МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
СЕВЕРО - ЗАПАДНЫЙ ЗАОЧНЫЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
КАФЕДРА АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ: “ ТЕХНИЧЕСКАЯЭКСПЛУАТАЦИЯ
АВТОМОБИЛЕЙ. “ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ III КУРСАФАКУЛЬТЕТА ЭMи АПСПЕЦИАЛЬНОСТЬ 2401 ШИФР
= =
РУКОВОДИТЕЛЬ РАБОТЫ: = С. Е. ИВАНОВ =
г. ЗАПОЛЯРНЫЙ
1998 г.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ:
1. Введение . Стр. 3
2. Задание накурсовую работу Стр. 4
3. Расчет параметров распределения ресурсов деталиавтомобильных
двигателей тремя методами Стр. 5
4. Определениедоверительных границ измерения структурного параметра
и наработки до первого ресурсного диагностирования Стр. 15
5. Прогнозирование остаточного ресурса детали цилиндропоршневой
группы автомобильного двигателя на основерезультатов диагностирования Стр. 17
6. Выводы . Стр. 21
7. Литература . Стр. 22
1. Введение.
По результатаммногочисленных исследований годовая производительность автомобилей к концусрока их служба снижается в 1,5 — 2 раза по сравнению с первоначальной,снижается безопасность конструкции автомобилей. За срок службы автомобилярасходы на его техническое обслуживание и ремонт превосходят первоначальнуюстоимость в 5 — 7 раз. Поэтому важным направлением как при проектировании, таки при эксплуатации автомобилей является точная и достоверная прогнозная оценкаосновных показателей надежности их деталей. В курсовой работе рассматриваютсявопросы по прогнозированию параметров среднего и остаточного ресурсов деталейавтомобильных двигателей.
К деталям,лимитирующим надежность двигателей, в первую очередь относятся деталицилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма, отказы которых, восновном, связаны с износом. На износ деталей двигателя влияет совокупностьфакторов, главнейшим из которых являются свойства трущихся материалов(физико-механические, химические), режимы работы (скоростные, нагрузочные,тепловые), геометрические параметры (форма, размеры, шероховатостьповерхности), смазка (количество, очистка, подвод).
Определениепоказателей долговечности может осуществляться на основе обработки данных,полученных по результатам натурных наблюдений группы автомобилей, которыеэксплуатируются в определенных условиях. Для этих же целей могут бытьиспользованы экспериментальные материалы по видам износа и характеристикамизнашивания существующих конструкций двигателей. В результате дляпрогнозирования показателей долговечности могут использоваться корреляционныеуравнения долговечности деталей автомобиля. Однако и в первом и во второмслучаях невозможно избежать ошибок, вызванных необходимостью учета всегомногообразия факторов, воздействующих на процесс изнашивания деталейавтомобиля. Поэтому может составляться комбинированный прогноз, позволяющийучесть достоинства первого и второго вариантов прогнозирования.
При использованиидиагностической информации в процессе эксплуатации автомобилей наиболее простымспособом прогнозирования остаточного ресурса деталей двигателя являетсяаналитическое прогнозирование по степенной модели.
2. Задание накурсовую работу.
В процессеэксплуатации автомобильных двигателей заменялись детали ЦПГ (кольца, гильзы цилиндров, поршни ) при превышении допустимого износа рабочих поверхностей. В процессе наблюдений было зафиксировано N = 66первых замен деталей ЦПГ при наработках, приведенных втаблице 2. Предположим, что распределение ресурса деталей ЦПГ до первой заменыподчиняется нормальному закону. Требуется найти параметры распределения(математическое ожидание и среднее квадратичное отклонение), проверить гипотезуо виде закона распределения, рассчитать плотность распределения, вероятностьбезотказной работы и средний ресурсдетали.
По результатамрасчётов построить гистограмму и кривые эмпирической и теоретической плотностираспределения вероятностей, и вероятности безотказной работы детали.
Исходные данныепомещены в таблице 1.
ТАБЛИЦА 1.
Исходные данные на курсовойпроект.
