Основы теории надежности

Надежность  сохранения автомобилем тормозных  свойств относится к числу важнейших требований к системе ВАДС. Выполнение этих требований зависит от входящих в систему ВАДС элементов, но определяющее значение имеют тормозные свойства самого автомобиля. Тормозные системы автомобилей должны удовлетворять требованиям ГОСТ Р 51709-2001 - Автотранспортные средства требования безопасности к техническому состоянию  и методы проверки.

В частности:

     В дорожных условиях при торможении рабочей  тормозной системой с начальной  скоростью торможения 40 км/ч АТС  не должно ни одной своей частью выходить из нормативного коридора движения шириной 3 м.

      Нормативы эффективности торможения АТС рабочей  тормозной системой при проверках в дорожных условиях в таблице 1

 

      Таблица 1

 

     При проверках на стендах допускается  относительная разность тормозных сил колес оси (в процентах от наибольшего значения) для АТС категорий М₁ М₂, М₃ и передних осей автомобилей и прицепов категорий N₁, N₂, N₃, О₂, O₃, O₄ не более 25%, а для полуприцепов и последующих осей автомобилей и прицепов категорий N₁ N₂, N₃, О₂, О₃, O₄ - 25%.

     Стояночная  тормозная система для АТС  разрешенной максимальной массы  должна обеспечивать удельную тормозную  силу не менее 0,16 или неподвижное состояние АТС на опорной поверхности с уклоном не менее 16 %.

     Для АТС в снаряженном состоянии  стояночная тормозная система должна обеспечивать расчетную удельную тормозную силу, равную 0,6 от отношения снаряженной массы, приходящейся на оси, на которые воздействует стояночная тормозная система, к снаряженной массе, или неподвижное состояние АТС на поверхности с уклоном не менее 23 % для АТС категорий М₁ - Мз и не менее 31 % для категорий N₁- N₃.

      Вспомогательная тормозная система (тормозная система, предназначенная для уменьшения энергонагруженности тормозных механизмов рабочей тормозной системы АТС), за исключением моторного замедлителя, при проверках в дорожных условиях в диапазоне скоростей 25-35 км/ч должна обеспечивать установившееся замедление не менее 0,5 м/с² для АТС разрешенной максимальной массы и 0,8 м/с²-для АТС в снаряженном состоянии с учетом массы водителя. Моторный замедлитель должен быть работоспособен.

      Запасная  тормозная система (тормозная система, предназначенная для снижения скорости АТС при выходе из строя рабочей тормозной системы), снабженная независимым от других тормозных систем органом управления, должна обеспечивать соответствие нормативам показателей эффективности торможения-АТС на стенде и в дорожных условиях. Начальная скорость торможения при проверках в дорожных условиях - 40 км/ч.

     АТС, оборудованные антиблокировочными тормозными системами (АБС), при торможениях  в снаряженном состоянии с  учетом массы водителя с начальной скоростью не менее 40 км/ч, должны двигаться в пределах коридора движения без видимых следов увода и заноса.Их колеса не должны оставлять следов юза на дорожном покрытии до момента отключения АБС при достижении скорости движения, соответствующей порогу отключения АБС (не более 15 км/ч). Функционирование сигнализаторов АБС должно соответствовать ее исправному состоянию.

Анализ  отказов агрегатов и систем автомобиля показывает, что по удельному весу отказы тормозной системы оказались на первом месте (27,2%), по трудоемкости устранения отказов – на втором месте после передней подвески (12,4%), по стоимостим расхода запасных частей – на четвертом месте (10,7%).

Распределение отказов подсистем тормозной  системы легковых автомобилей имеет вид

Продолжение таблицы

 

Различают два режима торможения: служебное и аварийное.

Задача  служебного торможения состоит в  том, чтобы остановить автомобиль, не нарушая удобства езды пассажира и соблюдая безопасность движения. Аварийным считается торможение, грозящее внезапным полным отказом автомобиля и системы ВАДС в целом. Считается, что торможение относится к служебному при ускорении замедления до 2,5 м/с² и аварийному при ускорении замедления свыше 2,5 м/с².

В любом  случае задача торможения состоит в  том, чтобы остановить автомобиль, сохраняя требуемую управляемую траекторию движения.

По этой причине в тормозной системе, как ни в одной другой в автомобиле, широко применяются различные виды резервирования.

В современных  автомобилях резервируются как  тормозные механизмы колес, так и элементы и подсистемы привода.

