3.4. Показатели ремонтопригодности и долговечности.

Показатели ремонтопригодности дождевальных машин устанавли­ваются для оценки приспособленности к техническому обслуживанию, текущему и капитальному ремонту и отражают затраты времени, труда и стоимость выполнения этих операций.

Различают оперативное, вспомогательное и основное время ре­монта и соответственно рассматриваемому времени оценивают показа­тели ремонтопригодности (ГОСТ 21623-76, ГОСТ 18322-78). Для ДМ в большинстве случаев оценивают среднюю оперативную трудоемкость восстановления (чел.-ч):

(3.7)

где N, К - количество соответственно исполнителей и операций ре­монта; М{t_ij} - математическое ожидание оперативного времени, затра­чиваемого i-м исполнителем на выполнение i-й операции ремонта за время наблюдений.

При различного рода испытаниях и наблюдениях одним из важных показателей ремонтопригодности является среднее время восстановле­ния, характеризующее затраты времени на отыскание и устранение отка­зов.

Для показателей долговечности ДМ применяются: средний и гам­ма-процентный ресурс, средний срок службы. В качестве гамма- процентного ресурса, как правило, применяется 80-процентный ресурс (ɤ- 80 %). Это означает, что данное или большее значение ресурса бу­дут иметь 80% машин, а 20% могут иметь меньшее значение ресурса [10].

Показатели долговечности могут устанавливаться как на машину в целом, так и на отдельные ее системы и агрегаты и относиться к тому или иному виду предельных состояний (для машины в целом - это капи­тальный ремонт или списание).

Оценка показателей долговечности в отличие от безотказности и ремонтопригодности осложняется тем, что большая часть данных о на­дежности поступает за ограниченный интервал времени, как правило, задолго до достижения предельного состояния машин. Взаимосвязь среднего R_ср и R_ɤ гамма-процентного ресурса осу­ществляется через некоторый коэффициент К_ɤ, значение которого зави­сит от коэффициента вариации ν при фиксированном значении γ:

R _γ=K_γR_ср (3.8)

Коэффициент вариации ресурса , характеризующий степень его рассеяния , зависит от качества изготовления машины и условий экс­плуатации.

На рисунке 3.1. приведены зависимости отношения гамма- процентных и средних показателей надежности от значений γ и коэффи­циента ν при нормальном распределении (а) и распределении Вейбулла (б).

При наблюдении в эксплуатации методы оценки показателей дол­говечности могут быть различными в зависимости от выборки и зако­нов распределения ресурсов.

При неизвестном законе распределения ресурса составной части машины наиболее применимыми являются указанные ниже методы рас­чета ресурса.

1. Когда известна информация о наработках до предельного со­стояния N идентичных изделий (агрегатов, узлов, деталей), определяют средний и гамма- процентный ресурсы данного изделия. Средний ресурс:

(3.9)

где R_i- наработка до предельного состояния i-го изделия.

Рис. 3.1 (а) Зависимости отношения гамма-процентных показателей надежности от значений ɤ и коэффициента ν при нормальном распределении

Для оценки гамма-процентного ресурса R_γ значения R_i располагают и нумеруют в порядке возрастания ресурса. Гамма-процентный ресурс вычисляют по интерполяции между значениями ресурсов R_k и R_k+1 порядковый номер k равен целой части выражения

L=N(100-γ)/100+0,5, (3.10)

R_γ=R_k +(K-L)( R_k+1- R_k) (3.11)

Гамма-процентный ресурс можно получить, когда объем выборки

N≥N_min=100/(100-γ) (3.12)

2. Когда известна информация о наработках до предельного со­стояния М изделий, а (N-М) изделий не достигли предельного состояния за время наблюдений, гамма-процентный ресурс R_γ оценивается по схе­ме предыдущего метода, основываясь на построении возрастающего ря­да изделий, достигших предельного состояния. При этом оценку следует проводить, если число отказавших изделий М>N_min.

