Метод простых оценок показателей процесса восстановления при комбинорованном правиле замен конструктивных элементов

МЕТОД  ПРОСТЫХ  ОЦЕНОК ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРИ КОМБИНОРОВАННОМ ПРАВИЛЕ ЗАМЕН КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

 

Туленов Айдарали Туленович,

к.т.н., профессор Южно-Казахстанского

 государственного  университета  им. М. Ауезова, г.Шымкент

Южно-Казахстанского государственного

университета  им. М. Ауезова

Шойбеков Бауржан Жусупович, кандидат технических наук,

ст. преподаватель Южно-Казахстанского государственного

университета  им. М. Ауезова, г.Шымкент

Бекболатов Габит Жахангерович, магистр транспорта, ст.преподаватель Южно-Казахстанского государственного

университета  им. М. Ауезова, г.Шымкент

Мейрбеков Аскар Алдабергенович, кандидат технических

наук, ст. преподавательЮжно-Казахстанского государственного

университета  им. М. Ауезова, г.Шымкент

Балабеков Зетбек Агабекович, кандидат технических

наук, ст. преподавательЮжно-Казахстанскогогосударственного

университета  им. М. Ауезова, г.Шымкент

Дутбаев Жаксылык Токтасынович, кандидат технических

наук, ст. преподавательЮжно-Казахстанскогогосударственного

университета  им. М. Ауезова, г.Шымкент

Арпабеков М.И., доктор технических наук, профессор

ЕНУ им.Гумилева, Астана, Республика Казахстан

 

Аннотация

 

Цели: Разработка метода простой оценки показателей комбинированных замен конструктивных элементов для повышения долговечности узла или агрегата. повышения безотказности узла или агрегата до замены, а также между проверкам, снижение темпа износа сопряженной дорогостоящей детали.  Методы/Статистические анализы:  В качестве метода выявления численных значений показателей надежности двигателя выбран эксплуатационный метод, дающий по сравнению со стендовыми и полигонными методами испытаний, наиболее достоверные результаты о надежности конструктивных элементов, а также более полное представление о работе объекта в условиях эксплуатации.  Как видно из сопоставления результатов расчетов, отклонение значений ведущих функций, полученных предлагаемым методом, не превышает 4%. Точность исходной информации, получаемой при контрольной эксплуатации, обычно оценивается ±10%. Это позволяет рекомендовать метод простых оценок для инженерных расчетов.               

Выводы:     Предлагаемый метод простых оценок показателей процесса восстановления при  комбинированном правиле замен конструктивных элементов позволяет  рассчитывать  применение этого правила для комбинации не только двух, но  трех и большего числа,  если они меняются комбинированно по собственному отказу и отказу других деталей. Приложения/Улучшения: Проведенные анализы и разработанные методы позволили в целях оптимизации ремонтных воздействий по критерию минимума затрат путем выбора наилучшей из конкурирующих правил замен разработать соответствующие математические модели, которыми рекомендуются пользоваться при решении поставленной задачи.

 

Ключевые слова: техническая эксплуатация автомобилей, текущий ремонт, стратегия замена агегатов, долговечность, отказ, восстановление, ведущая функция, имитационное моделирование

 

1. Введение 

 

Основной задачей технической эксплуатации автомобилей является обеспечение высокого и устойчивого уровня готовности подвижного состава к выполнению перевозок грузов и пассажиров. Для успешного решения этой задачи необходимо постоянно совершенствовать существующих форм и методов обеспечения работоспособности автомобильного парка путем повышения безотказности автомобилей при одновременном уменьшении затрат на эти цели.

Эксплуатация автомобильного транспорта связана со значительными затратами материальных и трудовых ресурсов, которые расходуются на проведение технического обслуживания и текущего ремонта [1].

Если изготовление грузового автомобиля средней грузоподъемности требует 200 чел-ч, то при эксплуатации этого автомобиля на его техническое обслуживание и текущий ремонт только в течение года необходимо затратить 600 чел-ч. При этом основная доля затрат приходится на текущий ремонт [2].

В этой связи возникает актуальная задача разработки и совершенствования методов управления восстановлением работоспособности автомобилей и их агрегатов.

Важным составным элементом этой комплексной задачи является выбор оптимальных для каждого конкретного случая систем замен элементов, исходя из условия минимума затрат, что дает возможность снизить    затраты на проведение текущих ремонтов.

В условиях рыночной экономики совершенствованию форм организации производства, как правило, придается первостепенное значение, поскольку этот путь не требует больших капитальных вложений, но позволяет получить значительный экономический эффект за счет снижения затрат на обеспече-ние работоспособности машин.

