Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы по формированию ремонтно-обслуживающих воздействий техники 13
1.1. Системы ремонтно-обслуживающих воздействий для различных видов техники в России и за рубежом 13
1.2. Методы совершенствования системы технического обслуживания и ремонта машин 16
1.2.1. Анализ методов построения оптимальных систем технического обслуживания и ремонта изделий 16
1.2.2. Методики расчета системы технического обслуживания и ремонта при групповых заменах деталей 25
1.2.3. Обоснование потребности машин в ремонтно-обслуживающих работах 30
1.3. Управление работоспособностью автомобилей 3 5
1.3.1. Правила назначения работ по техническому обслуживанию и ремонту 35
1.3.2. Методы обоснования состава ремонтных комплектов 37
1.3.3. Методы построения ремонтного цикла 41
1.4. Обеспечение эксплуатационной надежности машин сельскохозяйственного назначения 46
1.4.1. Этапы развития и взаимосвязь основных положений системы технического обслуживания и ремонта 46
1.4.2. Стратегии технического обслуживания ремонта машин 54
1.4.3. Организация превентивного обслуживания машин в сельском хозяйстве 56
1.5. Выводы к главе 1 60
1.6. Обоснование направления и задач исследования 63
2. Теоретическое обоснование принципов формирования структуры и содержания ремонтно-обслуживающих воздействий 73
2.1. Обоснование комплекса управляющих параметров для назначения контрольно-диагностических и ремонтных работ 73
2.2. Теоретические предпосылки совместного обоснования правил назначения контрольно-диагностических и ремонтных воздействий 90
2.3. Математическая постановка задачи формирования структуры, содержания и правил назначения ремонтных работ 110
2.4. Принципы обоснования числа контролируемых параметров при формировании цикла контрольно-диагностических и ремонтных воздействий 121
2.5. Установление критериев предельного состояния машин и их агрегатов 126
2.6. Выводы к главе 2 142
3. Методы процесса управления техническим состоянием агрегатов автомобилей 146
3.1. Разработка модели управления техническим состоянием агрегатов автомобилей 146
3.1.1. Характеристика объекта исследования 146
3.1.2. Общие методические основы использования метода статистических испытаний (метод Монте-Карло) 150
3.1.3. Модели принятия решений о назначении контрольно-диагностических и ремонтных воздействий 152
3.2. Имитация процесса технической эксплуатации, обслуживания и ремонта агрегатов автомобилей в моделирующем алгоритме 163
3.2.1. Обоснование количества реализаций 163
3.2.2. Формирование исходной информации 167
3.2.3. Описание управляющей программы моделирующего алгоритма 170
3.2.4. Процесс моделирования проведения контрольно-диагностических и ремонтных воздействий 183
3.3. Выводы к главе 3 190
4. Экспериментальные исследования технического состояния составных частей агрегатов автомобилей 192
4.1. Техническое состояние деталей трансмиссии автомобилей семейства ГАЗ-САЗ, поступающих в капитальный ремонт 192
4.1.1. Методика микрометражных исследований технического состояния деталей и статистическая обработка их результатов 192
4.1.2. Результаты исследования технического состояния деталей трансмиссии 196
4.2. Исследование вероятности групповых замен в условиях специализированных сельскохозяйственных автотранспортных предприятий 219
4.3. Анализ влияния структурных параметров на суммарный боковой зазор в зубчатых зацеплениях трансмиссии 227
4.4. Маршруты доступа к составным частям агрегатов автомобилей 249
4.4.1. Методика построения маршрутов доступа к составным частям агрегатов трансмиссии 249
4.4.2. Анализ маршрутов доступа к составным частям агрегатов трансмиссии 253
4.5. Статистический анализ тесноты связи параметров деталей 263
4.5.1. Методика многофакторного статистического анализа результатов микрометрирования деталей 263
4.5.2. Результаты многофакторного статистического анализа тесноты связи параметров деталей 271
4.6. Выводы к главе 4 281
5. Результаты исследования вариантов структур цикла и содержания контрольно-диагностических и ремонтных воздействий для агрегатов автомобилей 285
5.1. Обоснование эффективной структуры ремонтно-обслуживающих воздействий 285
5.2. Оптимизация плановых контрольно-диагностических работ и гарантируемых периодов безотказной работы для разновидностей текущих ремонтов 295
5.3. Формирование правил назначения объемов попутных контроля и ремонта 302
5.4. Обеспечение основных показателей долговечности агрегатов 315
5.5. Установление критериев предельного состояния 322
5.6. Результаты расчетов и корректировки допускаемых величин параметров при текущем и капитальном ремонтах 333
5.7. Основные характеристики цикла ремонтных воздействий 339
5.8. Практические рекомендации по назначению контрольно-диагностических и ремонтных воздействий 346
5.9. Выводы к главе 5 362
6. Технико-экономическая оценка результатов исследования 366
Общие выводы 376
Литература
- Системы ремонтно-обслуживающих воздействий для различных видов техники в России и за рубежом
- Обоснование комплекса управляющих параметров для назначения контрольно-диагностических и ремонтных работ
- Разработка модели управления техническим состоянием агрегатов автомобилей
- Техническое состояние деталей трансмиссии автомобилей семейства ГАЗ-САЗ, поступающих в капитальный ремонт
Введение к работе
Актуальность темы. Существующие исследования в области технического обслуживания и ремонта с.-х. техники являются недостаточными для обеспечения их высокой надежности. В настоящее время остаются нерешенными проблемы, связанные с обоснованием теоретических и практических аспектов формирования структуры и содержания ремонтно-обслуживающих работ, с методикой комплексной оптимизации стратегии, а также параметрами управления техническим состоянием деталей и сборочных единиц.
