Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние теории и практики прогнозирования ресурсов дизелей до переборок 12
1.1. Понятие переборки, как вида технического обслуживания
1.2. Фактори, определяющие продолжительность работы дизелей до переборок
1.3. Модели применяемые для прогнозирования ресурсов.
1.4. Прогнозирование ресурсов ъ практике изготовления и эксплуатации дизелей .
1.5. Задачи и общие методологические принципы иссле дования
2. Экспериментальное исследование факторов ограничивающих продолжительность работы дизелей до переборок 34
2.1. Методика исследования
2.2. Технические состояния дизелей
2.3. Анализ наработок деталей и узлов, лимитирующих сроки переборок дизелей
2.4. Влияние наработки на потоки отказов дизелей
2.5. Влияние уровня эксплуатационной загрузки дизелей на наработки их до отказов
3. Построение и исследование моделей изменения техничес кого состояния дизеля
3.1. Модели изменения технического состояния в течение ресурса дизеля до капитального ремонта
3.2. Использование моделей для расчета расхода деталей и количества отказов в течение заданного периода работы дизеля
3.3. Исследование влияния видов распределений на показатели, определяющие сроки переборок
3.4. Методика расчета параметров распределений наработок дизелей до неисправностей и отказов .
4. Закономерности распределений наработок до отказов и ресурсов деталей и узлов дизелей
4.1. Анализ вида распределения наработок до отказов и ресурсов
4.2. Закон распределения наработок между отказами дизелей
4.3. Распределение наработок до отказов, приводящих к вскрытиям цилиндров дизелей
4.4. Распределение ресурсов деталей дизелей по систематическим отказам
4.5. Распределения ресурсов изнашиваемых деталей
5. Прогнозирование оптимальной продолжительности работы дизелей до переборок
5.1. Методика прогнозирования
5.1.1. Исходные данные
5.1.2. Математическая постановка задачи
5.1.3. Ограничения переменных
5.1.4. Методика решения оптимизационной задачи .
5.2. Оптимальные сроки частичных переборок дазелей .
5.3. Оптимальные сроки переборок дизелей
5.4. Экономическая эффективность и внедрение результатов исследования
Заключение ' J76
Список литературы 180
Приложения.
- Фактори, определяющие продолжительность работы дизелей до переборок
- Технические состояния дизелей
- Использование моделей для расчета расхода деталей и количества отказов в течение заданного периода работы дизеля
- Распределение наработок до отказов, приводящих к вскрытиям цилиндров дизелей
Введение к работе
Практическое выполнение указаний ХХУ и ХХУІ съездов партии о последовательном осуществлении курса на повышение эффективности производства требует всемерного совершенствования энергетической базы народного хозяйства, в т.ч. .дизелей, являющихся её важнейшей составной частью. Умело, разумно, по-хозяйски использовать созданный у нас мощный экономический потенциал, поставить его как следует на службу народу, извлечь из него максимальную пользу - задача, решение которой находится в сфере эксплуатации.
Актуальные задачи улучшения эксплуатации дизелей вытекают из решений декабрьского 1977 года Пленума ЦК КПСС, итогов совещания в Центральном Кош тете КПСС в марте 1978 года по вопросу ускорения научно-технического прогресса в моторостроении и Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 24.12.80 № 199.
На техническое обслуживание, в т.ч. переборки, за период до капитального ремонта затрачивается средств до 60-90% первоначальной стоимости дизеля. Затраты труда на техническое обслуживание в 3-5 раз превышают трудозатраты при изготовлении дизелей. Для выполнения технического обслуживания создаётся и развивается мощная ремонтная база, являющаяся источником дополнительных затрат. В народном хозяйстве "... На техническое обслуживание, включая различного рода ремонты, затрачиваются миллиарды рублей" [40J. Поэтому достижение минимальных материальных и трудовых затрат на техническое обслуживание дизелей является важнейшей народнохозяйственной задачей.