Можно вычислить R_γ по той же исходной информации и другим

методам, используя вероятностные сетки предполагаемых законов рас­пределения. Для этого, построив возрастающий ряд значений ресурсов , вычисляют значения i/(N+1) и соответствующие им ресурсы R_i наносят на вероятностные сетки нормального распределения и распределения Вей- булла, по нанесенным точкам строят аппроксимирующую прямую на каждой сетке и вычисляют дисперсию. Сравнивают дисперсии и по меньшей из них выбирают вид закона распределения. Гамма- процентный ресурс определяется по точке пересечения аппроксимирую­щей прямой с горизонтальной прямой, соответствующей F( R)= 0,2 при γ = 80%, F( R)=0,15 при γ = 85% , F(R )=0,1 при γ= 90% на вероятностной сетке выбранного вида закона распределения ресурса.

Средний ресурс в общем виде (для случая) может быть определен по вычислительной оценке R_γ по формуле

(3.13)

где К_γ - коэффициент , определяемый в зависимости от заданного значения γ, предполагаемого закона распределения ресурса и его коэф­фициента вариации, (рис. 3.1)

Для дождевальных машин и их составных частей нами рекоменду­ется использовать при коэффициенте вариации ресурса меньше 0,3 нор­мальный закон распределения, а при больших значениях - закон распре­деления Вейбулла. Коэффициент вариации ресурса оценивается по дан­ным машин-аналогов с учетом различных факторов (вида разрушения, условий работы и уровня технологии изготовления).

Таблица 3.2.

Ориентировочные значения коэффициента вариации ресурса.

Факторы						Закон распреде­ления	Пределы изменения коэффициента вариации
Процесс разрушения		Условия работы		Уровень технологии изготовления
износ	уста­лость	ста­биль­ные	изме­няю­щиеся	высо­кий	сред­ний	Н - нормаль­ный; В - Вейбулла	от	до
+				+		Н	0,10	0,20
+					+	Н	0,20	0,30
	+	+		+		В	0,30	0,40
	+	+			+	в	0,35	0,50
	+		+	+		в	0,40	0,60
	+		+		+	в	0,60	0,70

Исключение составляет небольшое число составных частей дожде­вальных машин , у которых наблюдаются, как правило , только внезап­ные отказы (элементы автоматической системы контроля и сигнализации, элементы освещения и т.д.). Для них рекомендуется принимать экс­поненциальный закон распределения ресурса.

Для ДМ и их составных частей, предельное состояние которых на­ступает вследствие усталостного разрушения от воздействия различных фак­торов, мы рекомендуем при оценке ресурса принимать закон распреде­ления Вейбулла. Для составных частей машин, у которых преобладает влияние износа , наиболее предпочтительным является нормальный за­кон.

Все представленные выше оценки показателей на основе обработки статистических данных представляют собой точечные оценки. Для опре­деления доверительных границ полученных оценок необходимо задаться доверительной вероятностью β (уровнем достоверности). Для ресурса определяется нижняя доверительная граница R_ср :

- для распределения Вейбулла

R_ср=R_ср(К)^id (3.14)

- для нормального закона распределения ресурса

R_ср=R_ср-t_β,N-1

где R_ср - точечная оценка среднего ресурса; k - коэффициент, зави­сящий от принятой доверительной вероятности βи числа отказов m; b - параметр распределения Вейбулла, соответствующий принятому коэф­фициенту вариации ресурса; σ_R=R_срυ_R- оценка среднего квадратичного отклонения; t_β,n-1 - коэффициент, зависящий от принятой доверительной вероятности и числа наблюдаемых объектов (коэффициент распределе­ния Стьюдента); N - число наблюдаемых машин.