Сегодня на техническое обслуживание и ремонт автомобилей приходится 15-20 % себестоимости транспортного процесса. Причем недостаточная надежность машин сказывается на уменьшении их производительности, обусловленной простоями в ремонте.
По сравнению с автомобильной техникой для других видов машин применяется большее число видов ремонта, различные диапазоны кратности периодичностей, то есть им присуща значительная гибкость системы ремонта и лучшая степень использования технических ресурсов составных частей машин. Поэтому исследование и обоснование структуры и содержания ремонтно-обслуживающих воздействий агрегатов автомобилей, является актуальным
Степень разработанности проблемы. Анализ методов построения оптимальных ремонтно-обслуживающих циклов изделий показал, что управление техническим состоянием ведется для элемента как автономного объекта ремонта, без учета доступа к составным частям и структуры объекта. При формировании ремонтного цикла недостаточно отражена связь с другими параметрами управления техническим состоянием объектов ремонта, не ведется сопоставление на единой методологической основе различных стратегий ремонта.
Теоретико-методологическая основа работы. Математическая постановка задачи формирования структуры, содержания и правил назначения ремонтно-обслуживающих работ сводится к построению модели. В теоретической модели стратегии технического обслуживания (ТО) и ремонта реализуются, как и на практике, с помощью комплекса правил, управляющих параметров, включающих стратегию ТО и ремонта составной части, структуру и содержание ремонтных воздействий, критерии предельного состояния (КПС), правила назначения вида ремонта, определения рационального объема попутных ремонтных работ, технические требования по диагностированию и контролю параметров состояния.
При выборе контрольно-диагностических параметров для формирования цикла ТО и ремонта номенклатура параметров, контроль которых может оказаться целесообразным при назначении текущих ремонтов, определяется по следующим критериям: коэффициент «дефектности»; корреляция между техническим состоянием легкодоступных и труднодоступных для контроля деталей; весомость параметра детали в замыкающем звене наиболее информативной диагностической размерной цепи.
Предварительная группировка работ с учётом вида ремонта и контроля производится на основании анализа конструктивных особенностей, трудоемкости разборочно-сборочных и контрольных операций и показателей надежности деталей. Решение о назначении предупредительных замен при ремонте всякий раз принимается с учетом установленных допускаемых размеров деталей при ремонте. В модели они определяются с учетом совмещения операций ремонта и контроля.
С целью реализации теоретической модели необходима разработка моделирующего алгоритма формирования структуры, содержания и правил назначения ремонтно-обслуживающих работ. События, характеризующие техническое состояние изделия, комплекс правил для назначения ремонтно-обслуживающих работ и определенные процедуры принятия решения о виде ремонтного воздействия, образуют модель технической эксплуатации. Модель должна быть реализована на ЭВМ в виде алгоритма статистического моделирования процесса, при котором аналитически составляются отдельные блоки. Реализация алгоритма связана с применением поэтапного принципа с постепенным сужением принятых вначале допущений, а также итерационных методов оптимизации по нескольким переменным. Оптимальные решения определяются с помощью критерия эффективности - суммарных удельных издержек за срок службы.
Методические и экспериментальные вопросы исследования предполагают основные положения, касающиеся проведения микрометражных изысканий рабочих поверхностей деталей, выявления взаимосвязей износов и дефектов составных частей путем статистического анализа, разбора конструктивных особенностей объекта по доступности для демонтажа и контроля, для группировки работ в виды ТО и ремонта, проведения эксплуатационных испытаний для проверки эффективности рекомендаций. Микрометражные исследования выявляют параметры деталей, лимитирующих долговечность агрегата. Регрессионный анализ позволяет определить тесноту связи между легкодоступными и труднодоступными параметрами (для диагностики и контроля).