В условиях эксплуатации оно может быть достигнз то за счет проведения технического обслуживания в оптимальные сроки с учетом особенностей конкретных условий, факторов безотказности и эксплуатационной технологичности дизелей [l4 .
В 1979 г ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление "О мерах по развитию речного транспорта в І98І-І985 годах"• В нем перед речниками поставлены большие и ответственные задачи по увеличению объема перевозок и повышению производительности труда. По сравнению с десятой пятилеткой строительство транспортного флота возрастет на 22$, увеличится количество сухогрузных и наливных судов, буксиров.
Для новых судов создаются и устанавливаются дизели новых модификаций и конструкций. Уже эксплуатирующиеся дизели по мере выработки ими моторесурсов также заменяются на дизели с более высоким технико-экономическими показателями. Поскольку организация системы технического обслуживания с целью достижения минимальных затрат на его проведение без знания ресурсов дизелей до переборок невозможна, а процесс пополнения флота новыми дизелями непрерывен возникает настоятельная необходимость определения ресурсов дизелей еще до фактической их выработки.
В конкретных условиях эксплуатации длительность работы дизелей до переборок определяется фактическими наработками до отказов и предельных состояний деталей и узлов. Наработки не являются величинами детерминированными, а подчиняются стахостическим закономерностям. По этой причине, показанный в стендовых условиях на одном дизеле, ресурс часто не подтверждается для серийных дизелей. Условия стендовых испытаний могут существенно отличаться от реальных условий эксплуатации также в силу влияния режимов работы, условий пуска, нагружения и реверсирования, организации системы техобслуживания и ремонта. Поэтому применяемое на практике прогно зирование ресурсов судовых дизелей на базе материалов стендовых испытаний вследствие неполного учета факторов, влияющих на переборки, может быть рекомендовано только на стадии создания и испытания головных образцов. На стадии серийного производства необходимо учитывать особенности эксплуатации.
Факторы, определяющие сроки переборок дизелей в условиях эксплуатации рассматривались в работах Александрова A.M., Григорьева М.А., Карпова Л.Н., Овсянникова М.К., Сомова В.А., Семенова В.С, Рихтера А.А. В исследованиях Василлева Б.В., Гинзбурга А.З., Драни цына С.Н. Кузьмина Р.В., Щагина В.В. и др. развиты методы обработки и оптимизации эксплуатационных показателей судовых энергетических установок. Однако вопросы прогноза ресурсов дизелей до переборок, на основе оценок их эксплуатационных показателей, в выполненных работах не рассматриваются. Вместе с тем для выработки с оптимальной стратегии технического обслуживания необходимость прогноза очевидна.
Изложенное предопределило цель работы: исследование эксплуатационных показателей, определяющих ресурсы дизелей до переборок и разработка на этой основе моделей и методов их прогнозирования.
Переборка является управляющим воздействием на эксплуатационные показатели дизеля. Поэтому решение задачи прогнозирования требует не только разработки методов расчета показателей, которые определяют сроки переборок и могут быть распространены на будущие периоды, но и определения на основе этих показателей периодичности переборок, при которой будут наименьшими ожидаемые эксплуатационные затраты на функционирование дизеля в течение установленного или ожидаемого ресурса до капитального ремонта.
Работоспособность и износы основных деталей являются показателями определяющими сроки переборок дизелей. В связи с этим решение указанных задач оказалось возможным на основе широкого иссле дования в условиях эксплуатации этих факторов. Исследования, выполненные в реальных условиях эксплуатации на пяти типоразмерах дизелей, охватывающих весь диапазон используемых на речных судах главных двигателей, дали обширный статистический материал по фактической работоспособности дизелей, их узлов и деталей и факторам её ограничивающим.
На основе результатов исследований:
1. установлены закономерности распределений наработок дизелей до отказов и предельно допустимых состояний узлов и деталей, огра-ничивающих сроки переборок дизелей. Закономерности являются теоретической основой для прогноза ресурсов и отказов дизелей по ре -зультатам эксплуатационных наблюдений.
