Изменение технического состояния автомобиля в процессе эксплуатации, понятие надежности.

В процессе эксплуатации автомобиля в результате воздействия на него целого ряда факторов (воздействие нагрузок, вибраций, влаги, воздушных потоков, абразивных частиц при попадании на автомобиль пыли и грязи, температурных воздействий и т. п.) происходит необратимое ухудшение его технического состояния, связанное с изнашиванием и повреждением его деталей, а также изменением ряда их свойств (упругости, пластичности и др.).

Изменение технического состояния автомобиля обусловлено работой его узлов и механизмов, воздействием внешних условий и хранения автомобиля, а также случайными факторами. К случайным факторам относятся скрытые дефекты деталей автомобиля, перегрузки конструкции и т. п.

Основными постоянно действующими причинами изменения технического состояния автомобиля при его эксплуатации являлся изнашивание, пластические деформации, усталостные разрушения, коррозия, а также физико-химические изменения материала деталей (старение).

Изнашивание — это процесс разрушения и отделения материала с поверхностей деталей и (или) накопление остаточных деформаций при их трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы взаимодействующих деталей.

Износ — это результат процесса изнашивания деталей, выражающийся в изменении их размера, формы, объема и массы.

Различают сухое и жидкостное трение. При сухом трении трущиеся поверхности деталей взаимодействуют непосредственно друг с другом (например, трение тормозных колодок о тормозные барабаны или диски или трение ведомого диска сцепления о маховик). Данный вид трения сопровождается повышенным износом трущихся поверхностей деталей. При жидкостном (или гидродинамическом) трении между трущимися поверхностями деталей создается масляный слой, превышающий микронеровности их поверхностей и не допускающий их непосредственного контакта (например, подшипники коленчатого вала в период установившегося режима работы), что резко сокращает износ деталей. Практически при работе большинства механизмов автомобиля вышеуказанные основные виды трения постоянно чередуются и переходят друг в друга, образуя промежуточные виды.

Основными видами изнашивания являются абразивное, окислительное, усталостное, эрозионное, а также изнашивание при заедании, фретинге и фретинг-коррозии.

Абразивное изнашивание является следствием режущего или царапающего воздействия попавших между трущимися поверхностями сопряженных деталей твердых абразивных частиц (пыль, песок). Попадая между трущимися деталями открытых узлов трения (например, между тормозными колодками и дисками или барабанами, между листами рессор и т.п.), твердые абразивные частицы резко увеличивают их износ. В закрытых механизмах (например, в кривошипно-шатунном механизме двигателя) данный вид трения проявляется в значительно меньшей степени и является следствием попадания в смазочные материалы абразивных частиц и накопления в них продуктов износа (например, при несвоевременной замене масляного фильтра и масла в двигателе, при несвоевременной замене поврежденных защитных чехлов и смазки в шарнирных соединениях и т. п.).

Окислительное изнашивание происходит в результате воздействия на трущиеся поверхности сопряженных деталей агрессивной среды, под действием которой на них образуются непрочные пленки окислов, которые снимаются при трении, а обнажающиеся поверхности опять окисляются. Данный вид изнашивания наблюдается на деталях цилиндропоршневой группы двигателя, деталях цилиндров гидропривода тормозов и сцепления.

Усталостное изнашивание состоит в том, что твердый поверхностный слой материала детали в результате трения и циклических нагрузок становится хрупким и разрушается (выкрашивается), обнажая лежащий под ним менее твердый и изношенный слой. Данный вид изнашивания возникает на беговых дорожках колец подшипников качения, зубьях шестерен и зубчатых колес.

Эрозионное изнашивание возникает в результате воздействия на поверхности деталей движущихся с большой скоростью потоков жидкости и (или) газа, с содержащимися в них абразивными частицами, а также электрических разрядов. В зависимости от характера процесса эрозии и преобладающего воздействия на детали тех или иных частиц (газa, жидкости, абразива) различают газовую, кавитационную, абразивную и электрическую эрозию

Газовая эрозия состоит в разрушении материала детали под действием механических и тепловых воздействий молекул газа. Газовая эрозия наблюдается на клапанах, поршневых кольцах и зеркале цилиндров двигателя, а также на деталях системы выпуска отработавших газов.