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, Ме
Н*м
700
Диаметр поршня, D
дм
1,20
Ход поршня, S
дм
1,20
Модуль упругости, Е
МПа 105
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
НВк
НВг
700 / 100
230
90
Коэффициент микрорезания
1,77
Передаточное число коробки передач при разгоне
для порожнего автомобиля
iw г
iw п
3,1
2,4
1
2
3
Коэффициент, учитывающий процент движения по типам дорог: в городе
в пригороде
подъездные пути
a1
a2
a3
0,5
0,46
0,04
Коэффициент использования пробега
b
0,68
Коэффициент сопротивления движению:
— городские и пригородные дороги
— подъездные пути
y1,2
y3
0,02
0,04
* * Скорость движения автомобиля, Va
в городских условиях ,Va1
в пригороде ,Va2
на подъездных путях, Va3
км / ч
25 (30)
35 (40)
5 (10)
Год начала выпуска двигателя, Т
—
1983
Измерительное давление, Рi
Па 105
2,35
Атмосферное давление, Р2
Па 105
1,01
Начальная площадь в замке кольца, F2-0
мкм2 104
9,50
Среднеквадратичное отклонение начальной площади в замке кольца, sF2-0
мкм2
5175
Предельная площадь зазора в замке кольца, F2-п
мкм2 104
42,6
Показатель степени, a
1,4
Среднеквадратичное отклонение погрешности диагностирования, sDF2-1
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
м2
6,74
Коэффициент обтекаемости
Н*с2/м4
0,6
Рассматриваемая деталь
Компресси-онное кольцо
** В скобках данные приведены для порожнего автомобиля.
3. Расчётпараметров распределения ресурсов детали автомобильных двигателей.
п.3.1. Расчёт параметровраспределения ресурсов детали автомобильных двигателей по результатам ихнаблюдения в эксплуатации.
п.3.1.1. Параметры распределения ресурсов деталирассчитываются на основе обработки статистической информации об отказах,наблюдаемых в эксплуатации, и используются для разработки стратегии поддержанияработоспособности, оценки долговечности и безотказности конструкции ипотребности в запасных частях.
Выявим наибольшееlmaxи наименьшееlminзначения наработки и определим ширину интервалов группирования поформуле:
Dl= (lmax-lmin) / 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
S= 12470,2 (тыс. км)
Dl=36,086» 36 тыс. км.
п.3.1.2. Подсчитаем частоты попадания случайнойвеличины ресурса lв интервалегруппирования. Выберем начальное lни конечное lнзначения величины, которые берутся ближе к целочисленному lmaxи lmin.
lн= 66; l1 =66 +36 =102; l2=102 +36 =138; l3 =138 +36 =174;
l4= 174 +36=210; l5 =210 +36 =246; l6= 246 +36 =282; l7=282 +36 =318;
lн= 66 и l7= lк= 318 (тыс. км)
lн l1 l2 l3 l4 l5 l6 lк
66 102 138 174 210 246 282 318
Чертим прямую иразбиваем на интервалы равные от 66 до 318 тыс. км.
п.3.1.3. Определим какое количество ресурсов попадаетв интервалы и определим середины этихинтервалов. Для удобства пользования данные вычислений занесём в таблицу 3.
ТАБЛИЦА 3.
Определение частоты попадания ресурсов взаданные интервалы.
