Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Работоспособость, основные способы повышения работоспособности коммунальной, дорожно троительной техники и основные вопросы теории резервирования 11
1.1. Анализ данных эксплуатации коммунальных и дорожно строительных машин, виды и качественная характеристика их отказов 11
1.2 Классификация деталей трансмиссии по условиям нагружения 15
1.3 Методы оценки работоспособности агрегатов машин 16
1.4 Анализ существующих методов и принципов резервирования 18
1.5 Обоснование выбора объекта исследования 28
1.6 Выводы 29
ГЛАВА 2. Теоретическое обоснование необходимости формирования ремонтных комплектов для обеспечения работоспособности машин 32
2.1 Формирование начального уровня качества машины и выбор оптимальной стратегии ремонта 32
2.2. Формирование показателя работоспособности 36
2.3. Методика определения коэффициента повторного использования деталей при ремонте картера ГМКП 39
2.4. Выбор и обоснование обобщенных показателей для оценки влияния конструктивно-технологических особенностей гидромеханических коробок передач на их повреждаемость 41
2.5. Методика сбора и анализа повреждаемости конструктивных элементов гидромеханической коробки передач 45
2.6. Методика установления предельных значений показателей работоспособности гидромеханической коробки передач з
2.7. Формирование критериев выбора целесообразности стратегии резервирования 55
Выводы 59
ГЛАВА 3. Разработка модели обеспечения работоспособности машин ... 61
3.1 Обоснование необходимости и целесообразности формирования ремонтных комплектов .61
3.2 Характеристика отказов объектов исследования 67
3.3. Формирование начального уровня качества машины и выбор оптимальной стратегии ремонта .76
3.4. Методика оценки экономической целесообразности применения ремонтных комплектов 77
Выводы 83
ГЛАВА 4. Моделирование процесса обеспечения, работоспособности машин .85
4.1 Расчет показателя конструктивно-технологических особенностей ГМКП 85
4.1.1. Показатель конструктивно-технологических особенностей картера... 86
4.1.2. Показатель конструктивно-технологических особенностей вала.. 87
4.1.3 Показатель конструктивно-технологических особенностей шестерен (передачи) 88
4.2. Результаты обработки собранной статистической информации 89
4.3. Моделирование процесса обеспечения работоспособности ГМКП резервированием с использованием ремонтных комплектов и подетальной заменой 91
4.4. Формирование ремонтных комплектов для ГМКП 93
4.5. Экономический анализ эффективности эксплуатационного резервирования агрегатов 95
Выводы:
Общие выводы и рекомендации по работе 102
Список литературы 104
- Классификация деталей трансмиссии по условиям нагружения
- Выбор и обоснование обобщенных показателей для оценки влияния конструктивно-технологических особенностей гидромеханических коробок передач на их повреждаемость
- Формирование начального уровня качества машины и выбор оптимальной стратегии ремонта
- Показатель конструктивно-технологических особенностей шестерен (передачи)
Введение к работе
Актуальность темы. Существует большое количество причин, которые тем или иным образом влияют на изменение технического состояния машин в процессе эксплуатации. К одной из основных причин, следует отнести низкий уровень функционирования службы технического обслуживания и ремонта коммунальных машин, предназначенных для поддержания и восстановления их работоспособности методами технического обслуживания и ремонта. Поэтому от того каким образом будет организован процесс ремонта техники зависит его эффективность и качество ремонта в целом.
В работе предлагается обеспечивать качество и своевременность восстановления работоспособности машин за счет использования ремонтных комплектов.
В связи с этим, обоснование необходимости применения ремонтных комплектов при техническом обслуживании и капитальном ремонте дорожно-строительной техники представляет собой актуальную, многовариантную технико-экономическую задачу.
Объект, предмет исследования – производственная система, «машина-ремонт-машина», включающая в себя две подсистемы; процессы технического обслуживания и капитального ремонта и коммунальную и дорожно-строительную технику. Ввиду сложности исследуемой системы работа выполнялась на примере одного из основных агрегатов, определяющих работоспособность машин - гидромеханических коробок передач.