Для окончательного определения количества структурных параметров, которое целесообразно рассматривать при формировании цикла ТО и ремонтов, анализируется вклад показателей в отклонение диагностического параметра, лимитирующего надежность составных частей.
Цель и задачи исследования. В связи с вышеизложенным целью исследования является повышение долговечности агрегатов автомобилей на основе обоснования стратегии, структуры, содержания и правил назначения ремонтно-обслуживающих воздействий.
Для реализации поставленной цели в работе решаются следующие задачи по разработке: математической модели обоснования стратегии, структуры, содержания, правил назначения и перепланировки контрольно-диагностических и ремонтных воздействий на агрегаты автомобилей; принципов установления номенклатуры контролируемых параметров при оптимизации цикла ремонтных воздействий; математической модели установления технико-экономических критериев предельного состояния (КПС) агрегатов; алгоритма и математической модели эксплуатации, проведения контрольно-диагностических и ремонтных работ; экспериментальных исследований технического состояния деталей агрегатов; эффективной структуры ремонтного цикла с учетом правил назначения объемов попутного контроля и ремонта; допускаемых величин параметров деталей для разновидностей текущих (ТР) и капитального (КР) ремонта; нормативно-технической документации системы ТОР.
Решение поставленных задач позволит системно и разносторонне исследовать процесс формирования показателей надежности агрегатов и разработать гибкую систему их технического обслуживания и ремонта, позволяющую повысить долговечность составных частей и машин в целом.
Объект диссертационного исследования представляет собой систему технического обслуживания и ремонта агрегатов автомобилей при применении средств диагностирования.
Предметом исследования являются закономерности изменения параметров технического состояния агрегатов при различных стратегиях и правилах перепланировки контрольно-диагностических и ремонтных работ в результате устранения последствий отказов и проведения предупредительных (регламентированных) замен.
Научная новизна диссертации состоит в следующем: - разработана математическая модель оптимизации стратегии, структуры и содержания контрольно-диагностических и ремонтных воздействий на агрега ты, учитывающая групповые замены и возможность перепланировки различных видов контрольно-диагностических и ремонтных воздействий; - разработана математическая модель установления номенклатуры конт ролируемых структурных параметров, позволяющая предварительно сформиро вать разновидности ТР с учетом технико-экономических показателей в марш рутах доступа (МД) и весомостей звеньев размерных цепей, лимитирующих надежность агрегата; - разработаны методические основы расчета предельных издержек на ТР, позволяющие устанавливать технико-экономические и технические КПС с учетом фактического технического состояния агрегатов и их наработки; - созданы имитационные модели управления техническим состоянием агрегатов; разработана концепция назначения разновидностей ТР агрегатов с установлением различных величин гарантируемых периодов безотказной работы; определены допускаемые величины параметров элементов при ремонте с учетом их влияния на замыкающее звено параметрических и диагностических размерных цепей, лимитирующих надежность агрегата.
Практическая значимость работы состоит в разработке научных основ, методов и средств, позволяющих: - устанавливать характерные конструктивные и производственные причи ны отказов; определять оптимальную периодичность и объем диагностических операций в различных режимах использования и при проведении сельскохозяйственных технологических операций; реализовать правила перепланировки контрольно-диагностических и ремонтных воздействий в результате устранения последствий отказов и проведения предупредительных замен; определять допускаемые величины параметров деталей при ремонте для различных разновидностей ТР и КР; прогнозировать достижение узлом предельного состояния и отправку его вКР; усовершенствовать нормативно-техническую документацию по назначению ремонтно-обслуживающих воздействий; - интенсифицировать учебный процесс по дисциплинам «Надежность технических систем», «Диагностика и техническое обслуживание машин», «Надежность и ремонт машин», «Проектирование предприятий технического сервиса» и «Технология ремонта машин».
