Технічний стан автомобіля (агрегату, механізму, з'єднання) визначається сукупністю властивостей, що змінюються, його елементів, що характеризуються поточним значенням конструктивних параметрів. Зазвичай поточні значення конструктивних параметрів пов'язують із напрацюванням.
Напрацювання - тривалість роботи виробу, що вимірюється одиницями пробігу (кілометри), часу (години), числом циклів. Розрізняють напрацювання з початку експлуатації виробу, напрацювання до певного стану (наприклад, граничного), наробіток інтервальний та ін. На автомобільному транспорті, як правило, напрацювання автомобілів визначається в кілометрах пробігу, рідше (спеціальні автомобілі, позашляхові кар'єрні самоскиди) - у годинах.
Працездатність - стан автомобіля, при якому він може виконувати задані функції з параметрами, встановленими вимогами технічної документації. Працездатність автомобіля пов'язана не тільки із здатністю його виконувати необхідні функції, але і з тим, щоб при цьому експлуатаційні якості знаходилися у допустимих межах. А оскільки автомобіль є відновлюваною системою, то визначення тактики і стратегії відновлення його працездатності має велике значення.
Відмовою називається повна або часткова втрата працездатності автомобіля. Вона може відбутися унаслідок руйнування, деформації або зносу деталей, порушення регулювання механізмів і систем, припинення подачі палива і мастила, а також зміни робочих характеристик автомобіля (втрата потужності, збільшення гальмівного шляху), коли вони виходять за межі допустимих за технічними умовами норм.
Під несправністю розуміють такий стан автомобіля, коли він не відповідає хоч би одній з вимог технічної документації. Існують несправності, що не приводять до відмов (пошкодження лакофарбового покриття або незначна деформація кузова автомобіля), і такі, що викликають їх (поломка ресори або пружини підвіски).
Основні причини зміни технічного стану автомобілів
Найважливішими процесами фізичного старіння деталей автомобіля є втома, корозія і зношування.
Старіння автомобіля — це процес поступової і безперервної зміни експлуатаційних властивостей, що викликається дією механічних, електричних, теплових і інших навантажень. Наявність таких навантажень визначається режимом роботи і умовами експлуатації автомобіля.
Втома — процес руйнування деталі під впливом багатократних навантажень, що повторюються. Руйнування пов'язане з виникненням втомних тріщин, розвиток яких пропорційний кількості циклів вантаження. Втомною міцністю в основному визначається довговічність рам, ресор, картерів мостів і інших деталей автомобіля.
Втомне руйнування рами автомобіля
Корозія — процес руйнування матеріалів унаслідок їх хімічної і електрохімічної взаємодії із зовнішнім середовищем. Корозійні пошкодження деталей завжди починаються з поверхні. Корозійною стійкістю багато в чому визначається довговічність кузова автобусів і легкових автомобілів.
Корозія кузова автомобіля
Основною причиною зміни технічного стану механізмів автомобіля є зношування деталей — процес поступової зміни розмірів, форми і стану поверхні деталі, що відбувається при терті. Зношування деталей часто супроводжується деформацією, накопиченням втомної напруги і т.п. Зношування супроводжується як механічними, так і фізико-хімічними явищами, що ускладнюються тим, що на них істотно впливає проміжне середовище (мастило, повітря) і навколишнє середовище (температура, вологість і запилення повітря, вплив сонячних променів і т.д.).
Розрізняють абразивне, втомне, корозійно-ерозійне, окисне, електроерозійне зношування, а також зношування при заїданні, фретингу та фретинг-корозії. Зношування при фретингу, абразивне, ерозійне і втомне ставляться до механічного виду зношування, а окислювальне і при фретинг-корозії — до корозійно-механічного.
Механічне зношування визначається різанням, виламуванням частинок, пластичною деформацією і тому подібне. Найбільш поширений вид механічного зношування — абразивне зношування.
Абразивним називається зношування поверхні деталі у результаті дряпання твердих частинок, які мають різну форму і по-різному орієнтовані своїми гострими ребрами до поверхні, що зношується. Одні з них виконують ріжучу дію, а інші пластично деформують м'якший матеріал, залишаючи сліди у вигляді видавлених рисок. В результаті багатократного переміщення частинок відбувається поступове руйнування поверхневого шару деталі. Абразивні частинки можуть потрапляти на поверхні тертя разом з повітрям, паливом, мастилом і тому подібне. До абразивного зношування у поєднанні з іншими видами схильні практично всі деталі автомобіля, що труться.
