Техническая эксплуатация автомобилей Основы обеспечения (стр. 12 из 31)

3.1. Общие представления о сложных системах

Под сложной системой понимают объект, выполняющий заданные функции и который может быть расчленен на элементы, каждый из которых также выполняет определенные функции и находится во взаимодействии с другими элементами. Элементы сложной системы могут иметь разнообразные выходные параметры, которые с позиции надежности можно разбить на три группы (типа):

Х\ — параметры, изменение которых с выходом за установленные уровни показателей приводит к потере работоспособности элемента и системы;

Х_г— параметры, участвующие в формировании выходных параметров всей системы, но по которым трудно судить об отказе элемента;

Xj — параметры, влияющие на работоспособность других элементов системы аналогично изменению внешних условий работы всей системы.

Для большей наглядности возможных типов выходных параметров систему из двух элементов (на примере двигателя) можно представить структурной схемой (рис. 3.1).

В представленной на рис. 3.1 схеме для системы питания Х\ — это пропускная способность топливного жиклера (если жиклер забит и топливо не поступает, то система питания отказывает и отказывает двигатель), Х₂— это износ топливного жиклера (топливная экономичность автомобиля ухудшается), A"₃ — образование богатой смеси (двигатель перегревается и затрудняет работу системы охлаждения). В свою очередь, плохая работа системы охлаждения приводит к перегреву двигателя и образованию паровых пробок в системе питания — это A"₃ для элемента № 2, плохая работа термостата затягивает прогрев двигателя, что приводит к снижению топливной экономичности автомобиля — это Х_ъобрыв ремня приводит к отказу системы охлаждения и отказу автомобиля — это Х\ для элемента № 2.

В реальных сложных системах элементы могут иметь или все три типа выходных параметров, или меньше (один или два). Во

Ы

ГЛАВА 4

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ

АВТОМОБИЛЯ

4.1. Стратегия совместной замены деталей при ремонте. Проблема равнопрочного автомобиля

Ремонтопригодность автомобиля зависит не только от быстросъемности агрегатов и деталей, числа используемых инструментов, ремонтной оснастки и других достаточно очевидных факторов, но и от стратегии замены деталей при ремонте.

Можно выделить три варианта организации замены деталей при ремонте автомобиля:

замена только отказавшей детали (ресурс каждой детали в этом

случае используется полностью, но возникает необходимость частых разборок, велики простои автомобиля в ремонте);

плановая замена групп деталей (агрегатов) до момента наступ-

ления отказа (такой вариант часто используется в авиации, при этом обеспечивается высокая безотказность, но ресурс деталей существенно недоиспользуется);

совместная замена, назначаемая техническими условиями на ремонт группы деталей при отказе одной детали группы (имеет достоинства первого и второго вариантов).

Четвертым вариантом можно было бы считать замену деталей по результатам дефектовки деталей разобранного узла, когда наряду с отказавшей деталью заменяют сильно изношенные или поврежденные при разборке узла детали. Это достаточно очевидная ситуация, не требующая никаких теоретических обоснований. Из опыта установлено, что при ремонте автомобилей ЗИЛ-130 в среднем заменяют |35]: 2,24 детали — в коробке передач;

2,36 детали — в заднем мосту; 1,78 детали — в карданной передаче.

Необходимость в ремонте, как правило, возникает при отказе одной детали. Эффективность совместной замены деталей при ремонте можно оценить коэффициентом использования ресурса детали 3/ и коэффициентом использования стоимости группы деталей р_с. Коэффициент использования ресурса детали

о _ ™хо

Р/ >

>Пх<

74

где т_хо— математическое ожидание ресурса группы совместно заменяемых деталей; т_Х1— математическое ожидание ресурса детали при ее работе до отказа.

Математическое ожидание ресурсов т_Х1= J R(x),dx, m_xo= J R(x)₀dx = ]f[ R(x),dx.

0 0 0 '=1

Очевидным условием оптимальности стратегии совместной замены деталей является наиболее полное использование их ресурса, что достигается при р,-> 1. Определим, в каких случаях будет выполняться это условие на примере.