2. установлено, что распределение скоростей изнашивания и за-зорообразования деталей цилиндропоршневой и валовой групп выборочных совокупностей дизелей, имеющих общий закон распределения сред-ненавигационной загрузки по расходу топлива, подчиняется закону гамма распределения с "порогом чувствительности", равным минимальной скорости. Анализ износов на основе найденных закономерностей обеспечивает возможность обоснованного прогноза ресурсов изнашиваемых деталей дизелей по скоростям изнашивания.
3. разработана математическая модель изменения технического состояния дизеля, позволяющая оценивать эффективность управляющего воздействия переборок на поток отказов и расход деталей в функции наработок мевду переборками.
4. доказана необходимость использования для обработки эксплуатационных данных по наработкам до отказов и предельных состояний дизелей в условиях отсутствия информации о виде распределений, модели Вейбулла.
Полученные результаты позволили разработать:
- методику расчета прогнозируемых сроков переборок дизелей с учетом особенностей их условий эксплуатации и надежности;
- оптимальные, для условий эксплуатации речных судов, сроки переборок дизелей массового использования І2ЧНС 18/20 (М400) и 6ЧСПН 18/22.
Разработанные автором по материалам исследований "РуководсТ во по анализу износов деталей и надежности дизелей", "Нормативные документы по техническому обслуживанию дизелей" утверждены в качестве постоянно действующих, обязательных к применению на всех эксплуатируемых в МРФ дизелях.
Фактори, определяющие продолжительность работы дизелей до переборок
Продолжительность работы дизеля до переборки, в самом общем случае, определяется либо уровнем загрязнений (отложений) на деталях, либо предельно допустимым техническим состоянием одной или нескольких деталей.
При работе дизеля отложения и осадки образуются на деталях находящихся как в высокотемпературной так и низкотемпературной зонах. Отложения низкотемпературной зоны (в отверстиях коленвалов, маслосъемных кольцах, дренажных отверстиях и т.п.) зависят от конструкции дизеля и уровня загрязнений работающего масла [59, 68]. Современные средства очистки масла, которыми комплектуются дизели, выбираются таким образом, чтобы при соответствующей периодичности их обслуживания уровень отложений в низкотемпературной зоне не являлся фактором, ограничивающим ресурс до переборок.
Несколько иначе обстоит дело с высокотемпературными отложениями. Процесс образования их зависит в основном от 2-х факторов: температуры стенки и термоокислительной способности масла и независит от конструктивных особенностей двигателя [ЗІ] .
Исследованиями [31, 64] показано, что для каждого сорта масла существует предельная температура безнагарного состояния. Например, для масел группы В она составляет 200С. Температура снижается до 190С при повышении содержания серы в топливе свыше 0,5$. Авторы исследований, в том числе зарубежные, [88, 94, 95J рекомендуют для судовых среднеоборотных дизелей с высокими сроками службы до переборок температуру в зоне первого поршневого кольца не выше 180-190С.
Требование по обеспечению температурного режима в зоне первого кольца поршня ниже зоны образования высокотемпературных отложений является обязательным, ибо только в этом случае возможно достижение современного уровня ресурсов до переборок 10-15 тыс.ч.
Исследованиями [93] на дизелях с наддувом показано также, что на нагарообразование влияет продолжительность работы дизелей на максимальной мощности и не влияет на пониженной. Вот почему отсутствие высокотемпературных отложений проверяется в период ресурсных стендовых испытаний, которые проводятся при наибольшей загрузке по мощности по сравнению с условиями эксплуатации и, следовательно, при наибольшей температуре поршня. Это позволяет сделать вывод, что вопрос о высокотемпературных отложениях при прогнозировании ресурсов дизелей до переборок в условиях эксплуатации не является ограничивающим фактором.