Цель исследования - сокращение сроков нахождения машин в ремонте и обеспечение качества их ремонта за счет внедрения эффективного метода восстановления их работоспособности на основе применения ремонтных комплектов, позволяющих обеспечить рациональный расход запасных частей при ТО и капитальном ремонте.
Основные задачи исследования:
- разработка методики формирования показателя конструктивно-технологических особенностей агрегатов машин на примере гидромеханической коробки передач (ГМКП);
- разработка ремонтных комплектов для ГМКП и их классификация;
- сбор и обработка экспериментальных данных о надежности ГМКП дорожно-строительной техники в характерных условиях эксплуатации;
- формирование критериев выбора целесообразной стратегии ремонта;
- формирование показателя работоспособности машин и их агрегатов;
- разработка имитационной математической модели выбора стратегий эксплуатационного резервирования;
- оценка экономической эффективности результатов исследования.
Методика исследований. Теоретической и методической основой исследований явились труды ведущих ученых, занимавшихся вопросами повышения эффективности использования техники в дорожном хозяйстве.
При работе над диссертацией были использованы методы математической статистики, системный подход, математическое моделирование реальных производственных процессов на базе теории массового обслуживания.
Научная новизна:
разработана математическая модель изменения технического состояния машины и ее агрегатов с учетом полного использования потенциала работоспособности деталей;
разработан показатель конструктивно-технологических особенностей для гидромеханических коробок передач (ГМКП) на основе учета степени повторного использования деталей, качества ремонта и суммарных затрат на изготовление и последующее восстановление работоспособности за срок службы;
теоретически обоснован и апробирован обобщенный показатель конструктивно-технологических особенностей ГМКП, характеризующий возможный уровень повреждаемости их конструктивных элементов;
доказаны преимущества стратегии эксплуатационного резервирования с применением ремонтных комплектов по отношению к подетальной стратегии замен;
разработаны ремонтные комплекты для ГМКП, позволяющие обеспечить снижение затрат при ремонте и сроки пребывания в
ремонте;
разработаны требования по практическому использованию ремонтных комплектов при техническом обслуживании и ремонте агрегатов;
теоретически обоснован и апробирован показатель работоспособности на примере ГМКП;
разработаны критерии выбора целесообразной стратегии резервирования;
Практическая ценность работы состоит в возможности эффективной организации ремонтного процесса, позволяющего за счет рационального использования запасных частей при ремонте машин и их агрегатов повысить эффективность применения деталей при условии обеспечения полного использования их расчетного ресурса в эксплуатации.
Реализация результатов работы
Разработанные рекомендации по применению ремонтных комплектов при техническом обслуживании и ремонте машин приняты и используются в практике ремонта ООО «Уралдормаш».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и научных сотрудников МАДИ за период 2008 – 2011гг.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работы, в том числе 3 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК.
На защиту выносятся:
математическая модель изменения технического состояния машины и ее агрегатов с учетом полного использования потенциала работоспособности деталей;
математическая модель показателя конструктивно-технологических особенностей ГМКП;
методические указания по практическому использованию ремонтных комплектов при техническом обслуживании и ремонте агрегатов;
методика оценки конструктивно-технологических особенностей агрегатов на примере гидромеханических коробок передач;
математическая модель показателя работоспособности машин;
критерии выбора целесообразной стратегии резервирования.
Результаты диссертационной работы будут использованы в работе и учтены ОАО «Уралдормаш» с целью повышения эффективности послепродажного обслуживания техники.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы. Объем работы – 140 страниц машинописного текста, содержит 15 таблиц, 7 диаграмм, 10 рисунков, 6 приложений.
Классификация деталей трансмиссии по условиям нагружения
Несмотря на все разнообразие конструктивных особенностей, детали трансмиссии по видам нагружения могут быть условно разделены на три основные группы: 1. Детали, передающие крутящий момент: шестерни, подшипники, валы в полуоси, карданные шарниры, крестовины дифференциала, муфты и синхронизаторы. 2. Корпусные детали: картерные детали, корпус дифференциала, вилки карданных передач, вилке переключения передач, крепежные детали. 3. Вспомогательные детали: защитные кожуха, уплотнения и тому подобное.
