Авто и его закономерности

Классификация закономерностей, характеризующих изменение ТСА

Процессы, происходящие в природе и технике, могут быть подразделены на две большие группы: процессы, описываемые функциональными зависимостями, и случайные (вероятностные, стохастические) процессы.

Вероятностные процессы происходят под влиянием многих переменных факторов, значение которых часто неизвестно. Поэтому результаты вероятностного процесса могут принимать различные количественные значения, т. е. обнаружить рассеивание или, как говорят, вариацию, и называются случайными величинами. Таким образом, случайный процесс характеризуется некоторой функцией, значение которой при каждом значении аргумента (например, наработке изделия ) является случайной величиной. В результате наблюдения за случайным процессом, например, изменением конкретного показателя технического состояния группы из п автомобилей в момент t («сечение» этого процесса), получают конкретное значение случайной функции, называемой реализацией случайного процесса. Например, наработка на отказ автомобиля или агрегата является случайной величиной и зависит от ряда факторов: первоначального качества материала деталей; точности обработки деталей; качества сборки; качества ТО и ремонта; квалификации персонала; условий эксплуатации; качества применяемых эксплуатационных материалов и т. п. Случайной величиной является трудоемкость устранения конкретной неисправности, расход материалов, значение параметра технического состояния в определенные моменты времени и т. д.

Для разработки рекомендаций по рациональной технической эксплуатации, совершенствованию конструкции автомобилей необходима информация о закономерностях изменения их технического состояния. К важнейшим закономерностям технической эксплуатации относятся : изменение технического состояния автомобиля, агрегата, детали по времени работы или пробегу (наработке) автомобиля; рассеивание параметров технического состояния и других случайных величин, с которыми оперирует техническая эксплуатация, например продолжительность выполнения ремонтных и профилактических работ; формирование суммарного потока отказов за весь срок службы автомобиля или группы автомобилей.

Закономерности изменения ТС по наработке автомобиля (закономерности 1- го вида)

или степенной функцией

Закономерности первого вида характеризуют тенденцию изменения параметров технического состояния (математическое ожидание случайного процесса), а также позволяют определить средние наработки до момента достижения предельного или заданного состояния.

Источник

Закономерности случайных процессов изменения техническо го состояния автомобилей (закономерности второго вида)

Если одновременно эксплуатируется группа автомобилей, то приходится иметь дело не с одной зависимостью y(t), которая была бы пригодна для всей группы, а с индивидуальными зависимостями y,(t), свойственными каждому автомобилю (рис. 2.3). Применительно к техническому состоянию однотипных автомобилей причинами вариации являются: изменения в качестве применяемых материалов, их обработке, сборки; изменения условий эксплуатации; качество ТО и ремонта; стиль вождения автомобиля и др. В результате при фиксации для группы автомобилей определенного параметра технического состояния, например у_п> каждый автомобиль будет иметь свою наработку до отказа (рис. 2.3, а), т. е. будет наблюдаться вариация наработки.

Если все автомобили обслуживать с единой периодичностью I то, то будет иметь место вариация технического состояния (рис. 2.3, б), которая скажется на продолжительности выполнения работ и на количестве расходуемых материалов и запасных частей.

Поэтому важно знать, какую трудоемкость и продолжительность учитывать и нормировать при организации технического обслуживания и ремонта автомобилей.

Рис. 2.3. Вариации средней величины:

Решение этого вопроса во многом зависит от вариации случайной величины. Характеристиками случайной величины х при п реализациях служат:

1. Случайные величины (от 1 до п) располагают в порядке возрастания или убывания их абсолютных значений:

— размах случайной величины

— среднеквадратическое отклонение, характеризующее вариацию

В технической эксплуатации автомобилей (ТЭА) различают случайные величины (СВ):

Точечные оценки позволяют предварительно оценить качество автомобилей и технологий. Чем ниже средний ресурс и выше вариация (о, L>, z), тем ниже качество и технология его изготовления, ТО и ремонта.

