Определение периодичности и объема предупредительного ремонта с учетом взаимного влияния технического состояния элементов автомобиля

 

Взаимное влияние технического состояния элементов автомобиля, проявляющееся посредством как кинематических, так и функциональных связей, на удельные затраты влияет через экспоненциальную зависимость между ресурсами элементов (1.90). С учетом этого на Рис. 3.4 представлена схема методики определения рационального соотношения ресурсов дешевых и дорогостоящих элементов. Видно, что по мере увеличения периодичности замены дешевого элемента (ресурса) сокращается ресурс дорогостоящего элемента. При определенном соотношении наработок до ремонта l ₁ и l ₂ наблюдается минимум суммарных удельных затрат, что является рациональным соотношением для двух элементов.

 

Рис. 3.4. Зависимость удельных затрат на ремонт дешевого - 1 и дорогостоящего - 2 элементов и суммарных - 3 от наработки l до ремонта, а также ресурса второго элемента l ₂ от периодичности l ремонта первого.

При увеличении числа взаимовлияющих элементов задача усложняется, и не представляется возможной графическая интерпретация рационального соотношения наработок до ремонта. Однако механизм воздействия взаимовлияния на удельные затраты при этом таков же, как и при двух элементах.

Взаимное влияние технического состояния элементов автомобиля обусловливает и взаимосвязь их отказов. Например, в двигателе изнашивание вкладышей подшипников коленчатого вала (ПКВ) приводит к росту зазора в сопряжении и к повышению интенсивности изнашивания как вкладышей, так и шеек коленчатого вала вследствие повышения амплитуды ударных нагрузок сопряжений; повышение зазора в ПКВ вызывает экспоненциальное снижение давления в системе смазки (1.18) и повышает вероятность аварийных повреждений деталей сопряжения (прижег, задир, проворачивание вкладышей). То есть, состояние отказа вкладышей повышает вероятность отказа шеек коленчатого вала, отказ которых, как правило, приводит к большим затратам на его устранение (перешлифовывание под ремонтный размер, правка, замена коленчатого вала). Повышается также вероятность отказа таких деталей, как шатун, блок цилиндров (заклинивание коленчатого вала приводит к обрыву шатуна или шатунных болтов и, как следствие, пробой блока цилиндров).

Аналогичные процессы протекают и в сопряжениях цилиндро-поршневой группы (ЦПГ): изнашивание поршневых колец выше предельного износа (толщина слоя хрома на верхних компрессионных кольцах) вызывает изменение условий трения (материал) и повышает интенсивность изнашивания как колец, так и гильз цилиндров сокращая их ресурс и повышая вероятность их отказа; изнашивание поршневых колец по высоте приводит к увеличению расхода масла на угар и к закоксовыванию колец в канавках поршня вызывая ухудшение экономических и мощностных показателей двигателя, а также увеличивая вероятность поломки колец и перемычек между канавками поршня; снижение из-за изнашивания упругости поршневых колец вызывает повышение концентрации абразивных частиц в зоне трения, повышающих интенсивность изнашивания; отложение нагара на деталях ЦПГ снижает теплоотвод от деталей, ведет к повышению теплового режима ЦПГ, что увеличивает интенсивность изнашивания и вероятность аварийных повреждений (заклинивание, обрыв поршня, гильзы, шатуна, разрушение посадочного отверстия блока цилиндров). Повышенный износ гильз цилиндров в верхнем поясе может вызвать поломку поршневых колец, особенно в изношенной поршневой канавке и особенно после установки новых колец, что схематично показано на Рис. 3.5. Кольцо ломается по середине сечения (точка а) или на кромке (точка в). Это явление может также привести и к задиру гильзы (в точке в), и к повреждению канавки поршня (в точке а). Все это значительно увеличивает затраты на ремонт ЦПГ.

Рис. 3.5. Схема защемления поршневого кольца в изношенном поясе гильзы цилиндра.

 

Изменение технического состояния топливной аппаратуры дизеля в процессе эксплуатации приводит к экспоненциальному снижению давления впрыска, повышает вероятность некачественного впрыска топлива и его подтекания через форсунку, а это может привести к прогоранию днища поршня и разжижению масла топливом, что ведет к сокращению ресурса дизеля в целом.

Можно привести еще ряд примеров взаимосвязи отказов, обусловленной взаимным влиянием технического состояния элементов автомобиля. Взаимосвязь отказов элементов агрегатов необходимо учитывать при обосновании зависимости абсолютных и удельных затрат на предупреждение и устранение отказов от их наработки. Проявление отказов по наработке носит вероятностных характер. В первую очередь обычно проявляются отказы, которые условно можно обозначить “независимыми”, то есть те, которые вызывают отказы других элементов.

Графически взаимосвязь отказов с учетом вероятности их проявления по наработке показана на Рис. 3.6. Абсолютные затраты на ремонт при определенной наработке С _l определяются с учетом стоимости устранения отказа С _i и вероятности его появления Р _li

(2.4)

где К - число взаимосвязанных.

Зависимость (2.4) имеет смысл лишь в пределах наработки от l _1min (при Р _{l 1} = 0) до l _1max (при Р _{l 1} = 1), в которых находится наработка до отказа наименее надежного (“независимого”) элемента, который целесообразно заменять при ПР. Постепенные отказы обычно распределяются по нормальному закону или Вейбулла. В указанных пределах наработка С _l возрастает с повышающейся интенсивностью, так как для большинства элементов при этом увеличивается плотность вероятности отказов. Именно в этом интервале наработки есть возможность управлять ресурсом остальных элементов и затратами на ПР-элементов.