Наиболее ответственными деталями, определяющими не только работоспособность, но в габаритные размеры агрегата, являются детали первой группы. Поэтому их рациональному проектированию уделяется в практике конструирования особое внимание. Более того, применение указанных деталей привело к созданию специа 16 лизированных методов расчета со своими специфическими методами оценки нагруженное и работоспособности не только для каждого класса деталей, но и по различным предельным состояниям для деталей одного класса (например, контактная прочность и выносливость изгибная прочность и выносливость зубьев зубчатых колес). Методы расчетного определения нагруженности таких деталей, как зубчатые колеса и подшипники, нормализованы и стандартизированы [12-14].
Детали второй группы характеризуются, как правило, более сложной картиной распределения нагружения, которая может быть достаточно точно определена только с применением метода измерений конечных элементов [14,16]. С точки зрения прогнозирования надежности, методы оценки надежности указанных деталей в принципе не отличаются от методов, применяемых для деталей первой группы [15].
Основными причинами выхода из строя деталей третьей группы являются износ и поломка случайного характера, не поддающиеся в настоящее время никакой, кроме эмпирической, оценки статистики отказов, учитывая вспомогательный характер указанных деталей, прогнозирование их надежности в настоящей работе не рассматривается.
При этом превалирующее влияние на протекание усталостных процессов и процессов износа оказывают не только технологические факторы, но и принятые конструкторские решения.
Количественная оценка работоспособности агрегатов производится с помощью ряда показателей. С их помощью можно произвести сравнение машин по степени их работоспособности, определить эффективность тех или иных мероприятий по обеспечению работоспособности. Нарушение работоспособного состояния в процессе эксплуатации агрегата происходит под воздействием множества факторов (конструктивных, технологических, эксплуатационных, организационно-производственных и других) и носит случайный характер.
Анализ аварийных отказов агрегатов технических систем и причин их возникновения показал, что при обеспечении высокого качества заводской сборки машин, соблюдении технологии изготовления деталей, при выполнении всех требований системы технического обслуживания, предусмотренной заводом-изготовителем, надежность и качество агрегатов машин в значительной степени влияют на снижение не плановых простоев по техническим причинам в условиях эксплуатации. Поэтому, можно повысить работоспособность агрегатов на основе оптимизации системы организации ремонтно-технических воздействий методами комплектной замены.
Известно, что чем сложнее конструкция машины, тем труднее увязать согласованную работу отдельных частей и элементов, обеспечить их эффективное функционирование. При этом необходимо учитывать как детерминированные, так и индетерминированные факторы, влияющие на работоспособность машин. Первые проявляются в развитии причинно-следственных связей, определяющих параметры функционирования отдельных агрегатов и узлов машин. Роль индетерминированных факторов проявляется в непредсказуемых объективных ситуациях (например, экстремальные погодные условия), так и в неопределенностях субъективного характера, обусловленных действиями людей в процессе использования техники и управления ремонтным производством.
При установлении закономерностей функционирования при содержании и строительстве дорог необходимо учитывать организационные и управленческие факторы. Эффективность использования машин существенно зависит от размеров подразделений И территориальных особенностей обслуживания и ремонта, уровня технического оснащения, квалификации инженерных и управленческих кадров, организации обеспечения работоспособности машин. При этом необходимо учитывать взаимосвязь с системами более высокого уровня, то есть с системой функционирования предприятия.
Выбор и обоснование обобщенных показателей для оценки влияния конструктивно-технологических особенностей гидромеханических коробок передач на их повреждаемость
Исследование технического состояния картеров ГМКП, поступающих в капитальный ремонт, направлено на оценку уровня конструкторской проработки, установление закономерностей образования наиболее характерных дефектов. Анализ результатов по оценке технического состояния картеров ГМКП включает в себя: 1. оценку влияния отдельных дефектов на работоспособность детали; 2. разработку классификационных признаков по объединению отдельных видов дефектов в группы и оценку влияния полученных групп повреждений на общее состояние картеров ГМКП; 3. установление критических дефектов, определяющих списание картеров ГМКП в утиль. Полученные результаты используются при определении предельных значений показателя работоспособности.
Сбор информации проводится для ГМКП, поступающих в первый, второй и третий капитальный ремонт для наиболее массовых и распространенных гидромеханических коробок передач У 35.615.
