Техническая эксплуатация автомобилей. Расчет вероятности безотказной работы деталей ЦПГ

Сдавался/использовался	1998г., Северо-Западный политехнический институт
	Загрузить архив:
	Файл: hai-0168.zip (318kb [zip], Скачиваний: 87) скачать

МИНИСТЕРСТВООБЩЕГО  ИПРОФЕССИОНАЛЬНОГООБРАЗОВАНИЯ  РФ

     СЕВЕРО   -   ЗАПАДНЫЙ      ЗАОЧНЫЙ       ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ      ИНСТИТУТ

                            КАФЕДРА   АВТОМОБИЛЬНОГО    ТРАНСПОРТА

     КУРСОВАЯ    РАБОТА

       ПО ДИСЦИПЛИНЕ : “ ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

                                                АВТОМОБИЛЕЙ. “

ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ     III  КУРСА ФАКУЛЬТЕТА       ЭMи АП

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 2401          ШИФР

                                                                      =                           =

РУКОВОДИТЕЛЬ РАБОТЫ :                 = С.    Е.   ИВАНОВ =

                                                     г. ЗАПОЛЯРНЫЙ

                                                1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:

1. Введение .                                                                                                          Стр.3

2. Задание на курсовую работу                                                                            Стр.4

3. Расчет параметров распределения ресурсов детали автомобильных

двигателей тремя методами                                                                                  Стр.5

4. Определение доверительных границ измерения структурного параметра

и наработки до первого ресурсного диагностирования                                     Стр.15

5. Прогнозирование остаточного ресурса детали цилиндропоршневой

группы автомобильного двигателя на основе результатов диагностирования Стр. 17

6. Выводы .                                                                                                              Стр.21

7. Литература .                                                                                                         Стр.22

1. Введение.

По результатам многочисленных исследований годовая производительность автомобилей к концу срока их служба снижается в 1,5 - 2 раза по сравнению с первоначальной, снижается безопасность конструкции автомобилей. За срок службы автомобиля расходы на его техническое обслуживание и ремонт превосходят первоначальную стоимость в 5 - 7 раз. Поэтому важным направлением как при проектировании, так и при эксплуатации автомобилей является точная и достоверная прогнозная оценка основных показателей надежности их деталей. В курсовой работе рассматриваются вопросы по прогнозированию параметров среднего и остаточного ресурсов деталей автомобильных двигателей.

К деталям, лимитирующим надежность двигателей, в первую очередь относятся детали цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма, отказы которых, в основном, связаны с износом. На износ деталей двигателя влияет совокупность факторов, главнейшим из которых являются свойства трущихся материалов (физико-механические, химические), режимы работы (скоростные, нагрузочные, тепловые), геометрические параметры (форма, размеры, шероховатость поверхности), смазка (количество, очистка, подвод).

Определение показателей долговечности может осуществляться на основе обработки данных, полученных по результатам натурных наблюдений группы автомобилей, которые эксплуатируются в определенных условиях. Для этих же целей могут быть использованы экспериментальные материалы по видам износа и характеристикам изнашивания существующих конструкций двигателей. В результате для прогнозирования показателей долговечности могут использоваться корреляционные уравнения долговечности деталей автомобиля. Однако и в первом и во втором случаях невозможно избежать ошибок, вызванных необходимостью учета всего многообразия факторов, воздействующих на процесс изнашивания деталей автомобиля. Поэтому может составляться комбинированный прогноз, позволяющий учесть достоинства первого и второго вариантов прогнозирования.

При использовании диагностической информации в процессе эксплуатации автомобилей наиболее простым способом прогнозирования остаточного ресурса деталей двигателя является аналитическое прогнозирование по степенной модели.

2. Задание на курсовую работу.

В процессе эксплуатации автомобильных двигателей заменялись детали ЦПГ (кольца, гильзы цилиндров , поршни ) при превышении допустимого износа  рабочих поверхностей. В процессе наблюдений было зафиксировано N = 66 первых замен деталей ЦПГ при наработках, приведенных в таблице 2. Предположим, что распределение ресурса деталей ЦПГ до первой замены подчиняется нормальному закону. Требуется найти параметры распределения (математическое ожидание и среднее квадратичное отклонение), проверить гипотезу о виде закона распределения, рассчитать плотность распределения, вероятность безотказной работыи средний ресурс детали.

По результатам расчётов построить гистограмму и кривые эмпирической и теоретической плотности распределения вероятностей, и вероятности безотказной работы детали.

Исходные данные помещены в таблице 1.

                                                                                      ТАБЛИЦА 1.

Исходные данные на курсовой проект.