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на: научных конференциях профессорско-преподавательского состава ГОУВПО «Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева» (1984 -
11 2005гг.); Всероссийском научно-техническом семинаре «Обеспечение надежности отремонтированной сельскохозяйственной техники» (г. Саранск, 1984г.); научно-технической конференции ГОСНИТИ (г. Москва, 1987г.); научной конференции Ульяновского СХИ (г. Ульяновск, 1987г.); Областной научно-технической конференции «Методы и средства повышения надежности машиностроительных изделий» (г. Саранск, 1989г.); Республиканской научно-технической конференции «Пути повышения качества машиностроительной продукции» (г. Саранск, 1989г.); Республиканской научно-технической конференции «Обеспечение надёжности сельскохозяйственной техники» (г. Саранск, 1990г.); Республиканской научно-технической конференции «Эффективность использования машиностроительного оборудования» (г. Саранск, 1991г.); Республиканской научно-технической конференции «Применение прогрессивных технологий, композиционных материалов и покрытий с целью повышения долговечности сборочных единиц при изготовлении и ремонте машин» (г. Саранск, 1994г.); Всероссийской научно-технической конференции «Обеспечение надежности машин при эксплуатации и ремонте» (г. Саранск, 1998г.); I, III Всероссийской научно-практической конференции «Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств» (г. Рузаевка, 2000 - 2003 гг.); Международной научно-технической конференции «Новые методы ремонта и восстановления деталей сельскохозяйственных машин» (г. Саранск, 2001г.); Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии, средства механизации и ТО в АПК» (г. Саранск, 2002г.); Международной научно-технической конференции «Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем» (г. Саранск, 2004г.); IX, X Международной научно-технической конференции «Современные тенденции развития транспортного машиностроения и материалов» (г. Пенза, 2004 - 2005 гг.); Международной научно-технической конференции «Научные проблемы и перспективы развития ремонта, обслуживания машин, восстановления и упрочнения деталей» (г. Москва, 2004 - 2005 гг.); 2-ой Международной научно-технической конференции «Надежность и ремонт машин» (г. Орёл, 2005г.); расширенном заседании кафедры технического сервиса машин ГОУВПО «Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева» (г. Саранск, 2005г.).
По основным направлениям исследования опубликовано более 90 научных работ объемом 54 п. л., в том числе одна монография, 19 статей в научно-технических журналах, рекомендованных ВАК для докторских диссертаций, два учебных пособия с грифом Министерства сельского хозяйства Российской Федерации и одно учебное пособие с грифом УМО вузов Российской Федерации по агроинженерному образованию.
Результаты исследований использованы ГОСНИТИ при разработке методики установления критериев предельного состояния машин сельскохозяйственной техники (задание 03.06.Д научно-технической программы ГКНТ 051.11 «Разработать и внедрить критерии предельного состояния машин, их агрегатов и узлов, определяющие необходимость их постановки в ремонт») и в положении «Концепция системы технического обслуживания и ремонта агрегатов автомобилей семейства ГАЗ-САЗ». Разработанные по результатам исследований практические рекомендации по назначению контрольно-диагностических и ремонтных работ внедрены в сельскохозяйственных предприятиях Республики Мордовия.
Структура и содержание диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов, списка литературы из 279 наименований и содержит 406 страниц основного текста, 132 рисунка, 24 таблицы.
Автор весьма признателен и приносит глубокую благодарность доктору технических наук профессору П. В. Сенину, Заслуженному деятелю науки РФ доктору технических наук профессору П. П. Лезину, доктору технических наук профессору А. В. Котину и кандидату технических наук А. А. Сельцеру за помощь, оказанную при проведении научных исследований.
Системы ремонтно-обслуживающих воздействий для различных видов техники в России и за рубежом
Инженерной наукой сформулированы и реализуются на практике три стратегии выполнения ремонтно-обслуживающих работ [153, 235]: ремонтные воздействия проводятся по потребности после возникновения отказов; выполнение ремонтно-обслуживающих работ с жестким циклом, основанным на действительной наработке машин; ремонтно-обслуживающие воздействия по фактическому текущему техническому состоянию машин и их составных частей, определяемому с помощью периодического диагностирования.
Две последние стратегии имеют планово-предупредительный характер и являются основными в существующих системах ремонта различных машин. Составные части сложной машины, как правило, обслуживаются по различным из указанных выше стратегий, поэтому с данной точки зрения система ремонта машин является комбинированной.
В большинстве стран мира используются планово-предупредительные принципы построения системы ремонта. В целях обеспечения высокой эксплутационной надежности, сокращения материальных и трудовых затрат, экономичности работы машин система ремонта постоянно совершенствуется. Увеличивается периодичность ремонтов. Как элементы системы ремонта вводятся диагностика и учет условий эксплуатации.
Краткая характеристика ремонтных циклов, действующих в различных областях техники приведена в приложении 1 (приложение 1, табл. П1.1). Как видно из табл. П1.1 по сравнению с автотракторной техникой для других видов машин применяется большее число видов ремонта, большие диапазоны кратности периодичностей, то есть им присуща большая гибкость системы ремонта и большая степень использования технических ресурсов составных частей машин.
Общепринято, что каждый последующий вид технического обслуживания включает работы, предусмотренные всеми предыдущими видами, а также дополнительные, в связи, с которыми введен данный ремонт. Для гражданской авиации, морских и речных судов такие циклы оказываются недостаточно рациональными, поэтому в последние годы получили распространение другие формы групповой профилактики, названные поэтапным методом и непрерывной системой ремонта [78, 174, 264], трудоемкие работы при этом методе расчленяются на несколько частей (этапов).