Доверительную вероятность рекомендуется принимать β =0,8-0,9. Значения коэффициентов k и t_β,N-1 для этих величин доверительной веро­ятности определяются по таблицам в зависимости от числа опытов (числа отказов). Зависимость коэффициента вариации ν_R от параметра b распределения Вейбулла показана на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Зависимость коэффициента ν_R вариации от параметра b распределения Вейбулла

Аналогично могут быть оценены средняя наработка до отказа и среднее время восстановления. Определение нижней доверительной гра­ницы показателей надежности позволяет получить то минимальное зна­чение, которое обеспечивается с принятым уровнем достоверности. Если ни один объект не достиг предельного состояния за время наблюдения, то оценку нижней доверительной границы среднего и гамма- процентного ресурса при допущении о распределении их по закону Вейбулла (как самому универсальному для ДМ и их составных частей) ре­комендуется проводить на основании номограмм, (рис. 3.3)

По принятому значению γ и установленным коэффициентам ва­риации γ_R и параметра b распределения Вейбулла оценивают коэффици­ент ε. Нижняя доверительная граница R_γ при доверительной вероят­ности β=0,8 определяется как

(3.16)

где Т_cр - средняя наработка на отказ.

Нижняя доверительная граница среднего ресурса может быть оценена по нижней доверительной границе Rγ

R_ср=R_γK_γ , (3.17)

где К_γ - коэффициент, определяемый в зависимости от ν_R . (рис.3.2) Номограмма для определения нижней доверительной границы гамма-процентного ресурса (на рис. 3.3) дана для γ=80%. [23]

Для примера приведем некоторые полученные численные данные по ремонтопригодности ДДА-ЮОМА. Наработка на отказ ДДА-ЮОМА в доремонтном периоде составляет 150-230 часов. После проведения ре­монта она снижается на 40-45%, а затраты на устранение последствий отказов возрастают примерно в 2 раза. [17]

На насос-редуктор приходится 23-28% всех отказов и 40-60% об­щих затрат на устранение их последствий и это несмотря на то, что еже­годно 50-70% насос-редукторов ремонтируются на специальных пред­приятиях и в хозяйствах.

Исследованием установлено, что в связи с неравной прочностью на­соса и редуктора целесообразно, наряду с полнокомплексным ремонтом насоса-редуктора, производить ремонт отдельных деталей и узлов.

Выявлена необходимость повышения долговечности рабочего ко­леса и защитных колец насоса.

Исследования долговечности дождевальных машин показывают, что часть узлов и деталей имеет разный ресурс, например, у "Фрегата", в зависимости от конструктивной длины машины, т.к. тележки проделы­вают неодинаковый путь за одно и то же время и износ узлов различен. Деталей, подверженных механическому износу, в машине относительно немного: около 3880 шт. или приблизительно 40% общего числа, не счи­тая крепежных изделий (230 наименований). Из них 2084 шт. (130 наиме­нований) имеют ресурс менее 20 тыс. ч., то есть большая часть машины (приблизительно 80% по числу деталей) имеет ресурс более 20 сезонов при интенсивном использовании (средняя ежегодная нагрузка 1000 ч). В свою очередь, среди выше названного числа наименований (130) имеется лишь 20 наименований относительно быстро изнашиваемых деталей (1216 шт.) с переменным по длине машины ресурсом.

На основании исследований износов деталей можно определить скорости изнашивания и ресурс основных быстроизнашивающихся де­талей.

Скорость изнашивания V определяем по зависимости - отношение величины износа детали 8 к наработке машины X к моменту проведения замеров

V = δ/t. (3.18)

Износ втулок, пальцев и других деталей, как правило, неравномер­ный, поэтому в расчетах принимаются значения средних максимальных односторонних износов. Выравнивание значений замеров износов про­изводится по способу наименьшей средней ошибки в предположении, что скорость изнашивания изменяется по длине машины по закону, близкому к прямой линии вида у=Ьх. Отклонения фактических значе­ний от средней колеблется в пределах 1,5-40%.

Ресурс τ детали определяется по формуле:

t=[δ]/V (3.19)

где [δ]- допустимая величина износа.

Допустимая величина износа отдельных деталей берется с учетом технических требований или исходя из расчета потери прочности детали в результате ее износа.