Наименование параметра	Единица измерения	Значение Параметра
1	2	3
Марка автомобиля	-	КамАЗ 5410
Двигатель	-	6ч12х12д
Максимальная частота вращения коленчатого вала	мин-1	2600
Рабочий объём цилиндра	л	9,0
Максимальный крутящий момент, Ме	Н*м	700
Диаметр поршня, D	дм	1,20
Ход поршня, S	дм	1,20
Модуль упругости, Е	МПа 105	1,0
Зазор замка кольца в свободном состоянии, А	дм	0,188
Радиальная толщина кольца ,t	дм	0,050
Высота кольца ,b	дм	0,030
* Твёрдость по Бринеллю: кольцо,                                             гильза,                                             поршень	НВк НВг	700 / 100 230 90
Коэффициент микрорезания		1,77
Передаточное число коробки передач при разгоне                                       для порожнего автомобиля	iw г iw п	3,1 2,4
1	2	3
Коэффициент, учитывающий процент движения по типам дорог : в городе                             в пригороде                             подъездные пути	a1 a2 a3	0,5 0,46 0,04
Коэффициент использования пробега	b	0,68
Коэффициент сопротивления движению: - городские и пригородные дороги     - подъездные пути	y1,2 y3	0,02 0,04
* * Скорость движения автомобиля, Va                    в городских условиях ,Va1                    в пригороде , Va2                             на подъездных путях, Va3	км / ч	25  (30) 35  (40) 5   (10)
Год начала выпуска двигателя, Т	-	1983
Измерительное давление, Рi	Па 105	2,35
Атмосферное давление, Р2	Па 105	1,01
Начальная площадь в замке кольца, F2-0	мкм2 104	9,50
Среднеквадратичное отклонение начальной площади в замке кольца, sF2-0	мкм2	5175
Предельная площадь зазора в замке кольца, F2-п	мкм2104	42,6
Показатель степени, a		1,4
Среднеквадратичное отклонение погрешности диагностирования , sDF2-1		19215
Нагрузка на седельно-сцепное устройство	кгс	8100
Допустимая масса полуприцепа	кг	19100
Собственная масса	кг	6800
В том числе на переднюю ось	кг	3500
В том числе на тележку	кг	3500
Максимальная скорость автопоезда	км/ч	80 – 100
Передаточное число главной передачи		7,22(6,53; 5,94)
Размер шин		260R508
Статический радиус ведущего колеса	м	0,488
Лобовая площадь	м2	6,74
Коэффициент обтекаемости	Н*с2/м4	0,6
Рассматриваемая деталь		Компресси-онное кольцо

** В скобках данные приведены для порожнего автомобиля.

3. Расчёт параметров распределения ресурсов детали автомобильных     двигателей.

п.3.1. Расчёт параметров распределения ресурсов детали автомобильных двигателей по результатам их наблюдения в эксплуатации.

п.3.1.1.Параметры распределения ресурсов детали рассчитываются на основе обработки статистической информации об отказах, наблюдаемых в эксплуатации, и используются для разработки стратегии поддержания работоспособности, оценки долговечности и безотказности конструкции и потребности в запасных частях.

Выявим наибольшее l_maxи наименьшееl_minзначения наработки и определим ширину интервалов группирования по формуле:

Dl = (l_max-l_min) / 1+ 3,2_*lg N , тыс. км,где

N — общее число наблюдений, N= 66

                                                                     

                         ТАБЛИЦА 2.

Значения ресурсов l( расставлены по возрастанию), тыс. км.            

66,3	132,5	156,4	164,1	180,3	188,4	197,0	211,4	219,6	229,1	241,9
87,7	136,7	156,9	164,5	181,0	188,7	198,5	212,0	220,8	233,1	242,7
96,7	138,0	157,0	168,4	182,1	189,1	200,2	213,7	221,7	233,6	246,9
107,2	140,9	158,0	170,2	182,7	190,1	205,7	214,0	223,7	237,6	251,1
112,5	151,6	158,8	172,7	187,3	190,9	206,8	214,2	226,0	238,4	268,8
126,4	155,0	159,4	173,9	188,2	194,5	211,3	214,6	226,5	241,7	312,5

S= 12470,2 (тыс. км)

Dl =36,086 » 36 тыс. км.

п.3.1.2.Подсчитаем частоты попадания случайной величины ресурса l в интервале группирования. Выберем начальное l_ни конечное l_нзначения величины, которые берутся ближе к целочисленному l_maxиl_min .

l_н= 66 ; l₁ =66 +36 =102; l₂ =102 +36 =138 ; l₃ =138 +36 =174;

l₄= 174 +36=210; l₅ =210 +36 =246; l₆= 246 +36 =282; l₇ =282 +36 =318;

l_н= 66и l₇ = l_к = 318 (тыс. км)

l_н              l₁                   l₂                   l₃                    l₄                    l₅     l₆                    l_к                                                                                                                                       

66               102             138              174                 210                246              282                  318

Чертим прямую и разбиваем на интервалы равные от 66 до 318 тыс. км.

п.3.1.3.Определим какое количество ресурсов попадает в интервалыи определим середины этих интервалов. Для удобства пользования данные вычислений занесём втаблицу 3.

                                                                                                ТАБЛИЦА 3.

Определение частоты попадания ресурсов в заданные интервалы.

No интервала	Границы интервалов (тыс. км)	Середины интервалов (тыс. км)	Частота попадания в интервал , ni
1	66 - 102	84	3
2	102 - 138	120	6
3	138 - 174	156	15
4	174 - 210	192	17
5	210 - 246	228	21
6	246 - 282	264	3
7	282 - 318	300	1

п.3.1.4.Определение параметров и характеристик нормального закона. Плотность вероятности f(l)нормального закона имеет вид:

               _     ____             _    _           _

f (l)= 1/ (s _* Ö 2p ) _*exp[ - ( l_i  - a ) ²/2 s² ], где

_   _

aи s -- параметры нормального закона распределения;

exp (z) – форма представления числа е в степени z : exp (z)= e^z

а)  вычислим математическое ожиданиеa по формуле:

     _{_                 r}__{_}    

     a = 1 / N_* Sl_{i *} n_i , где

                      ⁱ⁼¹

r – количество интервалов;

N – общее число наблюдений;

l_i– середины интервалов;

n_i – частота попадания в интервалы.

