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 работы и средний ресурс детали.
Разработка участка обкатки и испытания автомобильных двигателей ...
... в том, что она связывает ремонт эксплуатацию, являясь завершающей ремонтной операцией и начальной операцией использования изделия. В период обкатки происходит приработка деталей, то есть интенсивное разрушение шероховатостей трущихся ...
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, М е |
Н * м |
700 |
|
Диаметр поршня, D |
дм |
1,20 |
|
Ход поршня, S |
дм |
1,20 |
|
Модуль упругости, Е |
МПа 10 5 |
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 |
НВ к НВ г |
700 / 100 230 90 |
|
Коэффициент микрорезания |
1,77 |
|
|
Передаточное число коробки передач при разгоне для порожнего автомобиля |
i г i п |
3,1 2,4 |
|
1 |
2 |
3 |
|
Коэффициент, учитывающий процент движения по типам дорог : в городе в пригороде подъездные пути |
1 |
0,5 0,46 0,04 |
|
Коэффициент использования пробега |
|
0,68 |
|
Коэффициент сопротивления движению: — городские и пригородные дороги — подъездные пути |
|
0,02 0,04 |
|
* * Скорость движения автомобиля, V a в городских условиях ,V a 1 в пригороде , V a 2 на подъездных путях, V a 3 |
км / ч |
25 (30) 35 (40) 5 (10) |
|
Год начала выпуска двигателя, Т |
— |
1983 |
|
Измерительное давление, Р i |
Па 10 5 |
2,35 |
|
Атмосферное давление, Р 2 |
Па 10 5 |
1,01 |
|
Начальная площадь в замке кольца, F 2-0 |
мкм 2 104 |
9,50 |
|
Среднеквадратичное отклонение начальной площади в замке кольца, F2-0 |
мкм 2 |
5175 |
|
Предельная площадь зазора в замке кольца, F 2- п |
мкм 2 104 |
42,6 |
|
Показатель степени, |
1,4 |
|
|
Среднеквадратичное отклонение погрешности диагностирования , F2-1 |
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 |
м 2 |
6,74 |
|
Коэффициент обтекаемости |
Н * с2 /м4 |
0,6 |
|
Рассматриваемая деталь |
Компресси-онное кольцо |
** В скобках данные приведены для порожнего автомобиля.
- 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 max и наименьшее l min значения наработки и определим ширину интервалов группирования по формуле:
l = (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 |
,2 (тыс. км)
l =36,08636тыс. км.
п.3.1.2. Подсчитаем частоты попадания случайной величины ресурса l в интервале группирования. Выберем начальное l н и конечное l н значения величины, которые берутся ближе к целочисленному l max и l min .
l н = 66 ; l 1 =66 +36 =102; l 2 =102 +36 =138 ; l 3 =138 +36 =174;
l 4 = 174 +36=210; l 5 =210 +36 =246; l 6 = 246 +36 =282; l 7 =282 +36 =318;
l н = 66 и l 7 = l к = 318 (тыс. км)
l н l 1 l 2 l 3 l 4 l 5 l 6 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 интервалы и определим середины этих интервалов. Для удобства пользования данные вычислений занесём в таблицу 3.
ТАБЛИЦА 3.
Определение частоты попадания ресурсов в заданные интервалы.
|
N o интервала |
Границы интервалов (тыс. км) |
Середины интервалов (тыс. км) |
Частота попадания в интервал , n i |
|
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/ ( exp[ — ( li — a ) 2 / 22 ], где
_ _
a и — параметры нормального закона распределения;
exp (z) – форма представления числа е в степени z : exp (z)= e z
а) вычислим математическое ожидание a по формуле:
_ r __
a = 1 / N * l i * ni , 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 по формуле:
_ ________________________
= 1 / (N — 1) * l i — a)2 * ni , (тыс. км)
_ _____________________
= 1 / (66 — 1) * l i — a)2 * ni , = 46,2898 46,29 (тыс. км)
в) вычислим значения эмпирической плотности распределения вероятностей f э (l i ) по интервалам наработки:
_
f э (l i ) = ni / (N * l ) ,
г) рассчитаем нормированные и центрированные отклонения середины интервалов:
_ _ _ _
y i = (l i — a) / ,
д) определим значения теоретической плотностираспределения вероятностей f т (l i ) по формуле: _ _
f т (l i ) = (1 / f о (yi ) , где
___
f о (yi ) = (1 / 2) * exp( -yi 2 / 2)
Полученные значения расчетов в пунктах в, г, д сведем в таблицу 4.
ТАБЛИЦА 4.
Таблица вычислений эмпирической и теоретической плотности распределения вероятностей и нормированных и центрированных отклонений середины интервалов.
-
n i \ Параметры
y i
f э (l i )
f о (l i )
f т (l i )
n 1
-2,262
0,0013
0,0333
0,0007
n 2
-1,485
0,0025
0,1333
0,0029
n 3
-0,707
0,0063
0,3278
0,0071
n 4
0,071
0,0072
0,4
0,0086
n 5
0,848
0,0088
0,2857
0,0062
n 6
1,626
0,0013
0,1089
0,0023
n 7
2,404
0,0004
0,0222
0,0005
