Эксплуатационная надежность агрегатов и систем автомобилей. Учебное пособие

закону распределения можно выявить условия эксплуатации грузовика неквалифицированным водителем и нарушение технических норм, которые способны привести к внезапному разрушению конструкции. В связи с этим практическое значение законов о распределении наработок очень важно, как и описательная их значимость.

3.4. Пути повышения надежности ходовой части грузовых автомобилей

Улучшить прочностные характеристики системы подрессоривания грузовиков можно исключительно посредством постоянной работы. Это необходимо для увеличения эффективности грузового транспорта и обеспечения выполнения требуемого объема соответствующей работы с наименьшей трудоемкостью. Однако стоит учитывать различный характер условий использования грузового транспорта.

Грузовой транспорт с высокими прочностными характеристики может быть сконструирован исключительно при условии многогранного подхода к этой задаче.

Сегодня технологии позволяют создать грузовой транспорт с любыми прочностными характеристиками. Тем не менее стоит учитывать, что повышение прочности системы подрессоривания до максимума повлечет за собой значительное увеличение затрат на ТО и Р подвески. Поэтому важен такой показатель, как баланс между прочностью и дороговизной эксплуатации автомобиля.

Одной из главных задач конструктора является увеличение прочностных характеристик подвески. Решить эту задачу можно использованием более рациональных чертежей грузовика.

Схемы должны обладать примечаниями о хороших условиях эксплуатации для каждого отдельного конструктивного элемента. Выполнение грузовиком грузоперевозок в назначенных условиях, причем сохранение его работоспособности, а также повышение приспособленности грузового транспортного к ТО и Р особенно важны на заданном промежутке времени. На рис. 3.2

51

представлена зависимость затрат на разработку, изготовление и эксплуатацию изделия от его ресурса.

Рис. 3.2. Зависимость затрат на разработку, изготовление и эксплуатацию изделия от его ресурса:

Ср − затраты на разработку; Сп – затраты на производство; Сэ − затраты на эксплуатацию; Сопт – суммарные затраты

Само понятие «надежность» представляет собой совокупность конструктивных характеристик грузовика, способствующих реализации его использования. Правильно скомпонованные конструктивные элементы грузовой машины задают базу техническим показателям.

В связи с этим размещение двигателя под опрокидывающейся кабиной сегодня наиболее актуально при конструировании хороших грузовых автомобилей с наибольшей несущей способностью, приспособленных работать в самых суровых условиях. Отметить актуальность данного размещения можно практичностью и технологичностью.

Характеристики грузового транспорта в виде управляемости и проходимости в процессе реального эксплуатирования также зависят от размещения конструктивных элементов. Поэтому на этапе создания проекта уже исследуются тягово-скоростные показатели посредством использования расчетного метода. Данное решение позволяет вычислить оптимальные показатели разного характера, например мощность дизельного двигателя.

52

Создание проекта характеризуется также проектированием узлов, что является очень серьезной стадией создания грузового транспорта. Это обуславливается наибольшей значимостью данных конструктивных элементов для прочностных характеристик системы подрессоривания. Стандартизированные элементы позволяют ускорить процесс и не придумывать ничего нового. Вопрос о разработке унифицированных узлов можно решить благодаря исследованию влияний режима работы данного конструктивного элемента на его прочностные характеристики.

При необходимости можно смягчить условия работы узлов. Сделать это можно множеством способов, а именно:

−  упрощениеконструктивныхэлементовгрузовоготранспорта; –  обеспечение сохранения работоспособности отдельных

конструктивных компонентов грузовика; −  увеличение прочностных характеристик конструктивных

элементов, стараясь сохранить имеющуюся массу посредством приведения их к рациональным формам или использования металлов с более высокими прочностными характеристиками;

–  увеличение у конструктивных компонентов показателя прочности по отношению к изнашиванию;

−  снижение в максимальной степени или полное исключением любых концентратов нагрузок в ответственных компонентах конструкции;

–  увеличение прочностных характеристик деталей грузовика, чтобы они были способны сопротивляться колоссальным нагрузкам. Материал должен обладать высоким сопротивлением и ударной вязкостью;