Кавитационная эрозия деталей происходит при нарушении сплошности потока жидкости, когда образуются воздушные пузырьки, которые, разрываясь вблизи поверхности детали, приводят к многочисленным гидравлическим ударам жидкости о поверхность металла и ее разрушению. Таким повреждениям подвержены детали двигателя, контактирующие с охлаждающей жидкостью: внутренние полости рубашки охлаждения блока цилиндров, наружные поверхности гильз цилиндров, патрубки системы охлаждения.

Электроэрозионное изнашивание проявляется в эрозионном изнашивании поверхностей деталей в результате воздействия разрядов при прохождении электронного тока, например, между электродами свечей зажигания или контактами прерывателя.

Абразивная эрозия возникает при механическом воздействии на поверхности деталей абразивных частиц, содержащихся в потоках жидкости (гидроабразивная эрозия) и (или) газа (газообразная эрозия), и наиболее характерна для наружных деталей кузова автомобиля (арки колес, днище и т. п.). Изнашивание при заедании происходит в результате схватывания, глубинного вырывания материала деталей и переноса его с одной поверхности на другую, что приводит к появлению задиров на рабочих поверхностях деталей, к их заклиниванию и разрушению. Такое изнашивание происходит при возникновении местных контактов между трущимися поверхностями, на которых вследствие чрезмерных нагрузок и скорости, а также недостатка смазки происходит разрыв масляной пленки, сильный нагрев и «сваривание» частиц металла. Типичный пример — заклинивание коленчатого вала и проворот вкладышей при нарушении работы системы смазывания двигателей. Изнашивание при фретинге — это механическое изнашивание соприкасающихся поверхностей деталей при малых колебательных движениях. Если при этом под воздействием агрессивной среды на поверхностях сопряженных деталей возникают окислительные процессы, то происходит изнашивание при фретинг-корозии. Такое изнашивание может происходить, например, в местах контакта вкладышей шеек коленчатого вала и их постелей в блоке цилиндров и крышках подшипников.

Пластические деформации и разрушение деталей автомобилей связаны с достижением или превышением пределов текучести или прочности соответственно у пластичных (сталь) или хрупких (чугун) материалов деталей. Данные повреждения обычно являются следствием нарушения правил эксплуатации автомобиля (перегрузкой, неправильным управлением, а также дорожно-транспортным происшествием). Иногда пластическим деформациям деталей предшествует их изнашивание, приводящее к изменению геометрических размеров и снижению запаса прочности детали.

Усталостное разрушение деталей возникает при циклических нагрузках, превышающих предел выносливости металла детали. При этом происходит постепенное образование и рост усталостных трещин, приводящих при определенном числе циклов нагрузки к разрушению детали. Такие повреждения возникают, например, у рессор и полуосей при длительной эксплуатации автомобиля в экстремальных условиях (длительные перегрузки, низкие или высокие температуры).

Коррозия возникает на поверхностях деталей в результате химического или электрохимического взаимодействия материала детали с агрессивной окружающей средой, приводящего к окислению (ржавлению) металла и как следствие к уменьшению прочности и ухудшению внешнего вида деталей. Наиболее сильное коррозирующее воздействие на детали автомобиля оказывают соли, используемые на дорогах в зимнее время, а также отработавшие газы. Сильно способствует коррозии сохранение влаги на металлических поверхностях, что особенно характерно для скрытых полостей и ниш.

Старение — это изменение физико-химических свойств материалов деталей и эксплуатационных материалов в процессе эксплуатации и при хранении автомобиля или его частей под действием внешней среды (нагрев или охлаждение, влажность, солнечная радиация). Так, в результате старения резинотехнические изделия теряют эластичность и растрескиваются, у топлива, масел и эксплуатационных жидкостей наблюдаются окислительные процессы, изменяющие их химический состав и приводящие к ухудшению их эксплуатационных свойств.