Абразивне зношування гальмівного диска
Зношування унаслідок пластичної деформації характеризується тим, що при підвищених навантаженнях і температурах деталь інтенсивно деформується з утворенням пластично видавлених рисок або із зняттям стружки (пластичне різання). Поверхневі шари металу поступово переміщуються під дією сил тертя у напрямі ковзання. В цьому випадку зношування може відбуватися без втрати ваги, але зі зміною розмірів. Цей вид зношування характерний для підшипників ковзання, втулок шатуна, бобишек поршня і інших деталей.
Пластична деформація втулки підшипника турбіни
Зношування при крихкому руйнуванні характеризується тим, що поверхневий шар одного з металів, що труться, в результаті тертя і супутніх йому пластичних деформацій інтенсивно наклепує і стає крихким. Порушення зв'язків поверхневого шару з основною масою металу приводить до його руйнування з утворенням сколів. Зносу при крихкому руйнуванні піддаються обойми підшипників, зуби шестерень і інші деталі.
Крихке руйнування зубів шестерні
Схоплювання металу і перенесення його з однієї деталі на іншу, виривання частинок з поверхні однієї деталі і налипання або наклепування на іншу, заїдання зв'язаних деталей унаслідок виникнення молекулярного зчеплення між поверхнями тертя є в підшипниках ковзання, втулках валів, поршнях та інших деталях, особливо в процесі прироботки механізмів. При інтенсивному зчеплені металів здійснюється процес наволокування шару менш міцного металу на поверхню більш міцного.
Схоплювання матеріалу юбки поршня
Пластичні деформації та руйнування. Такі пошкодження пов'язані з досягненням або перевищенням межі плинності або міцності відповідно у в'язких (сталь) або крихких (чавун) матеріалів. Зазвичай цей вид руйнувань є наслідком помилок при розрахунках, або порушень правил експлуатації (перевантаження, неправильне керування автомобілем, дорожньо-транспортні пригоди і т.п.). Іноді пластичним деформаціям або руйнуванням передує механічне зношування, що призводить до зміни геометричних розмірів і скорочення запасів міцності деталі.
Пластичні деформації та руйнування шатунів
До механічного також відносяться і ерозійне і кавітаційне зношування, які викликаються взаємодією потоків рідин або газів з поверхнями деталей.
Ерозія — процес вимивання і виривання окремих частинок матеріалу унаслідок тертя потоку рідини або газу і їх ударів об поверхню. Прикладом ерозії може бути зношування паливної апаратури дизельних двигунів, випускних клапанів двигуна.
Ерозія клапанів
Кавітація — це утворення, а потім і поглинання парогазових бульбашок в рідині, що рухається по поверхні деталі при певних співвідношеннях тиску і температури в змінних перетинах потоку. Руйнування кавітаційних бульбашок супроводжується гідравлічними ударами по поверхні деталі і утворенням каверн (порожнин). Руйнування внаслідок кавітації іноді спостерігається у водяних насосах, на зовнішніх поверхнях мокрих гільз циліндрів двигуна і в інших деталях автомобіля.
Кавітаційне зношування корпуса водяного насосу
Корозійно-механічне зношування супроводжується явищами хімічної дії середовища (кисню, газів, кислот, лугів) з матеріалом деталей, що труться. Взаємодія середовища з поверхневими шарами металу приводить до утворення нових хімічних з'єднань, які різко змінюють властивості активних шарів металу, що труться. При цьому поверхні тертя зношуються унаслідок періодичного утворення і руйнування менш міцного шару. Корозійно-механічному зношуванню піддаються циліндри двигуна, вкладиші підшипників, шийки колінчастого валу та інші деталі.
Корозійно-механічне зношування поршня гальмівного циліндра
Зношування під дією електричного струму (електроерозійне зношування) поверхні виникає в результаті дії розрядів при проходженні електричного струму.
Електроерозійне зношування контактних кілець ротора генератора
Залежно від умов роботи одна і та ж деталь може піддаватися одночасно дії декількох видів зношування. Наприклад, верхня частина циліндра двигуна піддається одночасно механічному і корозійно-механічному зношуванню.