Выявление всех возможных дефектов исследуемых ГМКП, проводится на основании нормативно-технической документации на ремонт, опыта ремонта корпусных деталей и изучение результатов ранее проведенных научно-исследовательских работ в этом направлении [82,83,84,85,86,87,88,116,117,118].
Сбор информации, включая наработку и порядковый номер ремонта устанавливается на основании актов приема-сдачи, а техническое состояние картеров - по результатам проведения дефектовочных работ. Для сбора информации разрабатываются бланк-карты (ПРИЛОЖЕНИЕ 1), в которые заносятся; вид повреждения, точность размеров, форма и взаимное расположение поверхностей, наработка на отказ.
Сбор информации о повреждаемости указанных ГМКП организуется и проводится на ремонтных и дорожно-эксплуатационных предприятиях включая ОАО «Компания Интер», ФКУ ДЭП №13, 000 «Спец ДРСУ», ООО «Коммунальные услуги», (ПРИЛОЖЕНИЕ 2).
Отклонения формы и взаимного расположения поверхностей картера определяются путем измерения партий ГМКП при их дефектации. Необходимость проведения этого этапа исследований обусловлена тем, что на сегодняшний день в литературных источниках отсутствует как результат комплексного изучения влияния трещин на пространственную геометрию картеров коробок передач, так и технического состояния картеров по этим показателям. Исходная информация собирается в объеме представительной выборки и должна быть однородной по качественному составу. Однородность обследуемых коробок передач обеспечивается их конструктивными признаками. Расчетные формулы для определения представительной выборки выбирались на основании анализа характера повреждений деталей. Для нормального закона распределения плотность вероятности появления дефектов (износов) объем выборки рассчитывается по формуле: птЫ=% (2.20) i где tl - показатель достоверности для заданной доверительной вероятности появления дефекта; Е\ - предельно допустимая ошибка, выраженная в долях среднего квадратического отклонения. Для экспоненциального закона распределения т п = (2.21) Vnfs где т -количество прошедших событий за п испытаний; Яо - ожидаемое значение параметра потока отказов; tn - время проведения испытаний до получения фиксированного числа отказов; Уз - коэффициент, зависящий от заданной точности и количества испытаний. А для Пуассоновского закона раслределения п = — (2.22) РоУз где т - число состоявшихся событий; Р0у3 " ожидаемое значение Р, рассчитывается в соответствии с [80].
Расчеты показывают, что в зависимости от характера повреждений объем экспериментальных выборок находится в пределах 100 единиц. В исследовании анализу подвергалось от 100 до 200 ГМКП.
Обработка полученной статистической информации проводится с использованием стандартных методик на компьютере.
Для установления этих зависимостей формируется исходная информация по обобщенным конструктивно-технологическим показателям картеров ГМКП и уровнем повреждаемости их конструктивных элементов. В качестве показателя уровня повреждаемости принимается удельная величина, представляющая собой отношение числа повреждений данного вида к средней наработке до его появления: =іІ7 ед —— ( = 1,2,3...) / gt= — ( = 1,2,3...) км (2.23) где Lik - наработка к-ой коробки передач до появления -ого дефекта, тыс.км; Nt - число коробок передач, поступивших в капитальный ремонт с 1-м дефектом [1].
Формирование начального уровня качества машины и выбор оптимальной стратегии ремонта
Таким образом, можно сделать выводы, что в обозримом будущем парк техники дорожно-эксплуатационных предприятий не претерпит каких-либо серьезных изменений, и техника находящаяся на балансе сейчас будет использоваться достаточно долгое время с максимально возможной в этой ситуации отдачей, но, безусловно, минимальной экономической эффективностью.
Поэтому вопросы проведения качественного технического обслуживания и капитального ремонта всегда были и остаются важными и актуальными при решении проблемы поддержания работоспособного состояния парка машин, но в сложившихся условиях они становится еще более актуальным, так как от качества ремонта будет напрямую зависеть работоспособность эксплуатируемых машин и оборудования.