Noинтервала
Границы интервалов (тыс. км)
Середины интервалов (тыс. км)
Частота попадания в интервал, ni
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.Определениепараметров и характеристик нормального закона. Плотность вероятности f(l)нормального закона имеет вид:
_ ____ _ _ _
f (l)= 1/ (s * Ö2p ) *exp[ — ( li — a ) 2 / 2s2 ], где
_ _
aи s — параметры нормального закона распределения;
exp (z)– форма представления числа е в степени z: exp (z)= ez
а) вычислим математическое ожидание a по формуле:
_ r __
a = 1 / N* Sli * ni , где
i=1
r–количество интервалов;
N– общее число наблюдений;
li–середины интервалов;
ni – 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 среднеквадратичноеотклонение sпо формуле:
_ ________________________
s = Ö 1 / (N — 1) *S (li — a)2* ni, (тыс. км)
_ _____________________
s = Ö 1 / (66 — 1) *S (li — a)2* ni,= 46,2898 »46,29(тыс. км)
в) вычислим значения эмпирическойплотности распределения вероятностей fэ(li) по интерваламнаработки:
_
fэ(li) = ni/ (N * Dl) ,
г) рассчитаем нормированные ицентрированные отклонения середины интервалов:
_ _ _ _
yi = (li — a) / s,
д)определимзначения теоретической плотностираспределениявероятностей fт(li) по формуле: _ _
fт(li) = (1 / s) * fо(yi), где
___
fо(yi) = (1 / Ö2p) * exp( -yi2 / 2)
Полученные значения расчетов в пунктах в, г, д сведем в таблицу 4.
ТАБЛИЦА4.
Таблица вычислений эмпирической итеоретической плотности распределения вероятностей и нормированных ицентрированных отклонений середины интервалов.
ni Параметры
yi
fэ(li)
fо(li)
fт(li)
n1
-2,262
0,0013
0,0333
0,0007
n2
-1,485
0,0025
0,1333
0,0029
n3
-0,707
0,0063
0,3278
0,0071
n4
0,071
0,0072
0,4
0,0086
n5
0,848
0,0088
0,2857
0,0062
n6
1,626
0,0013
0,1089
0,0023
n7
2,404
0,0004
0,0222
0,0005
е) По результатам расчетов строим на рисунке 1гистограмму: эмпирическую кривую, распределение плотностей вероятностей fэ(li), теоретическуюкривую распределения fт(li)и выравнивающую кривую.
Рис.1.Гистограмма середины интервалов, кривая распределения плотностей вероятностей fэ(li), теоретическуюкривую распределения fт(li)и выравнивающая(огибающая) кривая.
п.3.1.5. Проверка согласия между эмпирическим итеоретическим (нормальным) законом распределения по критерию c2Пирсона :
а.) Определим меру расхождения c2между эмпирическим и теоретическим распределениями:
r
c2= S (ni — ni`)2 / ni`, где
i=1
ni и ni` — соответствие эмпирической и теоретической частоты попаданияслучайной величины в i-ый интервал.
Для удобства вычислений критерий c2определим поформуле:
r _ _ _
c2= N * Dl*S [ fэ(li) — fт(li) ]2 /fт(li) ,
i=1
c2=5,12
б.) Вычислим число степеней свободы m( при этом интервалы, в которых частоты niменьше 5-ти объединим с соседнимиинтервалами):
m = r1 — k — 1, где
r1-- число интерваловполученное при объединении;
k–количество параметров законараспределения.
Нормальный законявляется двухпараметрическим и определяется математическим ожиданием и средним квадратичным отклонением, т.е. k=2.
m= 4-2-1 = 1
в.)По значениям c2и mопределим вероятность согласия P(c2)теоретического иэмпирического измерения P(c2) =P(5,12) = 0,0821; Р(c2) > 0,05, значит эмпирическое распределениесогласуется с нормальным законом распределения.
п.3.1.6. Определение оценок показателей надёжностидетали:
а) рассчитаем значение среднего ресурса Rпри нормальномзаконе распределения, который численно равен математическому ожиданию а,поэтому R=а= 188,73(тыс. км)
б) рассчитаем вероятность безотказнойработы детали по интервалам наработки по формуле:
_ _ r
P(li) = (N — S ni / N) ,
i=1
P(l1)= (66-3)/66 = 0,95;……………………………………………… P(l7)=(66-66)/66 = 0
в) построим кривую вероятностибезотказной работы детали P(li)в зависимости от ее наработки lна рисунке 2.
Рис.2 График P(li)кривая вероятности безотказной работы детали в зависимостиот наработки l.
п. 3.2. Расчёт параметровраспределения ресурсов детали по корреляционным уравнениям долговечности.
Для сбора данныхпо эксплуатационной надежности агрегатов автомобиля требуется 5-6 лет, поэтомуоценка долговечности новых моделей двигателей производится на основе анал