я ю т с я ресурс и срок службы . Под ресурсом понимается наработка дви­ гателя до предельного состояния . Различают ресурс до первого ремонта, межремонтный, средний, у-процентный (ресурс, который имеет и превышает в среднем обуслов­

Сроком с л у ж б ы называют календарную продолжи ­ тельность эксплуатации двигателя, его агрегатов до мо­ мента возникновения предельного состояния, оговоренного

40

в технической документации, или до его списания . Обычно срок службы измеряют годами использования двигателя .

Ресурс до ремонта большинства тракторных двигателей,

обслуживания) может быть в значительной степени преодо­ лено повышением уровня эксплуатации и технического об-, с л у ж и в а н и я , улучшением эксплуатационного контроля и диагностики, повышением квалификации механизаторских кадров . Влияние условий эксплуатации на долговечность тракторных двигателей характеризуется данными, при­ веденными на рис . 2 и 3.

4 1

З а последние годы автомобильные заводы добились за­

тое пятилетие поставлена задача увеличить ресурс авто­ мобильных двигателей до капитального ремонта в 1,3— 1,5 р а з а .

Под ремонтопригодностью понимают свойство двига­ теля, его агрегатов, узлов, заключающееся в его приспо­ собленности к предупреждению, обнаружению и устра­ нению отказов и неисправностей, которые исключают путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Показателями ремонтопригодности могут быть, например, среднее время восстановления, средняя стоимость техни­ ческого обслуживания и др .

Сохраняемостью называют свойство двигателя, его

Показателем сохраняемости может с л у ж и т ь , например, средний срок сохранности.

6 . М Е Т О Д Ы И С П Ы Т А Н И Й Д В И Г А Т Е Л Е Й И И Х А Г Р Е Г А Т О В Н А Н А Д Е Ж Н О С Т Ь

В процессе стендовых испытаний автотракторных дви­ гателей предусмотрено определение некоторых показате­ лей надеяшости . Длительность испытаний на безотказ­ ность (ГОСТ 14846—69. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испытаний) бензиновых двигателей с искровым зажиганием грузовых автомобилей (в зависимости от лит­ ража) составляет 350—400 ч и дл я дизелей — 600—1000 ч.

момент, частота вращения, температура охлаждающей воды (на выходе) и масла, давление масла, часовой расход топ­ лива, прорыв цилиндровых газов, температура и давление о к р у ж а ю щ е й среды. Регистрируются замеченные в работе двигателя неполадки, а т а к ж е замена и ремонт отдельных деталей. В заключение двигатель разбирают, выявляют состояние его основных деталей и производят их микро ­ метраж, позволяющий сравнить размеры с данными микро-

42

м е т р а ж н ых карт, составленных до испытания дви­ гателя .

Двигатель считается не выдержавшим испытаний при наличии отказов, устранение которых требует р а з б о р к и двигателя, при появлении стуков, снижении мощности и ухудшении топливной экономичности более чем на 5%, при повышенных износах деталей, расходе масла и др .

Определение надежности тракторных двигателей в усло­ виях стендовых испытаний (ГОСТ 491—55) производится также на основе повторяющихся циклов (с регламентацией подачи топлива, частоты вращения и продолжительности

в реальной (рядовой) эксплуатации . В первом случае обеспечивается обслуживание машин в соответствии с ин­ струкцией завода-изготовителя. Продолжительность таких

Продолжительность полевых хозяйственно - эксплуатацион ­ ных испытаний тракторов серийного производства (одно­

Во втором случае наблюдение за надежностью двигате­ лей осуществляется на фоне всей сложности эксплуата ­ ционных условий . В хозяйстве берется под наблюдение группа новых машин, обследование которых производится периодически. Эксплуатационные испытания и наблюде­ ние в рядовой эксплуатации производятся научно-иссле­ довательскими организациями, испытательными стан­ циями, опорными пунктами заводов и др .

4 3

К этой же группе отнесены отказы, устранение которых требует внеочередного проведения операций технических

кладок выпускного коллектора, трещины патрубков воз­ душного тракта, зависание иглы распылителя форсунки, трещины топливопроводов высокого и низкого давления, расслоение или обрыв ремня вентилятора и др .

Вторая группа — отказы, устраняемые ремонтом или заменой легкодоступных узлов и агрегатов, а т а к ж е от­ казы, для устранения которых требуется раскрытие вну­ тренних полостей основных агрегатов или внеочередное

горание прокладки головки блока, трещины или обрыв лопасти вентилятора, поломку шкива вентилятора и др .