3. Вероятностные оценки средней величины. При вероятностных оценках рекомендуется размах средней величины разбить на несколько (как правило, не менее 5-7 и не более 9-11) равных по длине Ах интервалов (табл. 2.1). Далее следует провести группировку, т. е. определить число случайных величин, попавших в первый (/ц), второй (л₂) и остальные интервалы. Это число называется частотой. Разделив каждую частоту на общее число случайных величин (л₍ + п₂ +. + п_п = п), определяют частость со, — п/п. Частость является эмпирической (опытной) оценкой вероятности Р, т. е. при увеличении числа наблюдений частость приближается к вероятности: со, —> /. Полученные при группировке случайных величин результаты сводятся в таблицу (см. табл. 2.1)., данные которой имеют не только теоретическое, но и практическое значение. Например, по результатам наблюдений можно предположить, что у аналогичных автомобилей при тех же условиях эксплуатации и в интервале наработки 6-8 тыс. км может отказать около 6% автомобилей (со,

Следовательно, имея систематизированные данные по отказам, можно прогнозировать и планировать число воздействий (программу работ), потребности в рабочей силе, площадях, материалах и запасных частях.

4. Вероятность случайного события. В общем виде это отношение числа случаев, отвечающих данному событию, к общему числу случаев.

Вероятность отказа рассматривается не вообще, а за определенную наработку х:

Пример вероятностной оценки случайной величины

Источник

Закономерности изменения технического состояния автомобиля

Процессы в природе и технике (в том числе и при технической эксплуатации) могут быть двух видов: процессы, характеризуемые функциональными зависимостями, и случайные (вероятностные, стохастические) процессы.

Для функциональных процессов характерна жесткая связь между функцией (зависимой переменной величиной) и аргументом (независимой переменной величиной), когда определенному значению аргумента (аргументов) соответствует определенное значение функции. Например, зависимость пройденного пути от скорости и времени движения.

Случайные процессы происходят под влиянием многих переменных факторов, значение которых часто неизвестно. Поэтому результаты вероятностного процесса могут принимать различные количественные значения (т.е. наблюдается рассеивание, или вариация) и называются случайными величинами (СВ).

Случайные процессы могут быть описаны пучком кривых Y_i(t), характеризующих изменение технического состояния конкретных изделий 1, 2, 3,.. i. п (рис. 4.1) от их наработки t. Иными словами, случайный процесс Y(t)может быть описан функцией, которая при каждом новом значении аргумента характеризуется набором нескольких случайных величин. Конкретные значения случайной функции при фиксированном значении аргумента t называются реализацией случайной величины.

При эксплуатации в основном приходится иметь дело со случайными процессами и величинами.

Закономерности изменения технического состояния

автомобиля по его наработке (закономерности ТЭА

У значительной части узлов и деталей процесс изменения технического состояния в зависимости от времени или пробега автомобиля носит плавный, монотонный характер, приводящий к возникновению так называемых постепенных отказов. При этом характер зависимости может быть различным (рис. 4.2). В случае постепенных отказов изменение параметра технического состояния конкретного изделия или среднего значения для группы изделий аналитически достаточно хорошо может быть описано двумя видами функций:

целой рациональной функцией n-го порядка

и степенной функцией

Характерные значения интенсивностей изменения параметров технического состояния механизмов грузовых автомобилей

Наименование параметра технического состояния механизма

Свободный ход педали сцепления

Свободный ход педали тормоза

Зазор между тормозными накладками и барабанами передних колес

Зазор между тормозными накладками и барабанами задних колес

Схождение передних колес

Прогиб ремня ременной передачи

Суммарный угловой люфт карданной передачи

Суммарный угловой люфт главной передачи заднего моста

Достаточно часто закономерности изменения параметров (например, зазора между накладками и тормозными барабанами, свободного хода педали сцепления и др.) описываются линейными уравнениями вида

где a₁— интенсивность изменения параметра технического состояния, зависящая от конструкции и условий эксплуатации изделий.

Закономерности первого вида характеризуют тенденцию изменения параметров технического состояния (математическое ожидание случайного процесса), а также позволяют определить средние наработки до момента достижения предельного или заданного состояния.

Закономерности вариации случайных величин (закономерности ТЭА второго вида)

При работе группы автомобилей приходится иметь дело не с одной зависимостью Y(t),которая была бы пригодна для всей группы, а с индивидуальными зависимостями Y_i (t),свойственными каждому i-му изделию.Применительно к техническому состоянию однотипных изделий причинами вариации являются: даже незначительные изменения от изделия к изделию качества материалов, обработки деталей, сборки; текущие изменения условий эксплуатации (скорость, нагрузка, температура и т.д.); качество ТО и ремонта, вождения автомобилей и др.

В результате при фиксации для группы изделий определенного параметра технического состояния, напримерY_П каждое изделие будет иметь свою наработку до отказа, т.е. будет наблюдаться вариация наработки.Возникает вопрос: какую периодичность ТО планировать для группы однотипных автомобилей.

