Разработка системы допусков сопряжений деталей самоходных сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания при ресурсном диагностировании тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.03, кандидат наук Соломашкин Алексей Алексеевич

• Соломашкин Алексей Алексеевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Соломашкин Алексей Алексеевич

Введение

Глава 1. Анализ системы допусков. Цель и задачи

исследования

1.1 Анализ системы допусков в существующих стратегиях технического обслуживания и ремонта машин

1.2 Анализ процессов изнашивания деталей машин, их влияние на техническое состояние, а также на процессы ТО и ремонта

1.3 Анализ существующих систем допусков

1.4 Основные показатели надёжности деталей машин, их связь с допускаемым значением параметра и периодичностью их проверки

1.5 Анализ управляющих параметров, влияющих на показатели надёжности

1.6 Цель и задачи исследования

1.7 Выводы по главе

Глава 2. Теоретические исследования по обоснованию системы

допускаемых значений параметров деталей машин при их техническом сервисе в АПК

2.1 Существующие стратегии технического сервиса в АПК

2.2 Способ, компьютерные программы и методика определения системы переменных допускаемых значений ресурсных параметров деталей сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания

2.3 Методика определения основных показателей надёжности деталей сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания

2.4 Сравнение основных показателей надёжности деталей машин, полученных при постоянном и переменном допусках

2.4.1 Определение основных показателей надёжности деталей машин, полученных при постоянном и переменном допусках

2.4.2 Влияние управляющих параметров на основные показатели надёжности

2.5 Комплект компьютерных программ по определению норм расхода запасных частей

2.6 Комплект компьютерных программ по определению остаточного ресурса деталей машин

2.7 Выводы по главе

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований показателей надежности деталей машин во время их диагностирования

3.1 Выбор объекта лабораторных исследований и определение

числа наблюдений

3.2 Оборудование для лабораторных испытаний ТНВД

3.3 Общая методика экспериментальных исследований плунжерных пар ТНВД

3.4 Результаты лабораторных испытаний ТНВД

3.5 Выводы по главе

Глава 4. Рекомендации по применению и технико-экономическая оценка внедрения системы допусков и методики определения основных показателей надежности деталей самоходных сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания

4.1 Разработка рекомендаций по внедрению системы допусков и методики определения основных показателей надёжности деталей самоходных сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания

4.2 Технико-экономическая оценка внедрения системы допусков и методики определения основных показателей надёжности деталей самоходных сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания

4.3 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕИЙ,

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное). Свидетельство о государственной

регистрации программы для ЭВМ № 2010614049. Определение допускаемых значений параметра

при его заданных нормативных показателях

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное). Техническое обслуживание машин

ПРИЛОЖЕНИЕ В (обязательное). Свидетельство о государственной

регистрации программы для ЭВМ №2015660226. Программа для реализации алгоритма определения и использования активного участка контроля - АУК закона распределения ресурса и его гарантийного участка - ГУ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г (обязательное). Управляющие параметры.

Примеры графиков проведения проверок

параметров - Tk

ПРИЛОЖЕНИЕ Д (обязательное). Патент Германии №

546.1 от 14.01.2009г

ПРИЛОЖЕНИЕ Е (обязательное). Справка об авторстве на патент

ФРГ

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж (обязательное). Патент РФ № 2499701 от 17 мая

2012 г

ПРИЛОЖЕНИЕ И (обязательное). Способ определения системы

допускаемых значений ресурсных параметров деталей сельскохозяйственных машин с различной

скоростью изнашивания. Программа MathCad

ПРИЛОЖЕНИЕ К (обязательное). Свидетельство государственной

регистрации программы для ЭВМ №

Система допусков для деталей машин

ПРИЛОЖЕНИЕ Л (обязательное). Свидетельство о государственной

регистрации программы для ЭВМ № 2015612551. Прогнозирование среднего ресурса и вероятности отказа деталей машин, при нескольких допускаемых значениях контролируемого

параметра

ПРИЛОЖЕНИЕ М (обязательное). Свидетельство о государственной

регистрации программы для ЭВМ № 2016660648. Способ определения допускаемых значений ресурсных параметров деталей сельскохозяйственных машин с различной

скоростью изнашивания

ПРИЛОЖЕНИЕ Н (обязательное). Свидетельство о государственной

регистрации программы для ЭВМ № 2018665173. Сравнение двух систем допусков для деталей

машин параметра

ПРИЛОЖЕНИЕ П (обязательное). Свидетельство о государственной

регистрации программы для ЭВМ № 2019615600. Показатели надежности деталей машин Q и Тср в зависимости от

допуска D

ПРИЛОЖЕНИЕ Р (обязательное). Методика определения системы

допусков для деталей сельскохозяйственных

машин с учётом скорости их изнашивания. Стандарт организации СТО ВИМСТАНДАРТ

ПРИЛОЖЕНИЕ С (обязательное). Методика определения основных

показателей надёжности деталей сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания. Стандарт организации

СТО ВИМСТАНДАРТ

ПРИЛОЖЕНИЕ Т (обязательное). Свидетельство о государственной

регистрации программы для ЭВМ № 2014662326. Прогнозирование среднего ресурса и вероятности отказа деталей машин при одном допускаемом

значении контролируемого параметра

ПРИЛОЖЕНИЕ У (обязательное). Компьютерная программа

«Прогнозирование среднего ресурса и вероятности отказа деталей сельскохозяйственных машин, при постоянном допускаемом значении контролируемого параметра. Программа

выполнена в MathCad

ПРИЛОЖЕНИЕ Ф (обязательное). Компьютерная программа

«Прогнозирование среднего ресурса и вероятности отказа деталей машин при нескольких допускаемых значениях контролируемого

параметра». Программа выполнена в VBasic

ПРИЛОЖЕНИЕ Х (обязательное). Управляющие факторы, влияние

на показатели надёжности

ПРИЛОЖЕНИЕ Ц (обязательное). Распределение отказов и замен для

различных значений допуска В в зависимости от

наработки t

ПРИЛОЖЕНИЕ Ч (обязательное). Средние за срок службы

показатели вероятностей отказа и вероятностей

замены в зависимости от допуска В

ПРИЛОЖЕНИЕ Ш (обязательное). Вероятности отказа и

предварительной замены при переменном

допуске

ПРИЛОЖЕНИЕ Щ (обязательное). Патент РФ №

от 20.11.2019 г

ПРИЛОЖЕНИЕ Э (обязательное). Свидетельство о государственной

регистрации программы для ЭВМ № 2010610170. Остаточный ресурс и допускаемые значения

параметра

ПРИЛОЖЕНИЕ Ю (обязательное). Свидетельство о государственной

регистрации программы для ЭВМ №

Работа системы допусков

ПРИЛОЖЕНИЕ Я (обязательное). Примеры работы компьютерной

программы в системе допусков

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное). Срок службы предварительно

заменённых деталей, а также остаточный ресурс

деталей при постоянном допуске

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное). Срок службы отказавших и предварительно заменённых деталей, а также остаточный ресурс деталей при переменном

допуске

ПРИЛОЖЕНИЕ О (обязательное). Методика проведения стендовых

ускоренных износных испытаний ТНВД типа

УТН-5

ПРИЛОЖЕНИЕ I (обязательное). Результаты исследований по

определению основных показателей надёжности

двух ТНВД

ПРИЛОЖЕНИЕ Ь (обязательное). Акт об использовании результатов

диссертационной работы Соломашкина Алексея

Алексеевича

ПРИЛОЖЕНИЕ Б (обязательное). Акт испытаний топливных

насосов

ПРИЛОЖЕНИЕ Р (обязательное). Акт об использовании методики

определения допускаемых износов и отклонений параметров деталей машин с различной скоростью

изнашивания

ПРИЛОЖЕНИЕ Я (обязательное). Отзыв на стандарт организации

«Методика определения системы допусков для деталей сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания»

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы допусков сопряжений деталей самоходных сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания при ресурсном диагностировании»

Введение

Диссертация посвящена повышению качества обслуживания современных сельскохозяйственных (с.-х.) машин.

