Влияние сезонных условий на параметр потока отказов элементов системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Надёжность двигателя в большой степени зависит от технического состояния топливной аппаратуры. Известно, что эффективность автомобилей зависит от условий эксплуатации, которые меняются в течение сезонов года.

Целью исследования является установление влияния сезонных условий эксплуатации на параметр потока отказов элементов системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118. В статье представлен фрагмент результатов исследований. Для решения поставленной цели в теоретической части рассмотрены факторы, влияющие на надёжность исследуемой системы. Из анализа источников установлено, что со сменой сезона года на систему питания существенно влияют дорожные и транспортные условия, природно-климатические факторы. В связи с этим выдвинута гипотеза исследования: природно-климатические факторы существенно влияют на надёжность системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118.

На первом этапе экспериментальных исследований выполнена обработка статистических данных о наработках на отказ системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118, выявлены элементы системы с наибольшим количеством отказов. На втором этапе установлено влияние температуры воздуха на параметр потока отказов элементов системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118. С помощью корреляционного анализа доказана значимость сезонных изменений природно-климатических факторов. На третьем этапе предложена методика использования полученных данных для корректирования объёма запасных частей и материалов на складе. Научная новизна исследований заключается в установлении закономерностей влияния температуры воздуха на параметр потока отказов элементов топливной аппаратуры автомобилей КАМАЗ-43118. Практическая значимость состоит в возможности использования результатов исследования в разработке методики оптимизации объема запасных частей и материалов на складе. Дальнейшие исследования будут направлены на повышение надёжности системы питания с учётом сезонных условий эксплуатации путём корректирования периодичности ТО.

Полный текст

Введение

Автомобиль является одним из ключевых видов транспортных средств, так как имеет ряд преимуществ перед другими. По данным Минтранса за I квартал 2022 года на долю автотранспорта пришлось порядка 77,5% перевезенных грузов. По сравнению с началом 2020 года объём перевозок увеличился на 7,4%1. Повышение спроса ведет к увеличению наработок и, следовательно, к росту количества отказов, обостряется проблема обеспечения надёжности эксплуатируемых автомобилей.

Из анализа работ авторов, рассматривающих проблему обеспечения надёжности [1, 8, 9, 13, 14, 16, 19, 22, 26, 27, 23, 25, 24], известно, что надёжность автомобиля закладывается при проектировании и производстве, реализуется при эксплуатации.

На стадии эксплуатации для обеспечения эффективности автомобилей возможно повысить надёжность системы питания автомобильных дизельных двигателей путем соблюдения сроков проведения ТО, но это не всегда возможно, так как автомобили могут эксплуатироваться на большом расстоянии от мест технического обслуживания. Организация проведения ТО на местах эксплуатации автомобилей в отрывах от постоянных баз повысит надёжность элементов системы питания, но при этом данная мера увеличит затраты.

Для повышения эффективности автомобилей необходимо найти причины снижения уровня надёжности систем автомобиля. Известно, что эффективность автомобилей зависит от условий эксплуатации, которые меняются в течение сезонов года. Для реализации заложенного качества автомобилей следует учесть их переменный характер [11].

Для решения данной проблемы необходимо установление влияния сезонных условий эксплуатации на параметр потока отказов элементов системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118.

Задачи исследования, решаемые в рамках данной статьи:

  1. установить фактические наработки на отказ элементов системы питания;
  2. установить фактические значения параметра потока отказов по месяцам;
  3. оценить значимость сезонных изменений параметра потока отказов системы питания.

В данной статье представлен фрагмент результатов исследований.

Теоретические исследования

Анализ раннее выполненных исследований [3, 4, 5, 6, 14, 19, 20, 21] показал наличие большого количества факторов, которые оказывают влияние на надёжность системы питания автомобильных дизельных двигателей.

Кузнецов Е. С. [13, 14] выделяет следующие группы факторов:

  • дорожные условия;
  • условия движения;
  • природно-климатические и сезонные условия;
  • транспортные условия.

Проников А. С. [19] рассматривает в своём исследовании внешние (окружающая среда, человек) и внутренние (рабочие процессы автомобиля) воздействия, которым подвергаются эксплуатируемые автомобили.