На изменение технического состояния автомобиля существенное влияние оказывают условия эксплуатации: дорожные условия (техническая категория дороги, вид и качество дорожного покрытия, уклоны, подъемы спуски, радиусы закруглений дорога), условия движения (интенсивное городское движение, движение по загородным дорогам), климатические условия (температура окружающего воздуха, влажность, ветровые нагрузки, солнечная радиация), сезонные условия (пыль летом, грязь и влага осенью и весной), агрессивность окружающей среды (морской воздух, соль на дороге в зимнее время, усиливающие коррозию), а также транспортные условия (загрузка автомобиля).

Основными мероприятиями, уменьшающими темпы износа деталей при эксплуатации автомобиля являются: своевременные контроль и замена защитных чехлов, а также замена или очистка фильтров (воздушных, масляных, топливных), препятствующих попаданию на трущиеся поверхности деталей абразивных частиц; своевременное и качественное выполнение крепежных, регулировочных (регулировка клапанов и натяжения цепи двигателя, углов установки колес, подшипников ступиц колес и т. п.) и смазочных (замена и доливка масла в двигателе, коробке передач, заднем мосту, замена и добавка масла в ступицы колес и т. п.) работ; своевременное восстановление защитного покрытия днища кузова, а также установка подкрылков, защищающих арки колес.

Для уменьшения коррозии деталей автомобиля и в первую очередь кузова необходимо поддерживать их чистоту, осуществлять своевременный уход за лакокрасочным покрытием и его восстановление, производить противокоррозионную обработку скрытых полостей кузова и других подверженных коррозии деталей.

Для предотвращения усталостных разрушений и пластических деформаций следует строго соблюдать правила эксплуатации автомобиля, избегая его работы на предельных режимах и с перегрузками. Автомобиль в процессе эксплуатации может находится в одном из следующих состояний: исправном, неисправном, работоспособном, неработоспособном (непредельном) и предельном.

Исправным называют такое состояние автомобиля, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической документации. Если автомобиль не соответствует хотя бы одному требованию нормативно-технической документации, то он считается неисправным.

Работоспособным состоянием называют такое состояние автомобиля, при котором он соответствует лишь тем требованиям, которые характеризуют его способность выполнять заданные (транспортные) функции, т. е. автомобиль работоспособен, если он может перевозить пассажиров и грузы без угрозы безопасности движения. Работоспособный автомобиль может быть неисправным, например иметь пониженное давление масла в смазочной системе двигателя, ухудшенный внешний вид и т. п. При несоответствии автомобиля хотя бы одному из требований, характеризующих его способность выполнять транспортную работу, он считается неработоспособным.

Переход автомобиля в неисправное, но работоспособное состояние называется повреждением (нарушение исправного состояния), а в неработоспособное состояние — отказом (нарушение работоспособного состояния).

Предельным состоянием автомобиля называют такое состояние, при котором дальнейшее его применение по назначению недопустимо, экономически нецелесообразно либо восстановление его исправности или работоспособности невозможно или нецелесообразно. Таким образом, автомобиль переходит в предельное состояние, когда появляются неустранимые нарушения требований безопасности, недопустимо возрастают затраты на его эксплуатацию либо возникает неустранимый выход технических характеристик за допустимые пределы, а также недопустимое снижение эффективности эксплуатации.

Приспособленность автомобиля противостоять процессам, возникающим в результате вышерассмотренных вредных воздействий окружающей среды при выполнении автомобилем своих функций, а также приспособленность его к восстановлению своих первоначальных свойств определяется и количественно оценивается с помощью показателей его надежности.