В работе сформулирована и решена научная задача, состоящая в совершенствовании существующего способа оценки исправности деталей машин в системе допусков основанной на использовании заранее установленного постоянного допускаемого значения контролируемого ресурсного параметра (допуска В), не зависящего от скорости изнашивания детали. В качестве допуска используется износ детали, соединений, отклонения параметра, обеспечивавший их безотказную работу до следующей межконтрольной проверки. Исправность детали оценивается по разности между текущим значением контролируемого ресурсного параметра и допуском на этот параметр. Так, если значение контролируемого ресурсного параметра превышает допуск, то такую деталь следует считать неисправной и её необходимо заменить, т.к. она уже в данный момент превысила допуск и, следовательно, скоро откажет, достигнув предельного значения контролируемого параметра, т.е. не доработает до следующей межконтрольной проверки. Это своего рода критерий будущего отказа. Известно, что отказ наступает, когда значение контролируемого ресурсного параметра достигает или превышает предельное значение контролируемого параметра. Иногда, бывает уже поздно, когда значение контролируемого параметра превысило его предельное значение и произошел отказ. Это может быть, например, из-за неправильного расчета предельного значения контролируемого параметра.

При достижении детали допуска целесообразно определились её остаточный ресурс, а также вид и объем предстоящего ремонта. Чтобы избежать отказа, деталь заранее проверяют на её исправность, сравнивая текущее значение контролируемого ресурсного параметра с допуском.

Таким образом, основой существующего способа оценки исправности детали, является следующее условие: обязательно доработать ей до

следующей межконтрольной проверки, т.е. не отказать в межконтрольный период.

Следовательно, замена детали без учёта её скорости изнашивания, может привести к значительному росту числа отказов в эксплуатации и снижению среднего срока службы деталей машин.

Предлагается использовать новую систему допусков В(\) с использованием переменного допуска, рассчитанного под конкретную скорость изнашивания каждой детали. Такая система допусков позволяет резко сократить число отказов и простоев в группе одноименных деталей (ГОД) за счёт своевременной замены и отправки в ремонт тех деталей, у которых значение контролируемого ресурсного параметра, полученное при ресурсном диагностировании, превышает рассчитанный заранее допуск. Ресурсное диагностирование можно проводить до начала эксплуатации машины в любое время, на усмотрение собственника машины. Применение такой системы позволяет повысить качество обслуживания машин.

Система допусков - это составная часть диагностической системы, её заключительная часть, завершающий этап в определении исправности деталей машин. Это - ограничения, накладываемые на изменения параметров технического состояния (ПТС) деталей машин, находящихся в эксплуатации. Если эти ограничения превышают нормативы, допуски, то вероятность отказа детали машины - очень высокая. Когда же размер или износ детали «за допуском», но меньше предельной величины, такую деталь все равно следует заменить, т.к. она не доработает до следующей межконтрольной проверки. Такая деталь считается неисправной.

В качестве допуска используется значение, полученное с помощью алгоритма определения системы допусков, либо с использованием специально разработанной функции, заменяющей его, которая определяет значения допуска при заданной наработке детали.

Итак, если в результате диагностирования значение контролируемого ресурсного параметра превысило установленный заранее допуск, то

считается, что такая деталь «вышла за допуск» и считается неисправной. И наоборот, если значение контролируемого ресурсного параметра «в допуске», т.е. не превысило допуск, то такая деталь считается исправной и работоспособной.

В итоге можно сказать, что система допусков - это, во-первых, основа ремонта, которая обеспечивает исправность и работоспособность машины, а во-вторых, мощная информационная система, формирующая критерии будущих отказов деталей машин.

Обе системы допусков D1 и D(i) состоят из следующих параметров: номинальное ином, допускаемое D и предельное значение Unp контролируемого параметра, а также графика проведения проверки Tki = (tkij параметров технического состояния и уравнения кривой изнашивания:

U(t) = AU + vtalfa, (1)

где U(t) - ресурсный параметр (износ), AU - показатель приработки, t -наработка, v - скорость изнашивания, alfa - показатель степени кривой изнашивания.

Обе системы наиболее эффективны при ресурсном диагностировании. Они позволяют оценить исправность и срок службы деталей машины за весь срок её эксплуатации. Способ задания и использования ресурсосберегающей системы допусков представлен в соответствующих методиках.

Актуальность работы. Существующая система допусков D1 (износов детали, отклонений параметра), используемая сейчас при ТОР, основана на допущении, что средняя скорость изнашивания детали постоянна и не меняется за весь срок её службы. Допуск D для таких деталей устанавливается постоянным и рассчитывается под эту среднестатистическую скорость изнашивания. Допуск берётся в % от предельного значения параметра Unp, установленного заводом-изготовителем для этой детали. При этом, значение допуска можно устанавливать путём анализа зависимости удельных дискретных издержек при эксплуатации машины от допуска. Конкретное значение допуска

соответствует допуску при минимальных значениях удельных дискретных издержек [63... 68].

Отличительная особенность этой стратегии состоит в том, что коэффициент вариации скорости изнашивания для ГОД машин не постоянный, а колеблется в диапазоне 1,6.4,7 условных единиц скорости изнашивания в исследуемой группе. Скорость изнашивания — это угол наклона кривой изнашивания в прямоугольном треугольнике, где катеты — это значение контролируемого ресурсного параметра по вертикали и текущая наработка в момент контроля по горизонтали. Этот треугольник хорошо можно себе представить под графиком закона распределения ресурса деталей машин для этой ГОД.

Ярким примером типовой ГОД является комплект плунжерных пар, состоящий из 4 (8 или 12) штук, установленный на одном топливном насосе высокого давления (ТНВД) дизельного двигателя или соответствующих им насосов-форсунок топливной аппаратуры двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Для карбюраторных двигателей — это форсунки.

Неисправности в ТНВД связаны в основном с износом плунжерных пар. В результате двигатель, на котором установлен такой ТНВД, теряет мощность и дымит, нарушая экологическую обстановку. Следовательно, надо решить эти проблемы, что повысит безотказность ТНВД и снизит затраты на его обслуживание.

Разработанная система допусков В(\) с переменным допуском позволяет контролировать фактическую скорость изнашивания каждой конкретной детали в отдельности, определять время достижения параметром установленного допуска, т.е. определять фактическое время работы детали и сроки её замены, если текущее значение контролируемого параметра превышает допуск. Зная срок службы детали и её остаточный ресурс, можно заранее спланировать потребность в запчастях.

Такая система, основанная на использовании переменного допуска и индивидуального графика проведения проверок параметров (деталей),

позволяет сократить число отказов в эксплуатации и повысить средний срок службы деталей машин.

Ресурсное диагностирование позволяет в любое время определить текущее значение контролируемого ресурсного параметра, сравнить его с допуском и, если он ниже его, то такая деталь исправна. При необходимости можно оценить её остаточный ресурс.

Новая методика, основанная на системе допусков 0(1) (далее, методика В(Т)), позволяет разработать для эксплуатирующих организаций новые технические требования на дефектовку деталей с.-х. машин с учётом использования переменного допуска при их ресурсном диагностировании.

Степень разработанности.