Исследования безотказности и долговечности транспортных дизелей [27, 41, 46, 65, 87] показали, что наработки их деталей до достижения предельно-допустимых состояний (браковочных признаков) могут иметь широкий диапазон вариации от 0,2 до 1,0 и не являются детерминированными. Однако они подчиняются стахостическим функциям распределения. Вследствие значительных вариаций наработок имеет место не только разновременное достижение предельных состояний одинаковых дизелей, но и одноименных деталей одного дизеля. Поэтому переборки могут либо совпадать с наработками деталей до отказов или предельных состояний, что означает непрерывный ремонт, либо приходится идти на некоторый ущерб связанный с преждевременной заменой деталей, но зато снижаются затраты на устранение отказов. Таким образом установить наработку дизеля до переборки означает выбрать такую, которая бы минимизировала затраты связанные с ненадежностью (вариацией долговечности основных деталей) и дискретным характером производства переборок. Поскольку затраты определяются показателями фактической надежности, прогнозирование окажется возможным, если будут установлены ожидаемые распределения наработок до отказов дизелей и преданных состояний их узлов и деталей.
До настоящего времени не установлено общих зависимостей, которые позволили бы на основе конструктивно-технологических факторов расчетным путем устанавливать наработки, при которых основные детали и узлы дизелей потребуют замены или ремонта [12] . Проведение специальных ресурсных испытаний на стендах или в условиях эксплуатации в настоящее время остается основным методом определения долговечности и предусмотрено стандартами как общесоюзными, так и за рубежом.
Поскольку поставлена задача прогнозирования ресурсов до переборок в условиях эксплуатации, рассмотрим эксплуатационные факторы определяющие указанные наработки.
Важнейший эксплуатационный фактор - режим работы. Режимы работы дизелей, эксплуатирующихся на речных судах характеризуются большим количеством не только пусков и реверсов, но просто перемен режимов при перекладках рулей, расхождении судов, изменении ширины и глубины форватера. При эксплуатации судов на коротких линиях средняя частота изменения режимов доходит до 5-Ю 1/ч.
Режимы работы зависят от многих случайных факторов (загрузки судов, линий работы, квалификации обслуживающего персонала). Режим, от которого зависит нагрузка на детали, характеризуется большим количеством параметров. Полученные рядом авторов [9, 41, 67, 85J зависимости показателей долговечности от режимов работы дизелей носят сугубо эмпирический характер, применимый для конкретных марок дизелей и областей их применения. В связи с указанным прогноз параметров режимов работы и использование его для прогноза ресурсов представляется весьма проблематичным. В тоже время выполненные исследования [42] показали, что процесс нагружения дизелей однотипных судов может рассматриваться как стационарный, обладающий свойством эргодичности. Это позволяет характеризовать режимы работы дизелей на основе установления с помощью выборочного метода оценок некоторых характерных обобщенных пара метров режимов работы.
Поскольку перед нами стоит задача прогноза ресурсов дизелей, а ресурс зависит от случайного процесса нагружения дизелей, является вполне логичным прогнозировать ресурс для некоторых выборочных совокупностей дизелей, обобщенные показатели режимов которых подчиняются единым закономерностям. В качестве показателей режимов работы могут использоваться достаточно простые, легко устанавливаемые величины такие как, например, среднеэксплуатационная мощность или расход топлива, длительность рейса, число переключений РРП или реверсов и т.п. При необходимости связь между этиш и другими параметрами может быть установлена методами регрессионного анализа. Статистическая устойчивость обобщенных показателей
Технические состояния дизелей
Различают три состояния технических изделий: исправное, неисправное и неработоспособное. Дизель является сложной системой Поэтому следует различать техническое состояние дизеля в целом и техническое состояние его деталей.