Рис. 3.6. Зависимость вероятности отказа и абсолютных затрат на устранение отказов
от наработки.

 

Аналитическое выражение зависимости С _l от l в этих пределах представляет собой композицию законов распределения с различными параметрами. Для упрощения ее можно аппроксимировать более простой степенной зависимостью в виде:

(2.5)

где С_{0 l} - затраты на ремонт при l = 0 (на устранение внезапных отказов хотя и с малой вероятностью); а, n - параметры, определяемые по экспериментальным статистическим данным, характеризуют интенсивность возрастания затрат (n > 1).

С учетом этого суммарные удельные затраты на обеспечение работоспособности элементов составляют

(2.6)

где С_п - затраты на ПР. Рациональная периодичность ПР элемента определяется дифференцированием уравнения (2.6) по методике профессора А.М. Шейнина.

	(2.7)
	(2.8)

откуда

(2.9)

Используя приведенную методику определена рациональная наработка до ПР основных сопряжений двигателей КамАЗ-740 в третьей категории условий эксплуатации. Определены параметры распределения наработки на отказ элементов ПКВ и ЦПГ, что позволило построить кривые вероятности их отказов по наработке (Рис. 3.7). С учетом затрат на устранение отказов и их вероятности по формуле (2.4) определены зависимости абсолютных затрат на обеспечение работоспособности ПКВ и ЦПГ от наработки (Рис. 3.8).

 

Рис. 3.7. Вероятность отказов ПКВ и ЦПГ в процессе эксплуатации двигателей КамАЗ-740:

1 - низкое давление в системе смазки, износ вкладышей; 2 - то же и проворачивание вкладышей; 3 - то же и повреждение шатунов и коленчатого вала; 4 - то же и повреждение блока цилиндров; 5 - повышенный расход масла на угар, износ колец; 6 - то же и износ гильз; 7 - то же и задир гильз и поршней; 8 - то же и повреждение блока цилиндров

 

Рис. 3.8. Зависимость абсолютных затрат на ремонт ПКВ-1 и ЦПГ-2 от наработки
двигателей КамАЗ-740.

При проведении ПР целесообразно группировать ремонтные воздействия для сокращения простоя в ремонте. Наиболее целесообразным методом группирования ремонтных воздействий является технико-экономический, используемый для группирования профилактических операций в виды ТО. Например, в двигателе целесообразно объединить замену вкладышей и поршневых колец при одной наработке. При этом рациональная наработка до ПР обоих сопряжений находится между рациональными значениями для каждого сопряжения (Рис. 3.9).

Рис. 3.9. К определению рациональной наработки до одновременного ремонта l _S двух элементов при различной рациональной наработке для каждого элемента l ₁ и l ₂.

 

При объединении замен в один ремонт повышаются удельные затраты для обоих сопряжений как от недоиспользованного ресурса одного сопряжения, так и повышения вероятности аварийных повреждений другого. Однако, при одновременном ремонте обоих сопряжений сокращается простой в ремонте, а следовательно, и потери прибыли от простоя. Исходя из этого, условие целесообразности объединения ремонта двух сопряжений можно записать в виде

(2.10)

где - минимум удельных затрат соответственно на первое, второе сопряжение и оба вместе (рис.2.9): Р - прибыль автомобиля (машины) в единицу времени; - удельный простой в ремонте соответственно только первого, второго сопряжений и обоих вместе.

В общем случае при объединении по наработке ПР нескольких элементов условие целесообразности группирования примет вид

(2.11)

где m - число группируемых элементов (воздействий).

При целесообразности группирования ремонтов нескольких элементов по условию (2.11) определяется рациональная наработка до ПР всех группируемых элементов l _РS путем дифференцирования уравнения суммарных по всем группируемым элементам удельных затрат, которое имеет аналогичный (2.6) вид

(2.12)

Аналитическое выражение l _РS после дифференцирования функции (2.12) затруднено из-за большого количества параметров и членов уравнения. В общем случае l _РS целесообразно определять приближенно (геометрически) с учетом величины затрат на ремонт каждого группируемого элемента. Из Рис. 3.9 по геометрическим соображениям можем составить пропорцию для двух элементов

из которой	(2.13)
	(2.14)

где С₁, С₂ - удельные минимальные затраты по элементам; l₁,l₂ - рациональные значения наработки до ПР элементов.

Аналогично и для нескольких группируемых элементов

(2.15)

Используя полученные зависимости абсолютных затрат на обеспечения работоспособности ПКВ и ЦПГ от наработки (Рис. 3.8) по уравнению (2.6) получены зависимости удельных затрат по обоим сопряжениям от наработки (Рис. 3.10).

Затем по формуле (2.14) определена рациональная наработка до ПР двигателя, которая составляет для двигателей КамАЗ-740 в третьей категории условий эксплуатации 120 тыс.км (Рис. 3.10).

Проверка условия (2.10) целесообразности совмещения ремонта обоих сопряжений двигателей при одной наработке показала, что оно выполняется. При группировании ремонта удельные затраты на 14% ниже, чем при раздельном ПР каждого сопряжения.

 

Рис. 3.10. Зависимость суммарных удельных затрат на ремонт ПКВ-1, ЦПГ - 2 и вместе - 3 от наработки двигателей КамАЗ-740.

 

При известной наработке до ПР элементов и зависимости показателей их технического состояния от наработки можно определить их нормативные значения, которые могут быть использованы для разработки диагностических нормативов.