Если все изделия обслуживать с единой периодичностью l_ТО, то будет иметь место вариация фактического технического состояния (рис. 3б),которая скажется на продолжительности выполнения работ, количестве расходуемого материала и запасных частей.

В этом случае возникают вопросы: какую трудоемкость и стоимость операции планировать, какие потребуются производственные площади, технологическое оборудование, персонал.

При технической эксплуатации приходится сталкиваться и с другими СВ: расход топлива однотипными автомобилями даже на одинаковых маршрутах; расход запасных частей и материалов; число требований на ремонт в течение часа, смены работы поста ремонтной мастерской, станции ТО; число заездов на АЗС и др. Все это сказывается на нормировании и организации ТО и ремонта, определении необходимых для этого ресурсов.

Для решения этих задач необходимо уметь оценивать вариацию СВ.

Источник

Закономерности взаимодействия автомобиля и дороги

Теория взаимодействия автомобиля с дорогой была разработана академиком Е. А. Чудаковым в 30-е гг. XX в. Согласно ей движение автомобиля по дороге происходит при условии полной реализации тяговых возможностей автомобиля. Вращающий момент на коленчатом валу двигателя через

сцепление и коробку передач передается коленчатому валу и далее на ведущие колеса автомобиля и вызывает появление пары сил (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схема действия сил и момента на ведущее колесо

Одна из них – окружная сила , передаваясь на покрытие, направлена в сторону, обратную движению; вторая – сила тяги автомобиля, направлена в сторону движения и вызывает вращение колес автомобиля.

При достаточном сцеплении колеса автомобиля с дорогой в плоскости контакта действует сила реакции дороги Т, равная силе тягии направленная в сторону движения. Только при выполнении условия возможно поступательное движение автомобиля без проскальзывания и пробуксовки колес.

Тяговое усилие затрачивается на преодоление сил сопротивления движению (рис. 3.3).

В общем случае при движении автомобиль преодолевает различные сопротивления: качения; воздушной среды; при движении на подъем ; инерции при переменной скорости движения Р.

Рис. 3.3. Силы сопротивления движению, действующие на автомобиль

ha– расстояние от поверхности дороги до равнодействующей сопротивления воздушной среды; а – угол наклона поверхности дороги к горизонту

Существуют различные причины сопротивления движению автомобиля. Сопротивление качению вызывается затратой мощности двигателя на деформацию покрытия и шины, на преодоление трения между шиной и поверхностью покрытия и потерями мощности, при ударах колес о неровности дороги.

где – коэффициент сопротивления качению, зависящий от состояния поверхности покрытия, давления воздуха в шинах и скорости движения; G – вес автомобиля.

Коэффициент сопротивления качению уменьшается с увеличением жесткости покрытия и давления воздуха в шине (табл. 3.8).

Коэффициенты качения в зависимости от типа покрытия

Цементобетонное и асфальтобетонное

Черные щебеночные и черные гравийные

Грунтовые ровные и сухие

Грунтовые неровные увлажненные

Неровности поверхности покрытия увеличивают сопротивление качению, поскольку при наезде колеса на выступы и при падении его во впадины покрытия происходят удары, вызывающие потерю кинетической энергии, пропорционально квадрату скорости.

Таким образом, коэффициент сопротивления является показателем, характеризующим качество покрытия. С увеличением скорости (более 50 км/ч) коэффициент сопротивления качению увеличивается и может быть вычислен по эмпирической формуле

Сопротивление воздушной средывызывается затратой энергии двигателя на перемещение частиц воздуха. При движении автомобиль встречает противодействие встречного воздуха на переднюю часть (лобовое сопротивление), энергия затрачивается на трение воздуха о боковые поверхности, сопротивление создается выступающими частями автомобиля (рис. 3.4).

Наличие попутного ветра уменьшает, а встречного – увеличивает сопротивление воздуха. Сила сопротивления воздушной среды определяется по формуле

где V – скорость, км/ч; 13 – коэффициент для перехода размерности (3,62 = 13); F – лобовая проекция кузова на плоскость, перпендикулярную направлению движения, F = 0,8ВН (В и Я – габаритные размеры автомобиля); k – коэффициент сопротивления воздушной среды, учитывающий упругость воздуха и обтекаемость кузова (табл. 3.9).