Под неработоспособным (предельным) состоянием детали, узла дизеля понимается такое техническое состояние, когда использование их в составе дизеля недопустимо. Нормативы таких состояний задаются дизелестроительными заводами и указываются в руководствах по эксплуатации. Неработоспособное состояние детали означает неисправность дизеля, однако работоспособность его при этом может сохраняться. Поэтому, исходя из целей исследования, более важным представляется необходимость четкой формулировки понятия неработоспособного состояния дизеля в целом. Именно такие состояния, т.е. отказы, ограничивают продолжительность работы дизелей до переборок. Не останавливаясь подробно на формулировке понятия отказа дизеля, нашедшем отражение в ряде работ, в т.ч. и выполненных автором [76, 79 , отметим лишь характерные признаки отказа судового дизеля, которые согласно ГОСТ 13377-75 должны указываться в технической документации:
- Вынужденная остановка дизеля в период между техническими об-служиваниями. - Обнаруженный при проведении технического обслуживания отказ детали, осмотр которой не предусмотрен объемом этих работ, но который мог привести к вынужденной остановке дизеля при дальнейшей работе.
Хотя все отказы равноценны с точки зрения того, что они приводят к невозможности выполнения дизелем заданных функций (движение и управление судном, привод судового генератора и т.п.), однако их значение и влияние на процесс эксплуатации объектов установки различно. В связи с этим при исследовании наработок дизелей до отка зов необходимо их дифференцировать.
При оценке влияния отказов на организацию технического обслуживания основное значение имеют: возможность последующего использования дизеля на судне, степень сложности устранения и последствия отказа. Отказ дизеля, приводящий к невозможности использования его по назначению на данном судне до устранения отказа вне судна -наиболее тяжелый вид отказа. По наработкам до появления полных отказов определяется моторесурс дизелей или ресурс до полных перебо рок. Самыми сложными отказами, устраняемыми в процессе эксплуатации дизелей, являются отказы деталей цилиндро-поршневой группы и коленчатого вала. Трудоемкость работ и продолжительность простоя при устранении этих отказов наибольшая (табл. 2,2). Указанная категория отказов характеризуется общим признаком: необходимостью вскрытия рабочих полостей цилиндров. От наработок до появления этих отказов зависит ресурс дизеля до переборок В общую группу отказов включены отказы крышек цилиндров и клапанов, что объясняется тем, что,согласно ГОСТ 19332-73 ресурс клапанов должен быть равен ресурсу до переборки дизеля. Это однако не исключает необходимость рассматривать поток отказов, требующих для своего устранения только подъема крышек (притирки клапанов,, очистки направляющих и т.п.), когда работоспособность их нияе поршневой группы.
С точки зрения последствий отказов важны отказы дизелей,, которые приводят к потере судном хода и маневренных качеств. Поэтому на первом этапе проведения подконтрольной эксплуатации (79J нами анализировались так называемые опасные отказы, т.е- отказы которые не позволяют дизелю выполнить заданные команды или требуют немед ленной остановки дизеля для предотвращения его разрушения. Однако в дальнейшем опыт оценки безотказности дизелей в части опасных отказов показал, что оценки эти весьма субъективны, так как последствия отказа дизеля часто зависят от обстоятельств его использования. Кроме того, для подавляющего большинства судовых энергетических установок, опасный отказ одного из дизелей не приводит к опасному отказу установки. В связи с этим оказалось, что самыми важными, требующими оценки последствиями отказов дизелей, являются: необходимость вынужденной выгрузки дизелей с судов и необходимость разборки цилиндро-поршневой группы.
Таким образом представляется целесообразным в данном исследовании рассматривать, наряду с общим потоком отказов, отказы, вызывающие необходимость вскрытия цилиндров дизелей и выгрузки дизеля с судна. Для дизелей с индивидуальными крышкаш цилиндров целесообразна оценка количественных характеристик наработок до отказов, требующих для своего устранения только подъема крышек.
При переборках дизелей, находившихся в подконтрольной эксплуатации, непосредственным осмотром и обмерами определялось техни -ческое состояние всех перебираемых деталей и узлов. Методика замеров соответствовала принятой в MP [62] . Детали заменялись или ремонтировались, если они уже достигли предельного состояния или ожидаемая наработка их до такого состояния оказывалась ниже длительности4 предстоящей навигации.
