THÍ NGHIỆM Ô TÔ VỀ ĐỘ BỀN TIN CẬY

Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thôngnhiều yếu tố như: chế độ khai thác tải trọng, đường xá, khí hậu , chất lượng bảo dưỡng sửa chữa, trình độ lái xe để xác định một cách tương

Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

Chương 5 Thí nhiệm ô tô về độ tin cậy 5.1Khái niệm chung

Độ tin cậy là một lĩnh vực khoa học nghiên cứu quá trình “hoá già” của máy và cơ cấu nói chung tức là nghiên cứu sự thay đổi chất lượng của chúng trong quá trình

sử dụng

Độ tin cậy của máy và các phương tiện vận tải mang tính phức hợp, thí dụ như: tính không hỏng, tính bền lâu, tính bảo dưỡng sửa chữa và tính bảo quản Nếu độ tin cậy thấp thì các chỉ tiêu kinh tế –kỹ thuật ô tô kém, thậm chí có những trường hợp trực tiếp hay gián tiếp gây tai hoạ cho tính mạng nhiều người

Mục đích của các thí nghiệm nhằm xác định các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của ô tô theo hành trình xe chạy Trên cơ sở các giá trị độ tin cậy đã biết, chúng ta có thể xác định chu kỳ tác động kỹ thuật tối ưu, hiệu quả sử dụng ô tô và đề xuất các biện pháp nâng cao độ tin cậy

5.2 Một số chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của ô tô bằng phương pháp thí nghiệm

Trong quá trình sử dụng, hư hỏng của ô tô thường xảy ra ở các thời điểm ngẫu nhiên và được cho dưới dạng sác xuất

Theo khả năng sửa chữa của chi tiết và tổng thành ô tô được phân thành hai loại: loại khi hư hỏng có thể phục hồi và loại không phục hồi Mỗi loại chi tiết này được

đánh giá bằng một hệ thống các chỉ tiêu tin cậy riêng biệt Trong thí nghiệm chúng ta

có thể dùng một hệ thống chỉ tiêu chung để đánh giá độ tin cậy của ô tô như sau:

5.2.1 Sác xuất làm việc không hỏng:

Nếu gọi P(L) là sác xuất làm việc không hỏng của ô tô thì:

( l) ( L )

n P

N

 Trong đó: n(l) là số mẫu không bị hư hỏng trong hành trình thí nghiệm L(km)

N là tổng số mẫu thí nghiệm trong cùng một điều kiện

Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

Quá trình tạo thành bởi tập hợp các hư hỏng ở các thời điểm ngẫu nhiên trong hành trình thí nghiệm gọi là thông số dòng hỏng T(L)

L ( l)

(L )

hi

S? l莕 h醤g T



trong đó: hi(l) là số hư hỏng của một trong những mẫu thử N,

trong khoảng hành trình xem xét L

5.2.3 Hành trình làm việc trung bình

Hành trình làm việc trung bình hay tuổi thọ trung bình của đối tượng thí nghiệm

được xác định bằng quan hệ:

n

i 1 i

5.2.4 Hệ số sẵn sàng

Hệ số sẵn sàng của đối tượng nghiên cứu là hệ số sác xuất để nó ở trạng thái có khả năng hoạt động Hệ số này được xác định bởi quan hệ:

Ks = n(t)/N trong đó: nt số mẫu có khả năng làm việc ở thời điểm nghiên cứu

N số lượng mẫu thử

5.2.5 Chỉ tiêu kinh tế độ tin cậy

Chỉ tiêu này có ý nghĩa lớn trong ngành vận tải ô tô Nó được xác định từ quan hệ:

kt

L





trong đó: Cct là chi phí đầu vào (mua xe)

Ckt là tổng hợp chi phí cho quá trình khai thác

Lkt là quãng đường khai thác

5.3.Các phương pháp thí nghiệm ô tô về độ tin cậy

5.3.1 Thí nghiệm trên đường

Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

nhiều yếu tố như: chế độ khai thác (tải trọng, đường xá, khí hậu ), chất lượng bảo dưỡng sửa chữa, trình độ lái xe để xác định một cách tương đối chính xác độ tin cậy trong khai thác của ô tô ngưòi ta thường sử dụng phương pháp thí nghiệm xe trên