−  снижение до минимума скачущих нагрузок в системе подрессоривания грузового транспорта. Осуществить это можно благодаря гидромеханическим передачам, демпферным устройствам, эластичным подвескам и т. п.;

−  обеспечение наибольшей жесткости конструктивных компонентов посредством приведения их к целесообразным формам и эффективному расположению опорных деталей;

−  удаление напряжения в ответственных конструктивных компонентах при помощи приведения их к правильным формам и размерам. Это должно обеспечить податливость компонентов;

53

−  сборка конструктивных элементов в явственном положении в тех случаях, когда сборка в ином положении может поспособствовать выходу из строя или уменьшению прочностных характеристик;

−  обеспечение прочностных характеристик в соединениях резьбового характера;

−  предупреждение процессов покрытия коррозией конструктивных компонентов при помощи высокоэффективной защиты от коррозионных процессов. В особенности это касается кабины и рамы;

−  создание подходящих условий для указанных режимов температуры, которые подходят для эксплуатирования конструктивных изделий системы подрессоривания;

−  активное использование самых успешных решений в конструктивном ключе от производства из-за рубежа и отечественном автомобилестроения;

−  обеспечение высокоэффективного фильтрования воздушного потока, топливных смесей и масел;

−  создание локализованных участков для обеспечения защиты других конструктивных компонентов при выходе из строя одной из деталей;

−  улучшениеэксплуатационнойтехнологичности,атакжесоздание условий для проведения технического обслуживания или ремонта конструктивных компонентов или грузового транспорта в целом с малыми усилиями.

Достичь минимальной трудоемкости данных процессов можно, предусмотрев в конструкции грузовика следующее:

−  минимальное число конструктивных элементов или мест, которым может быть необходимо ТО;

−  простейший доступ к обслуживаемым конструктивным элементам и простое выполнение работы на любом этапе ТО и Р;

−  возможность ТО и Р без необходимости демонтировать конструктивные компоненты полностью;

−  максимальное использование конструктивных решений унифицированного характера. Это также касается инструментария, соединений, изделий и др.;

54

−  использование одинакового топлива, смазочных материалов; конструктивные элементы должны легко сниматься, что легко было проводить техническое обслуживание и ремонт;

−  простейший подступ к системе тормозов без необходимости демонтировать ступицы колес;

−  простейшийподступквентилямпокрышекспаренныхколес; −  использование посадочных мест штекерного характера для приборовосвещения,чтобыдляихснятияненужнобылоразвин-

чивать контактные соединения; −  обеспечение простейшего подступа инструментарием

к крепежу с разными усилиями затяжки; −  установка в целостной конструкции сложных систем мест,

к которым было бы удобно присоединять стандартную аппаратуру для проведения диагностических работ.

Прочностные характеристики конструктивных компонентов зависят от качества процесса их заготовки. Сегодня технологические процессы очень прогрессивны, а потому способствуют увеличению срока эксплуатации за счет повышения прочности изделий.

Точность обработки и сборки конструктивных элементов часто служит повышению их прочности. Однако с повышением данного квалитета увеличивается и стоимость одного изделия [39].

Именно по вышеуказанной причине квалитет точности и чистота обработки должны быть рациональными. Этот момент касается и максимального отклонения форменных показателей и расположений поверхностей [40].

Чтобы увеличить прочностные характеристики подшипниковых узлов и показатель стойкости опорных компонентов к изнашиванию,атакжеихсопротивлениеусталостнымповреждениям, необходимо заняться обеспечением заданной точности сборки и рациональными геометрическими формами.

Недостаточнаястойкостькизнашиваниювбольшойдолеслучаев приводит компоненты грузового транспорта к предельным состояниям, а вышеперечисленные возможности повышения минимальной трудоемкости конструктивных компонентов позволит значительно увеличить износостойкость благодаря улучшению поверхностных прочностных характеристик [41].

55

Химико-термическая обработка сегодня в сферах автомобильной промышленности особенно актуальна. К этому относятся и диффузное насыщение, нанесение твердых покрытий с хорошей стойкостью к изнашиванию, а также методы упрочнения в виде лазерного и элетронно-лучевого.