Работы по диагностике и контролю технического состояния (ТС) деталей машин проводились в ГОСНИТИ и были продолжены в ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. Огромный вклад в становлении и решении проблем этого направления сделали Ю.Н. Артемьев [9, 10], В.М. Михлин [64...72], В.И. Черноиванов [134.141], Л.К. Челпан [132], а также Абанин В.С. [1], Айдамиров М.И. [2], Аллилуев В.А. [4], Величко С.А., Гальперин А.С. [17], Гнеденко Б.В. [21], Говорущенко А.С. [22], Дехтеринский Л.В. [26], Ждановский Н.С. [38], Колегаев Р.Н. [45], Кузнецов Е.С. [55], Пухов Е.В., Селиванов А.И. [94], Халфин М.А. [125], Шейнин В.А. [138], Шор Я.Б. [139], и другие [8, 11, 12]. Более 10 диссертаций посвящены данной теме, такие как [2, 11, 24, 31, 34, 37, 39, 58, 60, 66].

Существенный вклад в развитии системы допусков с. -х. машин был сделан Артемьевым Ю.Н. в работе «Методика расчёта допускаемых при ремонте размеров, зазоров и натягов тракторных деталей и сопряжений» [10], и дополнен результатами многолетних исследований ученых ГОСНИТИ [10, 24, 39, 60, 68, 76, 79, 96, 100,127].

Артемьев Ю.Н. развил понятие допускаемого значения, износа, отклонения параметра - допуска согласовал его с номинальным и

предельным значениями и связал его контроль с периодичностью проведения ТО и/или ремонта [95].

Введение понятия «допускаемое значение параметра» позволило построить строгую систему допусков - номинал, допуск, предел и периодичность проверки, позволяющую создавать новые наиболее эффективные стратегии ТО и ремонта [9].

Проведенный анализ показал, что создание новой стратегии ТО и ремонта необходимо в первую очередь для уменьшения числа отказов деталей машин и, как следствие этого, для снижения затрат на их обслуживание [129, 25].

Дальнейшее исследования целесообразно проводить по совершенствованию системы допусков и разработке стратегии ТОР машин, основанной на измерении и дальнейшей минимизации остаточного ресурса деталей контролируемой машины.

Цель исследования - повышение безотказности и долговечности сопряжений деталей самоходных сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания при ресурсном диагностировании.

Достижение поставленной цели требует выполнения следующих задач:

1. Провести анализ существующих систем допусков для групп одноимённых деталей машин.

2. Разработать методику определения основных показателей надёжности деталей сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания для систем с постоянным и переменным допуском.

3. Разработать методику для определения системы допусков для деталей сельскохозяйственных машин с учётом скорости их изнашивания

4. Разработать комплект компьютерных программ для определения норм расхода запасных частей для систем с постоянным и переменным допуском.

5. Разработать комплект компьютерных программ для определения остаточного ресурса для систем с постоянным и переменным допуском.

6. Провести экспериментальные исследования и разработать рекомендации по применению методики определения системы допусков для групп одноименных деталей машин с учетом скорости их изнашивания.

7. Провести производственную проверку полученных результатов и рассчитать экономическую эффективность внедрения результатов исследований.

Объект исследования - система допусков сопряжений деталей машин с различной скоростью изнашивания, на примере плунжерных пар ТНВД типа УТН - универсального топливного насоса.

Предмет исследования - взаимосвязь вероятности отказа и среднего срока службы деталей машин со скоростью их изнашивания.

Научная гипотеза. Применение переменного допуска для группы одноименных деталей в зависимости от скорости их изнашивания позволяет снизить вероятность отказа деталей и повысить средний срок их службы.

Научная новизна:

- система допусков для сопряжений деталей самоходных сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания, позволяющая снизить вероятность отказа деталей машин в эксплуатации и повысить средний срок их службы.

- методика, математические модели и комплекты компьютерных программ для определения переменного допуска для групп одноименных деталей машин с учетом различных скоростей их изнашивания, реализуемых при ресурсном диагностировании.

- методика, математические модели и комплект компьютерных программ по определению вероятности отказа и среднего срока службы, норм расхода запасных частей и остаточного ресурса деталей сельскохозяйственных машин с учётом скорости их изнашивания для 2-х систем допусков, использующих постоянный и переменный допуска.

На защиту выносятся:

- система допусков для сопряжений деталей самоходных с.-х. машин с различной скоростью изнашивания, позволяющая снизить вероятность отказа деталей машин в эксплуатации и повысить средний срок их службы.

- методика, математические модели и комплект компьютерных программ по определению переменного допуска для группы одноименных деталей машин, с учетом скорости их изнашивания, для 2-х систем допусков, использующих постоянный и переменный допуска.

- методика, математические модели и комплект компьютерных программ по определению вероятности отказа и среднего срока службы, норм расхода запасных частей и остаточного ресурса, деталей с.-х. машин с учётом скорости их изнашивания для 2-х систем допусков, использующих постоянный и переменный допуска.

Теоретическая и практическая ценность работы.

- разработан стандарт организации: «Стандарт организации - СТО ВИМСТАНДАРТ 004-2018. Методика определения основных показателей надёжности деталей с.-х. машин с различной скоростью изнашивания»;

- разработан стандарт организации: «Стандарт организации - СТО ВИМСТАНДАРТ 005-2018. Методика определения системы допусков для деталей с.-х. машин с учётом скорости их изнашивания»;

- разработан комплект компьютерных программ, для использования их при ресурсном диагностировании коленчатого вала ДВС и ТНВД;

- разработан комплект компьютерных программ, для определения остаточного ресурса и норм расхода запчастей, для двух систем допусков;

- разработан макет устройства для передачи данных в компьютер.

Достоверность результатов исследований. Основные положения и

полученные соискателем результаты исследований подтверждены:

- актом испытаний топливных насосов;

- использованием методов теории надёжности при решении конкретных задач;

- достаточностью количества исходных данных и их статистической обработкой с заданной точностью и погрешностью.

Апробация результатов. Диссертационная работа и её результаты докладывались, обсуждались и получили одобрение на:

- Семинаре «Атомно-водородные технологии для внедрения в энергетике и на транспорте». Научно-практическая конференция «От инноваций к технике будущего» 11-й специализированной выставки «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК». - 2326 ноября 2010 год;

- III Всероссийской Научно-практической конференции. Инновационно-промышленный салон. Ремонт. Восстановление. Реновации -Уфа: Башкирский ГАУ. - 2012 год;

- Международном научно-техническом семинаре имени В.В. Михайлова. Проблемы экономичности и эксплуатации автотракторной техники: Саратов - 2012 год;

- Международной научно-технической конференции «Научные проблемы технического сервиса с/х машин» - Москва. - 13-14 декабря 2012 год;

- XI Международной научно-технической конференции. «Научные проблемы технического сервиса с/х машин». - Москва. - 15-16 декабря 2015год;

- Евразийском конгрессе «Фундаментальные основы и практический опыт при проведении сервиса и рециклинга техники». - Москва, 15-16 декабря 2016 год;

- Международной научно-технической конференции «Интеллектуальные машинные технологии и техника в сельском хозяйстве». - Москва. - 12-13 декабря 2017 г.

- Международной научно-технической конференции «Цифровые технологии и роботизированные технические средства для сельского хозяйства». - Москва. - 12-13 декабря 2019 г.

Реализация и внедрение. Результаты исследований по внедрению системы допусков используются на предприятии ЗАО Производственном Объединении "Стендовое Оборудование" при ТО и ремонте агрегатов с.-х. техники, на ООО Батыревсая сельхозтехника Чувашской Республики, в учебном процессе ФГБОУ ВО Воронежского ГАУ и Республиканском объединении «Белагросервис», акты внедрения прилагаются.

Публикации. Материалы диссертации нашли отражение в 52 опубликованных работах, в том числе 29 публикаций в рецензируемых изданиях, из них 15 в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья в журнале Web of Science, 1 патент ФРГ, 2 патента РФ, 10 компьютерных программ для ЭВМ, зарегистрированных в ФИПС РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка сокращений и условных обозначений, словаря терминов и определений, списка использованных источников, изложенных на 129 страницах машинописного текста, в том числе 54 рисунка и 15 таблиц. Список использованных источников состоит из 147 наименований, в том числе, 4 на иностранном языке. В работе имеются 34 приложений на 158 страницах.