Для летательных аппаратов различают блочную и непрерывную системы ремонта, совмещенные с техническим обслуживанием. При блочной системе весь цикл ремонтных работ осуществляется постепенно путем ремонта отдельных блоков при периодических технических обслуживаниях. Число блоков иногда увеличивают (делением их на подблоки), в пределе такая организация образует непрерывную систему ремонта. При этом более полно используются ресурсы составных частей, снижаются пиковые нагрузки на ремонтную базу, повышается готовность объектов за счет уменьшения простоев на ремонте в рабочие периоды. Иностранные компании широко применяют описанные методы.
Для судов на подводных крыльях виды ремонта отличаются по объему ремонта базовых деталей (ТР-1 - 3 %, ТР-2 или СР - до 8 %, КР - до 20 %). Если стоимость КР превышает 40 % стоимости изделия, то КР рассматриваемого судна считают нецелесообразным, и все работы выполняют при текущем или среднем ремонте [168].
Структуры ремонтно-обслуживающих воздействий машин сельскохозяйственного назначения (тракторов, комбайнов и т.п.) определены системой технического обслуживания и ремонта машин в сельском хозяйстве [235]. Ремонтный цикл предусматривает ТР и КР с кратностью периодичности 1 : 3 для тракторов, 1 : 5 для комбайнов. Совершенствование системы РОВ ведется, как правило, без исследования целесообразности изменения структуры ремонтного цикла, а только путем уточнения нормативов.
Существующая в настоящее время планово-предупредительная система ремонта автомобилей была введена в 1933 году. По мере повышения безотказности автомобилей структура ремонта неоднократно изменялась, корректировалось число ремонтных воздействий.
Система ремонта автомобилей семейства ГАЗ-САЗ разработана НИИАТ совместно с производственным объединением ГАЗ [207]. Нормативы системы ремонта разработаны с учетом конструктивных изменений и технологических мероприятий, направленных на повышение эксплутационной надежности автомобилей и снижения затрат на ТО и ремонт, и обобщения опыта эксплуатации автомобилей автотранспортными предприятиями. Норма пробега автомобиля и его основных агрегатов до первого капитального ремонта 1 категории условий эксплуатации составляет 250 тыс. км. В положении [207] приводится перечень операций сопутствующего текущего ремонта, допускаемый для совмещения с ТО-1 и ТО-2, который дополнен в работе [206].
Однако в работах [206, 207] не оговариваются условия и правила проведения текущего и среднего ремонта, в то время как данные его виды являются составной и неотъемлемой частью структуры существующей системы ремонта автомобилей.
Для новых моделей автомобилей устанавливается определенный порядок освоения новой машины в ремонтно-обслуживающей сфере. На основании поэтапного выполнения работ (анализа конструктивных особенностей, отказов и т.п.) принимается решение об уровне разработки системы ТОР (сохранение структуры и изменение нормативов, изменение и того и другого).
Для автомобилей, используемых в сельском хозяйстве, ремонтный цикл также определяется только периодичностью КР. По результатам планового диагностирования ТР не предусматривается.
Обоснование комплекса управляющих параметров для назначения контрольно-диагностических и ремонтных работ
Управление надежностью техники при ее эксплуатации происходит с помощью системы контрольно-диагностических и ремонтно-обслуживающих работ, от особенности и качества которых зависят как уровень надежности и готовности парка, так и затраты на поддержание машин в работоспособном состоянии. При этом восстанавливается ресурс, повышается вероятность безотказной работы и наработка на отказ [84, 88, 96, 103 - 106, 118, 120, 144, 145,150,151].
Исходным условием управления техническим состоянием агрегатов автомобиля является определение требуемых контрольно-диагностических параметров (их числа, видов, правил назначения и др.) и прогнозирование их изменения. Методом прогнозирования технического состояния агрегатов автомобиля устанавливается зависимость динамики контролируемого параметра от вероятности отказа, наработки на отказ и среднего ресурса элемента - с учетом комплекса управляющих параметров.
Процесс управления техническим состоянием агрегатов автомобиля во многом зависит от точности измерений, точности определения и прогнозирования параметров технического состояния составных частей агрегатов.
Управление техническим состоянием агрегатов автомобиля осуществляется различными методами: - улучшением физико-технических свойств материалов деталей агрегатов автомобиля (наиболее прогрессивный метод, реализуемый на этапе проектирования и модернизации); - изменением динамики структурных параметров, назначением оптимальных величин допускаемых отклонений параметров от их номинального значения, изменением нормативов межремонтных пробегов и правил назначения ремонтных воздействий (исследования проводятся на этапе эксплуатации); - улучшением параметров распределения ресурса (наработки на отказ) и параметра потока отказов, т.е. одновременным использованием приведенных выше двух методов; - минимизацией издержек при заданных параметрах безопасности и безотказности, т.е. обобщенный метод управления техническим состоянием агрегатов автомобиля.