Третья группа — отказы, дл я устранения которых необходима г л у б о к а я разборка двигателя . К ним отно­ сятся: износ и выкрашивание зубьев распределительных шестерен, износ и задир толкателей, износ или поломка поршневых колец, износ или выкрашивание антифрик­ ционного сплава шатунных или коренных подшипников, износ или трещины гильз, трещины или РТЗНОС поршня и др .

Данные о распределении отказов первой и второй групп сложности по агрегатам и системам тракторов МТЗ - 50Л послеопределенной наработки приведены в табл . 3 [30].

В первой группе сложности большинство неисправно­ стей приходится на двигатель, причем в интервале до 2400 мото-ч доля таких отказов увеличивается, а при большей наработке несколько уменьшается .

Во второй группе отмечено больше отказов двигателей в начале эксплуатации (после 60—500 мото-ч); с ростом наработки наблюдается устойчивая тенденция к снижению доли отказов, связанных с неисправностью двигателя и электрооборудования .

Втретьей группе сложности массовые отказы из-за неисправности двигателя и топливной аппаратуры воз­ никают поело 1000 мото-ч и возрастают в линейной зави­ симости от наработки .

Впоследнее время применяются ускоренные методы испытаний машин и агрегатов на надежность и долговеч­ ность. Ускоренные испытания в сочетании с другими ви-

44

щение продолжительности испытаний в несколько десят­

В работе [9] приводятся следующие основные требо­ вания к методикам ускоренных испытаний: 1) количе­ ственная и качественная оценки отказов деталей должны быть сопоставимы с оценками тех отказов, которые наблю ­ даются при эксплуатации машин; 2) должны обеспечивать определение показателей надежности и долговечности машин или их агрегатов и деталей за существенно более короткий срок, чем соответствующие эксплуатационные испытания; 3) оценочные показатели должны наиболее полно отражать значения исследуемых параметров, усло­ вия испытания изделий, техническое состояние машин и тех деталей и агрегатов, которые оказывают влияние на исследуемые показатели; 4) способ сокращения продолжи ­ тельности испытаний и методы определения оценочных показателей д о л ж н ы быть согласованы с назначением, эксплуатационными режимами и условиями работы иссле­ дуемых изделий; 5) режимы и условия испытаний изделий должны быть подобраны так, чтобы коэффициенты уско-

45

рения возникновения отказов были примерно одинаковы д л я максимально возможного числа исследуемых деталей и сопряжений . Появление в процессе ускоренных испытаний отказов, не возникающих в эксплуатации, недопустимо.

Под коэффициентом ускорения Ку понимается отноше­ ние времени работы изделия в эксплуатации ко времени работы при ускоренных испытаниях . Сочетанием подачи

сравнительно удовлетворительного согласования вели­ чины износа основных детален тракторных двигателей при

испытаний двигателей и их узлов следует отнести: увели­ чение внутренних нагрузок, ужесточение внешних условий работы, повышение использования времени и частоты нагрузок, экстраполяцию отдельных характеристик, срав­ нение скоростей и з н а ш и в а н и я , применение специальных циклов .

Увеличения внутренних нагрузок можно достигнуть повышением среднего эффективного давления, частоты вра­ щения двигателя, угла опережения впрыска или зажи ­ гания, противодавления на выпуске, понижением или по­ вышением температуры о х л а ж д а ю щ е й воды, увеличением некоторых зазоров и др . Т а к , например, д л я ускоренной проверки прочности некоторых элементов поршней, го­ ловки цилиндров повышают жесткость работы и макси­ мальное давление ц и к л а за счет увеличения угла опереже­ ния впрыска топлива . Д л я форсирования кавитации гильз цилиндров увеличивают зазор в сопряжении поршень — гильза . П р и испытании тракторных двигателей"на корро­ зионное изнашивание понижают температуру охлаждаю ­ щей воды до 30—40 °С. П р и этом желательно, чтобы значения параметров, х а р а к т е р и з у ю щ и х повышение на­ пряженности, не превышали крайних значений, имеющих место в эксплуатации . Д л я ужесточения внешних условий можно увеличить запыленность воздуха и масла, обеспе­ чить повышение или понижение температуры о к р у ж а ю ­ щего воздуха и т. д.