Надежность — это свойство объекта, в том числе автомобиля или его составной части, сохранять во времени в установленных пределах значение всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность как свойство характеризует и позволяет количественно оценивать, во-первых, текущее техническое состояние автомобиля и его составных частей, а во-вторых, насколько быстро происходит изменение их технического состояния при работе в определенных условиях эксплуатации.

Надежность является комплексным свойством автомобиля и его составных частей и включает в себя свойства безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости.

Безотказность — это свойство автомобиля или его составной части сохранять работоспособность в течение определенного времени или пробега без вынужденных перерывов для устранения отказов. К основным показателям безотказности относятся следующие.

Вероятность безотказной работы — вероятность того, что в пределах заданной наработки не возникает отказ. Наработка — это продолжительность работы автомобиля или его составной части, выражаемая обычно в километрах пробега или в часах работы.

Средняя наработка до отказа — математическое ожидание наработки автомобиля или агрегата до первого отказа.

Гамма — процентная наработка до отказа — наработка, в течение которой отказ автомобиля или его составной части не возникнет с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.

Средняя наработка на отказ — отношение наработки и математическому ожиданию числа его отказов в течение этой наработки.

Определение показателей безотказности позволяет прогнозировать выход автомобиля и его составных частей из строя и планировать расход запасных частей, а также оптимизировать периодичность и номенклатуру работ по его техническому обслуживанию и ремонту.

Долговечность — это свойство автомобиля или его составной части сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. К основным показателям долговечности относятся следующие.

Средний ресурс — математическое ожидание ресурса. Ресурс — это наработка автомобиля или его агрегата от начала или возобновления его эксплуатации после ремонта до перехода в предельное состояние.

Гамма-процентный ресурс — наработка, в течение которой автомобиль или его составная часть не достигнет предельного состояния с заданной вероятностью у, выраженной в процентах. Средний срок службы — математическое ожидание сроки службы. Срок службы — это календарная продолжительность от начала или возобновления эксплуатации автомобиля или его агрегата после ремонта до перехода в предельное состояние.

Гамма-процентный срок службы — календарная продолжительность от начала эксплуатации автомобиля или его составной части, в течение которой они не достигнут предельного состояния с заданной вероятностью у, выраженной в процентах.

Определение показателей долговечности позволяет нормировать ресурсы и сроки службы автомобилей и их агрегатов.

Ремонтопригодность (эксплуатационная технологичность) — это свойство автомобиля или и его составной части, заключающееся в приспособленности его к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонтов. К основным показателям ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности относятся средняя продолжительность и средняя трудоемкость выполнения технического обслуживания или ремонта определенного вида, которые используются при нормировании работ и сравнении различных автомобилей между собой, а также вероятность выполнения операций технического обслуживания или ремонта определенного вида для оценки возможности их выполнения в заданное время. Для характеристики ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности используется также ряд частных показателей, определяющих влияние конструктивных особенностей автомобиля на трудоемкость и продолжительность его обслуживания и ремонта. К ним относятся, например, количество мест (точек) обслуживания на автомобиле и их доступность, число «марок применяемых эксплуатационных материалов, номенклатура необходимого оборудования и инструментов и др.

Сохраняемость — это свойство автомобиля или его составной части сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортирования. К основным показателям сохраняемости и относится средний срок сохраняемости — математическое ожидание срока сохраняемости автомобиля или его составной части. Срок сохраняемости — это календарная продолжительность хранения и (или) транспортирования автомобиля или его составной части, в течение которой сохраняются значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в установленных пределах.

К основным комплексным показателям надежности автомобиля относятся коэффициенты готовности и технического состояния.

Коэффициент готовности — это вероятность того, что автомобиль окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых его использование по назначению не предусмотрено.

Коэффициент технического использования — отношение математического ожидания интервалов времени пребывания автомобиля в работоспособном состоянии за определенный период эксплуатации к сумме математических ожиданий интервалов времени пребывания объекта в работоспособном состоянии, простоев, обусловленных техническим обслуживанием и ремонтов за тот же период эксплуатации.