Процесс управления техническим состоянием агрегатов автомобиля можно разделить на три этапа. Первый этап - получение и обработка информации для определения значений параметров технического состояния элементов, а также проведение анализа отказов составных частей агрегатов, которые влияют на безопасность дорожного движения и их устранение ведет к большим потерям от простоев.
Второй этап - установление номенклатуры наиболее информативных, для оценки технического состояния, параметров деталей подлежащих контролю.
Третий этап - определение перечня деталей и узлов, лимитирующих надежность агрегатов и автомобиля в целом, детализация характеристик их долговечности и безотказности, формирование комплекса диагностических параметров, выработка решений по включению операций диагностирования в систему планово-предупредительного ремонта и необходимости совершенствования содержания и структуры контрольно-диагностических и ремонтных воздействий.
Инженерная логика подсказывает, что чем труднее доступ к составной части, чем глубже по уровню разборки агрегата она расположена, тем более радикальными должны быть правила обеспечения её безотказности на длительный период. Этот фактор отражает структура объекта. При рассмотрении технической системы собственные экономические характеристики контроля и ремонта элемента существенно изменяются из-за многократного совмещения операций, когда доступ к элементам образует последовательный маршрут, что и должно обеспечить учет структуры объекта. Опыт различных отраслей народного хозяйства свидетельствует об эффективности построения гибких ремонтных циклов для различных видов техники с учетом их надежности, условий эксплуатации, ремонтопригодности, ремонтно-обслуживавшей базы и др.
Ремонтный цикл для сложной сельскохозяйственной техники включает минимальное число разновидностей ремонта - ТР и КР, т.е. обладает минимальной гибкостью. Следовательно, имеются широкие резервы построения ремонтных циклов с учетом характеристик современных машин. Повышение гибкости и эффективности ремонтного цикла может, в частности, достигаться: введением не одного, а двух и более видов ТР с различной глубиной контроля и ремонта; ликвидацией КР, заменой или совмещением его со средним ремонтом и частичным восстановлением ресурса; корректировкой цикла в послеремонт-ном периоде; применением при необходимости этапного принципа выполнения отдельных профилактических ремонтных операций путем совмещения их в период уборки, других напряженных периодов с плановыми ТО и т.д.
При этом представляется целесообразным сместить начало этой работы на самые ранние этапы создания машины: вместе с замыслом ее разработки должен рождаться замысел ремонта, причем последнее должно влиять на конструктивное решение сборочных единиц, обеспечение их ремонтопригодности не вообще, а применительно к конкретной структуре ремонтно-обслуживающего воздействия (РОВ).
Разработка модели управления техническим состоянием агрегатов автомобилей
Объектом исследования являются задачи анализа и задачи синтеза, которые возникают в процессе взаимодействия работающей в рядовых условиях сложной машины и системы ТОР. Материальными составляющими объекта исследования, характеристика которых во многом определяет особенности основ оптимизации, являются машина и система ТОР [154].
Машина представляет собой систему стареющих элементов. Она является источником случайных по времени индикации и по содержанию требований на обслуживание. Это является объективной потребностью машин при поддержании их в работоспособном состоянии. Это с одной стороны. С другой -система ТОР, предназначена удовлетворять эти требования, путем проведения соответствующего комплекса ремонтно-обслуживающих работ. Момент проведения и содержание этого комплекса могут быть определены различными способами, а потребителю, соответственно, - предложены качественно разные нормативы. Использование последних в качестве управляющих параметров приведет к различной эффективности использования машин [197].
Характерной особенностью машин является то обстоятельство, что она представляет собой систему элементов, каждый из которых обладает индивидуальной надежностью, описывается соответствующим законом распределения требований на обслуживание. Момент обслуживания (момент отказа) определяется либо предельным состоянием по техническим причинам (технический отказ), либо - по технико-экономическим причинам (попутный ремонт или замена при полнокомплектном и текущем ремонте, при профилактическом контроле). В результате происходит периодическое перераспределение ресурсов составных частей у каждой конкретной машины. Машина характери зуется неопределенностью технического состояния в момент принятия решения о содержании ремонтно-обслуживающих работ.
Таким образом, изначальной информацией, необходимой для эффективного использования ремонтно-обслуживающих работ предусмотренных системой ТОР, является техническое состояние машины в момент принятия решения. Чтобы воспользоваться этим обстоятельством, необходимо постоянно отслеживать текущее фактическое техническое состояние машины.