Интенсификация использования времени применяется д л я исследования взносов двигателя на режимах пуска и прогрева, д л я испытания пусковых двигателей.

4 6

Е с ли известны зависимости показателей от техниче­ ского состояния двигателя, то можно воспользоваться ме­ тодом экстраполяции . В этом случае вывод о долговеч­ ности деталей можно сделать до достижения ими предель­ ного состояния. Т а к , по угару картерного масла можно судить об износостойкости маслосъемных колец при дости­ жении угара до 3% при предельном 4,5%. Аналогичным способом определяется износ и остаточный ресурс по про­ рыву газов в картер двигателя . Виброакустическим или другим методом можно проследить за изменением зазоров основных сопряжений двигателя без разборки и на основе экстраполяции установленной закономерности сокращен­ ного периода изнашивания определить долговечность сопряжений .

Метод сравнения скоростей и з н а ш и в а н и я находит широкое применение д л я ускоренной оценки износостой­ кости деталей. В безразборном варианте (методы радио­

шивание скоростных и нагрузочных режимов двигателя и его регулировок, характера организации рабочего про­

ности трения следует воспользоваться методом искусст­ венных баз.

В отдельных случаях форсирование отказов агрегатов двигателя можно обеспечить применением специального,

с увеличением числа подач. П р и этом дополнительные подачи осуществляются и на такте расширения . Варьиро ­ ванием величинами цикловых подач и изменением момен­ тов впрыска топлива можно регулировать степень ускоре­ ния испытаний на закоксовывание (подробнее изложено

вгл . V I I I ) .

Дл я автотракторных двигателей, не прошедших капи­ тального ремонта, количество объектов испытаний по

определению показателей долговечности подсчитывается по формуле:

где: V — коэффициент вариации, х а р а к т е р и з у ю щ и й рас-

О"

сеивание экспериментальных данных (V = > ;

Л.

а — среднеквадратичное отклонение; X — сред­ н я я арифметическая величина рассматриваемого

. показателя);

е— относительная погрешность результатов испы­ таний;

мального распределения показателей, может быть исполь­ зована практически с достаточной точностью и дл я лога­ рифмически нормального распределения и распределения Вейбулла .

По данным Н А Т И , средние значения коэффициентов вариации при испытании в полевых условиях тракторных двигателей (не прошедших капитального ремонта) имеют следующие значения: по износостойкости основных дета­

тированных двигателей указанные коэффициенты состав­ ляют соответственно 0,53 и 0,71. По данным испытаний

ния коэффициента вариации ресурса автомобильных дви­ гателей до первого капитального ремонта 0,16—0,36, между капитальными ремонтами — 0,50—0,75. Довери ­ тельная вероятность 6 дл я ускоренных испытаний двига­ телей может быть принята равной 0,8 (тогда zp = 1,28). П р и сравнительных ускоренных испытаниях В дл я к а ж ­ дой партии изделий можно уменьшить до 0,6 (zp = 0,85), что значительно сокращает количество испытываемых объектов. Пр и испытании узлов и деталей, выход из строя которых связан с опасностью работы, В следует принимать не менее 0,95 (zp = 2,18). Относительная погрешность результатов ускоренных испытаний принимается в зави­ симости от характера испытаний и назначения узлов . Так , д л я определения приближенных эксплуатационных пока-

4 8

7 . Р А С Ч Е Т П О К А З А Т Е Л Е Й Н А Д Е Ж Н О С Т И

Расчет количественных показателей безотказности дви­ гателя (узлов) производится по схеме ремонтируемого изделия на основании систематизации я в н ы х , независи­ мых, единичных и систематических отказов .

Н а основе испытаний определяются фактические пока­ затели надежности двигателя (агрегата, детали) в данных условиях эксплуатации, при этом группа двигателей должна быть однородной по модификации, назначению и

наработке . Среднее количество отказов т, приходящееся на один двигатель (агрегат), в наблюдаемой группе за назначенный ресурс:

Средний параметр потока отказов (или средняя частота отказов):

1

со = = — .

^отк

Дл я определения вероятности безотказной работы дви­ гателя на протяжении наработки t (в период нормальной

эксплуатации) можно воспользоваться уравнением:

р (г) = с - » ( ,

где е — основание натурального логарифма.

В соответствии с ОСТ 24.060.03 [81] расчет количествен­ ных показателей долговечности производится по схеме неремонтируемых изделий, когда отказавшие детали (узлы) считаются невосстанавливаемыми.

49