_{_}

а = 1 / 66_* ( 84_*3 + 120_*6 + 156_*15 + 192_*17+ 228_*21 + 264_*3 + 300_*1) =

= 1  / 66 _*12456 = 188,72727  » 188,73 (тыс. км )

б) Рассчитаем среднеквадратичное отклонение sпо формуле:

_       ________________________

s = Ö 1 / (N - 1) _* S (l_i - a)² _* n_{i ,}    (тыс. км)

_       _____________________

s = Ö 1 / (66 - 1) _* S (l_i - a)² _* n_{i ,}= 46,2898 » 46,29 (тыс. км)

в) вычислим значения эмпирической плотности распределения вероятностей f_э(l_i) по интервалам наработки:

_{_}

f_э(l_i) = n_i / (N _* Dl) ,

г) рассчитаем нормированные и центрированные отклонения середины интервалов:

_           _   _         _{_}

y_i = (l_i- a) / s ,

д)определим значения теоретической плотностираспределения вероятностей f_т(l_i) по формуле:       _{_                    _}

f_т(l_i) = (1 / s) _* f_о(y_i), где

                                ___

f_о(y_i) = (1 / Ö2p) _* exp( -y_i² / 2)

Полученные значения расчетов в пунктах в, г,дсведем в таблицу 4.

                                                                                                          ТАБЛИЦА 4.

Таблица вычислений эмпирической и теоретической плотности распределения вероятностей и нормированных и центрированных отклонений середины интервалов.

n i Параметры	yi	fэ(li)	fо(li)	fт(li)
n1	-2,262	0,0013	0,0333	0,0007
n2	-1,485	0,0025	0,1333	0,0029
n3	-0,707	0,0063	0,3278	0,0071
n4	0,071	0,0072	0,4	0,0086
n5	0,848	0,0088	0,2857	0,0062
n6	1,626	0,0013	0,1089	0,0023
n7	2,404	0,0004	0,0222	0,0005

е)По результатам расчетов строим на рисунке 1 гистограмму: эмпирическую кривую, распределение плотностейвероятностей f_э(l_i), теоретическую кривую распределения f_т(l_i) и выравнивающую кривую.

Рис.1. Гистограмма середины интервалов, кривая распределения плотностейвероятностей f_э(l_i), теоретическую кривую распределения f_т(l_i) и выравнивающая(огибающая)  кривая.

п.3.1.5.Проверка согласия между эмпирическим и теоретическим (нормальным) законом распределенияпо критерию c² Пирсона :

а.) Определим меру расхождения c²между эмпирическим и теоретическимраспределениями:

        _r

c²= S (n_i - n_i`)<sup>2</sup> / n<sub>i</sub>` ,  где

        ⁱ⁼¹

n_i и n_i`-- соответствие эмпирической и теоретической частоты попадания случайной величины в i-ый интервал.

Для удобства вычислений критерий c² определим по формуле:

                                   _{r             _                _                    _}

c² = N _* Dl _* S [ f_э(l_i) - f_т(l_i) ]² / f_т(l_i) ,

                                  ⁱ⁼¹

c² =5,12

б.) Вычислим число степеней свободы m( при этом интервалы, в которых частоты n_iменьше 5-ти объединим с соседними интервалами):

m = r₁ - k - 1, где

r₁ --число интервалов полученное при объединении;

k– количество параметров закона распределения.

Нормальный закон является двухпараметрическим и определяется математическим ожиданиеми средним квадратичным отклонением , т.е. k=2.

m = 4-2-1 = 1

в.) По значениям c² и m определим вероятность согласия P(c²) теоретического и эмпирического измерения P(c²) = P(5,12) = 0,0821; Р(c² ) > 0,05, значит эмпирическое распределение согласуется с нормальным законом распределения.

п.3.1.6.   Определение оценок показателей надёжности детали:

а) рассчитаемзначение среднего ресурса R при нормальном законе распределения, который численно равен математическому ожиданию а, поэтому R=а = 188,73 (тыс. км)

б) рассчитаем вероятность безотказной работы детали по интервалам наработки по формуле:

_{_      _                         r}

P(l_i) = (N - S n_i / N) ,

                                  ⁱ⁼¹

P(l₁) = (66-3)/66 = 0,95;……………………………………………... P(l₇) =(66-66)/66 = 0

в) построим кривую вероятности безотказной работы детали P(l_i)в зависимости от ее наработки lна рисунке 2.

Рис.2 График P(l_i)кривая вероятности безотказной работы детали в зависимости от наработки l.

п. 3.2. Расчёт параметров распределения ресурсов детали по корреляционным уравнениям долговечности.

Для сбора данных по эксплуатационной надежности агрегатов автомобиля требуется 5-6 лет, поэтому оценка долговечности новых моделей двигателей производится на основе аналогии, ускоренных испытаний и прогнозных моделей .

Одним из направлений прогнозирования является разработка полуэмпирических моделей, представляющих собой корреляционную зависимость линии регрессии между величинами, характеризующими уровень нагруженности, и показателем ресурса рассматриваемой детали.