Ко всем вышеперечисленным факторам в своей работе Газарян А. А. [7] относит дополнительно следующие факторы, влияющие на надёжность: дефекты конструкции, рациональную организацию технической эксплуатации автомобилей на АТП, способы хранения автомобилей.

Вохмин Д. М. [2, 4, 5, 6] относит к значимым факторам следующие: интенсивность эксплуатации автомобиля, природно-климатические и дорожные условия, квалификацию водителей, возрастную структуру парка автомобилей.

Мусин К. С. и соавторы [17] выделяют следующие факторы, которые снижают уровень надёжности: некачественные материалы, нарушение технологии производства, недостаточный контроль качества, неудовлетворительные испытания, квалификация водителей и обслуживающего персонала, качество ГСМ, температурные режимы.

Попцов В. В. [18] связывает понижение надёжности со следующими основными факторами: интенсивность эксплуатации и природно-климатические условия (низкую температуру воздуха).

Для проведения дальнейшего анализа факторы, рассмотренные выше, необходимо систематизировать и классифицировать (рисунок 1).

 

Рисунок 1. Факторы, влияющие на надёжность системы питания автомобильных дизельных двигателей

Источник: разработано авторами

 

Подводя итог анализа источников, можно сделать вывод, что проблема обеспечения надёжности системы питания автомобильных двигателей не в полной мере изучена, так как большинство исследователей рассматривают факторы, влияющие на надёжность в целом на все системы автомобилей, но не отдельно по системам.

Известно, что со сменой сезона года на надёжность системы питания существенно влияют дорожные и транспортные условия, а также природно-климатические факторы [11].

Из ранее выполненных исследований [2, 11, 12, 15] установлено, что существенно на надёжность автомобилей влияют климатические факторы (температура воздуха, количество осадков, давление, влажность и др.). Ввиду корреляции между природно-климатическими факторами принято учитывать наиболее значимый [11]. В данном исследовании рассматривается среднемесячная температура воздуха в течение года.

Надёжность двигателя в большой степени зависит от технического состояния топливной аппаратуры. Первая задача исследования – рассчитать основные статистические характеристики распределений наработок на отказ элементов системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118 – решается оценкой фактической надёжности топливной аппаратуры. Предполагается, что наработки на отказ имеют существенную вариацию и подчиняются закону Вейбулла, так как относятся к закономерностям изменения качества автомобилей по наработке типа 1 (Ymin; +¥) [11].

Вторая задача решается сопоставлением среднего значения параметра потока отказов по каждому месяцу со среднемесячной температурой воздуха.

Для решения заключительной задачи установлены закономерности изменения параметра потока отказов в течение года. Гипотеза: предполагается, что параметр потока отказов существенно меняется в течение года.

Экспериментальные исследования

Первая часть экспериментальных исследований заключается в обработке статистических данных о наработках на отказ системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118. Установлено, что наибольшее количество отказов имеют турбокомпрессор, топливная форсунка, топливный насос высокого давления (ТНВД). Для оценки фактической надёжности произведен расчёт основных статистических характеристик наработок на отказ элементов системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118 (таблица 1).

 

Таблица 1. Основные статистические характеристики распределений наработок на отказ элементов системы питания автомобиля КАМАЗ-43118

Наименование параметра

Значение

Турбокомпрессор

Распылитель форсунки

ТНВД

Закон распределения

закон Вейбулла

закон Вейбулла

закон Вейбулла

Объем выборки

293

675

468

Минимальное значение (тыс. км)

4,12

5,76

4,70

Максимальное значение (тыс. км)

539,09

534,05

591,21

Выборочное среднее (тыс. км)

159,45

123,83

157,02

Среднее квадратическое отклонение среднего

6,01

3,32

4,57

Дисперсия

10583,81

7458,94

9776,55

Среднее квадратическое отклонение

102,88

86,37

98,88

Коэффициент вариации

0,645

0,697

0,630

Коэффициент асимметрии

0,716

1,112

0,806

Коэффициент эксцесса

0,032

1,300

0,468

Статистика Пирсона:

   

нормальный закон

0,981

5,530

2,416

логнормальный закон

1,082

1,265

3,925

закон Вейбулла

0,115

0,142

0,304

ТР-закон

4,971

1,096

2,332

Вероятность соответствия закону распределения

0,950

0,950

0,950

Параметры закона Вейбулла:

   

α =

1,611

1,481

1,654

β =

4239,7092

1462,4645

5178,7347

Источник: разработано авторами

 

Закон распределения во всех рассмотренных случаях соответствует закону Вейбулла (по критерию Пирсона вероятности соответствия закону более 0,95).