Для повышения прочностных характеристик системы подрессоривания грузового транспорта требуется использование технологий, о которых далее будем вести речь.

Шестерни и ведущие валы, КПП и раздаточная коробка подлежат обработке химико-термического характера. Выдержать ее сможет только высоколегированная сталь. МАЗ выпускает шестерни из стали 20ХНЗА. Вследствие цементации и закалки появляются значительные остаточные напряжения.

Шевингование позволяет увеличить чистоту поверхностей каждого зуба шестерни и избежать погрешностей в их профиле и размере. Однако зубошлифованием можно добиться лучших результатов, почему он и представляется самым актуальным способом. Кроме того, оно увеличивает прочностные характеристики шестерней.

Концентрированная нагрузка на зубьях цилиндров есть всегда. Чтобы ее уменьшить, цилиндрам придается форма бочки. Это позволяет уменьшать толщину зубьев от центра к краям. Данная методика отлично стабилизирует контактные пятна в центре зубьев. Это снижает количество шумов во время эксплуатации грузовиков и улучшает прочностные характеристики.

Поверхностный наклеп, а именно дробеструйная обработка позволяет повысить прочность шестерней.

Надежность шестерней напрямую зависит от способов создания заготовок под них. Горячая накатка позволяет поднять прочностные характеристики в некоторых случаях почти на 50 %. Это обуславливается полезными напряжениями на сжатие.

Шлицевые соединения с большими зазорами изнашиваются гораздо быстрее. По этой причине точность их заготовки очень высокая.

МАЗом был разработан высокоэффективный способ чистового продольного накатывания прямых бочковых шлицев. Этому способствуют шлиценакатные устройства и многороликовые

56

раскатники. Последующая термическая обработка сохраняет расположение и толщину зубьев. Твердость шлицев конструктивных компонентов влияет на показатель стойкости к изнашиванию.

Обеспечение заданной шероховатости у поверхностей и добавлениеупрочняющегоэффектавозможноблагодаряповерхностному пластическому деформированию (ППД). Данный метод – это прогрессивный технологический процесс. Образованный рельеф держит смазку между соприкасающихся поверхностей. Наклепы же позволяют увеличить их прочностные характеристики. При этом прослеживается образование остаточных напряжений и увеличение твердости конструктивных элементов.

Накатывание позволяет получать слабошероховатые поверхности с характеристикой Ra = 0,5–0,06 мкм. Поверхностное упрочнение составляет приблизительно 17,5 % в среднем [42].

Сегодняшний день считается временем массового использования лазерного и электронно-лучевого термического упрочнения конструктивных элементов грузовиков. Именно Российская автомобильная промышленность впервые начала использовать лазерные установки, мощность которых была очень высока. Благодаря им стало возможно закалять ферритный ковкий чугун КЧ 35-10, использующийся для создания солнечных шестерней и сателлитов, находящихся в чашках дифференциала.

Сегодня благодаря лазерной и электронно-лучевой обработке упрочнению подлежит множество других конструктивных элементов. После такой обработки их твердость достигает 61–64

HRC [43].

Благодаря лазерному и электронно-лучевому термическому упрочнению стало возможно повышение показателя стойкости к изнашиванию конструктивных компонентов из стали и чугуна. Однако износ уменьшается несущественно. Увеличить стойкость позволяют методы нитроцементации, просто цементации и даже обычной высококачественной закалки токами высокой частоты (ТВЧ).

Увеличить продолжительность работы рессор сегодня можно дробеструйной обработкой их листов. Этому способствуют остаточные напряжения на сжатие. Однако скользящий конец рессоры на грузовом транспорте обрабатывается способом

57

электротермического характера. Благодаря этому возможно обеспечение высокой твердости – 57–61 HRC. Добиться такого же результата позволяют и методы лазерного и электронно-лучевого упрочнения.

Высокотемпературное напыление самофлюсующегося сплава с дальнейшим его оплавлением – это также эффективный метод повышения показателя стойкости к износу конструктивных компонентов грузового транспорта. Благодаря различным исследованиям стало ясно, что этот метод увеличивает показатель стойкости к изнашиванию в среднем на 250 %.