Для деталей двигателя данный подход реализован в виде корреляционных уравнений долговечности:

К = А+В(R - С*n)^-1,где

К- критерий нагруженности;

А, В, С -- коэффициенты;

R -- средний ресурс детали;

n = Т-Т₀=1980-1970=10 - прогнозируемый период (Т- год начала выпуска двигателя, Т₀- 1970 год точка отсчета прогнозируемого периода).

Критерий нагруженности рассчитывается по формуле:

К_к = k_м^к_*k_т*S_к(p_R + 0.1D²_*p_i*b^-_1*r^-1),

средний ресурс рассчитывается уравнением: К_к = - 25,2 + 81840 / (R_к - 2,75n), где

k_м^к -- удельный критерий физико-механических свойств кольца;

k_т-- удельный критерий тепло напряженности;

p_R -- удельное давление на стенку цилиндра от сил упругости кольца МПа;

D  -- диаметр цилиндра, дм;

p_i-- среднее значение индикаторного давления, МПа;

b  -- высота верхнего компрессионного кольца, дм;

r =0,5(D - t) -- радиус осевой линии кольца, дм;

t   -- радиальная толщина кольца , дм;

S_к -- путь трения кольца, м/км;

l-- отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;

S  -- ход поршня, м;

r --плотность материала кольца, Н/м³ .

п.3.2.1. Расчет критерия нагруженности детали двигателя включает следующие этапы:

а) Находятся значения сопротивлений дороги Р_yij, воздуха P_wij, разгона P_gijавтомобиля при заданных вариантах дорожно-транспортных условиях эксплуатации:

Р_yij = (G_a + gq_н )y_i(H), где                                                                                                  {1}

G_a -- сила тяжести снаряженного автомобиля, Н;

q_н-- номинальная грузоподъемность, Н;

g   -- коэффициент использования грузоподъемности, g=1;

y_i -- коэффициент сопротивления движению .

G_a = 15125*9.8 = 148225 (Н),

q_н = 8100*9.8 =79380(Н),

(79380+148225)*0.04=9104,23175,21587,62964,54552,1

P_wij = (kF*V²_aij)/13(H),где                                                                                                   {2}

k -- фактор обтекаемости автомобиля, Н*с²/м² ;

F – лобовая площадь автомобиля, м²_;

V_aij-- скорость движения автомобиля в груженом и порожнем состоянии по различным типам дорог , км/ч .

P_gij = k_i [( M_e× i_o× i_wj×h)/r_k](H),где                                                                                   {3}

k_i- коэффициент, учитывающий инерционные нагрузки(междугородние перевозки - k_i=0, город и подъездные пути k_i = 0,2 , карьеры k_i = 0,3);

M_e - максимальный крутящий момент M_e = 700, Н_*м;

i_o× - передаточное число главной передачи i_o = 7,22;

i_wj - передаточное число коробки передач в j-м весовом состоянии .

ТАБЛИЦА 5.

Значения рассчитанных сил сопротивлений дороги,воздуха и разгона .

Транспортные условия	Город	Пригород	Подъездные пути
Рассчитываемые параметры	Рyj	PW1j	PY1j	Py2j	Pw2j	P y3j	PW3j	PY3j
Груженый автомобиль	4552,1	194,423	5778,958	4552,1	381,069	9104,2	7,777	5778,958
Порожний автомобиль	1587,6	279,969	4474,033	1587,6	497,723	3175,2	31,108	4474,033

б) Рассчитываются средние значения эффективного давления P_eijдля заданных условий эксплуатации исходя из уравнения мощностного баланса, с тем, чтобы учесть влияние дорожно-транспортных условий и конструктивных особенностей трансмиссии автомобиля на нагруженность деталей двигателя:

P_eij =ååa_ib_j[(1.25r_k×10^-2)/(V_h×i_o×i_kij×h_т)]×[(1–k_i)(P_yij+P_wij)+P_gij] , где

r_k - динамический радиус колеса, м; на дорогах с твёрдым покрытием r_k» r_ст ;

V_h - рабочий объем цилиндров двигателя, л;

i_o - передаточное число главной передачи;

i_kij - средневзвешенное передаточное число коробки передач;

h_т– к.п.д. трансмиссии автомобиля;

a_i, b_j – коэффициенты, учитывающие распределение пробега автомобиля по типам дорог

åa_i = 1 и использование пробега åb_j= 1;

P_yij, P_wijP_gij- соответственно сопротивления дороги, воздуха и разгона в i-м весовом состоянии на j-м дорожном покрытии, Н .

i_kij= 0,6×V_max(åb_jåa_i×V_ij)^-1,где

V_max - максимальная скорость автомобиля, км/ч;

V_ij - средняя скорость автомобиля в i-м весовом состоянии при j-х дорожных условиях,

V_ij=b(a₁×V_а1г+a₂×V_а2г+a₃×V_а3г)+(1-b)(a₁×V_а1п+a₂×V_а2п+a₃×V_а3п),где

b - коэффициент использования пробега .