Далее были построены графики распределения наработок на отказ элементов топливной аппаратуры (рисунок 2).

 

Рисунок 2. Распределения наработок на отказ элементов топливной аппаратуры: а) турбокомпрессор; б) топливная форсунка; в) ТНВД

Источник: разработано авторами

 

Далее установлено влияние температуры окружающего воздуха на параметр потока отказов (рисунок 3). На графике хорошо прослеживается увеличение количества отказов элементов топливной аппаратуры с понижением температуры воздуха.

 

Рисунок 3. Влияние температуры воздуха на параметр потока отказов элементов системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118

Источник: разработано авторами

 

На следующем этапе исследований необходимо проверить значимость сезонного изменения параметра потока отказов элементов системы питания от температуры воздуха [11]. При моделировании использованы гармонические модели изменения параметра потока отказов по времени.

Влияние сезонных условий на параметр потока отказов считалось значимым, если он имел статистически значимую корреляционную связь с линеаризованной первой гармоникой (период – один год). Расчеты показали, что указанный коэффициент корреляции составляет 0,5778. Расчетное значение t-статистики Стьюдента для него превышает табличное значение с вероятностью более 0,95 (таблица 2).

 

Таблица 2. Статистическая характеристика гармонической модели

Номер гармоники

Полуамплитуда колебания

Начальная фаза, мес.

r2

r

tr

t0,95

1

0,19

9,29

0,3339

0,5778

2,24

2,23

2

0,19

7,15

0,3208

0,5664

2,17

2,23

3

0,14

6,37

0,1765

0,4201

1,46

2,23

4

0,12

4,63

0,1375

0,3708

1,26

2,23

5

0,04

7,36

0,0131

0,1145

0,36

2,23

Источник: разработано авторами

 

В ходе исследования выяснилось, что первая гармоника (с периодом колебаний в один год) (рисунок 4) статистически значима, соответственно можно сделать вывод, что сезонные колебания являются существенными (рисунок 5).

 

Рисунок 4. Линеаризованная первая гармоника

Источник: разработано авторами

 

Рисунок 5. Изменение в течение года параметра потока отказов элементов системы питания автомобиля КАМАЗ-43118

Источник: разработано авторами

 

Для сокращения времени простоя автомобилей в ожидании материалов и запасных частей предлагается в планировании потребности в ресурсах N учитывать сезонные условия эксплуатации:

Ni=H×Ti×∑j=1Aclji×K,

где

H – норма расхода запасных частей и материалов на километр пробега автомобиля;

lji – интенсивность эксплуатации j-го автомобиля за i-й период;

Ac – списочное количество автомобилей;

К – корректирующий коэффициент учёта сезонных условий эксплуатации [10].

Корректирующий коэффициент учёта сезонных условий эксплуатации для планирования потребности в запасных частях по месяцам находится:

К=12nit∑j=112njt,

где ni, nj – интенсивности расходования запасных частей и материалов данного вида [10].

Рекомендованные значения корректирующего коэффициента корректирования для учёта условий эксплуатации в зависимости от среднемесячной температуры воздуха г. Новый Уренгой представлены в таблице 3 [10].

 

Таблица 3. Значения корректирующего коэффициента для планирования потребности в запасных частях по месяцам для г. Нового Уренгоя

Месяц

Значения корректирующего коэффициента

Январь

1,38

Февраль

1,25

Март

1,04

Апрель

0,95

Май

0,81

Июнь

0,76

Июль

0,72

Август

0,76

Сентябрь

0,81

Октябрь

0,87

Ноябрь

1,04

Декабрь

1,25

Источник: разработано авторами

 

Заключение

На основе изложенного можно сделать вывод о доказанности гипотезы о влиянии температуры воздуха на надёжность системы питания автомобильных дизельных двигателей.