Следовательно, техническое состояние машины является результатом состояний составляющих её элементов, которые (состояния) изменяются в соответствии с вероятностными законами. Поэтому, для описания природы изменения технического состояния машины, как вероятностной системы, её можно рассмотреть с позиций математических методов теории восстановления, развитой и адаптированной для задач прикладного характера в работе [40] и теории старения машин [230]. Последняя подчеркивает сложность исследования, обусловленную наличием в машине большого количества сменяемых в разное время элементов.
При этом проявление случайного характера изменения технического состояния каждого элемента и влияние этого проявления на систему в целом, как было отмечено выше, может быть описано, в первом приближении, с помощью теории восстановления.
Машина как система стареющих элементов, в терминах теории восстановления, относится к динамическим системам и имеет нестационарный поток требований на элементы для возобновления работоспособности системы. Техническое состояние машины в целом является суммарным результатом технического состояния составляющих её элементов. Поэтому машина, как источник требований на обслуживание описывается композицией законов распределения.
Практически невозможно зафиксировать одинаковое техническое состояние даже у машин одной марки после равной наработки. Именно поэтому потребитель оказывается бессильным перед дальнейшим повышением эффек тивности системы ТОР, предусматривающей использование средних нормативов для принятия решений о виде и содержании ремонтно-обслуживающих работ.
Поскольку машина представляет собой вероятностную систему, то и нормативы, управляющие её техническим состоянием, должны представлять собой не заданные средние величины периодичности, а некоторые параметры технического состояния. Последние машина достигает в случайное время, которое и является моментом принятия решения об обслуживании.
В качестве ремонтно-обслуживающих работ, системой ТОР предусмотрены полнокомплектные ремонты, текущие ремонты с заменой отдельных узлов и агрегатов, устранение последствий эксплуатационных отказов. Использование различных вариантов ремонтно-обслуживающих работ влечет за собой и различные затраты потребителя как на их, осуществление, так и на содержание машин в период после обслуживания.
Исследуемая совокупность (система) элементов соответствует признакам сложной вероятностной системы. Под элементом будем понимать неделимую часть системы. Разумеется, элемент может быть разделен, однако на этом этапе исследования условно примем его неделимым.
Моментом отказа (обслуживания) элемента может служить либо его предельное состояние по техническим показателям, либо его замена по технико-экономическим причинам (попутный ремонт при полнокомплектном и текущем ремонте, при профилактическом обслуживании).
Работоспособность (технический ресурс) отказавшего элемента может восстанавливаться полностью или частично восстанавливаться. Полное восстановление производится при замене отказавшего элемента на новый, а частичное - при его капитальном ремонте (замена на капитально отремонтированный элемент). Аналогично ситуации с машиной в целом, разные варианты возобновления работоспособности отдельных элементов требуют различных затрат как на их осуществление, так и на последующее их обслуживание.
Стремление наиболее полно использовать технические возможности машин (ресурсы элементов) может привести к повышению затрат на их содержание, вызванному интенсивным старением его элементов. Можно и не допускать работу машин в области повышенной вероятности технического отказа, однако это сопряжено с недоиспользованием технического ресурса элементов и увеличением количества ремонтно-обслуживающих работ.
Наибольший эффект при использовании машин может быть достигнут при одновременном учете всех тенденций этого технико-экономического противоречия. Дополнительно к изложенным особенностям в основу теоретических предпосылок описания технико-экономической сущности исследуемого процесса в математических терминах, могут быть положены его повторяющиеся стадии [154]:
1. Приобретенные потребителем машины отвечают определенным техническим требованиям, составляющие их элементы имеют исходные харак теристики надежности. Машины имеют конечный срок службы.
2. По мере нарастания объема выполненной работы элементы машины стареют, ухудшаются технико-экономические показатели машин, возрастает вероятность внезапного отказа.
3. Для возобновления и поддержания машин в работоспособном состоянии потребитель периодически обслуживает их. При этом производится устранение последствий эксплуатационных отказов и операции ремонта и замены элементов. При полнокомплектном ремонте обслуживаются все элементы машины.
Техническое состояние деталей трансмиссии автомобилей семейства ГАЗ-САЗ, поступающих в капитальный ремонт
Для выявления наименее долговечных параметров деталей и сопряжений узлов трансмиссии и для оценки влияния отклонений этих параметров на износы и дефекты основных деталей в производственных условиях Волго-Вятского района РФ были проведены микрометражные исследования. Микрометражу подвергался ремонтный фонд АРЗ «Саранский». Исследуются основные детали трансмиссии автомобилей семейства ГАЗ-САЗ: картера, валы, зубчатые колеса, подшипники и др. Выбор и назначение средств измерения производится с учетом их метрологических и экономических факторов. Обобщающим метрологическим и экономическим показателем является погрешность средств или метода измерения (ГОСТ 8.051-81).