V_ij=0.68*(0.5*25+0.46*35+0.04*5)+(1-0.68)*(0.5*30+0.46*40+0.03*10)=30,368,(км/ч),

i_kij= 0.6*90/30.368 =1,778

0.5*0.68*((1.25*0.488*0.01)/(9*7.22*1.778*0.9))*((1-0.02)*(3175.2+31.108)+04474.033)=0,1519127

Значение средневзвешенного эффективного давления Р_е определяется по формуле :

Р_е = b(a₁×Р_е1г+a₂×Р_е2г+a₃×Р_е3г)+(1-b)(a₁×Р_е1п+a₂×Р_е2п+a₃×Р_е3п), где

b- коэффициент использования пробега;

a_i - коэффициент, учитывающий процент движения автомобиля по типам дорог;

Р_егi, Р_епi - среднее эффективное давление при движении автомобиля в груженом и

порожнем состоянии по различным типам дорог .

0.68*(0.5*0.2080473+0.46*0.09642883+0.04*0.293379)=0.1088789

(1-0.68)*(0.5*0.1257443+0.46*0.04076188+0.04*0.15191270)=0.02806372; P_e=0,1369426 , МПа

ТАБЛИЦА 6.

Таблица рассчитанных значений давления.

Транспортные условия	Город	Пригород	Подъездные пути	Среднее значение параметров
Рассчитываемые параметры	Pe1j	Pe2j	Pe3j	Pe	Pм	Pi
Гружёный автомобиль	0,2080473	0,09642883	0,293379	0,1088789	0,2067211	0,3156
Порожний автомобиль	0,1257443	0,04076188	0,1519127	0,02806372	0,2067211	0,2347848

                                                                                                                                S 0,1369426     0,2067211       0,3436637

Для определения Р_м используется зависимость:

P_м = А+В*с_m, где

А, В --  коэффициенты, устанавливаемые экспериментально;

с_m = (2S×i_o× 0,6V_max)/(60× 0.377×r_k)

c_m  -- средняя скорость поршня, м/с;

c_m  = (2*0.12*7.22*0.6*90)/(60*0.377*0.488) =8,476757 , м/c

P_м = 0.105+0.012*8.476757 =0,2067211 (МПа).

Определим среднее индикаторное давление .

Р_i = P_e + P_м, (МПа)

Р_i= 0,1369426+0.2067211= 0,3436637 МПа

п.3.2.2. Рассчитаем значение удельного давления, возникающего от сил упругости компрессионного кольца:

P_R = (0.424*E*A)/[(3-x)*D*(D*t^-1-1)³], (МПа), где

Е - модуль упругости, МПА;

x - постоянная, зависящая от эпюры давления (x=0,196);

А - зазор в замке кольца в свободном состоянии.

P_R=(0.424*1.2*100000*0.170)/((3-0.196)*1.2*(1.2*(1/0.05)-1)*23*23)=0,2112775 Мпа ,

п.3.2.3. Определяется критерий физико-механических свойств материалов рассматриваемого сопряжения цилиндропоршневой группы :

а) гильза - компрессионное кольцо :

К_м^к =(e_0,2^t_*НВ_к^m_*НВ_гⁿ)/(НВ_к+НВ_г), где

e_0,2^t - коэффициент микрорезания;

НВ_к, НВ_г – соответственно, твердость по Бринеллю кольца и гильзы, ед.;

m, n - показатели степени, при расчете ресурса кольца принимаются n=2 и m=1,5.

К_м^к =(1,59*700^1,5_*230²)/(700+230) = 1675008

Удельное значение критерия найдем из соотношения :

k_м = 1/ lgК_м

k_м = 1/log1675008= 0,16066794

п.3.2.4. Оценивается критерий теплонапряженности детали:

К_т = D^0.38_* c_m^0..5 [ (632p_i)/(H_H*h_i)]^0.88, где

H_H - низшая теплотворная способность топлива, для дизельного топлива H_H=42496кДж/кгК_т = 0,12^0.38*8,476757^0.5*((632*0,3156)/(42496*0,45))^0.88 =0,023458596

Определим удельное значение критерия теплонапряженности:

k_т = К_т / К_т^max, где

К_т^max - предельное значение критерия теплонапряженности для рассматриваемой конструкции двигателя:

с_m = (2S*n_e)/60

с_m= (2*0.12*2600)/60 =10.4;

р_е = [(0.314*t*M_e)/V_h ] *10^-2 ,

p_e= ((0.314*4*700)/9)*0.01 = 0,9768888, МПа

К_т^max= 0.12^0,38*10.4^0,5*((632*0.9768888)/(42496*0.45))^0.88 = 0,0702317

k_т = 0.023458596/ 0.0702317=0,3340172

п.3.2.5.Рассчитаем путь трения компрессионного кольца за один километр пути:

S_т = (100*S*i_o*i_kij)/(p*r_k),

S_т= (100*0.12*7.22*1.778 )/(3.14*0.488) =100,5312 ,м/с

На основании рассчитанных параметров определим критерий нагруженности :

К_к = k_м^к_*k_т*S_к(p_R+0.1D²_*p_i*b^-1_*r^-1)

К_к=0.16067*0.3340*1005.312*(0.2112775+(0.1*1.2*1.2*0.34367*(1/0.03)*(1/(0.5*(1.2-0.05)))))=166,1719

Из корреляционного уравнения долговечности:

К_к = -25,2+81840/(R_к-2,75n)  определим средний ресурс детали:

R_к = 81840 / (К_к + 25,2) + 2.75n

R_к=(81840/(166.1719+25.2) +13*2.75)=463,399,(тыс.км) .