Глава 1. Анализ системы допусков. Цель и задачи исследования

1.1 Анализ системы допусков в существующих стратегиях технического обслуживания и ремонта машин

Объем рынка сельскохозяйственного машиностроения в России в 2020 году составит около 350 млрд. рублей. Экспорт к 2020 году возрастет до 115 млрд. рублей. Увеличится доля инновационных продуктов промышленного выпуска. Российские и локализованные производители тракторов к 2020 году выйдут на объем продаж более 65 тыс. шт. тракторов в год; зерно - и кормоуборочных комбайнов более 9 тыс. шт. в год. Прочей сельхозтехники будет произведено на сумму 101739 млн. руб. в год. (Стратегия развития сельскохозяйственного машиностроения России до 2020 года).

При этом, затраты только на запчасти доходят до 50% от стоимости новой машины [74, 75, 41]. Общие же затраты доходят до 1,5 стоимости новой машины. Такие большие затраты определяются особенностями их функционирования.

Первая особенность этих машин состоит в том, что их детали изнашиваются с различной скоростью, коэффициент вариации скорости изнашивания для ГОД, например, подшипников, цилиндров, плунжерных пар, колеблется в диапазоне 1,6.4,7. Следовательно, рассчитывать на средние показатели динами изнашивания при контроле не приходится. В частности, выбраковывать детали с большой скоростью изнашивания, выходящими из строя первыми, не представляется возможным, т.к. выделить их отдельно для контроля затруднительно. Приходится учитывать весь диапазон скоростей и для каждой скорости изнашивания каждой детали подобрать свой критерий исправности и работоспособности, т.е. необходимо контролировать техническое состояние (ТС) каждой конкретной детали в отдельности с помощью универсального критерием оценки ТС.

Такой контроль можно осуществить двумя путями. Первый - контроль параметров самого объекта (детали). Второй - изменением воздействия на

объект, а точнее, изменением результата операций по техническому обслуживанию и ремонту (ТОР), т.е. пересмотреть в этих операциях критерий отказа деталей - допускаемое значение параметра (допуск) и использовать его для оценки ТС, но так, чтобы с помощью этого допуска можно было управлять, а точнее, уменьшать вероятность отказов (Приложение А, Приложение К).

Это - вторая особенность, когда нет должного критерия выбраковки отдельных деталей машин, тех, которые должны скоро отказать.

Для уменьшения отказов и их последствий разработаны специальные методики, применение которых позволяет повысить надёжность машин в эксплуатации, т.е. снизить процент отказов, а также продлить срок их службы при соответствующих операциях ТОР.

Известно, что все стратегии ТОР своими операциями поддерживает работоспособность машины на заданном уровне, а ремонт полностью восстанавливает ресурс машины до его первоначального уровня. Эти операции определяют текущую политику, стратегию ТОР (Приложение Б).

Информационной основой любой стратегии ТОР является система допусков, которая решает следующие основные задачи:

- формирование двух потоков деталей, снимаемых с эксплуатации, а именно, деталей отказавших и деталей, предварительно заменённых во время диагностирования, если они уже достигли своего допуска;

- определение норматива расхода запчастей, образованных этими потоками;

- определение остаточного ресурса исправных деталей машин.

Таким образом, система допусков для ремонта — это «сердце»

ремонта, т.к. обуславливает потребность в ремонте у агрофирм, а для более полного и экономически эффективного проведения операций технического обслуживания (ТО) - мощная информационная система данных, формирующая синдромы будущих отказов деталей машин.

Оптимальной считается такая система допусков, которая отвечает за формирование минимального потока отказов деталей в эксплуатации, следовательно, минимальными затратами, в том числе и на запчасти.

Существующая методика определения основных показателей надёжности машин, таких как вероятность отказа - Q и средний ресурс - Tcp, основана на использовании одного постоянного допускаемого значения параметра, постоянного допуска. При этом контроль ведётся без учёта фактической скорости изнашивания каждой конкретной детали машины в отдельности.

В результате этого в эксплуатации наблюдается повышенное (по сравнению со средней скоростью изнашивания) число отказов у деталей с большой скоростью изнашивания, а также осуществляется необоснованная выбраковка деталей с малой скоростью. Вместе с этим, отсутствие учёта фактической скорости изнашивания деталей машин по реализации и отсутствие учёта зональных природно-климатических особенностей работы машин влияют на сроки их ремонта и, как следствие этого, на сроки уборки урожая.

Для устранения указанного недостатка, основанного на использовании постоянного допуска, необходимо разработать: способ, средство (компьютерную программу) и методику расчёта основных показателей надёжности, основанные на использовании переменного допуска, учитывающего фактическую скорость изнашивания каждой конкретной детали в отдельности.

Применение такого метода, основанного на использовании переменного допуска, учитывающего фактические скорости изнашивания каждой детали в отдельности, а также индивидуальный график проведения проверок параметров технического состояния (ПТС) деталей машин, позволит сократить число отказов при эксплуатации машин и как следствие этого - простои при ремонте [115].

Новая методика позволит разработать для ремонтных предприятий новые технические требования на ресурсное диагностирование с.-х. машин с учётом использования переменного допуска и индивидуального графика проверок ПТС, а для агрофирм - повысить эффективность использования самоходных с.-х. машин.

1.2 Анализ процессов изнашивания деталей машин, их влияние на техническое состояние, а также на процессы ТО и ремонта

Рассмотрим более подробно механизм возникновения отказа детали машины, находящейся в ГОД для данной стратегии ТОР.

Основными элементами для описания процесса отказа детали являются: графики кривых изнашивания этой детали - Vnp, Vi и Vj, а также существующая на данный момент система допусков, т.е. номинальное ином, допускаемое D и предельное значение параметра Unp, контролирующего исправность этой детали, а также периодичность проверки tki этого параметра [3, 105, 78].

На рисунке 1 изображён механизм возникновения отказа, когда скорость изнашивания Vi становится больше предельной скорости изнашивания Vnp, в отличии от скорости Vj, меньшей, чем Vnp.

При этом скорость Vnp связана с допуском D и межконтрольной наработкой tm, зависящей от графика проведения проверок Tk = tkl, tk2, ... tki. Чем больше или меньше предельная скорость изнашивания Vnp, тем больше/меньше допуск при той же межконтрольной наработке tm.

Показано, что при постоянной периодичности проверок tm (tm - const) графиком системы допусков является монотонно нарастающая ломаная кривая, а при переменной периодичности - случайная ломаная кривая. В этих случаях, обеспечивается безотказный вариант работы деталей машин.

На рисунках 1 и 2 изображён механизм возникновения отказа и аналоги двух систем допускаемых значений параметра Di, применительно к различным скоростям изнашивания Vi и Vj и межконтрольной наработке tm.

При этом допускаемое значение лежит ниже предельного и составляет его часть. Следовательно, допускаемое значение параметра можно определять, как часть предельного, например, 60% или 70 % от ипр. Такая форма вычисления допусков позволяет создавать очень удобную универсальную систему допусков безотносительно к абсолютному значению контролируемого параметра.

Остаётся проверить является ли такая стратегия, основанная на использовании переменного допуска, эффективной? Будет ли при этом поток отказов минимальным или нет?