Расчёт основных статистических характеристик системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118 выявил, что наработки на отказ исследуемых элементов системы питания имеют существенную вариацию и подчиняются закону Вейбулла.

Установлено, что при низких температурах воздуха количество отказов элементов топливной аппаратуры увеличивается.

Дана оценка значимости сезонных изменений параметра потока отказов системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118 от температуры воздуха. Выявлено, что сезонные колебания являются существенными.

Полученные результаты исследований могут быть использованы при разработке методики корректирования объема запасных частей на складе.

Дальнейшие исследования будут направлены на повышение надёжности системы питания с учётом сезонных условий эксплуатации путём корректирования периодичности ТО.

1 ТРАНСПОРТ РОССИИ. Информационно-статистический бюллетень. Январь-март 2022 года. // Официальный Интернет-ресурс Министерства транспорта Российской Федерации: [сайт]. – 2010 – 2020. – URL: https://mintrans.gov.ru/documents/7/11885 (дата обращения: 15.11.2022).

×

Об авторах

Андрей Сергеевич Гусельников

Тюменский индустриальный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: andey45-45@mail.ru

аспирант, научная специальность 2.9.5 Эксплуатация автомобильного транспорта

Россия, Тюмень

Николай Степанович Захаров

Тюменский индустриальный университет

Email: zakharov_ns@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8415-0505

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой сервиса автомобилей и технологических машин

