Procjena preostalog radnog vijeka sistema za prenos snage teretnih vozila

Abstract

Predmet rada je procjena radnog vijeka elemenata i sistema za prenos snage terertnih vozila od datog početnog stanja pa do dostizanja definisanog graničnog stanja. Granična stanja se određuju na osnovu tehničkih i ekonomskih kriterijuma. Granična stanja po tehničkim kriterijumima nastaju kada dođe do pada kvaliteta rada i funkcionalne sposobnosti sistema, što se dešava pri pojavi odgovarajućeg nivoa pohabanosti, deformacije ili loma elementa. Po ekonomskim kriterijumima granično stanje nastupa kada dođe do pada ekonomske efektivnosti sistema ispod granice isplativosti dalje eksploatacije. Uslovi rada i vrijednosti opterećenja kao i konstrukcione karakteristike primjenjenih materijala elemenata sistema za prenos snage teretnih vozila su dominantno stohastičkog karaktera, pa se zbog nemogućnosti tačnog proračuna vrši procjena njihovog radnog vijeka. U radu su prikazane sistemske metode određivanja opterećenja i proračuna prenosnika snage vozila. Procjena radnog vijeka elementa do loma usled zamora materijala bazirana je na primjeni linearnih hipoteza o akumulaciji oštećenja materijala. Prikazane su metode determinističkog i vjerovatnosnog proračuna, odnosno procjene radnog vijeka elemenata i sistema. Radni vijek elementa izražen u km pređenog puta dat je kao odnos ukupne raspoložive radne sposobnosti elementa i njegove potrebne radne sposobnosti po jednom km puta. Pored prethodno prikazane procjene radnog vijeka elementa i sistema, koji polazi od projektovanog stanja kao početnog, prikazana je i procjena preostalog radnog vijeka elementa i sistema u odnosu na dato izmijenjeno početno stanje. U tom cilju razmatra se promjena stanja elemenata, prvenstveno kroz proces habanja elementa i formiranje zazora u njihovim vezama. Prikazan je uticaj zazora na tehničke i ekonomske pokazatelje od značaja za preostali radni vijek elemenata i sistema za prenos snage vozila. Uticaj zazora na opterećenje elemenata i sistema za prenos snage vozila razmatran je na uprošćenom dvomasenom modelu i detaljnom modelu sistema: pogonski motor-sistem za prenos snage-pogonski točak-vozilo-put (PM-SPS-PT-V-P). Odgovarajući matematički i simulacioni modeli verifikovani su u značajnoj mjeri eksperimentalnim ispitivanjem. Eksperimentalnim putem ispitan je uticaj zazora na poluvratilu jednog putničkog vozila na vrijednost momenta u prelaznom procesu i ustaljenom režimu kretanja. U radu je prikazana i procjena preostalog radnog vijeka sistema za prenos snage do dostizanja graničnog stanja po ekonomskim kriterijumima. Prikazana je procjena optimalnog radnog vijeka po kriterijumima minimuma specifičnih troškova i maksimalne dobiti u eksploataciji vozila. Na osnovu izloženih sadržaja izvedeni su odgovarajući zaključci koji pokazuju naučni doprinos i upotrebni značaj rezultata. Na kraju rada ukazano je na potrebu i pravce daljih istraživanja problematike koja je predmet rada

Aim of this paper is to estimate the residual lifetime of truck transmission system and elements starting from initial conditions up to a defined limit state. Limit state is defined on the basis of technical and economic criteria. Limit state, according to technical criteria, occurs when there is a reduction in quality of work and functional capabilities of a system, which happens due to an increased wear and tear, deformation and element fracture. According to economic criteria, limit state occurs when there is a decrease in economic effectiveness of the system below the level of profitable exploitation. Exploitation conditions and load values together with the construction properties of the truck power transmission elements are dominantly of stochastic nature, so it is impossible to accurately calculate their lifetime. This paper shows methodology of how to determine load and calculate power transmission system residual lifetime. Estimation of the residual lifetime of the transmission elements up to the moment of fracture due to material fatigue is based on the application of linear damage accumulation hypothesis. We have shown the methods of deterministic and probabilistic calculation, i.e. estimation of the residual lifetime of the elements and the system. Lifetime of the elements, indicated in km of the travelled distance, is given as the relation between the total work capability of the elements and their required work capability per one km. Apart from the abovementioned estimation of the elements and the system lifetime, where a projected status is an initial status, we have also shown the residual lifetime of the elements and the system in relation to the given alternated initial state. In this light we have considered changes of the elements states, primarily through wear and tear process and formation of clearance in their connexions. We have also shown the impact of clearance on the technical and economic indicators which are significant for the residual lifetime of a vehicle power transmission elements and systems. The impact of clearance on the load of the vehicle power transmission is considered on a simplified model with two masses and a detailed system model: drive engine - power transmission system - drive wheel – vehicle - road (PM-SPS-PT-V-P). Appropriate mathematical and simulation models were largely verified by experimental research. We have experimentally tested impact of clearance on a passenger vehicle half-shaft regarding momentum values during the transitional process and regular motion rates. This paper also shows the residual lifetime of power transmission up to the moment of reaching the limit state, according to economic criteria. Furthermore, we have shown an estimation of optimum lifetime, according to the criteria of minimum costs and maximum exploitation of a vehicle. On the basis of these results, we have drawn some conclusions which show scientific contribution and practical significance of our results. In the end we have indicated further possibilities of how to investigate this topic that our paper deals with