С целью выбора средств измерения устанавливаются точность, с которой необходимо осуществить измерение и точность, с которой может быть проведено измерение. Средства измерения выбираются с учетом выполнения следующего условия: Alim j2, (4.1) где Alim - суммарная погрешность средства измерения (по таблицам соответствующего ГОСТа), мкм;/2- допускаемая погрешность измерения, мкм: так для составных частей изготовленных по 9 - 14 квалитетам определяется по формуле: j2= (0,45- 0,0004a) j3-(T T+j3) , (4.2) где а - коэффициент квалитета; /j - допускаемый и регламентированный стандартам переход за границу допуска детали, мкм; Тд„ - поле допуска параметра детали, мкм.
Если погрешность измерения выбранного инструмента больше допускаемой j2, то проводится несколько измерений и берется среднее значение. Количество измерений в этом случае определяется по формуле:
Для микрометражных исследований у поста по ремонту узлов оборудуется специальное рабочее место. На этом рабочем месте дополнительно промывают, подготавливают к микрометражу и замеряют с не менее чем 3-кратной повторностью все детали.
Измерение взаимного расположения осей посадочных отверстий картера коробки передач производится с помощью специального приспособления. Данный способ измерения предложен в [160] и обеспечивает повышение точности и снижение трудоемкости измерений. Он заключается в том, что на плоскость разъема корпусной детали устанавливается угольник для создания дополнительной измерительной базы. Замеряют величины расстояний от образующих посадочных отверстий детали до плоскостей угольника. Приспособление, как и штангенциркуль, включает в себя штангу и подвижную рамку с губкой. Вместо неподвижной губки устанавливается индикаторный нутромер (во втулку, приваренную к штанге). Настройка приспособления осуществляется по блоку концевых мер. Погрешность устройства определена его автором А. В. Котиным и не превышает 0,016 мм [160]. Непараллельность осей отверстий картера под подшипники определяется по формуле: li = Di3 + DN-Dn-Drf2\ l2 = D23 + D24-D2,-D22/2;Al = l1-l2 . (4.4) Величина перекоса осей посадочных отверстий определится по формуле: А=Вп-В12-В21 + В22. (4.5)
По известным исследованиям агрегатов трансмиссий [51, 55, 58, 69, 70, 156, 198, 245, 255], относительная ошибка исследования принята є = 0,20, а доверительная вероятность /? = 0,90. Минимальное количество объектов исследования, исходя из принятых условий согласно ГОСТ 27.502-83 равняется 32.
В статистическую обработку эмпирических данных входят: построение статистического ряда и определение основных характеристик (среднего значения х, среднеквадратического отклонения а, коэффициента вариации о и др.) эмпирических распределений износов деталей, а также дефектов деталей КП и ЗМ; выбор и определение параметров теоретического закона распределения; проверка адекватности эмпирических и теоретических распределений по критерию согласия Пирсона.
Статистическая обработка экспериментальных данных приводилась на ЭВМ, с использованием стандартных программ математического обеспечения.
По числу отказов и трудоемкости их устранения коробка передач (КП) занимает второе место среди агрегатов автомобилей семейства ГАЗ-САЗ после двигателя [5, 69, 156, 245] . При построении цикла ремонтных воздействий из большого числа деталей коробки передач необходимо, прежде всего, учесть детали и их рабочие поверхности, лимитирующие надежность КП.
С этой целью исследовалось состояние основных рабочих поверхностей деталей и их взаимное расположение. Проведены микрометражные исследования деталей 40 коробок передач, поступивших в первый капитальный ремонт на авторемонтный завод «Саранский» [118, 148, 150]. Результаты обработки экспериментальных данных представлены в табл. 4.3 и рис. 4.1-4.15.
На основе сравнения микрометражных данных с техническими требованиями на ремонт выявлены фактические величины коэффициента сменяемости деталей по их поверхностям (процент годных для повторного использования), который изменяется в широких пределах. Так, например, для первичного вала по параметру износ отверстия под роликовый подшипник, годные без ремонта детали составляют 29 %, а по параметру износа шейки под задний подшипник - 87 %.
Из результатов исследования видно, что картер КП бракуется в основном по величинам непараллельности и перекоса осей посадочных отверстий. Так, по перекосу за пределы допуска выходят 83 %, а по непараллельности - 79 % картеров. Максимальный износ отверстий картера КП не превышал 0,20 мм. Из всех отверстий наименее долговечными являются отверстия под подшипник вторичного вала и блока шестерен промежуточного вала.
Количество трещин у основания левого верхнего ушка (рис. 4.1), составило более 10 %, а у 3 % картеров это ушко было обломано. Причем трещины встречались также у картеров с усиленным ребром жесткости в области этого ушка. Это объясняется недостаточной прочностью стенок картера и ребра жесткости.