đường Dựa trên kết quả thí nghiệm nhận được, các nhà máy chế tạo có thể hoàn chỉnh thêm về thiết kế, công nghệ và chọn vật liệu hợp lý hơn để nâng cao tin cậy và tuổi thọ cho ô tô đồng thời lập được kế hoạch dự trữ vật tư, phụ tùng và định mức tiêu hao nhiên liệu cũng như dầu mỡ bôi trơn

Hiện nay có ba phương án thường được sử dụng để thí nghiệm ô tô trên đường

về tin cậy và tuổi thọ:

5.3.1.1 Thí nghiệm trong khai thác

Theo phương án này ô tô vẫn tham gia vận chuyển một số lượng hàng hoá nhất

định trong điều kiện khai thác điển hình Số lượng xe thí nghiệm thường từ 10-200 chiếc thuộc một loại nào đó Chế độ tải trọng và tốc độ được chọn theo quy định kỹ thuật Theo định kỳ xe thí nghiệm được tháo rời để đo đạc rồi kiểm tra toàn bộ

Phương pháp thí nghiệm trong khai thác cho kết quả tương đối chính xác Nhưng có nhược điểm cơ bản là thời gian thí nghiệm kéo dài vì phải theo dõi cả hành trình cho đến kỳ đại tu, trong điều kiện hành trình xe chạy trong ngày không lớn, mất thời gian bốc xếp và bị chi phối bởi khâu tổ chức vận tải

5.3.2.2 Thí nghiệm trên bãi thử chuyên dùng (Poligon)

Bãi thử nghiệm cùng với các chặng thử đặc biệt (đường bêtông cao tốc, đường

đất, đường đá dăm, đường đá hộc, đường dốc, đường vòng cấp, ) cho phép tăng cường chế độ thí nghiệm để nhanh chóng có những kết luận về độ tin cậy và tuổi thọ của xe

Ngày nay ở những nước có nền công nghiệp ôtô phát triển đều xây dựng bãi thử

để thí nghiệm ôtô Trên hình 4.1 trình bày sơ đồ bãi thử NAMU của Liên Xô

Khi thí nghiệm về độ tin cậy và tuổi thọ ô tô trên bãi thử, tổng đoạn đường chạy thường khoảng 250.000km và thời gian thử diễn ra trong vòng 6 tháng Do đặc tính chuyên môn hoá của các bãi thử nên các kết quả thí nghiệm chưa hoàn toàn đúng như

Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

thực tế sử dụng Vì vậy đòi hỏi phải có những thí nghiệm đối chứng để hiệu chỉnh các kết quả nhận được

Hình 4-1 Sơ đồ bãi thử NAMU 1.Đường vòng cao tốc; 2.Đoạn đường để đo lực kéo của phanh tay; 3 Đoạn đường vòng rải đá; 4

Đoạn đường đất; 5,6 Đoạn đường phụ; 7 Cơ sở điều hành; 8 Khu nhà ở; 9 Đoạn đường đất khúc

khuỷ; 10 Đoạn dốc thí nghiệm; 11 Đoạn đường tổng hợp để thí nghiệm đặc biệt

5.3.3.3 Thí nghiệm nghiên cứu đặc biệt:

Các thí nghiệm nghiên cứu đặc biệt ô tô về độ tin cậy và tuổi thọ được tiến hành trên trên quãng đường chạy không lớn (50-80km) ở các loại đường giao thông công cộng (xa lộ, đường đất, đường lâm trường và cả trên các loại bãi thử), với các chế độ tốc độ, tải trọng định trước

Các thí nghiệm nghiên cứu đặc biệt người ta sử dụng không hạn chế các loại thiết bị đo đạc chẩn đoán hiện đại, để ghi nhận những thông tin tối đa về quá trình trọng tải tác dụng lên các cụm, tổng thành, chi tiết khảo sát và mức độ biến xấu trạng thái kỹ thuật của chúng trong quá trình thí nghiệm

Kết quả nhận được về chế độ tải trọng tác dụng lên chi tiết tổng thành theo thời gian sẽ giúp cho người thiết kế hoàn thiện thêm kết cấu, đồng thời cung cấp số liệu quan trọng để lập chương trình thí nghiệm độ tin cậy và tuổi thọ trên bệ thử

Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

Thông qua những số liệu biểu thị mức độ biến xấu trạng thái kỹ thuật của các cụm tổng thành máy tính sẽ dự báo độ tin cậy và tuổi thọ của ô tô khi thí nghiệm