Полувековой опыт исследований позволил сделать обобщения и сформулировать основной физический закон старения механических систем [107,113,114]; Старение механической системы - процесс накопления с разной интенсивностью повреждений ее элементов, который проявляется необратимым изменением свойств и неравенством остаточного ресурса элементов системы за наработку 1. [121,123,124]
Закон старения механических систем в процессе эксплуатации вызывает необходимость проведения ремонта как единственно возможного способа устранения отказа или отказов и обеспечения работоспособного состояния системы в течение назначенной конструктором наработки до предельного состояния. Кроме того ремонт экономически целесообразен.
Во-первых затраты на капитальный ремонт по машине составляют 40-60%, по агрегатам - 25-65%, по деталям - 15-70% от стоимости соответствующих вновь изготовленных изделий. Во-вторых при изготовлении техники 65-80% затрат приходится на материалы и комплектующие машины, при капитальном ремонте эти затраты составляют 20-40%. Каким бы не был ремонт, капитальный, плановый текущий ремонт, явочный или восстановительный ремонт, он является экономически выгодным, результаты, подтверждающие это, представлены в таблице 3.8.. А ремонт, проводимый с использованием ремонтных комплектов, кроме всего прочего еще и сокращает время пребывания машины в неработоспособном состоянии, и уменьшает интенсивность изнашивания деталей, поскольку способствует восстановлению требуемых значений зазоров (натягов) в соединениях деталей.
Известно, что свойства надежности механических систем, подверженных старению, изменяются в зависимости от величины наработки.[121,123,124] Поэтому поддержание свойств надежности стареющей машины на номинальном уровне означает необходимость их систематического повышения в процессе эксплуатации до нормативных значений. В таком случае ремонт не только должен устранять отказы системы, но и обеспечивать улучшение свойств, утраченных полностью или частично вследствие ее старения.
Повышение свойств надежности машины в эксплуатации возможно только с помощью ремонтов. Для достижения этой цели ремонт должен осуществляться в соответствии со специально разработанной технологией, а предприятия, осуществляющие ремонт, должны располагать необходимыми техническими средствами, нормативами и материальными ресурсами.
Учитывая возрастающую роль свойств надежности для современного машины машиностроения, необходимо, прежде всего, разработать механизм управления работоспособностью механических систем с применением совокупности управляющих воздействий ремонтного характера. Целесообразность подобного решения следует из сущности основного закона повышения надежности механических систем в процессе их эксплуатации; Повышение надежности подверженных старению механических систем в процессе эксплуатации может быть обеспечено только резервированием методами ремонта; 1 нагруженным эксплуатационным резервированием, то есть повышением ремонтопригодности машины до уровня, исключающего образование критических дефектов, которые могли бы вызвать неремонтопригодное состояние объекта в течение определенной наработки 121,123,124]; 2 ненагруженным эксплуатационным резервированием заменой отказавших элементов системы на ремонтные комплекты.
Знание основного закона повышения надежности механических систем, подверженных старению, позволяет обоснованно и более эффективно использовать потенциальные возможности ремонта машин в современном промышленно развитом обществе.
Нагруженное эксплуатационное резервирование обеспечивается в процессе разработки конструкции машины и достигается повышением уровня ремонтопригодности путем введения избыточности, исключающей возможность образования критических дефектов, могущих привести к неремонтопригодному состоянию системы или ее основных элементов в течение назначенной наработки.
Ненагруженное эксплуатационное резервирование предусматривает восстановление работоспособности за счет заранее изготовленных ремонтных комплектов, которые используются для замены отказавших элементов системы. Существуют две трактокки понятия «эксплуатационное резервирование», которое является основным понятием в этой главе. [17,18,121,123,124]. 1. Эксплуатационное резервирование замещением: вышедшее из строя по тем или иным причинам транспортное средство снимается с линии и замещается другим - резервным. Цель такого резервирования -обеспечить работоспособность функционирования эксплуатационной системы. 2. Эксплуатационное резервирование заменой составной части машины — резервирование в процессе ремонта. Цель этого резервирования - обеспечить (повысить) работоспособность функционирования самого машины. В дальнейшем термин «эксплуатационное резервирование» будет использоваться только в этом контексте.