Приватизация подвижного состава автомобильного транспорта поставила перед техническими службами новые, более серьезные задачи, например, повышение безотказности автомобиля, поскольку только при этом условии можно обеспечить стабильность и оперативность выполнения транспортного процесса. Для достижения более высокого уровня безотказности существующие методы обеспечения работоспособности автотранспортных средств необходимо подвергнуть переосмыслению и совершенствованию.

В настоящее время в автомобильной практике широко применяется различные  виды профилактического  ремонта  агрегатов и узлов. Одной из наиболее широко применяемых в настоящее время замен деталей является профилактическая замена деталей при отказе другой детали, узла или агрегата. Групповую замену элементов автомобильных конструкций  осуществляют для обеспечения долговечности всего узла, агрегата или системы автомобиля, а также для повышения безотказности между ремонтами. Следует отметить, что для автомобильных двигателей наиболее приемлемы индивидуальные и  групповые системы замен, а также их комбинации.

Выбор рациональной стратегии замен играет большую роль при формировании потребности текущего ремонта.

 

2. Методы

 

В качестве метода выявления численных значений показателей надежности двигателя выбран эксплуатационный метод, дающий по сравнению со стендовыми и полигонными методами испытаний, наиболее достоверные результаты о надежности конструктивных элементов, а также более полное представление о работе объекта в условиях эксплуатации.

С целью сбора информации об отказах была организована подконтрольная эксплуатация автомобилей в южных регионах Казахстана.

По литературным данным известны основные стратегии поддержания работоспособности машин [3,4,5,6,9,10]:

• при возникновении отказа  работоспособность машины восстанавливается индивидуальной заменой отказавшей детали;
• предупредительно, через определенную наработку машины, меняют деталь, ресурс которой близок к предельному;
• совместно с отказавшей деталью предупредительно снимают с эксплуатации составные части агрегата, ресурс которых близок к предельному или замена которых экономически оправдана.

Первая стратегия наиболее часто встречается в практике ремонта машин. Ее основное преимущество заключается в том, что все детали агрегата полностью используют свой ресурс. Однако при отказе эти детали могут вывести из строя сопряженные с ними элементы или другие составные части агрегата из-за аварийного характера отказа. Это обстоятельство не позволяет иметь достаточный фонд изношенных деталей, годных к восстановлению и создает определенные трудности с обеспечением предприятия восстановленными составными частями автомобиля. Кроме того, как показывают исследования, восстановление работоспособности по первой стратегии не может обеспечить все возрастающие потребности коммерческой эксплуатации по безотказности используемого для перевозок подвижного состава.

Вторая стратегия получила распространение тем, где отказ составной части машины ведет к нарушению непрерывного цикла производства или создает значительные убытки от простоя машины, а также в тех случаях, когда требуется обеспечить безопасность жизни человека. При выполнении ремонта по второй стратегии значительно увеличивается безотказность машины, но расход запасных частей на 40-50% превышает величину расхода деталей на ремонт этой же машины по первой стратегии.

Третья стратегия основана на положительных сторонах первой и второй, поскольку предусматривает восстановление работоспособности агрегата машины только после возникновения отказа. При этом одновременно с отказавшей деталью заменяются детали, ресурс которых близок к предельному, или же, замена которых экономически выгодна. По сравнению с первой третья стратегия имеет следующие преимущества: значительно повышается безотказность машины; уменьшается суммарный обьем разборочно-сборочных работ; несмотря на незначительные увеличение количества запасных частей (на 10-15%), значительно возрастает число деталей, годных к восстановлению.

Кроме этих систем имеет распространение комбинированная система замен, при которой относительно дешевые детали заменяют по отказу, а при отказе дорогой детали заменяют группу деталей [10].

При рассмотрении вопросов, связанных с эксплуатационной надёжностью транспортных средств, недостаточно ограничиться исследованием распределения наработки изделия до первого отказа. Для того, чтобы наиболее полно охарактеризовать надежность и эксплуатационные свойства автомобилей, необходимо учитывать процессы возобновления работы отказавших элементов. Изучению таких вопросов посвящен раздел теории вероятностей – теория восстановления [7].

Ремонтные работы,  заключающиеся в замене неисправных деталей, узлов и агрегатов на исправные и в проведении регулировочных, разборочно-сборочных и других работ, выполняются по потребности. Однако, применение системы ремонта по потребности может привести к нерациональным затратам вследствие чрезмерного износа сопряженных деталей, отказ которых, например, приводит к отказу более дорогостоящих и долговечных деталей (вкладыши и коленчатый вал двигателя), или вследствие преждевременной замены деталей из-за сложности выявления их критерия работоспособности в условиях эксплуатации и других причин.