Інтенсивність зношування поверхневих шарів має певні закономірності. Величина зносу підвищується протягом всього пробігу автомобіля до граничного стану деталі, але інтенсивність зношування різна на різних етапах роботи.
Залежність інтенсивності зношування деталей від часу напрацювання автомобіля
У початковий період роботи (прироблення, або обкатування) зношування деталей протікає вельми інтенсивно до деякого значення. По мірі прироблення інтенсивність зношування знижується унаслідок збільшення площі поверхонь за рахунок зносу, а також зміни мікрогеометрії поверхонь деталей і питомого тиску на деталі, що труться. Таке зношування називається нормальним (природним). Воно характеризується постійністю умов роботи тертя і швидкості зношування даного сполучення. Після досягнення гранично допустимого розміру зношування різко збільшується за рахунок збільшення зазору між поверхнями тертя, зростання динамічних навантажень, погіршення змащення та ін. При досягненні граничного розміру з'єднання втрачає працездатність. Отже, збільшення зазорів між деталями повинно бути обмежене. Якщо працююче сполучення розібрати, то після його збирання інтенсивність зношування збільшиться у порівнянні з первинною за рахунок нового притирання деталей.
Зменшення ресурсу деталей внаслідок розбирання
Таким чином, розбирання автомобіля і його елементів необхідно виконувати тільки у разі крайньої необхідності.
Основні чинники, що впливають на зміну технічного стану автомобіля
На технічний стан автомобіля впливають конструктивні, технологічні, експлуатаційні й інші чинники.
Конструктивні чинники визначаються формами і розмірами деталей (від них залежить питомий тиск на поверхню деталі, концентрація напруги, ударна і втомна міцність металу); жорсткістю конструкції; правильним вибором посадок, що забезпечують надійну роботу сполучень та ін.
Технологічні чинники залежать від якості матеріалів, що використовуються для виготовлення деталей, застосування відповідної їх термічної обробки і якості складальних робіт (центрівка, співвісність, регулювання зазорів, якість кріплення).
Експлуатаційні чинники залежать від дорожніх, транспортних і кліматичних умов. Вони найбільшою мірою впливають на технічний стан автомобілів.
Дорожні умови характеризуються типом, станом і міцністю покриттів, профілем дороги, режимом руху, видимістю і так далі.
Кліматичні умови визначаються температурою і вологістю повітря, атмосферним тиском, кількістю опадів, силою та напрямом вітру, тривалістю снігового покрову.
Транспортні умови включають об'єм і відстань перевезень, умови вантаження і розвантаження, особливості організації перевезень, умови зберігання, обслуговування і ремонту автомобілів.
Класифікація відмов автомобіля
По джерелу виникнення:
Конструктивні відмови пов'язані з недосконалістю конструкції автомобіля — невдало вибрана конструктивна схема автомобіля і його агрегатів, невідомі умови експлуатації, погано захищені деталі від попадання абразивів, вологи і так далі.
Технологічні відмови виникають унаслідок неправильно призначеної технології виготовлення деталі, неякісного матеріалу, низької культури виробництва і так далі.
Експлуатаційні відмови — наслідок неправильної експлуатації автомобіля або його елементів, порушення режимів технічного обслуговування й інших чинників.
Природне зношування і старіння металів або інших матеріалів викликають відмови зносу.
По характеру процесу:
поступові — відмови, яким передує поступова зміна якого-небудь параметра або властивості (поломка корінного листа ресори в результаті накопичення втомних пошкоджень)
раптові — відмови, виникнення яких практично можливо в будь-який період експлуатації (залежить тільки від випадкових чинників), наприклад, прокол шини.
Багато раптових відмов є такими лише за формою виникнення, і їх прогнозування залежить від рівня знань фахівця, контрольно-діагностичних засобів і економічної доцільності їх застосування.
Тому в групі раптових відмов доцільно виділити підгрупу умовно-раптових відмов, що виникають в результаті такої поступової зміни параметрів технічного стану, які в даний період вивчені недостатньо і не можуть бути зафіксовані існуючими приладами і методами. До цієї групи відносяться також несправності і відмови, які в процесі експлуатації фіксувати недоцільно по економічних причинах. Встановлено, що близько половини відмов відноситься до поступових, з яких 60—65% безпосередньо залежать від регулярності і якості технічного обслуговування. Кількість умовно-раптових відмов складає близько 20%.