Данные по заменам основных деталей ЦДГ дизелей, находившихся в подконтрольной эксплуатации (табл. 2.3) показывают, что по номенклатуре они охватывают почти 100$ всех используемых деталей. Однако количество заменяемых деталей по сравнению с общим числом установленных невелико и составляет, как правило,, до 20-2. При этом имеются детали и узлы, для. которых может быть установлена в процессе эксплуатации скорость изменения технического состояния,, например, зазорообразования, изнашивания, падения давления и т.п. и детали и узлы, для которых темп изменения состояния не удается зафиксировать вследствие его скачкообразного изменения или отсутствия возможности непрерывного контроля, например, трещины поршневых пальцев, течь уплотнений втулок цилиндров и т.п.. Предельно допустимое состояние таких деталей выявляется при отказах дизелей и выполнении технического обслуживания и переборок.
Получить необходимую для прогнозирования монотонную непрерывно ную функцию изменения технического состояния времени возможно только в целом для однородной выборочной совокупности рассматриваемых деталей и узлов.
Для выявления деталей и узлов ограничивающих сроки переборок построены зависимости количества деталей и узлов достигающих предельного состояния от наработки дизелей (рис. 2.1, 2.3, 2.5, 2.7). Так как количество деталей взято в отношении к первоначально установленным, приведенные зависимости являются функциями распределения ресурсов- функции распределения ресурсов найдены для деталей,, предельное состояние которых вызвано причинами усталостного, эрозионного и т.п. характера. Они рассчитывались по формуле: где /1 (il) число деталей, достигших предельного состояния за период tl , A/fit)- число деталей не отказавших за период ti Для изнашиваемых сопряжений большинства деталей ЩГ не удается получить фактические реализации наработок деталей до их предельного состояния, так как детали заменяются как правило раньше, либо
Использование моделей для расчета расхода деталей и количества отказов в течение заданного периода работы дизеля
Рассмотренные выше математические модели изменения технического состояния позволяют рассчитывать в функции от структуры циклов технического оислуживания показатели, определяющие сроки переборок дизелей, в том числе, расход деталей и число отказов.
Расход деталей за некоторый период Т срока службы дизеля, в течение которого проводится I переборок при наработках І-Y, Ьг- ЛІ » определится как сумма числа замененных в эти периоды первоначально усганояденных деталей и установленных взамен них деталей при первой, второй и т.д. заменах.
Обычно в литературе рассматриваются ресурсы "новых" деталей (до первой замены) и межремонтные ресурсы. Считается, что ресурсы замененных деталей на дизелях одинаковы. С целью возможности более широкого использования методики будем учитывать первую и последующие замены деталей, установленных взамен "новых". В этом случае получим следующие расчетные формулы (условно принято /v=I)
Количество деталей замененных из числа первоначально уста -новленных при і, -ой переборке, выполняемой при наработке L\ р - вероятность безотказной работы. Замененные при этой переборке детали будут также достигать предельного состояния и заменяться при последующих переборках. Поскольку tj - наработка, при которой были заменены детали, количество замененных деталей при наработке Li. из числа вторично установленных при наработке "hi. будет равно
Очевидно, что при наработке Х\. будут заменяться детали не только установленные при наработке t , но к при других наработках. Поэтому при наработке tl общее число деталей, подлежащих замене равно
Далее следует уже вычислять число замененных деталей из числа установленных вторично. Процедура вычислений аналогична.
Итогом расчета является последовательность чисел, показывающих число деталей, замененных при каждой переборке, выполняемой при наработке "t L . В известном смысле эта последовательность является оценкой плотности функций восстановления, рассматриваемой в теории надежности. Однако она отличается от неё, так как в теории восстановления рассматривается процесс непрерывной замены, в то время как у нас, и в действительности, замены производятся через определенные интервалы, равные или кратные навигационным периодам.
Получаемые таким образом оценки плотности восстановления и её интегральной характеристики функции восстановления связывают требующиеся нам величины расхода деталей, периодичности переборок и фактических ресурсов. Расчеты однако требуют большого объема вычислений, так как необходимо дважды вычислять элементы матрицы размерностью равной числу рассматриваемых периодов переборок. В связи с указанным была составлена и отработана программа расчета на машине "Минск - 22М".
