Процессы изменения технического состояния автомобилей при эксплуатации

Техническая эксплуатация транспортных и транспортнотехнологических машин и оборудования Лекция 3 1 Раздел: Процессы изменения технического состояния автомобилей при эксплуатации 2 Процесс - смена явлений, состояний в развитии чего-либо. Процессы изменения технического состояния автомобилей делятся на непрерывные и дискретные. 3 Непрерывные процессы характеризуются последовательным переходом из одного состояния в другое через ряд промежуточных состояний, а дискретные - скачкообразным изменением показателей технического состояния. 4 Скорость изменения качества при непрерывном процессе характеризуется интенсивностью процесса, который представляет собой дифференциальный показатель качества. Результат процесса (достигнутый уровень качества) характеризуется интегральным показателем. 5 Процессы изменения качества автомобилей Название процесса Изменение наработки Изменение технического состояния автомобилей (изнашивание, корродирование, пластическое деформирование, разрушение, старение, ...) Изменение показателей качества эксплуатационных материалов Расходование топлива Показатели интенсивности Результат процесса процесса Интенсивность эксплуатации Наработка Интенсивность изнашивания, Износ, деформация, интенсивность коррозия ... корродирования, ... Интенсивность изменения показателей качества Удельный расход Показатели качества Количество (расход) топлива 7 Основные причины изменения конструктивных параметров и ТС: •нагружение элементов, •взаимное перемещение элементов, •воздействие тепловой и электрической энергии, •воздействие химически активных компонентов, •воздействие внешней среды (влага, ветер, температура, солнечная радиация), •воздействие оператора. 8 Последствия и формы изменения конструктивных параметров во времени: •изнашивание, •коррозия, •усталостные разрушения, •пластические деформации, •температурные разрушения и изменения, •старение. 9 К непрерывным процессам изменения ТСА относятся изнашивание, пластическое деформирование, усталостное разрушение, корродирование, физико-химическое изменение материала деталей. 10 К дискретным процессам относятся разрушение, связанное со скрытым дефектом детали, разрушение или деформирование вследствие перегрузки или аварии, перегорание нитей накаливания и обмоток электроприборов и другие. 11 Изнашивание - это процесс разрушения и отделения материала с поверхности детали, проявляющийся в постепенном изменении ее размеров и формы. •Результат изнашивания, измеряемый в определенных единицах, называется износом. Интенсивность изнашивания приращение износа в единицу времени (наработки). 12 Факторы, влияющие на интенсивность изнашивания пар трения Интенсивность изнашивания зависит от вида трения, удельного давления в контакте, скорости взаимного перемещения поверхностей трения, усталостной прочности материалов трущихся поверхностей, шероховатости поверхностей, температуры поверхностей, агрессивности среды. 13 Виды трения • Сухое – трение, при котором трущиеся поверхности непосредственно взаимодействуют между собой, а смазка между ними отсутствует (подшипники коленчатого вала при отказе масляного насоса или недостаточном уровне масла). • Жидкостное – трение, при котором толщина масляного слоя между трущимися поверхностями превышает их микронеровности и трение возникает только за счёт перемещения молекул в слое смазки (подшипники коленчатого вала). 14 Виды трения •Граничное – трение, при котором трущиеся детали разграничены лишь теми слоями молекул смазки, которые адсорбированы на поверхностях этих деталей из-за полярной активности и сил молекулярного притяжения (подшипники коленчатого вала при больших нагрузках). 15 Виды трения 16 Виды граничного трения • Полусухое трение – это смешанное трение, когда на номинальной поверхности касания тел смазка местами граничная, а на остальной части трение сухое. • Полужидкостное трение – это смешанное трение, когда одновременно имеет место жидкостное и граничное либо жидкостное, граничное и даже сухое трение. 17 Различают несколько видов изнашивания: •усталостное, •абразивное, •эрозионное, •изнашивание при заедании, •окислительное, •электроэрозионное, •фреттинг-коррозионное и др. 18 •Усталостное - состоит в том, что поверхностный слой материала в результате трения и циклической нагрузки становится хрупким и разрушается, обнажая лежащий под ним другой слой материала. •Пример: беговые дорожки подшипников, зубья шестерен и т.п. •Усталостное изнашивание, как правило, наименее интенсивно по сравнению с другими видами. 19 • Абразивное - является следствием режущего или царапающего действия твердых частиц, находящихся между поверхностями трения. Такие частицы, попадая извне в виде пыли и песка в зазор между трущимися деталями или в смазочные материалы открытых узлов трения, резко увеличивают интенсивность их изнашивания. В ряде механизмов, например, в кривошипно-шатунном, в качестве абразивных частиц выступают сами продукты изнашивания, отделившиеся от трущихся деталей. 20 •Эрозионное - происходит в результате воздействия потока жидкости или газа. •Например, рабочие поверхности тарелок выпускных клапанов двигателя. 21 • Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала, переноса его с одной на другую поверхность (возникают неровности). Оно приводит к задирам, заклиниванию и разрушению механизмов. • Такое изнашивание обусловлено наличием местных контактов между трущимися поверхностями, на которых при больших нагрузках и скоростях происходит разрыв масляной пленки, сильный нагрев и «сваривание» материалов поверхностей. • При дальнейшем относительном перемещении поверхностей происходит разрыв связей. Типичный пример – разрушение вкладышей и шеек коленчатого вала двигателя. 22 •Окислительное изнашивание происходит в результате сочетания механического изнашивания и агрессивного воздействия среды. При этом на поверхности трения образуются непрочные пленки окислов, которые снимаются при механическом трении, а обнажающиеся поверхности опять окисляются. •Такой вид изнашивания наблюдается в цилиндропоршневой группе, тормозной системе с гидроприводом и других узлах. 