Trình tự tổng quát của quá trình thí nghiệm ô tô trên đường về độ tin cậy và tuổi thọ như sau:

1.Chọn số lượng ô tô thí nghiệm: Số lượng ô tô được dùng để thí nghiệm độ tin cậy có ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của kết quả nhận được Số lượng xe thí nghiệm càng nhiều thì độ chính xác của kết quả thí nghiệm càng cao Trong trường hợp khó khăn thì số lượng xe cũng phải tối thiểu 3-4 xe

2.Chọn tổng hành trình chạy thử: Hành trình chạy thử phải đủ lớn để có thể phát hiện được thời gian phục vụ của tất cả các tổng thành ô tô, đồng thời phải phù hợp với định kỳ BDKT và sửa chữa hiện hành Do vậy thường chọn bằng chu kỳ sửa chữa lớn lần thứ nhất Khi chọn hành trình chạy thử độ tin cậy và tuổi thọ phải lưu ý

đến sự ảnh hưởng của điều kiện đường xá Thực tế thí nghiệm ô tô trên bãi thử chuyên dùng với các chặng thử đặc biệt cho thấy cứ khoảng 2-3 nghìn km chạy trên bãi thử tương đương với 50-60 nghìn km chạy trên đường tốt Để tăng độ chính xác khi thí nghiệm người ta thường phân bố hành trình chạy thử theo tong loại đường như bảng sau:

Loại đường

Xe tải thường (%)

Xe thông qua cao (%)

Xe con (%)

- Loại đường I,II

- Đường đá cuội, đá dăm và cấp phối loại III,IV,V

- Đường đất

- Đường thành phố

40

25

25

10

20

0

50

-

40

20

10

30

3.Chọn chế độ chạy thử: Chế độ chạy thử thường bao gồm chế độ chế độ tải trọng, nhiệt, tốc độ của các tổng thành hoặc toàn bộ ô tô Chế độ này được chọn trên cơ sở những quy định khi thiết kế chế tạo

Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

4.Chọn khoảng hành trình giữa các lần tháo rời ô tô để đo đạc: Thí nghiệm về

độ tin cậy và tuổi thọ là một dạng thí nghiệm đặc biệt, nó đòi hỏi việc tháo ra để kiểm tra phải nhiều hơn so với chạy thử nghiệm thu Việc tháo lắp nhiều lần sẽ làm giảm tuổi thọ, do vậy cần hạn chế đến mức thấp nhất số lần tháo ra và khối lượng công việc tháo Trong thực tế người ta chọn hành trình giữa hai lần tháo rời để kiểm tra, đo độ mòn vào khoảng 20-25 nghìn km Những tổng thành mà trạng thái kỹ thuật ít biến đổi trong qúa trình chạy thử, có thể kéo dài chu kỳ tháo lên tới 50 nghìn km

5.Chuẩn bị các biểu mẫu: để ghi loại hư hỏng và mức tiêu thụ vật liệu chạy xe, phụ tùng thay thế

6.Chuẩn bị các tổng thành mới: để phục vụ cho việc thí nghiệm đối chứng 7.Tiến hành chạy thử, theo dõi, đo đạc, ghi chép số liệu, xử lý và xác định các chỉ tiêu đánh giá dộ tin cậy và tuổi thọ của ô tô

5.3.2Thí nghiệm trên bệ thử

Thí nghiệm ô tô trên bệ thử về độ tin cậy và tuổi thọ cho phép giảm thời gian thí nghiệm đến mức độ tối thiểu vì khi thí nghiệm trên bệ thử có thể tăng cường chế độ tải trọng (lực, nhiệt độ, độ ẩm, ) Điều kiện để đảm bảo độ chính xác của kết quả thí nghiệm là bệ thử phải tái hiện được các chế độ tải trọng thực tế tác dụng lên chi tiết sao cho tính phá huỷ tương tự của nó phải được đảm bảo

Hiện nay khi thí nghiệm ô tô trên bệ thử người ta thường dùng các chương trình chất tải sau:

- Chương trình với tải trọng không đổi: tải trọng tác dụng có chu kỳ với biên

độ không đổi

- Chương trình với tải trọng thay đổi theo một số mức độ nhất định: tải trọng tác dụng có chu kỳ với biên độ không đổi