п.3.2.6. Определим среднеквадратичное отклонение распределения ресурсов детали:

Вычислим коэффициент вариации по корреляционной зависимости

V= 16,507 R^-0,807,

V = 16,507*463.399^-0,807 = 0,1165

среднеквадратичное отклонение вычисляется из соотношения :

s_R =V × R

s_R= 0.1165*463.399 =53,98598, (тыс.км)

Для построения кривой распределения плотности вероятности нормального закона рассчитаем:

                        ____

f(l) = 1/(s_R×Ö 2p)_*exp.(-(l_i - R_k )2 /2s_R²)

ТАБЛИЦА 7.

Таблица рассчитанных значений для кривой распределения плотности вероятности

l(т.км)	84	120	156	192	228	264	300	336	372	408	444	480	516	552	588	624
f (li)	0,00	0,00	0,00	0,00	0.00	0.00	0.00008	0.00046	0.00176	0.00436	0.00693	0.00705	0.0046	0.00192	0.0016	0.00009

По результатам расчетов построим кривую распределения ресурсов детали по КУД на рис.4..

п.3.3. Расчет параметров распределения ресурсов детали автомобильного двигателя по комбинированному прогнозу.

Комбинированный прогноз рассматривается как задача принятия решения в условиях неопределенности с вероятной оценкой непротиворечивости результатов.

п.3.3.1. Комбинированный прогноз составляется с учетом параметров плотности распределения ресурсов, полученных в результате их расчета по КУД и обработки статистических данных распределения ресурсов детали автомобильных двигателей в эксплуатации. Для нормальных законов распределений с параметрами а и s (обработка статистических данных) и Rиs_R(определение по КУД) параметры распределения ресурсов по комбинированному прогнозу определяются следующими зависимостями.

f_S (t) = (2pD_S)^-0.5 exp(-((t-t_S)² / (2D_S)),где

Математическое ожидание определяется по формуле:

t_å = x₁*R+x₂*a,

t_å= 0.5772487*463.399+0.4227513*188.73 =347,2823, (тыс. км)

Среднеквадратичное отклонение вычисляется по формуле:

D₁ = s² ; D₂ = s_R²

D_S = x₁² D₁ + x₁²D₂ ;

________________

s_å = Öx₁²*s_R²+x₂²*s², где

x_1, x₂ - весовые коэффициенты, определяемые по формуле:

x₁=s²/(s_R²+s²) ;

x₂=s_R² / (s_R²+s²);

x₂= 53.98598² / (46.2²+53.98598²) =0,5772487;

x₁= 46.2² / (46.2² +53.98598²) =0,4227513.

D₁ = 46.2² =2134,44 ; D₂ = 53.98598² =2914,486

D_S = 0.5772487² _*2914.486 +0.4227513² _*2134.44=1352,618

            ______________________________

s_å=Ö0.5772487² *53.98598² +0.422751²* 46.2² = 36.772

Рассчитываем значения для теоретической кривой распределения плотности вероятности нормального закона с параметрами полученными по комбинированному прогнозу и по полученным данным построим кривую нарис 4..

ТАБЛИЦА 8.

Таблица рассчитанных значений для теоретической кривой распределения плотности вероятности.

t(т.км))	84	120	156	192	228	264	300	336	372	408	444	480	516	552
f(t)	0.00	0.00	0.00	0.00001	0.00056	0.00083	0.00475	0.01084	0.00865	0.00276	0.00034	0.00017	0.00	0.00

Рис . 4. Графики распределения плотности вероятности .

п.4. Определение доверительных границ изменения структурного параметра технического состояния цилиндропоршневой группы и наработки до первого ресурсного диагностирования.

Детали ЦПГ функционально сопряжены между собой, поэтому в качестве структурного параметра выбираются интегральные показатели. Рассматриваются три основных параметра: зазор в замке верхнего компрессионного кольца, зазор в сопряжениях кольцо-канавка поршня и зазор между гильзой и юбкой поршня.

Однако лимитирует надежность ЦПГ, как правило, износ верхнего компрессионного кольца по радиальной толщине. Глубина диагностирования определяется уровнем, при котором оценивается значение параметра технического состояния предопределяющего ремонт узла. Для деталей ЦПГ, с учетом изложенного, в качестве структурного параметра может быть выбрана площадь зазора в замке верхнего компрессионного кольца (F_2-i).

В качестве модели, адекватно отражающей изменение структурного параметра одноименных деталей , используется степенная функция:

F_2-i­ = F_2-0+g_it^a, где

F_2-0 - среднее значение начальной площади в замке компрессионного кольца, мкм²;

g_i - средняя скорость изменения F_2-i­ мкм²/ тыс.км;

t- наработка, тыс.км;

a - показатель степени функции изменения параметра .

Для определения доверительных границ используется зависимость среднего квадратического отклонения структурного параметра s_F2-i от наработки:

s_F2-i² = s_F2-i²+s_gi² t^2a, где

s_F2-i, s_gi - среднее квадратическое отклонение F_2-0 и g_i.

Расчет проводится по следующим этапам .