При выполнении текущего ремонта принято оптимизировать  по критерию минимума затрат с использованием различных систем замен. Для оценки возможности и целесообразности применения при ремонте той или иной стратегии замен деталей необходимо определить ожидаемые потери. В этой связи возникла задача анализа и разработки математической модели,  позволяющей совершенствовать автомобильные конструкции (формирование разновидностей текущих ремонтов)с учетом комбинированного правила замен элементов.

Известный метод расчета потребности в замене по средним значениям справедлив лишь в тех случаях, когда имеет место равномерное распределение автомобилей по пробегу. Обычно такой ситуации не бывает. Задача прогнозирования потребностей в замене осложняется еще и тем, что на одних автомобилях (агрегатах) может быть произведено несколько замен, а на других – ни одной. Задача такого типа решаются методами теории процессов восстановления.

Цель разработки метода простой оценки показателей комбинированных замен конструктивных элементов: повышение долговечности узла или агрегата; повышение безотказности узла или агрегата до замены, а также между проверками; снижения темпа износа сопряженной дорогостоящей детали.

Научная  новизна: предлагаемый метод простых оценок показателей процесса восстановления при  комбинированном правиле замен конструктивных элементов позволяет  рассчитывать  применение этого правила для комбинации не только двух, но трех и большего числа,  если они меняются комбинированно по собственному отказу и отказу других деталей.

Как видно из анализа работ [3-6], разработанные методы позволяют моделировать комбинированные правила замен при ситуации, когда участвуют в ней две детали.

Из ремонтной практики известно, что встречаются ситуации, при которых участвуют три детали. При этом одна деталь, пусть №1, заменяется по своему отказу и при отказах двух других деталей, пусть №2 и №3; деталь №2 заменяется по своему отказу и при отказе  детали №3, а деталь №3 заменяется только по своему отказу.

Для такой ситуации математическая модель не создана. Кроме того, рассмотрение созданных моделей вызывает желание упростить методы расчета, т.е. иметь простые оценки функции восстановления. В этой связи возникает задача по дальнейшему развитию методов моделирования комбинированного правила замен деталей. Однако во всех случаях точность должна соответствовать, как следует из методологии исследования операции, точности исходной информации. Последняя выявляется пассивным экспериментом в эксплуатации и находится, как обычно принято считать, на уровне 10 %. Это относится к значениям ресурса конструктивного элемента и его распределению, т.е. исходной информации для определения ведущей функций.

В соответствии с вышеизложенным требуется создать метод простых оценок при рассматриваемом правиле замен для двух случаев, а именно: во-первых рассматриваются две детали, одна из которых заменяется как по отказу, так и попутно при отказе другой детали, которая заменяется только по отказу; во-вторых, имеются три детали, соотношение стоимостей и ресурсов которых приводит к целесообразности заменять одну деталь (пусть №1) только по ее отказу, другую деталь №2 заменять  как по ее отказу, так и по отказу детали №1, наконец деталь №3 заменять как по ее отказу, так и по отказу детали №1 и №2.

В практике ремонта сборочных единиц машин часто встречается так называемое правило комбинированных замен. Нередко имеют место ситуации, при которых одна деталь (пусть №1) существенно дешевле другой (пусть №2). Поэтому заменять дорогую деталь вместе с отказавшей дешевой нецелесообразно, и наоборот, имеет смысл заменять дешевую деталь вместе с отказавшей дорогой.

Количество замен в результате отказа дешевой детали №1 при комбинированной стратегии меньше, чем при индивидуальной замене , что объясняется обновлением (полным восстановлением ресурса) этой детали при отказе дорогой детали №2. Следовательно, .

Метод расчета ведущей функции , разработанный Г.В.Цинадзе, основан на интегральной формуле полного (среднего) математического ожидания. Этот метод [3] является аналитическим и поэтому представляет возможность широкого анализа получаемых результатов, что, безусловно, является положительным. Однако процедура расчета несколько трудоемка. Этот недостаток еще более усложняется, когда одна деталь, названная №1, заменяется по отказу и принудительно не только по отказу детали №2, но и других деталей. При ремонте возникает необходимость заменять деталь №1 по отказу и попутно при отказе детали №2, а эту деталь №2 в свою очередь заменять по отказу и принудительно при отказе иной детали, назовем ее №3.