Россия, Тюмень

Список литературы

  1. Авдонькин Ф. Н. Изменение технического состояния автомобиля в процессе эксплуатации: монография. – Саратов: Изд-во СГУ, 1973. – 191 с.
  2. Влияние сезонной вариации факторов на интенсивность расходования ресурсов при эксплуатации транспортно-технологических машин / Н. С. Захаров [и др.] // Известия высших учебных заведений. Нефть и газ. – 2006. – № 1. – С. 75–79. – EDN: GZQEBU.
  3. Вохмин Д. М. Влияние режимов работы автомобилей на надежность топливной аппаратуры дизельных двигателей: дис. … канд. техн. наук. – Тюмень, 2005. – 212 с. – EDN: NNPKCB.
  4. Вохмин Д. М. Направления повышения надежности системы топливоподачи дизеля // Эксплуатация и обслуживание транспортно-технологических машин: межвузовский сборник научных трудов. – Тюмень: Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2005. – С. 40–46. – EDN: TPAGEZ.
  5. Вохмин Д. М., Захаров Н. С. Влияние условий работы автомобиля на надежность форсунок дизельного двигателя // Научно-технический вестник Поволжья. – 2014. – № 6. – С. 123–126. – EDN: THHLOL.
  6. Вохмин Д. М., Захаров Н. С. Влияние условий работы на надежность форсунок// Эксплуатация и обслуживание транспортно-технологических машин: межвузовский сборник научных трудов. – Тюмень: Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2005. – С. 52–56. – EDN: TOZNGH.
  7. Газарян А. А. Техническое обслуживание автомобилей. – Москва: Транспорт, 1989. – 255 с.
  8. Григорьев М. А., Долецкий В. А. Обеспечение надежности двигателей. – Москва: Изд-во стандартов, 1979. – 323 с.
  9. Ждановский Н. С., Николаенко А. В. Надежность и долговечность автотракторных двигателей. – Ленинград: Колос, 1975. – 223 с.
  10. Захаров Н. С., Абакумов Г. В., Вознесенский А. В. Влияние сезонных условий на расходование ресурсов при эксплуатации автомобилей. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2011. – 115 с. – EDN: QVGMBN.
  11. Захаров Н. С. Моделирование процессов изменения качества автомобилей: монография. – Тюмень: ТюмГНГУ, 1999. – 127 с. – EDN: RXJTFB.
  12. Захаров Н. С., Абакумов Г. В., Ракитин А. Н. Взаимосвязь между климатическими факторами// Научно-технический вестник Поволжья. – 2014. – № 1. – С. 26–29. – EDN: SCHQOH.
  13. Кузнецов Е. С. Обобщающие показатели эксплуатационной надежности автомобилей // Автомобильная промышленность. – 1968. – № 3. – С. 8–10.
  14. Кузнецов Е. С., Андрианов Ю. В. Условия эксплуатации и надежность автомобилей // Автомобильная промышленность. – 1981. – № 1. – С. 8–9.
  15. Мальцев Д. В., Пестриков С. А., Утробин В. Ю. Влияние условий эксплуатации на надежность грузовых автомобилей на базе шасси КамАЗ // Химия. Экология. Урбанистика. – 2019. – Т. 2019-2. – С. 129–133. – EDN: BYLOZF.
  16. Матвиенко И. В., Ивашко В. С. Исследования надежности автомобилей в процессе их технической эксплуатации// Новости науки и технологий. – 2020. – № 2(53). – С. 30–37. – EDN: FQBPJI.
  17. Мусин К. С., Сабралиев Н. С., Адилбеков М. А. Исследование и повышение эксплуатационной надежности грузовых автомобилей // Вестник Алматинского технологического университета. – 2018. – № 3. – С. 75–81. – EDN: YLWEQP.
  18. Попцов В. В. Влияние низких температур на надёжность двигателей автомобилей КАМАЗ-44108 // Научно-технический вестник Поволжья. – 2021. – № 3. – С. 25–27. – EDN: ZSJPYV
  19. Проников А. С. Надежность машин. – Москва: Машиностроение, 1978. – 592 с.
  20. Резник Л. Г. Научные основы приспособленности автомобилей к условиям эксплуатации: дис. … док. техн. наук. – Тюмень, 1981. – 358 с.
  21. Сапоженков Н. О., Макарова А. Н. Влияние сезонных условий на надежность элементов электрооборудования автомобилей// Научно-технический вестник Поволжья. – 2014. – № 6. – С. 318–320. – EDN: THHMGX.
  22. Хазов Б. Ф. Надежность строительных и дорожных машин. – Москва: Машиностроение, 1979. – 192 с.
  23. Bimal Samanta, Sarkar Bijan, Mukherjee S. К. (2001). Reliability analysis of shovel machines used in an open cast coal mine. Mineral Resources Engineering. Vol. 10, No. 2, рр. 219–231, https://doi.org/10.1142/S0950609801000610.
  24. Młynarski S. (2016) Evolution of Machine Reliability and Life and Economics of Operational Use, Management and Production Engineering Review, Vol. 7, No. 4, рр. 76–85, https://doi.org/10.1515/mper-2016-0038.
  25. Mouli С. et al. (2014) Reliability Modeling and Performance Analysis of Dumper Systems in Mining by KME Method, International Journal of Current Engineering and Technology, Special Is.-2, рр. 255–258, https://doi.org/10.14741/Ijcet/Spl.2.2014.46.
  26. Ramesh Kumar A., Krishnan V. (2017). A Study on Reliability Analysis of Haul Trucks, International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology, Vol. 4, Is. 3, рр. 76–85, https://doi.org/0.17148/IARJSET.2017.4317.
  27. Ramesh Kumar A., Krishnan V. (2016). A Study of Bulldozers in Reliability Analysis, International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, Vol. 5, Is. 9, рр. 18830–18837, https://doi.org/10.15680/IJIRSET.2016.0509046.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рисунок 1. Факторы, влияющие на надёжность системы питания автомобильных дизельных двигателей

Скачать (41KB)
Метаданные
3. Рисунок 2. Распределения наработок на отказ элементов топливной аппаратуры: а) турбокомпрессор; б) топливная форсунка; в) ТНВД

Скачать (90KB)
Метаданные
4. Рисунок 3. Влияние температуры воздуха на параметр потока отказов элементов системы питания двигателей автомобилей КАМАЗ-43118

Скачать (47KB)
Метаданные
5. Рисунок 4. Линеаризованная первая гармоника

Скачать (25KB)
Метаданные
6. Рисунок 5. Изменение в течение года параметра потока отказов элементов системы питания автомобиля КАМАЗ-43118

Скачать (28KB)
Метаданные

© Гусельников А.С., Захаров Н.С., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».