1. Определяется значение:

g_i = (F_2-п - F_2-0)/R^a, где

F_2-п - предельное значение структурного параметра, мкм²;

g_i= ((42.6-9.5)*10000)/ 463.399^1.4=61.304305

2. На основании метода линеаризации после преобразования уравнений оценивается s_gi:

s_gi = [a²((g_i^(2+2a)/a/(F_2-п-F_2-0)^2/a))s_R²-(g_i²/(F_2-п-F_2-0)²)s_F2-0²]^1/2.

s_gi= (1,4²_* ((61,304^3,43 /331000^1,43) _*53,98598²- (61,304² /331000²)_*5175²)^0,5 =

=(1.96*((1352342.7/78226492)*2914.486-(3758.1804/109561000000)*26780625))^0.5 = 9.846

3. Находятся доверительные границы изменения параметра , используя в качестве F_2-0,

s_F2-0 , g_i , s_gi их оценки:

F_2-i^BH = (F_2-0 ± t_bs_F2-0)+(g_i±f t_bs_gi)t^a, где                                                              {26}

F_2-i^B, F_2-i^H - текущие значения верхнего и нижнего доверительных пределов структурного параметра, мкм²;

t_b- статистика Стьюдента для b=0,95;

R²(t­₁,t₂) =0,8 - нормированная корреляционная функция, деталей ЦПГ;

ТАБЛИЦА 9.

Таблица рассчитанных значений границ изменения параметров.

l (i)	84	120	156	192	228	264	300	336	372	408	444	480	516	552	588	624
FB, 104	13.97	11.4	18.74	21.52	24.51	27.7	31.07	34.61	38.3	42.13	46.11	50.21	54.44	58.79	63.26	67.83
FH ,104	11.09	12.77	14.67	16.76	19.01	21.41	23.94	26.6	29.37	32.25	35.24	38.33	41.51	44.78	48.13	51.57

        ___________

f=Ö 1-R²(t­₁,t₂) - коэффициент перемешивания реализаций;

На основании расчетов, для 5-6 значений структурного параметра в диапазоне от

± t_b F_2-0 до F_2-п изображаются на рис. 5, кривые нижней и верхней границ в таблице 9..

4.Определяются минимальное R^в и максимальное R^н значения ресурса деталей. Для этого в уравнение {26} подставляютсяF_2-i^B= F_2-п, тогда:

R^вн = {[ F_2-п -(F_2-о± t_bs_F2-o)] / (g_i ± f t_bs_gi)}^1/a ,                                                      {27}

R^в =((42.6*10⁴-(9.5*10⁴+1.96*5175))/ (61.3+0.45*1.96*9.846))^1/1.4= 412.31 , мкм²

R^н= ((42.6*10⁴-(9.5*10⁴-1.96*5175))/ (61.3+0.45*1.96*9.846))^1/1.4= 430.76 , мкм²

Рис.5 . Графики верхней и нижней границ изменения параметра.

5. Оценивается наработка до первого ресурсного диагностирования:

tg₁ = R_в - L_тo, где                                                                                                              {28}

Lтo - периодичность TO-2, устанавливается с учетом марки и условий эксплуатации автомобиля,

tg₁= 430 -12 = 418, т. км

5. Прогнозирование остаточного ресурса детали ЦПГ автомобильного двигателя на основе результатов диагностирования.

Прогнозная оценка остаточного ресурса осуществляется на основе математической модели изменения параметра в функции наработки. Значение структурного параметра при tg_i определяется на основе результатов диагностирования ЦПГ.

п.5.1. Определение структурного параметра на основе результатов диагностирования.

В качестве средства ресурсного диагностирования ЦПГ может быть использован пневмотестер модели К-272. Принципиальная схема измерения площади в замке верхнего компрессионного кольца по величине падения сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр, представлена на рис. 6.

Значение структурного параметра рассчитывается нa основании следующей зависимости:

F_2-1 = K(2Dp / ([1-(p₂ / p_i²]p_i))^1/2, где                                                              {29}

К=(m₁/m₂)_*­F₁/3,13 ,

К-коэффициент, учитывающий соотношение коэффициентов сопротивления истечения через входное соплоm₁ и зазор кольца m₂, а также площадь входного сопла (К=0,542•10⁶ мкм²);

   

                                                                                         6

                                                                                                5         

                                         2           3

                          1    

                                                       4

Рис. 6 . Принципиальная схема диагностирования ЦПГ пневмотестером модели К-272 :

1 – фильтр; 2, 3 - блок питания; 4 - входное сопло; 5 - измерительный блок; 6 - манометр.

р₂ - атмосферное давление;

Dр = р_о – p_i ,

Dp - величина падения давления сжатого воздуха, подаваемого в цилиндр, Па;

р_o - рабочее давление (р_o = 0,26•10⁶ Па);

p_i - измерительное давление, полученное в результате диагностирования, Па.

В соответствии с зависимостью{29}, рассчитывается значение F_2-1, соответствующее величине p_i, из условия задания, и несколько произвольно выбранных значений в диапазоне от начальной до предельной площади в замке. На основании полученных значений строится зависимость F_2-i = f(p_i).

ТАБЛИЦА 10.

Таблица рассчитанных значений F_2-1, при изменении давления.

pi	0.25*106	0.2*106	0.21*106	0.215*106	0.22*106
F2-1	27,7*104	48,6*104	42,6*104	39,7*104	37,69*104

Рис.7. Зависимость изменения зазора кольца от изменения давления.

п.5.2.Прогнозирование остаточного ресурса детали двигателя по степенной модели на основе результатов диагностирования.