^ ипр отказы Упр замены

ином 1^2 £ мато-час

ипр - предельное значение параметра, ед. изм. параметра; ином - номинальное значение параметра, ед. изм. параметра; Б - постоянный допуск, ед. изм. параметра; t - наработка, мото-час; т - межконтрольная наработка, мото-час; tki - график проведения проверок, мото-час; Упр - предельная кривая изнашивания, Vi, У1 - текущие кривые изнашивания;

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Соломашкин Алексей Алексеевич, 2022 год

Библиография

[1] ОСТ 23.1.364-81

[2] РТМ 37.031.004-78

Насосы топливные высокого давления тракторных и комбайновых дизелей. Метод ускоренных испытаний на надежность

Надежность изделий автомобилестроения система сбора и обработки информации. Единый классификатор неисправностей изделий

автомобилестроения (классификация и кодирование неисправностей)

УДК 62-192:629:006.354 ОКС

03.120.01

21.020

Ключевые слова: основные показатели надёжности, вероятность отказа, средний срок службы, параметры технического состояния, ресурсный параметр

Руководитель работы Первый заместитель директора

ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, _ЯП. Лобачевский

член-корреспондент РАН, д-р техн. наук

Исполнители:

Ведущий специалист консультационно- _В.С. Герасимов

экспертного отдела ФГБНУ ФНАЦ ВИМ

„ „ А.А. Соломашкин Ст. научный сотрудник -

Мл. науч. сотр. - заведующий

лабораторией стандартизации _В.А. Казакова

Вед. инженер по стандартизации

В.А. Шинкевич

ПРИЛОЖЕНИЕ С (обязательное) Методика определения основных показателей надёжности деталей сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания. Стандарт организации

Федеральное государственное бюджетное научное

учреждение

«ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ

ЦЕНТР ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ СТО ВИМСТАНДАРТ 004-2018

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

МАШИН

С РАЗЛИЧНОЙ СКОРОСТЬЮ ИЗНАШИВАНИЯ

Москва 2018

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 29 июня 2015 г. № 162-Ф3 «О стандартизации в Российской Федерации», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации -ГОСТ Р 1.0 - 2012 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения» и ГОСТ Р 1.4 - 2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Стандарты организации. Общие положения».

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным научным учреждением «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)

2 ВНЕСЕН Федеральным государственным бюджетным научным учреждением «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ)

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом директора ФГБНУ ФНАЦ ВИМ от «19» апреля 2018 г. № 78.

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Стандарт рассмотрен и одобрен Секцией Ученого совета ФГБНУ ФНАЦ ВИМ «Обеспечение надежности сельскохозяйственной техники» (протокол № 1 от «04» апреля 2018 г.)

Распространение настоящего стандарта осуществляется в соответствии с действующим законодательством и соблюдением правил, установленных ФГБНУ ФНАЦ ВИМ

Содержание

1 Область применения.................................................................................. 1

2 Общие положения............................................................................................... 1

3 Определение допускаемых износов, отклонений параметров.................................. 2

3.1 Основные предпосылки к методике определения допускаемых износов и отклонений параметров................................................................................................ 2

3.2 Методики определения допускаемых износов и отклонения параметра................... 3

4 Методика определения основных показателей надёжности деталей сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания......................... 3

5 Пример вычисления допускаемых износов и отклонений параметров. Определение основных показателей надежности деталей машин.............................................. 5

5.1 Построение кривых изнашивания....................................................................................................................................5

5.2 Получение закона распределение ресурса насоса............................................................................................7

5.3 Определение Активного Участка Контроля - АУК для плунжерных пар насоса..............8

5.4 Определение графика проверок параметров при известной периодичности контроля

и ширине АУК........................................................................................... 10

5.5 Построение предельных веерных кривых изнашивания для определения графически или аналитически допускаемых значений параметра.......................................... 11

5.6 Определение основных показателей надёжности насоса..................................... 12

Приложение А (справочное) Типовые нормативные показатели надежности............ 14

Приложение Б (рекомендуемое) Программа определения основных показателей

надежности при различных допускаемых значениях параметра

(на примере плунжерных пар ТНВД)......................................... 15

Библиография.............................................................................................. 32

Введение

Настоящий стандарт направлен на реализацию в ФГБНУ ФНАЦ ВИМ Федеральных законов «О стандартизации в Российской Федерации», «О защите прав потребителей», «О сертификации продукции и услуг», и концепции ФЗ «О науке и государственной научно-технической политике».

Стандарт включает современные тенденции по определению основных показателей надёжности деталей сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания, а также требования ГОСТ Р 1.4-2004 «Стандартизация в Российской федерации. Стандарты организаций. Общие положения».

Установленные в настоящем стандарте требования могут быть использованы в практической деятельности различных хозяйств с целью повышения эффективности использования машинно-тракторных агрегатов и деталей машин.

Настоящий стандарт распространяется на сельскохозяйственную, промышленную и лесохозяйственную технику, в том числе используемую в качестве базы для строительно-дорожных, коммунальных и лесных машин, на тракторные самоходные шасси, самоходные сельскохозяйственные машины (далее - машины), кроме того автодорожный транспорт.

В зависимости от специфики объекта и аспекта стандартизации, а также установленных к нему требований, данный стандарт является организационно-методическим.

Объектом стандартизации являются основные показатели надежности деталей сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания.

В настоящем стандарте приведены следующие положения:

- определение ресурсного параметра и получение кривых изнашивания для группы одноименных деталей машин;

- получение закона распределения ресурса для заданной группы деталей;

- задание величины доверительной вероятности безотказной работы для заданной группы деталей и формирование активного участка контроля параметров;

- определение индивидуального графика проверок параметров технического состояния в заданной группе;

- построение критических веерных кривых изнашивания для группы одноименных деталей и определение допускаемых значений износа и отклонений параметра;

- вычисление основных показателей надёжности заданной группы деталей, используя полученные зависимости износа.

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН С РАЗЛИЧНОЙ СКОРОСТЬЮ ИЗНАШИВАНИЯ

Дата введения 2018 - 07 - 01

1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт распространяется на сельскохозяйственную, промышленную и лесохозяйственную технику, в том числе используемую в качестве базы для строительно-дорожных, коммунальных и лесных машин, на тракторные самоходные шасси, самоходные сельскохозяйственные машины (далее - машины), кроме того автодорожный транспорт агропромышленного комплекса.

1.2 Настоящий стандарт устанавливает основные показатели надёжности деталей машин при техническом обслуживании и ремонте.

1.3 Методика устанавливает правила определения основных показателей надёжности деталей машин, имеющих различную скорость изнашивания, при техническом сервисе МТП в АПК.

1.4 Методика предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся разработкой нормативно-технической документации на эксплуатацию и ремонт машин различных служб и хозяйств с целью повышения эффективности использования машинно-тракторных агрегатов и деталей машин.

2 Общие положения

2.1 Методика предназначена для определения основных показателей надёжности деталей машин при техническом обслуживании и ремонте машин, при различных значениях допускаемых значений контролируемого параметра. Показатели надёжности зависят от износа и/или отклонения параметров деталей машин.

2.2 В качестве предельного износа и отклонения параметра, в данной методике, следует считать такой износ или отклонение параметра, при котором дальнейшая эксплуатация машины, с таким износом или отклонением параметра, формирует

физический или параметрический отказ машины, или ее эксплуатация становится экономически нецелесообразна или неэффективна.

Предельное значение параметра - Unp определяется необходимостью отправки двигателя, узла или детали в ремонт для ее замены или восстановления (устанавливается заводом- изготовителем продукции).

2.3 В качестве допускаемого значения износа, отклонения параметра - Udon или D, считается такое значение параметра, при котором остаточный ресурс сопряжения или детали, равен ее межконтрольной наработке. При этом допускается дальнейшая эксплуатация машины без операций технического обслуживания или ремонта до следующего планового контроля или ремонта.

Допускаемое значение параметра берётся в процентах от предельного значения параметра.

2.4 Методика позволяет определить основные показатели надёжности деталей машин, такие как средний срок службы - Тср и вероятность отказа - Q.

3 Определение допускаемых износов, отклонений параметров

3.1 Основные предпосылки к методике определения допускаемых износов и отклонений параметров

Значения контролируемых параметров в процессе эксплуатации изменяются от номинального до предельного.