Показатель конструктивно-технологических особенностей шестерен (передачи)
Сравнительный анализ результатов расчетов доказывает, что для обеспечения работоспособности машин и их агрегатов наиболее целесообразно применять стратегию эксплуатационного резервирования с использованием ремонтных комплектов взамен действующей стратегии подетальных замен пришедших в негодность деталей агрегатов и машин в целом на 45,7 %. 4.4. Формирование ремонтных комплектов для ГМКП Любое механическое устройство можно представить в виде совокупности комплектов, состоящих из определенного количества функционально взаимосвязанных деталей. Такой же подход можно применить и к гидромеханической коробке передач. Это обеспечит простоту и эффективность проведения процесса формирования ремонтных комплектов.
Для описания общих неисправностей коробки передач необходимо рассмотреть неисправности отдельных ее элементов. Перечень неисправностей основных элементов и деталей ГМКП представлены в ПРИЛОЖЕНИИ 5. С учетом действующего определения и имеющихся требований были сформированы следующие ремонтные комплекты ГМКП; Комплект №1: Картер Комплект №2;Первичный вал с шестернями и синхронизаторами. Комплект №3: Промежуточный вал с шестернями Комплект №4: Вторичный вал с шестернями Комплект №5: Гидротрансформатор Комплект №6: Гидрораспределитель. Комплект №7 Шестеренный насос в сборе В соответствии с предложенной классификацией комплекты №№1...7 принадлежат к следующим типам ремонтных комплектов. № 1 - Базовый ремонтный комплект - тип 1. Будем предполагать, что за срок службы агрегата допускается лишь один капитальный ремонт - N = 1, при повторном отказе базового комплекта агрегат сменяется. №2 - Неоднородный сменяемый ремонтный комплект без ограничений на число замен его основной части -тип 2.2.1 № 3 - Неоднородный сменяемый ремонтный комплект - тип 2.1 № 4 - Неоднородный сменяемый ремонтный комплект - тип 2.1 № 5 - Неоднородный сменяемый ремонтный комплект-тип 2.1 №6 - Неоднородный сменяемый ремонтный комплект - тип 2.1 № 7 - Неоднородный сменяемый ремонтный комплект - тип 2.1 В соответствии с изложенными требованиями будем представлять ГМКП как совокупность N+1 комплектов (Рисунок 4.1). в системе комплектов. Отмеченные на рисунке 4.1 связи изображают иерархию в системе комплектов. Между сменяемыми ремонтными комплектами, как и представлялось ранее, связи нет. Следовательно, это подтверждает, что сменяемые ремонтные комплекты независимы в совокупности и отказ одного из них или любой совокупности не вызывает отказ других ремонтных комплектов.
Вычислим суммарный экономический эффект ЭЕ от использования системы резервирования с применением ремонтных комплектов для гидромеханической коробки передач с оптимальными значениями параметров надежности базового и сменяемых ремонтных комплектов, в соответствии с приведенной методикой расчета экономического обоснования представленного в пункте (3.6) и результатами проведенных исследований, в соответствии с пунктом (4.3). Будем предполагать, что: Базовая машина АМКОДОР 333В (ТО-18Б) Цена техники: Ца = 1950000руб. Цена ГМКП У35.615: Ц= 219000руб. Коэффициент ту=ОД1 Средний годовой объем прибыли от эксплуатации одной единицы техники Пг = 950000руб. Годовой фонд рабочего времени техники Тф = 2000ч/год. Средняя эксплуатационная скорость v3 = 45/ш/ч. Информация о наработке и числе замен (ремонтов) получена из выполненного численного эксперимента (таблица 4.3) Экспериментальные данные наработки ГМПК и количества ремонтов ее основных элементов. Информации о временных и стоимостных затратах получены из нормативных документов, прайс-листов заводов производителей, экономических расчетов и натурного эксперимента [115].
Отметим, что при стоимостных расчетах учитывались следующие условия: остаточная стоимость комплектов и деталей при комплектной стратегии резервирования принимается равной 50% стоимости нового комплекта (детали), а при подетальной стратегии резервирования -30%, что обусловливается различным уровнем их остаточного ресурса; остаточная стоимость неремонтопригодных деталей принимается равной нулю; остаточная стоимость комплектов (деталей) учитывается при формировании затрат на ремонт; в качестве исходной цены принимается цена нового комплекта (детали).