Рис. 3.4. Распределение давления воздуха на автомобиль:

«+» – зона повышенного давления; «-» – зона разрежения

Коэффициент сопротивления воздушной среды

Сопротивление движению на подъеме Рi возникает при движении автомобиля вверх по наклонной плоскости, поскольку необходимо выполнить дополнительную работу по подъему автомобиля на высоту Н.

При движении на уклонах силу тяжести веса автомобиля раскладывают на две силы; перпендикулярную направлению движения (давление автомобиля на покрытие) и параллельную поверхности дороги, направленную в сторону, противоположную подъему (рис. 3.5).

При движении автомобиля вверх по уклону сопротивление движения равно

поскольку при малых углах .

При движении вниз по уклону силабудет способствовать движению.

Рис. 3.5. Схема сил сопротивления движению автомобиля на подъеме:

L – длина дороги; G – вес автомобиля; а – угол наклона поверхности дороги к горизонту

Инерционное сопротивление возникает при трогании автомобиля с места и при ускоренном или замедленном движении (разгоне или торможении) за счет действия инерционных сил, препятствующих изменению первоначального состояния автомобиля (первый закон Ньютона). Сопротивление инерционных сил складывается из силы инерции поступательного движения автомобиля и инерции его вращающихся частей.

где– масса автомобиля;– относительное ускорение;– коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс автомобиля, равный 1,03–1,07 для прямой передачи и 1,6-2,0 – для низких передач.

При замедлении движения ускорение изменяет знак, т.е. инерционные силы будут способствовать движению.

В общем случае движение возможно, если тяговое усилие больше всех сил сопротивления движению.

Уравнение движения, характеризующее равенство внешних и внутренних сил, имеет вид

Это уравнение иначе называют уравнением тягового баланса автомобиля. В левой его части активная сила – тяговое усилие, в правой части пассивные силы – сопротивление движению. Первое и второе слагаемые всегда входят в уравнение со знаком «+», третье и четвертое могут иметь разные знаки или отсутствовать в зависимости от режима движения автомобиля и направления движения по продольному уклону дороги (вверх или вниз).

Перенесем силу сопротивления движению в левую часть уравнения и разделим правую и левую части на вес автомобиля:

Выражение в левой части характеризует тяговые, или динамические, качества автомобиля. Это выражение академик Е. А. Чудаков назвал динамическим фактором.

Динамический фактор – это резерв тягового усилия, приходящийся на единицу веса автомобиля, который может быть использован на преодоление дорожных сопротивлений () и разгон автомобиля. При равномерном движении ускорение .

Тогда динамический фактор где – дорожные сопротивления.

Динамический фактор для одного и того же автомобиля – величина переменная, зависящая от скорости.

Сцепление колес автомобиля с поверхностью дороги

Движение автомобиля по дороге будет происходить без проскальзывания и буксования, если сила тяги будет равна или меньше силы трения (сцепления) между ведущими колесами и поверхностью дороги Т. Максимальная сила сцепления (или реакции дороги) Т пропорциональна нагрузке на ведущие колеса автомобиля:

где – коэффициент сцепления колеса с дорогой; – вес автомобиля, приходящийся на ведущие колеса автомобиля.

Условие движения автомобиля без проскальзывания и буксования имеет вид (см. рис. 3.2)

Минимальные значения коэффициентов сцепления на дорогах I–III категорий при увлажненной поверхности покрытия и скорости движения 60 км/ч не должны быть менее:

Источник

4 Закономерности изменения технического состояния автомобилей

Тема 1.4. Закономерности изменения технического состояния автомобилей

2. Закономерности изменения технического состояния автомобиля по его наработке (закономерности ТЭА первого вида)

3. Закономерности случайных процессов изменения состояния автомобилей (закономерности ТЭА второго вида)

4. Методы оценки случайных величин

1.4.1. Классификация закономерностей, характеризующих изменения технического состояния автомобилей.

Процессы в природе и технике (в том числе и при технической эксплуатации) могут быть двух видов: процессы, характеризуемые функциональными зависимостями, и случайные (вероятностные, стохастические) процессы.

Для функциональных процессов характерна жесткая связь между функцией (зависимой переменной величиной) и аргументом (независимой переменной величиной).

Случайные процессы происходят под влиянием многих переменных факторов, значение которых часто неизвестно.

Таким образом, случайный процесс y(t) характеризуется некоторой функцией, значение которой при каждом значении аргумента (например, наработке изделия t) является случайной величиной.