В качестве показателей изменения параметра состояния или износа принимают:

Uhom - номинальное значение параметра;

Unp - предельное значение параметра;

alfa - показатель степени степенной функции кривой изнашивания;

tk - наработка составной части от начала ее эксплуатации или от возобновления эксплуатации после ремонта до момента контроля;

tm - межконтрольная наработка;

Tcp - средний ресурс по параметру;

v - коэффициент вариации ресурса;

а - среднее квадратическое отклонение фактического изменения параметра;

Q - вероятность отказа в межконтрольный период.

Для определение допускаемого износа, значения параметра, для группы одноименных деталей, разработана следующая формула:

D (i) = Uhom + (Unp - Uhom) ■ ((tm0 + (i - 1) ■ а) / (tm0 + i ■ а)) л alfa, (1)

где i - номер, межконтрольной проверки;

Ш0 - наработка до начала активного участка контроля, ед. нар.

3.2 Методики определения допускаемых износов и отклонения параметра

Существующая методика (Методика «Л1»), основанная на использовании одного допуска для группы одноименных деталей, не определяет допускаемые износы, допуски (значения контролируемого параметра), а задаёт их на уровне 60% от предельного значения контролируемого параметра. Одно значение на весь срок службы, не зависимо от скорости изнашивания.

Известно, что в группе одноименных деталей, присутствуют детали с различной скоростью изнашивания, зависящей от условий эксплуатации. Методика «Л1» их не учитывает.

Ресурсосберегающая методика (Методика «Л0») позволяет вычислять допуски, анализируя фактическую скорость изнашивания каждой ьй детали. При этом вместо одного, формируются сразу несколько - i допусков, для ьой скорости изнашивания.

4 Применение Методики позволит повысить безотказность машин и увеличить срок службы ее деталей.

5 Методика определения основных показателей надёжности деталей сельскохозяйственных машин с различной скоростью изнашивания

Методика включает следующие этапы.

4.1 Определение ресурсного параметра и построение кривых изнашивания для группы одноименных деталей машин, например, q(t) - пусковая цикловая подача плунжерных пар топливных насосов высокого давления (ТНВД).

4.2 Получение закона распределения ресурса для заданной группы деталей - Res (^ Tcp, а).

4.3 Задание величины доверительной вероятности безотказной работы для заданной группы деталей - B. Формирование активного участка контроля параметров -АУК.

4.4 Определение индивидуального графика проверок параметров технического состояния в заданной группе - Tk.

4.5 Построение критических веерных кривых изнашивания - veeri (и) для группы одноименных деталей и определение допускаемых значений износа - D(i) и отклонений параметра (1).

4.6 Вычисление основных показателей надёжности заданной группы деталей - Tcp и Q, используя полученные зависимости износа.

4.7 Построение кривых изнашивания деталей, образующих группу одноименных деталей, взятых из различных условий эксплуатации.

В качестве ресурсного параметра можно использовать:

U - износ сопряжения;

2 - зазор в подшипнике;

П - КПД гидронасоса;

q - пусковую цикловую подачу плунжерных пар.

Полученную диагностическую информацию об износе детали машины представить в виде: и - значение ресурсного параметра детали машины; ^ - наработка.

Получение закона распределения ресурса этой группы деталей

Определить предельное значение контролируемого параметра из технической документации завода-изготовителя заданных деталей.

Для каждой детали, из заданной группы, определить свой локальный ресурс и затем определить ресурс для всей группы. Определить закон распределения ресурса заданной группы.

По закону распределения ресурса, задать величину доверительной вероятности безотказной работы - В, для определения ее основных показателей надёжности. Для машиностроения эта величина составляет 95 %, т.е. 5% отказами можно пренебречь при расчётах основных показателей надёжности. Так формируется активный участок контроля (АУК) параметров.

Имея значения АУК, необходимо разбить его на несколько частей, учитывая межконтрольную наработку этих деталей при ТО и ремонте. Данная разбивка АУК определит индивидуальный график проверок параметров технического состояния (ПТС) заданных деталей.

Получив индивидуальный график проверок ПТС деталей и предельное значение параметра, построить предельные веерные кривые изнашивания, и определяем допускаемые значения износа, отклонение параметра по полученным формулам.

Предельные веерные кривые изнашивания, это - кривые, начинающиеся в номинальной точке и заканчивающиеся на кривой предельного значения параметра. По виду они напоминают веер кривых, исходящих из одной точки.

Определяем основные показатели надёжности заданной группы одноименных деталей, используя полученные зависимости. Пример вычисления показателей надёжности (интегральных) для заданных типовых локальных показателей приведен в Приложении А.

Примеры вычисления показателей надежности применительно к ТНВД с различными значениями допусков - в приложении Б.

Основные (интегральные) показатели надёжности, это - Q и Tcp.

Q - вероятность отказа детали за межконтрольный период ее работы.

Q = qotk + qzam, где qotk и qzam - локальные показатели надежности. qotk -(локальная) вероятность отказа, qzam - (локальная) вероятность замены.

гк2 гк5

Определяется как Чтгк = |р(г)Л, д1аш = |р(г)Л .

где - уравнение закона распределения ресурса,

tk1 и tk5 - начало и конец межконтрольного участка проверки ресурсного параметра.

Tcp - средний ресурс для группы одноименных деталей.

Определяется как

Tcp = totk + tzam, где totk и tzam - локальные показатели надежности. totk -(локальная) вероятность отказа, tzam - (локальная) вероятность замены.

гк1

тк = | г р(г )йг,

0

гк2 гк3 гк4 гкп+1

^аш = гк11 <р(г)4г + гк21 <р(г)4г + гк31 <р(г)4г +... + гкп | <р(г)йг.

гк1 гк2 гк3 гкп

5 Пример вычисления допускаемых износов и отклонений параметров.

Определение основных показателей надежности деталей машин

Пример вычисления допускаемых износов, отклонений параметров, приведён ниже. В качестве примера выбран типовой топливный насос высокого давления типа УТН.

Вычисления и графики выполнены в МаШСаё.

5.1 Построение кривых изнашивания

Значения пусковой цикловой подачи для 8 (восьми) плунжерных пар, 2-х испытуемых насосов, полученные при стендовых ускоренных износных испытаниях представлены на рисунках 1, 2 и 3.

Испытания проводились по методике, изложенной в ОСТ 23.1.364-81 [1] и РТМ 37.031.004-78 [2], где надёжность топливных насосов оценивается рядом параметров топливоподачи, например, цикловая подача ТНВД на пусковых оборотах насоса.

/ /, стендо-час д - пусковая цикловая подача насоса, мм3/цикл; t_i - наработка насоса в стендо-часах;

ином - номинальное значение пусковой цикловой подачи насоса,

мм3/цикл;

ипр - предельное значение пусковой цикловой подачи насоса,

мм3/цикл;

Ки - масштабный коэффициент ускорения испытаний. ином = 140 ипр = 90 Ки = 100 у = (0 4 8 12 16 20 24)

Рисунок 1 - Исходные данные диагностируемого насоса

д мм3/цикл

200

р1

\/\/\/ ААА

р2 +++ 150

рз

НИН

р4

ООФ 100

р5

р6

ддд

р7 50

■■■

р8

t I, мото-час

11

Рисунок 2 - Пусковая цикловая подача плунжерных пар насосов - д1 ...дв, мм3/цикл.

0

10

20

Ломанные кривые

u(z), мм3/цикл

200

u1(z)

u2(z)

..... 150

u3(z)

u4(z)

u5(z) 100 u6(z) u7(z)

u8(z)

50 -

z, мото-час

2x10

4x10~

6x10

90 - предельное значение пусковой цикловой подачи, мм3/цикл Рисунок 3 - Пусковая цикловая подача насосов - и1(2)... ^8(2), мм3/цикл.