Возможны два варианта прогнозирования остаточного ресурса по степенной модели: аппроксимация статистических данных и использование модели с заданными показателями степени для рассматриваемого сопряжения. В курсовой работе примем второй вариант. В качестве модели, отражающей зависимость структурного параметра от наработки, используется уравнение {22}.

п.5.2.1. Рассчитываются скорости изменения верхней (g_д^в) и нижней (g_д^н) границ структурного параметра:

g_д^в = [(F_2-1+ ft_bs_F2-0) - (F_2-0 - t_bs_F2-0)] / tg₁^a .                                                              {30}

g_д^н = [(F_2-1- ft_bs_F2-0) - (F_2-0 + t_bs_F2-0)] / tg₁^a , где                                                        {31}

t_b- статистика Стьюдента для b=0,95;

F_2-0 - начальное значение площади в замке компрессионного кольца, мкм²_*10⁴;

tg₁ - наработка до первого ресурсного диагностирования;

s_F2-1 - среднее квадратическое отклонение погрешности диагностирования, мкм²;

s_F2-0 - среднее квадратическое отклонение начальной площади в замке кольца, мкм²;

a - показатель степени.

g_д^в = 66,75;   g_д^н= 38,98

п.5.2.2. По результатам диагностирования определим границы изменения структурного параметра:

F_2-i^вд=(F_2-0 - t_bs_F2-0) +g^в_*t^a,                                                                           {32}

F_2-i^нд= (F_2-0 + t_bs_F2-0)+g^н_*t^a, где                                                                     {33}

F_2-0 - начальное значение площади в замке компрессионного кольца, мкм²_*10⁴;

t_b- статистика Стьюдента для b=0,95;

s_F2-0 - среднее квадратическое отклонение начальной площади в замке кольца, мкм²;

t – середины интервалов, тыс.км;

g^в, g^н – соответственно верняя и нижняя границы скорости изменеия структурного параметра.

Полученные результаты сведем в таблицу 11.

ТАБЛИЦА 11.

Таблица рассчитанных значений границы изменения структурного параметра:

l(т.км)	48	84	120	156	192	228	264	300	336	372	408	444	480	516	552
F B	9.9	12.4	14	16.3	18.9	21.8	24.8	28	21.5	35.5	39.5	42.9
F H	9.5	10.8	12.3	14	15.8	17.8	20	22	25	27.3	30.3	33	36.6	39	43

На основании полученных результатов строятся кривые верхней и нижней границ изменения структурного параметра, определенные по результатам диагностирования.

Рис.8. Графики кривых верхней и нижней границ изменения структурного параметра

п.5.2.3. Оценивается ресурс ЦПГ по верхней (R_д^в) и нижней (R_д^н) границам реализаций:

R_д^в = [( F_2-п- (F_2-0 - t_bs_F2-0)) /g^в ]^1/a,                                                              {34}

R_д^н = [( F_2-п- (F_2-0 + t_bs_F2-0)) /g^н ]^1/a,                                                             {35}

R_д^B = 473,4 ; R_д^H = 550,57

Находятся границы остаточного ресурса ЦПГ:

R_ост^В = R_д^В – tg₁;                                                                                                                 {36}

R_ост^Н = R_д^Н – tg₁ .                                                                                                                 {37}

R_ост^В = 473.4 - 418 =55,4; R_ост^В = 550.57- 418=132,57

R_ост^H - R_ост^В = 132.57-55.4=77,17

Анализируются результаты расчетов R_ост^ВН с позиции принятия решения о периодичности и объеме ремонтных воздействий, исходя из следующих условий:

R_ост^В - L_ТО Þ55.4 Ë 13условие не выполняется.

ìR_ост^В > L_ТО;                                              55,4 >13

í                                   -- планируется ремонт двигателя при пробеге R^В;

îR_ост^Н – R_ост^В < L_ТО                                               77.17<13- условие не выполняется

ìR_ост^В > L_ТО;                                              55,4>13

í                              -- планируется повторное диагностирование при пробеге tg₂ = R^В –L_ТО

îR_ост^Н – R_ост^В > L_ТО .                                                           77.17>13            

Значит проводится повторное диагностирование при пробеге равном:

tg₂ = 55.4 - 13 = 42,4 (тыс.км)

6.Выводы.

На основании сопоставления прогнозных оценок параметров среднего ресурса, выполненных по корреляционным уравнениям долговечности и на основе обработки статистических данных, сделано заключение о степени их непротиворечивости и необходимости обучения моделей, по мере накопления экспериментальных данных.

Рассмотрена реализация структурного параметра относительно области его изменения для совокупности одноименных двигателей. Выделены факторы, которые определили ресурс детали, и мероприятия, которые следует провести автотранспортномупредприятию, эксплуатирующему рассматриваемые автомобили, для повышения надежности двигателя.

7.Список литературы:

1.Двигатели внутреннего сгорания. Учебник для ВУЗов. Под редакцией Луканина В.Н. М.: Высшая школа, 1985 г.;

2. Краткий автомобильный справочник. НИИАТ. М.: Транспорт, 1971г.;

3. Методические указания к курсовой работе. СПб.: СЗПИ, 1989г.;

4. Иванов С. Е. Курс лекций по дисциплине техническая эксплуатация автмобилей. СПб.: СЗПИ, 1998г..