Исходными данными расчета являются: I. Вид и параметры распределений ресурсов деталей: установленных с постройки, замененных при первой замене, замененных при последующих заменах. ll качестве параметров распределений задаются средние ресурсы i-cpj , tu z и ісь3 и коэффициенты вариации 0 ,0% , 0Ъ .
Предусмотрено задание любого из следующих восьми видов распределений, имеющих условные порядковые номера П. , начиная с I: усеченного нормального, экспоненциального, экспоненциального со сдвигом, гамма распределения с показателями формы m = 2, 3,4,5 и Вейбулла. Вероятности безотказной работы вычисляются по подпрограммам в соответствии с известными формулами теории надет но с ти.
Максимально допустимое при выполнении расчета число переборок I = 15. Программой (рис. 3.5) предусмотрена возможность расчета при принудительной замене деталей по вероятности отказа О . В этом случае считается, если при переборке вероятность отказа детали больше I - О , то все детали заменяются независимо от их состояния.
Разработанная программа позволяет исследовать расход деталей за установленный моторесурс дизеля при различных вариантах проведения переборок и ремонтов дизеля, пример счета (П. І.І). При переборке дизеля полного восстановления надежности не происходит. Предложенная модель изменения технического состояния дизеля в целом позволяет определить не только степень восстановления его работоспособности при переборке, но и получить количественные соотношения для расчета ожидаемого количества отказов и таким образом исследовать работу дизеля в будущем. Исходными данными при этом являются полученные до первой и последующей переборки оценки наработок дизелей до отказов и неисправностей. Принимается также, что дизели на которых ко времени переборки не возникли неисправности будут сохранять интенсивность отказов ис
Распределение наработок до отказов, приводящих к вскрытиям цилиндров дизелей
Отказы приводящие к вскрытиям наиболее существенны, так как они определяют периоды переборок дизелей, наиболее трудоемки и требуют, как правило, вывода, по крайней мере кратковременно, судов из эксплуатации. В 2.4. было отмечено, что эти отказы характеризуются возрастающей интенсивностью и следовательно любой расчет показателей надежности в части этих отказов требует принятия решения о виде распределения наработок.
Как уже отмечалось, наработка до отказа дизеля приводящего к его вскрытию может рассматриваться как наработка до отказа системы, состоящей из элементов (равного числу цилиндров) соединенных последовательно и согласно опубликованных работ [24, 70] должна иметь распределение Вейбулла.
Основными причинами выгрузки дизелей с судов для среднего или капитальных ремонтов являются отказы или достижение предельного состояния деталей цилиндров (поршней, блоков, подшипников, шеек валов и т.п.) Следовательно есть основания полагать, что и ресурсы, по крайней мере, многоцилиндровых дизелей до выгрузки с судов и ремонтов будут также удовлетворительно описываться распределением Вейбулла.
Для определения соответствия экспериментальных данных по наработкам до вскрытий по закону распределения Вейбулла выполнялись расчеты по программе на ЭВМ "Минск 22М". Долговечность до ремонтов, требующих выгрузки дизеля с судна рассмотрена для дизелей І2ЧНС 18/20, так как только для этих дизелей, в связи с ограниченным их русурсом, представилось возможным определить соответствующие наработки. Основные результаты (табл. 4.2-4.3 и рис» 4.2-4.5) подтвердили возможность использования модели Вейбулла для расчета характеристик безотказности дизелей и долговечности их работы до ремонтов. Хотя в отдельных случаях наряду с распределением Вейбулла и ряд других распределений не противоречат результатам наблюдений , однако распределение Вейбулла дает наилучшую аппроксимацию эмпирической функции.