Гладкие кривые

0

0

z

5.2 Получение закона распределение ресурса насоса

Ресурс насоса (2) зависит от наработки t, среднего ресурса Тср и среднеквадратического отклонения о от Тср:

Pecypc(t) = res (t, Tcp, о) (2)

Исходные данные для программы - u(z), программа выполнена в MathCad. Построение гистограммы и закона распределения ресурса насоса t = 2000 u1(t) = 90 Given

/лср = floor (mean (ресурсы T)) /лср = 3224 v = (Stdev (ресурсы T)) / (mean (ресурсы T)) v = 0.331 о_ср = floor (Stdev (ресурсы T)) о_ср = 1066 min_t = min (ресурсы) max_t = max (ресурсы)

ht = (maxJ - min t) / (1+3,322 • ln (8)) bin t = 10 j = 0... bin t - 1

intti = min t + h_ti о = о_ср /л = /л ср

Гистограмма = histogram (bin t, ресурсы)

Ресурф) = 1 / (о • V(2-n)) • exp ((-1) / (2 • о А 2) • (r - /) А 2)

Получаем ресурс насоса Тср = 3224 мото-час. Имеем среднее квадратическое отклонение ресурса о = 1066 мото-час (рисунок У.4).

Гистограмма Ресурс(г)

,И)

6.ЦГ1

ij.nr1 \ :

^л-иг1 I

jj.nr1 \

Г

МЮ 1.Ы03 1-S.ll3 |им> НО1 | 1(^11» 4.1-1П1 ЧАЯ1 ftj.ll>1

I, мото - час

Гистограмма®

11.224 ■! О1

Рисунок 4 - Гистограмма и закон распределения ресурса насоса

5.3 Определение Активного Участка Контроля - АУК для плунжерных пар насоса

5.3.1 Выбор вид теста - односторонний или двусторонний.

Для одностороннего теста, не учитывается вероятность отказов, приходящихся на «левый хвост» закона распределения ресурса, т.е. на диапазон наработки значения от 0 до 21.

Для двустороннего теста, дополнительно не учитывается значение отказов, приходящихся на «правый хвост», т.е. на диапазон наработки от ¿2 до да. Обычно данные значения отказов равны между собой.

В большинстве случаев используют двусторонний тест, где значения z-показателей для одно- и двустороннего теста зависят от доверительной вероятности безотказной работы В, что необходимо для формирования ширины АУК.

Значения ¿-показателей в зависимости от доверительной вероятности В, для одно и двустороннего теста приведены в таблице 1.

При доверительной вероятности В равной 95%, в одностороннем тесте значение 2-показателя z = д_21 = 1,6449, а для двустороннего теста 2 = д_22 = 1,96.

Таблица 1 - Z-значения для одностороннего q z1 и двустороннего q_z2 теста

B q z1 q z2

0,75 0,6745 1,1503

0,8 0,8416 1,2816

0,85 1,0364 1,4395

0,9 1,2816 1,6449

0,925 1,4395 1,7805

0,95 1,6449 1,96

0,975 1,96 2.2414

0,99 2,3263 2,5758

0,999 3,0902 3,2905

5.3.2 Определение границ и ширины Активного Участка Контроля. Ширина АУК определяется левой и правой границами. Левая граница z1 для стандартного нормального закона распределения, определяется как переменная Z -распределения:

г1 =

X

а

4п,

(3)

где X - среднее значение параметра;

/0 - среднее для данной выборки;

о - стандартное отклонение распределения данной выборки;

п - размер выборки.

Данная граница используется для одностороннего теста B1, когда за пределами этой границы, справа от z1, расположены B1 процент всех отказов (3). До этой границы отказы не учитываются. Это можно будет использовать, в будущем, когда будем определять зону гарантийного участка ремонта.

На рисунке У.5 представлено, что при одностороннем тесте B1, 95% площади под кривым законом распределения ресурса, расположено справа от значения zо.95 = -1,645.

Для двустороннего теста B2, двустороннее значение z 1-0.05/2 = 2 0.975 = 2 1,96 тоже задаёт 95 % всех значений этого распределения и расположено оно в диапазоне z1 ^ ^2, т.е. -1,96 ^ <1,96 (рисунок 5).

Выбираем одно или двусторонний тест и определяем его границы - левую z1 и правую z2 (рисунок 5). Затем определяем ширину АУК.

В данном примере, для двустороннего теста и B = 95%, z1 = z2 = 1,96 ~ 2, т.е. отклонение от среднего значения - Tcp, примерно равно 2о:

- левая граница АУК z1 = Tcp - 2о = 3224 - 2 • 1066 = 1092 мото-час,

- правая граница АУК 22 = Tcp + 2о = 3224 + 2 • 1066 = 5356 мото-час.

Соответственно, ширина АУК равна:

¿2 - г1 = (Тер + 2а) - (Тер - 2а) = 4а = 5356 - 1092 = 4264 мото-час. До значения 1092 мото-час расположен гарантийной участок (ГУ) работы насоса. На этом участке отказы (формально), не учитываются. Данный участок можно будет использовать для формирования участка гарантийного ремонта насоса заводом-изготовителем. ГУ для нашего примера составляет 1092 мото-час.

АУК< = >В

В = 0,95 = ± 2 о

Рисунок 5 - Одностороннее, слева и двустороннее, справа, ¿-значение стандартного нормального закона распределения ресурса, а1 и а2 - левый и правый «хвосты» закона

распределения

5.4 Определение графика проверок параметров при известной

периодичности контроля и ширине АУК

Для диагностируемой детали (насоса) известна периодичность контроля т = 1 000 мото-часов (рисунок 6), для другой диагностируемой детали, периодичность может быть другой (например, Iт = 500 мото-часов или 10 тыс. км. пробег)

Ресурс(1)

мото - час

Рисунок 6 - Активный участок контроля - АУК. 5 проверок Для определения графика проверок параметров, представленного в виде:

Тк = к

Весь АУК делят на равные части, принимая во внимание известную, нормативную периодичность проверки tm и получаем число проверок.

В результате получаем значение числа проверок: 4264 / 1000 = 4,3. Принимаем 5 проверок (рисунок 6 и 7).

Uhom

И-----

44 «

П

a<i я V U № 1

i < il ■ I i' i I i И i ■

«■ i-nf" ми" w »ir tii? не

Unp tki tk2 tks tk4 tks t, мото-

час

Рисунок 7 - Решётка допусков насоса, без допускаемых значений контролируемого

параметра

Следовательно, для насоса график проверок Tk будет следующий: Tk = tkl, tk2, tk3, tk4, tk5 = 1092, 2184, 3276, 4368, 5356 мото-час. Для данного графика проверок параметров, дополнительно определяем действующие нормативы Uhom, Unp и tki, формируя «решётку допусков» насоса, без допускаемых значений контролируемого параметра. Uhom = 140 мм3/цикл, Unp = 90 мм3/цикл, tm0 = 1092 тыс. км., Tk = tki.

5.5 Построение предельных веерных кривых изнашивания для определения графически или аналитически допускаемых значений параметра

Задавшись alfa - показателем степени кривой изнашивания i-й детали и ее скоростью Vi, для всей группы одноименных деталей, окончательно строим для них предельные веерные кривые изнашивания veeri(ti), совместно с решёткой допусков.

Для значения alfa = 1,2 вид предельных веерных кривых изнашивания, совместно с системой допусков, представлен на рисунке 8.

и(г), мм3/цикл

о 2хю3 4x103 бх103 ^ мото-час

ю, а, 12дзд4,(11_х, а2_х, аэ_х, а4 _х

и пр

уеегО(Ю) ...уеет4(Х4) и решётка допусков к ним - ином, ипр, 1к, Ш0, Б1.. Б4 Рисунок 8 - Предельные веерные кривые изнашивания насоса

Имея вид предельных веерных кривых изнашивания уееп(И), строим перпендикуляры от прямой предельного значения, в точках, соответствующих графику проверок параметров Тк, до пересечения с соседней кривой, и определяем эти значения. Эти значения являются допускаемыми значениями параметра в заданной точке -

Допускаемые параметры П}...П4, полученные в точках к определяются по (1): Получаем допускаемые значения:

Б} = 118 мм3/цикл; D2 = 110 мм3/цикл; DJ = 105 мм3/цикл; Б = 101 мм3/цикл.