1.4.2. Закономерности изменения технического состояния автомобиля по его наработке (закономерности ТЭА первого вида)

В случае постепенных отказов изменение параметра технического состояния конкретного изделия или среднего значения для группы изделий аналитически достаточно хорошо может быть описано двумя видами функций:

целой рациональной функцией n-го порядка

у = а0 + а1 l + а2 l 2 + а3 l 3 +. + anln (2.2)

и степенной функцией

Таким образом, зная функцию у = φ(l) и предельное Yп или предельно допустимое Yп.д значение параметра технического состояния, можно аналитически определить из уравнения l =f(y) ресурс изделия или периодичность его обслуживания.

Достаточно часто закономерности изменения параметров описываются линейными уравнениями вида

1.4.3. Закономерности случайнх процессов изменения состояния автомобилей (закономерности ТЭА второго вида)

Для решения этих задач необходимо уметь оценивать вариацию СВ.

Рис. 2.8. Вариации СВ:

1.4.4. Методы оценки случайных величин

1. Случайные величины (от 1 до n) располагают в порядке возрастания или убывания их абсолютных значений:

x1 = xmin; x2; x3; x4;… xi;… xn-1; xn = xmax.

2. Точечные оценки СВ: среднее значение СВ

; (2.5)

среднеквадратическое отклонение, характеризующее вариацию,

; (2.7)

. (2.8)

В ТЭА различают СВ

• с малой вариацией: ≤ 0;

• со средней вариацией: 0,1≤ ≤0,33;

• с большой вариацией: > 0,33.

4. Вероятность случайного события. В общем виде это отношение числа случаев, благоприятствующих данному событию, к общему числу случаев.

Вероятность отказа рассматривается не вообще, а за определенную наработку X:

; (2.9)

Отказ и безотказность являются противоположными событиями, поэтому

; (2.10)

Обычно применяется следующая буквенная индексация рассмотренных событий и понятий:

5. Следующей характеристикой случайной величины является плотность вероятности (например, вероятности отказа) f(x) — функция, характеризующая вероятность отказа за малую единицу времени при работе узла, агрегата, детали без замены. Если вероятность отказа за наработку F(x) = m(х)/n, то, дифференцируя ее при n = const, получим плотность вероятности отказа

,

где dm/ dх — элементарная «скорость», с которой в любой момент времени происходит приращение числа отказов при работе детали, агрегата без замены. Так как f(x) = F'(x), то

(2.11)

a то

Имея значения F(x) или f(x), можно произвести оценку надежности и определить среднюю наработку до отказа

(2.12)

6. При оценке качества изделий, нормировании ресурсов, в системе гарантийного обслуживания применяют гамма-процентный ресурс xγ Это интегральное значение ресурса xγ которое вырабатывает без отказа не менее γ процентов всех оцениваемых изделий, т.е.

В ТЭА обычно принимаются γ = 80, 85, 90 и 95%. В рассматриваемом примере при γ = 95% xγ = 7 тыс. км (см. табл. 2.4).

7. Используя данные табл. 2.4, можно также определить некоторые точечные оценки СВ.

Среднее значение СВ:

Учитывая, что, получаем

(2.13)

Таким образом, интенсивность отказов равна плотности вероятности отказа, деленной на вероятность безотказной работы для данного момента времени или пробега.

(2.14)

Это универсальная формула определения вероятности безотказной работы невосстанавливаемого элемента для любого закона распределения.

9. Наглядное представление о величине и вариации СВ дает их графическое изображение: гистограммы (1, рис. 2.10) и полигоны (2, рис. 2.10) распределения, а также интегральные функции распределения вероятностей отказа (3, рис. 2.10) и безотказной работы (4, рис. 2.10) и дифференциальные функции или законы распределения случайной величины (рис. 2.11).

Рис. 2.10. Графическое изображение случайной величины

1. В чем разница между функциональными и случайными процессами в природе и технике?

2. От каких факторов зависит изменение случайной величины на автомобильном транспорте?

3. Какие закономерности в ТЭА относятся к закономерностям первого вида?

4. При рассмотрении каких процессов используют закономерности второго вида?

5. Как производится оценка случайных величин?

6. Что характеризует вариация случайной величины?

7. Как определяется вероятность случайного события?

8. Что характеризует плотность вероятности?

9. Для чего необходимы интегральная и дифференциальная функции распределения?

10. Объясните понятие гамма-процентный ресурс.

12. Приведите формулу определения вероятности безотказной работы.

Источник