- Chương trình với tải trọng thay đổi theo quy luật ngẫu nhiên giống với chế

độ tải trọng tác dụng lên chi tiết trong sử dụng

Khi thí nghiệm trên bệ thử về độ tin cậy và tuổi thọ cần chú ý đến trình tự chất tải, vì độ bền mỏi của chi tiết không chỉ phụ thuộc vào biên độ tải trọng mà còn vào

Thí nghiệm ô tô Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

trình tự tác dụng của nó Trình tự tác dụng của tải trọng thực tế ghi được khi thí nghiệm xe trên đường hoặc trên bãi thử

Việc mô hình hóa chế độ tải trọng tác dụng lên các chi tiết, tổng thành ô tô trên

bệ thử là rất khó chính xác, do vậy, kết quả thí nghiệm trên đường và trên bệ thử có sự sai lệch Để khắc phục sự sai lệch này người ta dùng hệ số chuyển đổi:

K=L/H trong đó: L –là tuổi thọ của chi tiết trong điều kiện khai thác

H-tuổi thọ của chi tiết khi thí nghiệm trên bệ thử

5.4 Phương phỏp thống kờ xỏc định chế độ tải trọng khi thớ nghiệm trờn bệ thử

5.4.1Thống kờ chế độ tải trọng

Cỏc số liệu ban đầu để lập chương trỡnh chất tải trờn bệ thử độ tin cậy và tuổi thọ được lấy từ cỏc kết quả thống kờ cỏc chế độ tải trọng tỏc dụng trờn cỏc cụm hoặc chi tiết ụ tụ trong điều kiện xử dụng Cỏc chế độ tải trọng này thường được xỏc định bằng phương phỏp chộp tay hay đo ghi tự động và biểu thị dưới dạng biểu đồ, đường cong mật độ phõn bố, bảng biểu hoặc cỏc băng từ Cỏc kết quả nhận được sau khi xử dụng sẽ được chương trỡnh hoỏ và làm tgỏi hiện lại khi thớ nghiệm trờn bệ thử

Thực tế chế độ tải trọng tỏc dụng lờn cụm tổng thành khỏc nhau cũng khỏc nhau Do vậy khi nghiờn cứu tổng thành riờng biệt chỳng ta cần xỏc định những thụng

số chủ yếu đặc trưng cho chế độ tải trọng tỏc dụng lờn chỳng

Đối với động cơ ụ tụ cần xỏc định cỏc thụng số như: đường cong, phõn bố mụ men xoắn, số vũng quay của động cơ trờn 1km quóng đường chạy, số lần khởi động, chế độ nhiệt,…

Đối với ly hợp cần xỏc định đường cong phõn bố cụng trượt, chế độ nhiệt, số lần đúng mở trờn 1km quóng đường chạy…

Đối với hộp số người ta xỏc định biểu đồ phõn mụ men xoắn trờn cỏc trục, số lần chuyển số trờn 1km quỏng đường chạy, thời gian làm việc tương đối ở mỗi số…

Đối với truyền động cỏc đăng cần xỏc định đường cong phõn bố mụ men xoắn, gúc lệch giữa cỏc trục, tốc độ gúc và sự dịch chuyển dọc trục

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Đối với cấu chủ động người ta xác định đường cong phân bố mô men xoắn trên trục chủ động của truyền lực chính và các bán trục, tốc độ góc tương ứng của chúng, biểu đồ phân bố lực và mô men tác dụng lên gầm cầu

Đối với hệ thống chuyển động cần xác định đường cong phân bố tải trọng thẳng đứng, đường cong phân bố gia tốc thẳng đứng và gia tốc ngang

Đối với hệ thống phanh cần xác định đường cong phân bố lực tác dụng vào bàn đạp hay áp suất trong dẫn dộng phanh, đường cong phân bố mô men ma sát trong cơ cấu phanh, chế độ nhiệt giữa má phanh và trống phanh

Đối với hệ thống lái người ta xác định lực tác dụng lên vành tay lái, góc quay vòng các bánh xe dẫn hướng…

Tải trọng tác dụng lên chi tiết ô tô, số vòng quay của động cơ và các chi tiết trong hệ thống truyền lực, biến dạng của hệ thống treo, góc quay của bánh xe dẫn hướng … khi ô tô chuyển động trên đường, người ta có thể đo trực tiếp hoặc đo tự động bằng các thiết bị hiện đại

