Технические науки/4. Транспорт

К.т.н. Хасанов Р.Х., аспирант Голованов В.С., аспирант Сидорин Е.С.

Оренбургский государственный университет, Россия

Теоретическое обоснование ресурса элементов электрооборудования автомобилей

Значимость автомобильного транспорта, как наиболее распространенного и используемого средства передвижения возрастает в арифметической прогрессии. Многочисленные задачи связанные с грузо- и пассажиро- перевозками ежедневно осуществляются благодаря развитой структуре автотранспортного комплекса в РФ. На долю грузоперевозок согласно оценкам Министерства Транспорта России приходится порядка 75-77%, однако не стоит недооценивать и пассажирские перевозки, на чью долю, согласно мнению указанного свыше источника приходится до 53-55%.

Транспортный комплекс играет ключевую роль в нашей жизни, поскольку большая часть расстояний преодолеваемых каждый день происходят благодаря исправной работе каждого элемента работающего в тандеме в сложнейшем мехатронной системе взаимосвязанных элементов под названием автомобиль. Стоит отметить, что технически исправное транспортное средство является гарантом выполнения возложенных на него задач. Однако прогресс не стоит на месте – к автомобилю применяются все большие требования к безопасности, экономичности, снижению токсичности и улучшению комфорта [Ошибка! Источник ссылки не найден.].

Усовершенствование конструкции автомобиля в настоящее время происходит в основном за счет внедрения современных энергопотребляющих устройств, что приводит к увеличению доли электрооборудования до 50% в структуре всего АТС.

Электрооборудование современного автомобиля представляет сложную систему, включающую более ста элементов различного функционального назначения. При этом его стоимость достигает 30 % от стоимости автомобиля в целом.

Наиболее уязвимым звеном электрооборудования АТС, а в частности электрической проводки, как правило, состоящей из двух элементов: электропровода и изоляции, является именно изоляция, как элемент постоянно подверженный различным динамическим воздействиям многих взаимосвязанных факторов.

Для решения поставленной задачи был проведен вероятностно-статистический анализ отказов, позволяющий установить вероятностные законы распределений для интервалов времени от момента ввода в эксплуатацию АТС до первого нарушения элементов электрооборудования (ЭЭО), приводящего к неисправностям и (или) отказам.

Обработка статистического материала выполнялась с помощью программных пакетов Microsoft Excel 2007, MathCAD 14, Curve Expert. Первичная обработка данных по отказам ЭЭО ВП на СТО берутся из дефектных ведомостей отказавшего электрооборудования и сравниваются с данными базы данных по отказам.

Для объективной оценки реализаций случайной величины, полученной в ходе экспериментальных исследований при технической эксплуатации объекта исследования необходимо определить закономерности изменения параметров технического состояния автомобилей и их элементов в момент наступления отказа. Используя теоретические законы распределения случайной величины, устанавливается вид и параметры закона распределения совокупности случайных факторов.

Выбор закона распределения, количественная оценка его параметров, определение взаимосвязи между результатами теоретических и экспериментальных исследований выбранного закона распределения осуществляются путем обработки статистических данных методами математической статистики [2].

Исследования проводились на легковых автомобилях семейства «Калина» ОАО «АВТОВАЗ» (далее - автомобилей «Калина») поскольку, согласно данным источника около 57 % автопарка России — автомобили марки ВАЗ.

При обработке результатов экспериментальных наблюдений были использованы наработки до отказа элементов электрооборудования. Одним из элементов, обеспечивающих работоспособное состояние автомобиля, являются высоковольтные провода (ВП) системы зажигания. На примере, автомобилей «Калина» были собраны наработки на отказ ВП. В результате экспериментальных наблюдений были получены значения наработки на отказ, выраженные в тыс. км пробега. Для графического представления данных наблюдения построим гистограмму. В ходе дальнейшей обработки были использованы стандартные, апробированные методики обработки статистических данных [3, 4].

Рис. 1 – Гистограмма и полигон распределения

Целью проведенного анализа явилось подтверждение предположения о том, что данных выборки имеют нормальное распределение и равномерный закон.

На основании полученных результатов построен график, отражающий через линию тренда частоту попадания отказов относительно наработки, выраженной в тысячах километров пробега.