Допускаемые значения, полученные графически, по данному алгоритму, и допускаемые значения, полученных по предлагаемой формуле, отличаются незначительно, в пределах нескольких процентов. Это свидетельствует о минимальной погрешности определения основных показателей надежности деталей машин с различной скоростью изнашивания.

5.6 Определение основных показателей надёжности насоса

5.6.1 Определение фактических показателей надёжности насоса - Q и Тф, где Q -вероятность отказа детали, а Тф - фактический ресурс группы деталей (при допускаемых параметрах В1... В4).

Отказы

гк\

=

(5)

где - вероятность отказа деталей в период с 0 до tkl■J догк = 0,022

ш

Шк = | t

0

(6)

где Шк - срок службы отказавших деталей в период с 0 до tkl Шк = 16,166 мото-час

Замены

/к5

tk1

(7)

где - вероятность замены деталей в период с tkl до 1к5 = 0,959

tk2 гк3 гк4 tk5

11аш = tk11 (р^ + tk 21 (р^ + tk 31 + tk 41 )Л (8)

tk1 tk2 tk3 tk4

где tzam - срок службы заменённых деталей в период с tkl до tk5 tzam = 2580 мото-час

5.6.2 Сравнение фактических показателей надёжности насоса с теоретическими, при данных допусках

Qotk.ф = qotk + qzam = 0,022 + 0,959 = 0,981 ~ 1; Тф = Шк + tzam = 16,166 + 2580 = 2596; Тф / Тер = 2596,166 / 3224 = 0,805.

Результаты сравнения Вероятность отказа насоса qotk = 2,2%.

Фактический срок службы насоса Тф = 2596 мото-часов, что составляет 80,5% от среднего срока службы насоса Тср.

о

е

о о и

й £

И

Я

«

& св

53 и о с

<и

и

и

е

св

Л О

К

3224 чо чо о

0 0 0

0 0 оо

3000 0 0 чо

0 0 4

0 0 2

0 0 0

0 0 оо

2500 0 0 чо

0 0 4

0 0 2

0 0 0

0 0 оо

2000 0 0 чо

0 0 4

0 0 2

0 0 0

0 0 оо

0 0 5 0 0 чо

0 0 4

0 0 2

0 0 0

0 0 оо

0 0 0 0 0 чо

0 0 4

0 0 2

Тср о

Приложение С. А

Типовые нормативные показатели надежности

0.022 0.95 2. чо 2580

0.001 0.002 0.005 0.021 0.157 0.007 0.037 0.302 0.954 0.841 0.044 0.228 8 4. 6. .4 4 3 2 2.44 9 2 0 9 4 2386 2003

0 0 0.001 0.006 0.106 0.001 0.014 0.265 8 8 9. 0. 0.894 0.005 0 7 2. .0 6. .4 71 15. .0 9. 0 6 4 2469 2000

0 0 0 0 0.048 0 0.002 0.202 0.999 0.952 0 0 10. .0 4. .0 4 8 2 0. .0 6. 7 7 3 2498 2000

0 0 0 0 0.006 0 0 0.106 0.999 0.994 0 0 0 0 2 0 0 8 0 2 2500 2000

0 0 0 0 0 0 0 0.006 0 .999 0.999 0 0 0 0 0 0 0 2 2500 2000

0.003 0.006 0.017 0.061 0.302 0.022 0.093 0.477 0. 927 0.691 0.168 0.826 9 8. .4 5. .9 3 21 4 3 6. .7 2. .0 7 2 2 7 5 7 9 Г...... 1 г

0.001 0.002 0.005 3 0. .0 0.265 0.008 0.057 0.494 0.9 69 0.734 0.041 0.226 7. 21.2 3 0 4 10. .3 7. .5 4 6 9 7 6 9 9 о\ ГЧ 1 г

0 0 0 0.006 0.202 0.001 0.019 5. .0 0.994 0.798 0.002 0.012 5 .0 5 7 3 3 5 3. .0 5. .6 2 7 8 2000 оо о чо

0 0 0 0 0.106 0 0.001 5. .0 0.999 0.894 0 0 0 .0 91 0 9. .0 4 4 9 2000 0\ оо г—

0 0 0 0 0.006 0 0 5. .0 0.999 0.994 0 0 0 0 2 0 0 7 9 9 2000 оо оо 0\

оо 0 0. .0 0.017 0.044 0.136 0.477 0.054 0.187 0.625 4 .8 .0 5. .0 0.497 2.332 12.59 8. .3 8 0 61 18.61 133.8 6 6 8 7 51 чо о

0.003 0.008 0.024 0.099 0.494 0.033 6 .0 0.704 0. 894 5. .0 0.222 1.141 7 3. .7 8. .6 6 2 8 6 11.99 121.9 7 01 6 0 5 о

0 0.001 0.006 0.047 5. .0 10. .0 0.104 0.791 0.9 52 5. .0 0.032 0.203 7 9. 6 3 61 7 5 9. .3 .7 8 7 21 0 0 5 о о

0 0 0 0.006 5. .0 0 3 0. .0 0.894 0.994 5. .0 0 0.001 4 0. .0 4. .5 0 4 8 3 .0 6. .8 2 3 8 4 0 0 5 о о о

0 0 0 0 5. .0 q гаш 0 0 0.994 0.999 5. .0 0 0 0 0 0 2 9 t гаш 0 .0 4 3 7 0 0 5 о о о

0.018 0.039 0.092 0.242 0.625 0.106 0.296 0.683 0.691 0.309 о 1.143 5.132 25.32 0 4 8 4 8 5. .5 3 201.4 3 5 8 2 7 0 о го чо

0.012 0.029 0.075 0.236 0.704 0.094 0.318 0.789 0.734 0.266 0.813 3.905 21.79 145.9 8 4 8 32.59 226.1 6 8 9 31 0 т 1 г

0.005 0.012 0.042 0.196 0.791 0.061 2 3. .0 0.904 0.798 0.202 0.322 1.792 2. .3 135.5 9 2 0 22.72 244.9 31 6 0 0

0 0.001 0.006 0.106 0.894 0.014 0.265 8 8 9. .0 0.8 94 0.106 0.015 0.133 13. .2 4. .5 8 8 6 2 5 9. .5 230.2 4 3 2 0 0 0

0 0 0 0.006 0.994 0 0.106 0.999 0.994 0.006 0 0 0 8. .5 7 8 4 0 104.1 0 5 2 0 0 0

0.032 0.068 5 .0 0.341 0.683 0.163 0.372 0.625 5. .0 0.159 2.047 8.805 39.79 184.4 682.7 52.92 239.6 695.7 3 8 6 о ГЧ го

0.031 0.069 6 .0 0.394 0.789 0.183 0.448 0.704 5. 0. 0.106 2.021 9.061 43.93 221.3 788.7 60.49 293.3 2 4 7 2 61

0.025 0.058 0.155 0.452 0.904 0.194 0.556 0.791 5. .0 0.048 2 6. 7.956 45.08 272.5 904.4 66.85 374.9 761.5 8 4 5 чо 0\

0.008 0.024 0.099 0.494 8 8 9. .0 6 .0 0.704 0.894 5. .0 0.006 7 5. .0 3.684 33.39 341.2 987.6 60.94 508.5 752.9 6 0 5

0 0 0.006 5. .0 0.999 3 0. .0 0.894 0.994 5. 0. 0 0.001 0.018 2.704 420.2 0 0 0 14.29 741.4 0 5 7 0 0 5 о