РОЗДІЛ 2
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Сутність процесу старіння машин
Автомобіль, як одна з найбільш складних машин масового виробництва, є втіленням останніх досягнень науки і техніки, а еволюція його досконалості відображає надзвичайно високі темпи науково-технічного прогресу останніх десятиліть. Насьогодні обсяги річного випуску автомобілів у світі становлять близько 80 млн. одиниць. Передові автомобілебудівні концерни на проектування та випробування нової техніки витрачають мільярди доларів, а для збереження конкурентноздатності деякі фірми ведуть цілодобову роботу над розробкою перспективних моделей.
Типовий сучасний автомобіль складається приблизно з 15 - 20 тис. деталей. Для його виготовлення використовується декілька десятків різних матеріалів, а виробництво базується на широкому застосуванні найсучасніших технологічних процесів та високопродуктивного роботизованого обладнання. В результаті споживач отримує техніку з високими експлуатаційними характеристиками, обладнану ефективними системами безпеки, а елементи штучного інтелекту та супутникова навігація перестають бути атрибутами лише експериментальних зразків.
Та попри всю досконалість й сучасні автомобілі зазнають старіння - процесу поступової і неперервної зміни експлуатаційних властивостей, викликаної дією механічних, теплових, електричних та інших навантажень [60]. Ці зміни призводять до погіршення функціональних якостей автомобіля, зниження його надійності й, на кінцевому етапі, до граничного стану.
В залежності від завдань, що ставляться, процес старіння може вивчатись або на рівні деталей, з'єднань та матеріалів, з яких вони виготовлені, або на рівні складних агрегатів, вузлів й автомобіля в цілому. В першому випадку досліджуються причини, види та динаміка старіння елементів машини, що дає змогу визначити шляхи його уповільнення, завдяки встановленню чіткої картини відмов. В другому випадку метою дослідження є оцінка комплексних результатів старіння, його впливу на показники якості машини, без аналізу причин та фізико-хімічних процесів, що при цьому відбуваються.
Одним із завдань даної дисертаційної роботи є вивчення зміни характеристик потреб у ремонтних діяннях при старінні автомобіля. І хоча така зміна є комплексним проявом результатів старіння, все ж необхідно коротко розглянути процеси, що відбуваються на рівні окремих деталей та сполучень.
Отже, процеси накопичення пошкоджень в деталях та сполученнях, що обумовлюють старіння машини, можна розділити на такі види [49]:
1) що призводять до зміни властивостей матеріалу деталей;
2) що призводять до зміни розмірів, форми, стану
та властивостей робочих поверхонь;
3) які порушують правильне взаєморозташування деталей;
4) ті, що викликають непередбачені розрахунком дії на сполучені та суміжні деталі.
Деякі деталі зазнають дії одного виду, але в більшості деталей процеси різних видів відбуваються одночасно.
Якісна картина ряду типових змін при старінні наступна. В перші години роботи в зонах контакту сполучених деталей виникають концентровані навантаження, які знижуються та вирівнюються під кінець процесу припрацювання. В подальшому, по мірі зношування, збільшуються зазори в опорах валів, в шліцьових та шпонкових з'єднаннях; виникають перекоси, биття, зміщуються області контакту деталей, з'являються чи збільшуються за величиною ударні навантаження, викликані неврівноваженими масами. Інколи виникають додаткові зусилля, обумовлені викривленням форми несучих поверхонь чи збільшенням похибки зубчастих зачеплень. В підшипниках кочення негативним чином перерозподіляється тиск на кульки чи ролики. У карданних валів знижується критичне число обертів. У колінчастих валів двигунів виникають додаткові навантаження, викликані нерівномірним зносом опор, їх просіданням чи перекосом при деформаціях литих блоків циліндрів. Контакт зубців зубчастих коліс, по мірі зносу підшипників, зміщується до кромок зубців, збільшуються контактні напруження й прискорюється викришування їх поверхонь. Ефективність ущільнень по мірі їх зносу знижується, до деталей проникають сторонні частки усе в більших кількостях, а розміри цих часток збільшуються. При деформаціях рами порушується правильне взаєморозташування змонтованих на ній агрегатів та змінюється геометрія шасі. Послаблення затяжки стрем'янок викликає зміну напруженого стану ресори та наближує руйнування листів від утомленості. Зі зміною пружних властивостей підвіски машини збільшуються навантаження на підресорені вузли [48].
Зміни функціональних параметрів двигуна (компресія в циліндрах, витрата палива та мастила, тиск в системі змащування) обумовлені етапними процесами старіння, що протікають в деталях і сполученнях ЦПГ, КШМ та ГРМ. Спочатку зменшується компресія в циліндрах й збільшується витрата палива, потім підвищується витрата мастила і, зрештою, знижується тиск мастила в системі змащування. Послідовність настання цих етапів обумовлена каскадним механізмом їх взаємного впливу. Зниження компресії тягне за собою неповне згоряння палива та його потрапляння в мастило. Внаслідок розбавлення мастила паливом знижується в'язкість мастила й відповідно збільшується зовнішній витік (через сальникові ущільнення колінчастого та розподільного валів), а також збільшується витрата мастила на вигар, в результаті проникнення в камеру згоряння через сальники клапанів та зазори гільза-поршень. Підвищення витрати мастила на вигар сприяє зашлакуванню камери згоряння, поверхонь тертя та мастильних каналів й тим самим - погіршенню тепловідведення та додатковому зниженню в'язкості мастила, внаслідок локальних перегрівів у фрикційних зазорах. Зниження в'язкості та змащувальних властивостей моторного мастила призводить до інтенсифікації зношування поверхонь тертя (кільця-гільзи, вкладишів шийки колінчастого та розподільного валів), збільшення зазорів та зниження тиску мастила в системі [40].
По мірі погіршення технічного стану двигуна характерні ознаки попере