Под систематическим отказом понимается отказ детали по причине достижения ею предельного состояния по определенному признаку. Получение наработок до такого рода состояний представляет еще более сложную задачу, чем получение наработок до предельных состояний дизелей, так как она значительно больше по своей величине. Кроме того, по. систематическим отказам дизелестроительными заводами обычно ведется относительно интенсивная работа с целью повышения ресурсов. Поэтому за период наблюдений, обычно не более 5-6 лет, конструкция рассматриваемых деталей устаревает и они заменяются по моральному износу. В связи с этим вид распределения прихо дится оценивать не по усеченным в одной точке, а многократно усеченным наблюдениям.
Основной причиной выхода из строя деталей по систематическим причинам являются усталостные напряжения вследствие циклического характера работы дизеля. Известно J24, 27] , что в этом случае наилучшей моделью распределения наработок является модель Вейбулла, которая была предложена на основе изучения усталостной прочности материалов. Для доказательства правомерности использования этой модели выполнена проверка согласия с ней эмпирической функции распределения наработок по критерию Реньи в соответствии с 4.1. Для анализа наработок были выбраны две наиболее характерные и ответственные детали трех типоразмеров дизелей (табл. 4.4). -№ Знание закона распределения позволяет уменьшить количество деталей по наработке которых возможно оценить их фактическую долговечность.
Пусть необходимо найти 80% ресурс. Если закон распределения неизвестен, необходимо провести испытания Л/ деталей, из кото -рых 20% достигнут предельного состояния. При оценке с точностью 10$ и Доверительной вероятностью jS =90%, необходимо [29, 69І , чтобы N 240. В подавляющем числе случаев вариация ресурсов меньше 0,7, т.е. f) 1,45. Решая уравнение 4.10 при JS = 0,90 (двухсторонний -w доверительный интервал) и V - 1,45 было получено N = 125. Таким образом, знание закона распределения позволяет практически в два раза сократить объем испытаний. Однако во многих случаях вариация меньше 0,7 и поэтому эффективность использования установленного закона распределения значительно выше.
Выбор наиболее подходящей математической модели для описания продолжительности работы изнашиваемых деталей дизелей до предельного состояния вызывает определенные трудности по ряду причин- время достижения предельного состояния деталей по износу исчисляется для современных машин многими десятками тысяч часов, нередко более 10 лет эксплуатации судов, - широкое применение агрегатных методов ремонта приводит к тому, что в эксплуатации детали заменяются еще не достигшие предельного состояния, - предельное состояние изнашиваемых деталей может характеризоваться рядом браковочных признаков, время достижения которых различно.
Таким образом практически исключено получение полностью реализованных выборок деталей, достигших предельных износов. Это обстоятельство заставило нас при анализе видов распределений изнашиваемых деталей базироваться на установлении фактических скоростей изменений технического состояния, т.е. скоростей изнашивания или за-зорообразования.
Для установившегося процесса изнашивания длительность работы детали до предельного состояния может быть определена по формуле: где (Л н " Anpj - абсолютная разность начального и предельно допустимого износа (зазора), Vl - скорость изнашивания или зазорообразования. Поскольку начальный размер (зазор) детали или узла изменяется в пределах заданного чертежами допуска, подчиняясь так же как и скорость изнашивания закономерности функции распределения (рис. 4.6), наработку до достижения предельно допустимого износа следует, в самом общем случае, рассматривать как функцию двух случайных аргументов. Б соответствии с известными правилам \39\ функция распределения наработки может быть рассчитана по формуле: Vm iv где Vo Vmx - диапазон возможных значений скоростей изнашивания, Дтп - минимальный начальный размер (зазор) детали (узла), t(vh плотность распределения скоростей изнашивания, "fz (л)- плотность распределения начального запаса на износ. При расчете необходимо правильно принимать пределы интегрирования (рис. 4.7). С учетом этого следует записать максимальный запас на износ размера (зазора) детали (узла), АУПХ - максимальное значение возможной наработки. На рис. 4.7 линия IV = Д является линией отделяющей наработки (для каждой из возможных сквростей) больше А . Для V вычисления по формуле необходимо знать функции распределения, т.е. вид функции и её параметры.