5.4.2Xử lý các số liệu thống kê và chế độ tải trọng

Chế độ tải trọng trong thực tế tác dụng lên chi tiết, tổng thành ô to nhận được bằng phương pháp thống kê nêu trên thường là một quá trình ngẫu nhiên có quy luật phức tạp Để quá trình này có thể tái hiện gần đúng trên bệ thử, cần phải xử lý đường cong biểu thị quan hệ giữa tải trọng và thời gian tác dụng của nó Khi xử lý cần tiến ành theo trình tự sau:

- Chọn dạng hàm mật độ phân bố để biểu thị kết quả xử lý

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

- Đơn giản biểu đồ phân bố tải trọng nhận được, tức là thay đường cong thực tế của quá trình bằng đường cong đơn giản hơn, nhưng cũng có đặc tính thống kê tương tự trong khoảng tần số đã cho

Kết quả xử lý biểu đồ tải trọng thực tế thường đựơc biểu thị dưới dạng biểu đồ tải trọng để tính toán

Để xử lý thống kê các biểu đồ chế độ tải trọng ngẫu nhiên, hiện nay có thể xử dụng một trong các phương pháp sau:

5.4.2.1.Xử lý bằng phương pháp toạ độ ngẫu nhiên

Nội dung của phương pháp này là trên cơ sở của biểu đồ thống kê chế độ tải trọng ngẫu nhiên ta xác định các giá trị tung độ i ứng với các khoảng thời gian –t nhất định Giá trị t phụ thuộc vào tần số của quá trình nghiên cứu Nếu tần số của quá trình càng lớn thì khoảng t càng nhỏ Thực nghiệm cho thấy, kết quả xử lý sữ đủ chính xác nếu chọn khoảng t theo quan hệ sau: 1

t 2

ở đây: -tần số lớn nhất khi phân tích các quá trình tải trọng

Như vậy, ta nhận được hang loạt các giá trị tung độ  tương ứng với các khoảng t và xác định được các khoảng ứng suất:  = i+1 - i

Đặt các giá trị  lên trục hoành của đồ thị Nếu gọi tung độ trong từng khoảng

là ni thì ta có thể xác định được tần số của quá trình:

i

i

i 1

n n



 



Trong đó: kn - số lượng khoảng ứng suất

ThÝ nghiÖm « t« NguyÔn Thµnh C«ng-§H Giao th«ng

Sau khi xác định các giá trị i ứng với từng khoảng ứng suất, chúng ta có thể dùng biểu đồ phân bố tải trọng nghiên cứu (i - ) Từ biểu đồ (i - ) trên trục tung đặt các giá trị: Pi = i / 

Độ lớn của các giá trị Pi trùng với độ lớn của hàm mật độ phân bố sác xuất các giá trị tải trọng (ứng suất, mô men…) Như vậy, sau xử lý ta nhận được đường cong mang tính đặc trưng hơn cho quá trình tải trọng ngẫu nhiên

Thông thường, hàm mật độ phân bố sác xuất các giá trị tải trọng tác dụng lên các chi tiết ô tô tuân theo quy luật phân bố chuẩn, quy luật phân bố loga chuẩn, quy luật phân bố vayboon, quy luật mũ, quy luật gamma

5.4.2.2.Xử lý bằng phương pháp tách chu trình

Theo phương pháp này, đường cong tải trọng ngẫu nhiên được tác thành từng chu trình theo biên độ cực đại của tải trọng Trong từng chu trình ta quan tâm đến hai giá trị tải trọng cực đại và cựctiểu Kết quả xử lý được biểu thị ở dạng bảng hiệu chỉnh Trên trục hoành của bảng ghi các giá trị tải trọng cực tiểu, còn trên trục tung của bản ghi các giá trị tải trọng cực đại khoảng chia Chia cả hai trục của bảng thành các dãy mỗi dãy tưong ứng với một khoang tải trọng nhất định Nhu vậy, bảng hiệu chủnh đướnc chia thành các ô, trên mỗi ô chia ghi số lượng chu trình tải trọng đã tách

Trên bảng 3.5 trình bày kết quả xử lý quá trình tải trọng ngẫu nhiên tác dụng lên bán trục ô tô  66 khi chuyển độngươr tay số một Trục hoành và trục tưng của bảng đều được chia thành 13 dãy, khoảng tải trọng trong mõi dãy là 50 KGm Nếu xét