Рис. 2 – Функция распределения вероятностей на отказ электрооборудования «Калина», на примере ВП

Как отражено из графика наработка на отказ высоковольтных проводов распределена по экспоненциальному закону с функцией плотности:

;

Следовательно, для прогнозирования развития ситуации необходимо предложить косвенную оценку, выраженную в виде численного решения уравнения.

На основании анализа работ [0] нами была выдвинута гипотеза о виде математической модели, которая через показатель старения позволит спрогнозировать наиболее вероятностный интервал, в течение которого следует ожидать величину наработки на отказ определенного элемента электрооборудования, в частности высоковольтных проводов и выраженная в следующем виде:

(1)

где – экспонента, получаемая из графика распределения вероятностей на отказ;

, – коэффициенты, учитывающие внезапные, случайные отказы, возникшие вследствие достижения критического значения сопротивления, температуры на участке проводки и приведшие к его отказу. Значение коэффициентов принимаем равными единице, когда рассматриваемый объект находится в исправном состоянии, в противном случае значение коэффициента принимаем равным нулю.

Для дальнейшего исследования распределяем имеющуюся статистику отказов ВП АТС на пять равных по наработке участков. На основании данных таблицы 1 подставим в формулу значения и получим следующие участки:

; (2)

где - граничное значение интервала отказов на i-м участке, тыс. км.;

- интервал i-го участка.

; (3)

где - наибольшее (максимальное) значение статистики отказов, тыс. км.;

N – количество групп распределения, N=5;

;

Определим из формулы значения для каждого участка:

; (4)

Значение экспоненты F(N) для каждой группы определим из уравнения по формуле:

; (5)

где – показатель i-го участка.

Определим значение для каждой группы по формуле (5)

На основании проведенного анализа произведем расчет по формуле (1) и отобразим полученные данные в табл. 1:

Табл. 1– Значения расчётных параметров

№	, тыс. км	, тыс. км
0	0	129,74	130
1	12,4	54,46	53
2	24,8	22,86	21
3	37,2	9,59	6
4	49,6	4,02	1
5	62	1,69	0

Для графической интерпретации полученных значений потенциалов на каждом участке введем дополнительно шкалу значений ресурса.

Поскольку значения участков получили путем их разбития на пять интервалов, тогда для определения значения показателя старения (П_с) проведем аналогичную операцию, разделив на 5 интервалов, приняв максимальным значение (П_с) за единицу.

Рис. 3 – Изменения ресурса ВП от пробега

Данные рис. 3 отражают экспоненциальный закон распределения отказов, следовательно, полученная зависимость показателя старения ВП АТС в зависимости от наработки.

Завод изготовитель не гарантирует исправного состояния электропроводки по истечению 8 лет или 120 тыс. км пробега эксплуатации определяется, как срок списания автомобилей для предприятий и что подтверждается рекомендациями завода-изготовителя ВАЗ. На основании выше изложенного, автомобиль соответствует требованиям безопасности и работоспособности, но не учитывает состоянии ЭЭО, что подтверждается данным расчётом и предложенной математической моделью. Поэтому ЭЭО на примере ВП стареет согласно выдвинутому закону, следовательно, необходимо провести исследование, направленное на определение остаточного ресурса других электропроводов.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что существующие регламентные работы ТО ЭЭО не обеспечивают достаточного поддержания их в исправном состоянии, поэтому предлагается использовать методику определения периодичности ТО с учетом риска возникновения отказа ЭЭО.

Литература:

1 Ютт, В.Е. Электрооборудование автомобилей: учебник для вузов / В.Е. Ютт. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. :Горячая линия-Телеком, 2006. -440с.

2 Болбас, М.М. Основы эксплуатаци и ремонта автомобилей / М.М. Болбас. - Мн.: Высш. шк., 1985. - 284 с.

3 Бондаренко Е.В. О взаимосвязи противопожарной безопасности и параметров автомобилей технического состояния автомобилей / Е.В. Бондаренко, Р. Х. Хасанов, Е. С. Сидорин, В. С. Голованов // «Мир транспорта и технологических машин» – ГТО Орел: Госуниверситет – УНПК, 2011. - № 4 (35). – С. 73-80.

4 Бондаренко Е.В. Обеспечение безопасности автотранспортных средств с учетом технического состояния элементов электрооборудования / Е. В. Бондаренко, Р. Х. Хасанов, Е. С. Сидорин, В. С. Голованов // «Мир транспорта и технологических машин» - ГТО Орел: Госуниверситет – УНПК, 2012. – № 2 (37) - С 96-100.