Решается вопрос о плановой совместной замене поршней компрессора и задних рессор автомобиля, поскольку их ресурсы оказались одинаковыми. Известно, что ресурс поршней распределен по нормальному закону с коэффициентом вариации v_n = 0,2, а ресурс рессор по закону Вейбулла с коэффициентом вариации v_p = 0,77. Поскольку отказ автомобиля произойдет при отказе хотя бы одной из четырех рассматриваемых деталей, можно считать, что эти детали образуют структурную схему из четырех последовательно включенных элементов. Рассмотрим кривые безотказности, представленные на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Изменение безотказности группы последовательно включенных элементов:

"Win. R(x)₂„ — кривые безотказности одного и двух поршней соответственно,

Я(х)|_Р, R(x)_lp— кривые безотказности одной и двух рессор соответственно

7S

Безотказность двух поршней R(x)₂„ = R(x^, математическое ожидание ресурса для двух поршней

«х2п = JR(x)_2ndx. и

Безотказность двух рессор R_2p = R(x)}_p, математическое ожидание ресурса двух рессор

т_х2р = I R(x)_2pdx. о

Общая безотказность для группы совместно заменяемых деталей R(x)₀ ш R(x)₂„R(x)_2p, математическое ожидание ресурса группы совместно заменяемых деталей

т_хо = J R(x)₀dx . о

Из анализа кривых безотказностей видно, что чем больше рассеяние ресурса деталей, тем больше недоиспользуется ресурс совместно заменяемых деталей. Чем больше деталей входит в группу, тем меньше будет коэффициент использования их ресурса. При малых наработках поршни компрессора практически безотказны, но рессоры могут отказывать, а при больших наработках некоторые рессоры остаются работоспособными, но все поршни уже достигают предельного значения ресурса.

Таким образом, можно сформулировать следующие рекомендации для плановой совместной замены группы деталей при ремонте автомобиля (с позиции использования ресурса деталей): число деталей, включаемых в группу для совместной замены,

должно быть не очень большим; плановая совместная замена эффективнее для деталей, имею-

щих малую вариацию ресурса;

все детали, включаемые в группу для совместной замены, должны иметь не только равные ресурсы, но и тождественные законы распределения вероятностей наработок до предельного состояния.

Детали, объединяемые в группу для совместной замены, могут иметь различную стоимость, что учитывается в коэффициенте использования стоимости

„ 1 С Д где С,

— стоимость детали, входящей в группу.

Если ресурс дЩртей используется полностью и Р, -» 1, то и Р_с-» 1; если все детали имеют одинаковую стоимость С, = С,.то

(J_c = ^ - ±*ZL , а если еще все детали будут иметь одинаковый лС п коэффициент использования ресурса, то р_с =Р,.

Рассмотрим случай совместной замены двух деталей с большой разницей в стоимости, когда С| = 100С2 (например, принимают решение в плановом порядке заменять шестерню и шпонку). Ко-

лл. ₀ с,р,+с₂р₂ ioop,+p₂ эффициент использования стоимости р_с = —^ ------ ^-=- = ————.

С,+С₂ 101

По этому выражению при Pi = 1 и р₂ = 0,01 р_с = 0,99. Если взять pi = = 0,01 и р₂=1, тор_с = 0,02.

Отсюда следует, что при стратегии плановой совместной замены деталей при ремонте автомобиля, ресурс дорогой детали должен быть использован полностью, т.е. вероятность отказа очень дешевой детали до выхода из строя всех дорогих деталей должна быть очень маленькой. Расположение кривых безотказностей для этого случая должно соответствовать рис. 4.2.

Из приведенного примера ясна проблема равнопрочного автомобиля, который состоит из большого числа деталей разной стоимости. Для равнопрочного автомобиля недостаточно условия равенства ресурсов, а необходимо также отсутствие рассеяния ресурса всех деталей, что практически невозможно.

При неодинаковых, но сопоставимых стоимостях деталей, вводимых в группу для совместной замены, оптимальное соотношение ресурсов можно найти определением экстремального значения коэффициента стоимости деталей. По результатам расчетов

Рис. 4.2. Оптимальное расположение кривых безотказности дорогой и дешевой деталей при их совместной замене для разных вариаций ресурса:

Л(х), — кривая безотказности дорогой детали; Л(х)₂ — кривая безотказности дешевой детали

строят специальные номограммы [35). Hai^Pkiep, при С, = ЗС₂ и коэффициенте вариации v, = v₂ = 0,2 наилучшее использование стоимостей деталей достигается при т_х2 = &bsol;,25т_х1, т.е. ресурс более дешевой детали должен быть на 25 % выше среднего ресурса более дорогой детали.

В заключение следует подчеркнуть, что рассматриваемые зависимости относятся к стратегии плановой совместной замены установленной заранее группы деталей, что оговаривается в технических условиях на ремонт автомобиля.

Проводя совместную замену деталей при ремонте автомобиля, обычно интуитивно учитывают не только стоимость заменяемых деталей, но и издержки, которые могут возникать при отказах деталей. Например, при ремонте заднего моста автомобилей ВАЗ совместной замене подлежат четыре детали: полуось, подшипник, запорное кольцо и крышка подшипника. Отказ каждой из этой группы деталей имеет различные последствия.