Описанный выше метод также актуален, когда необходимо обработать шарниры тяг привода рулевого управления для повышения его показателя стойкости к изнашиванию. Стойкость при этом возрастает в среднем на 425 %.

Все описанное ранее представляет собой лишь демонстрацию методов повышения прочностных характеристик конструктивных элементов грузового транспорта. Данная демонстрация не способна осветить направление достаточно широко. Поиск лучших способов достижения требуемых прочностных характеристик возможен исключительно при скооперированном сотрудничестве всех участников проектирования, конструирования и эксплуатирования грузового транспорта [44].

3.5. Выводы

Рассмотрение нескольких методов, которые в перспективе могут увеличить прочностные характеристики системы подрессоривания грузового транспорта, позволило сделать такие выводы:

1.  Повысить прочностные характеристики подвески и тем самым увеличить длительность эксплуатации грузового транспорта можно очень многими способами.

2.  Прочностные характеристики подвески грузового автомобиля зависят от десятков факторов, которые говорят о качестве всех этапов создания и дальнейшего использования грузового транспорта. Это объясняет, почему даже у грузовиков одной модели прочностные характеристики различные.

58

3.  Коррозионные процессы являются одной из главных причин сильного сокращения длительности эксплуатации грузовиков. Причина возникновения коррозии будет рассматриваться в 4 главе.

3.6. Вопросы для самоконтроля

1.  В каком ключе рассматривается надежность автомобиля? 2.  Какой показатель рассматривается в качестве основного

сохранения работоспособности подвески автомобиля?

3.  Какой основной показатель жизнеспособности грузовика? 4.  Какие нормативные ресурсы в процентах установлены для

всего грузовика и для компонентов?

5.  Какие два основных сигнализирующих показателя восстановления компонентов подвески существуют?

6.  Какие организации смогли разработать несколько техни- ко-экономических критериев, которые позволяют оценить ресурс грузовой машины до капитального ремонта?

7.  Какие два основных сигнализирующих показателя восстановления компонентов подвески существуют?

8.  Какой показатель используется в качестве основного показателя возможности восстановления компонентов подвески?

9.  Можно ли превышать установленные значения трудоемкости технического обслуживания и ремонта автомобиля.

10.  По какому закону распределяются отказы грузовых автомобилей, атакжекомпонентных деталей включе сложныхсистем?

11.  Каким способом возможно улучшить прочностные характеристики системы подрессоривания грузовиков?

12.  Какого показателя твердости достигает металл после его лазерной и электронно-лучевой обработки?

13.  Каким способом можно увеличить продолжить работы рессор?

14.  Почему даже у грузовиков одной модели прочностные характеристики различные?

15.  Какие процессы являются главными причинами сильного сокращения длительности эксплуатации грузовиков?

59

4. СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ХОДОВОЙ ЧАСТИ АВТОМОБИЛЯ

Борьба с коррозией

Народное хозяйство получает колоссальный вред из коррозионных процессов различных металлов. Окружающая среда оказывает электрохимическое и химическое воздействие на металлы, вследствие чего приблизительно 33 % всего вырабатываемого металла ежегодно становится непригодным для дальнейшего использования. Металлургическая промышленность сегодня, по сравнению с более ранними временами, отличается использованием более 60 % корродированного металла. Повторная переработка позволяет снизить количество металла, которое теряется из-за коррозионных процессов, до 10 % от всего имеющегося металла. Надо отметить, что покрытый коррозией металл имеет значительно более низкие качественные и прочностные характеристики. Поэтому коррозия также приводит к авариям, несчастным случаям, которые связаны с разрушением металлических конструктивных элементов разных механизмов и даже строений [45].

Антикоррозионная защита стоит больших денег, поэтому каждый год инженеры тратят баснословные суммы для защиты металлических конструктивных компонентов. Эти суммы переваливают за несколько миллиардов рублей только на территории Российской Федерации.

Масштабы промышленной выплавки стали – весьма огромны, а потому потребность в антикоррозионной защите резко возросла. Металл требуется для производства грузового транспорта, различных станков и других машин. Очень активно металлические конструкции используются и в быстро растущей строительной сфере.

С целью снижения количества теряемого металла и протекции различных металлических изделий используются не только

60