23 •Изнашивание при фреттинге механическое изнашивание соприкасающихся деталей при малых колебательных движениях. Если при этом агрессивно воздействует среда, то происходит изнашивание при фреттингкоррозии. •Пример: места контакта вкладышей подшипников коленчатого вала и постели, в картере и крышке. 24 •Электроэрозионное изнашивание - эрозионное изнашивание при прохождении электрического тока. •Пример: электроды свечей зажигания. 25 Вилка сцепления 26 Износ 27 Экспериментальные методы определения износа Изучение процессов изнашивания деталей, работающих в реальных условиях эксплуатации, может осуществляться различными методами. Метод микрометрирования основан на измерении при помощи микрометра или другого измерительного прибора с фиксацией размеров детали до начала, в процессе и после изнашивания. Недостатки метода: • неизбежная разборка и сборка изделия до и после работы с целью измерения детали, • выявленное изменение размера может быть следствием не только изнашивания поверхности, но и результатом деформации детали, 28 • разборка и сборка изделий в процессе эксплуатации из-за отсутствия необходимых условий существенно снижает эксплуатационные качества машин и, следовательно, создает отличные по сравнению с заводской сборкой исходные условия, из-за чего изменяется скорость изнашивания. 29 Микрометр 30 Метод искусственных баз состоит в том, что на поверхности детали выдавливают или вырезают углубления заданной формы (пирамида или конус) и глубины. По изменению размера отпечатка, соотношение которого с глубиной заранее известно, определяют местный линейный износ. Используются специальные приборы, позволяющие определять износ с точностью от 1,5 до 2 мкм, для отверстий цилиндров, двигателей, валов, а также плоских поверхностей. В большинстве случаев требуется предварительная разборка изделий. 31 32 Метод измерения массового или объемного износа основан на взвешивании или измерении объема детали до и после изнашивания. Обычно применяется для испытания деталей небольшой массы. Метод может оказаться неприемлемым, когда износ формируется не только вследствие отделения частиц, но и пластического деформирования. 33 Метод анализа содержания металла в масле основан на изучении спектра, получаемого при сжигании масла в зоне электрической дуги. Спектр регистрируется с помощью фотоэлектрических датчиков. Полученные данные сравнивают со спектрами эталонов, что позволяет определить наличие в масле продуктов износа, а интенсивность отдельных линий свидетельствует о концентрации элементов в масле. Способ спектрального анализа обладает высокой чувствительностью и точностью, но очень трудоёмок. 34 За период между двумя последовательными отборами проб учитывают общее количество масла в картере, его потерю и количество доливаемого масла. Данный анализ является интегральным, т.к. продукты износа обычно определяются одновременно для нескольких трущихся деталей. Точно определение количества металла осложняется тем, что крупные частицы продуктов износа могут оседать на стенках картера. 35 36 Метод радиоактивных изотопов заключается в том, что в материал изучаемой детали вводят радиоактивный изотоп. При этом вместе с продуктами износа в масло будет попадать пропорциональное количество атомов радиоактивного изотопа. По интенсивности их излучения в пробе масла можно судить о количестве металла, попавшего в масло за рассматриваемый период времени. 37 Преимущества метода: •определяется износ определённой детали, а не суммарный для нескольких деталей, •повышенная чувствительность, •ускоренный процесс исследования. Недостатки метода: •требуется специальная подготовка образцов исследуемых деталей, •наличие специальной аппаратуры, •меры предосторожности для охраны здоровья людей. 38 •Пластическое деформирование - это процесс изменения размеров и (или) формы детали без изменения ее веса при достижении или превышении пределов текучести материала. •Является следствием ошибок при проектировании и изготовлении или нарушения правил эксплуатации. •Иногда пластическим деформациям предшествует механическое изнашивание, вызвавшее изменение геометрических размеров деталей. 39 •Усталостное разрушение - процесс постепенного накопления и роста усталостных трещин, приводящий при определенном числе циклов нагружения, превышающем предел усталости, к макроскопическому разделению детали на два или более тела. 40 Вилка сцепления 41 Усталостное разрушение 42 •Корродирование - процесс самопроизвольного разрушения твердых тел (чаще всего - металлов) под действием агрессивных агентов кислот, щелочей, солей, кислорода, воды и др. •Применительно к железу и некоторым его сплавам этот процесс называется ржавлением. 43 •В зависимости от характера взаимодействия металла со средой различают химические процессы, протекающие в средах, не проводящих электрический ток, и электрохимические - в водных растворах электролитов. 44 •Коррозия - результат процесса корродирования. •Различают поверхностную коррозию, подповерхностную, сплошную, избирательную, кристаллитную. 45 46 •Коррозия в основном поражает детали кузова, кабины и рамы автомобиля. •Для деталей кузова коррозия сопровождается абразивным изнашиванием под действием песка, гравия и т.п. •Коррозия способствует усталостному разрушению, т.к. создает на поверхности места концентрации напряжения в виде коррозионных язв. •Например, места сварки, крепления кронштейнов рессор, крыльев, порогов. 47 •Физико-химическое изменение материала деталей (старение) изменение технического состояния деталей и эксплуатационных материалов во времени под воздействием внешней среды. Наиболее подвержены старению резинотехнические изделия, смазочные материалы и спецжидкости. 48 •Резинотехнические изделия стареют под действием окисления, термического воздействия, химического воздействия масла, топлива и жидкостей, солнечной радиации и влажности. •Смазочные материалы и жидкости в результате накопления в них продуктов изнашивания, изменения вязкости и потери свойств присадок. 49 50 Причины изменения технического состояния распределены следующим образом: •износ - 40 %; •пластическая деформация - 26 %; •усталостное разрушение - 18 %; •физико-химические изменения материала - 12 %; •прочие - 4 %. 51