Рассмотрим  надежность рабочей тормозной системы  легкового автомобиля. Тормозной привод – двухконтурный, резервирование подсистем отсутствует. Такая тормозная система используется в отечественных автомобилях семейства ВАЗ. В моделях «классика» один контур предназначен для торможения передних колес, другой – для задних. В моделях семейства 2110 контура приводят в действие тормозные механизмы, расположенные на диагональных колесах передней и задней осей. Принцип действия тормозной системы как в «классике, так и в переднеприводных моделях одинаков.

Рассмотрим  тормозную систему «классики» (рис.3а). Усилие от педали передается через вакуумный усилитель ВУ, зарезервированный механической связью МС, главному тормозному цилиндру. Он состоит из двух секций с автономным питанием тормозной жидкостью, включенных в схему параллельно. Передняя секция Г₁ питает контур тормозов задних колес Т_З¹ , Т_З¹¹, задняя – передних колес Т_П¹ , Т_П¹¹. Регулятор тормозных сил Р обеспечивает уменьшение тормозных сил на задних колесах при торможении, что снижает опасность их буксования и улучшает устойчивость автомобиля. Расчетная схема показана на рис.3б.

Рассчитаем  надежность двухконтурной тормозной  системы и сравним ее с надежностью  одноконтурной схемы гипотетического автомобиля(рис. 4).

Для простоты и наглядности примем надежность всех элементов одинаковой и равной P_i (t) = 0,98 для наработки t . Соответственно, вероятность отказа элемента составит Q_i (t) = 0,02.

 

Для двухконтурной  схемы имеем:

 

     P (t)_C = P_А (t) * P_Б (t),

     где P_А (t) = 1 – Q_ВУ (t) * Q_МС (t) = 1 – 0,02² = 0,9996,

P_Б (t) = 1 – Q_Б (t) = 1 – Q_З (t) * Q_П (t) = 1 – (1 – 0.98⁴) * (1 – 0,98³) =

1 –  0,0776 * 0,0588 = 0,9954.

P (t)_C = 0,9996 * 0,9954 = 0,995

Вероятность отказа тормозов составляет (1 – 0,995) *100% = 0,5%.

 

Для одноконтурной схемы имеем:

 

      P (t)_C = P_А (t) * P_Б (t),

      где P_А (t) = 1 – Q_ВУ (t) * Q_МС (t) = 1 – 0,02² = 0,9996,

      P_Б (t) = P_i (t)⁶ = 0,98⁶ = 0,8858.

      P (t)_C = 0,9996 * 0,8858 = 0,8854

Вероятность отказа тормозов составляет (1 – 0,8854) *100% = 11,46%.

Таким образом, двухконтурная система  в 22,96 раза надежней одноконтурной.

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

    

Модуль 2 ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ ИЗДЕЛИЙ

 

      Анализ  причин разрушения деталей

      Для решения проблемы повышения надежности автомобиля, его агрегатов и деталей необходимо в каждом случае возникновения преждевременного отказа рассматривать как недопустимое событие и устанавливать истинную причину потери работоспособности. Только в этом случае можно разработать обоснованные конструктивно – технологические и эксплуатационные мероприятия по повышению надежности.

      Как известно, все причины отказов  могут быть сведены в три группы в зависимости от стадии жизнедеятельности  объекта, когда эта причина возникла:

• ошибки (дефекты) проектирования и конструирования;
• ошибки (дефекты) изготовления;
• ошибки (дефекты) эксплуатации.

      Типичными дефектами проектирования и конструирования, приводящими к преждевременным отказам и уменьшению долговечности изделий являются:

• ошибки в моделировании или учете эксплуатационных нагрузок;
• неправильные силовые, прочностные и др. расчеты конструкции;
• неверный выбор конструкционных материалов;
• неправильно составленная принципиальная схема изделия, вызывающая неблагоприятное распределение нагрузок на силовые элементы изделия;
• неудачные конструктивные решения защиты узлов трения от внешних факторов, непродуманные решения по их смазке трущихся пар, наличие концентраторов напряжений в элементах деталей и т.п.

       При производстве изделия могут иметь  место технологические дефекты:

• по составу конструкционных материалов (инородные включения, охрупчивающие примеси, изменения в процентном соотношении входящих элементов и т.п.;
• по отступлениям от технологической дисциплины при заготовительных операциях, механической, термической и других видах обработки деталей (усадочные раковины, пористость, задиры, повышенная шероховатость поверхности, закалочные трещины, обезуглероживание, снижение механических характеристик поверхности и др.);
• по операциям сварки (трещины, коробление, непровар, недостаточная глубина шва и др.);
• по сборочным операциям (задиры, внесение абразива в места трения, повреждения при сочленении несоосность и др.