По данным зависимостям (3.18, 3.19) можно определить либо число ежегодно заменяемых деталей (в соответствии с конкретной годовой вы­работкой машины), либо общее число деталей, которое необходимо за­менить до выработки нормативного срока службы машины.

При проведении исследований сотрудниками ВНПО "Радуга" по определению рациональной номенклатуры ЗИП для капитального ре­монта все узлы и детали "Фрегат" были сгруппированы по наиболее ха­рактерным признакам потери работоспособности, (табл. 3.3) [31]

Как видно из таблицы, узлы и детали имеют ресурсы, зависящие от различных причин и условий. Так, узлов и деталей, подверженных раз­личного вида износам (механическому, гидроабразивному) насчиты­вается 1298 шт. 72 наименований. Имеется относительно много узлов и деталей, подверженных воздействию коррозии - 1492 шт. 71 наименова­ния. Значительную часть составляют узлы и детали, ресурс которых в основном зависит от воздействия различных климатических условий эксплуатации машин - 524 шт. 56 наименований.

Таблица 3.3.

Группирование узлов и деталей дождевальной машины'Фрегат"

по наиболее характерным признакам потери работоспособности.

	Количество	Число узлов и	Ориентиро­
Наименование группы	Наименований	деталей, шт	вочная масса,
	узлов и дета­		кг
	лей, шт
1. Узлы и детали с ресурсом,	56	524	5020
не зависящим от наработки и
длины машины (стойка не­
подвижной опоры, попере­
чина, проволока и т.д.)
2. Узлы и детали с ресурсом,	26	227	4300
зависящим от наработки
машины (колено поворот­
ное, трубы, дождевальные
аппараты)
3. Узлы и детали с ресурсом,	46	1071	2900
переменным по длине и зави­
сящим от наработки (колеса,
детали гидропривода, стопо­
ры и т.д.)
4. Резино-технические и	23	473	170
пластмассовые узлы и дета­
ли, подверженные старению
(напорные шланги, манжеты,
сливные трубы и т.д.)
5. Узлы и детали, подвер­	71	1492	1030
женные значительному воз­
действию коррозии
(переходники, тросы, муфты)
6. Крепежные изделия	62	7335	170
(болты, винты, гайки,
шайбы)

Исходя из вышеизложенного, в номенклатуру ЗИП для капиталь­ного ремонта нами включены узлы и детали, ресурс которых не превы­шает полного ресурса машины до списания при продленном сроке служ­бы (около 18 тыс. ч); подверженные старению и коррозии; имеющие в практике эксплуатации случайные или аварийные поломки и деформа­ции, а также выходящие из строя во время разборочно-сборочных работ и устанавливаемые при модернизации машины.

На основании ресурсных испытаний и исследований [31] были определены ресурсы узлов и деталей дождевальной машины "Фрегат" (различных шайб, узлов и деталей с ресурсом до 10 и от 10 до 20 тыс. ч), характеристики рассеивания которых достаточно удовлетворительно описываются законом нормального распределения, характеристики рас­сеивания остальных узлов и деталей описываются законом распределе­ния Вейбулла. (рис. 3.4)

Кроме того, довольно много узлов и деталей по длине машины имеют переменный ресурс, (рис. 3.5) Практически все узлы и детали по­следней тележки имеют ресурс до 10 тыс. ч. Увеличение ресурса происхо­дит по мере приближения к неподвижной опоре. На первой тележке ре­сурс большинства узлов и деталей превышает 20 тыс. ч.

Таблица 3.4.

Группирование узлов и деталей "Фрегата" по ресурсу

Наименование группы	Ресурс	Количество	Число	Ориенти­
	(в границах с довери­тельной вероят­ностью а =0,8),	наименован	узлов и	ровочная
		ий узлов и	деталей,	масса, кг
	ТЫС. ч.	деталей	шт.
1. Узлы и детали с ре­	4,49<8,75<13,0	39	704	241
сурсом до 10 тыс. ч
2. Узлы и детали с ре­	11,23<14,83<	27	476	300
сурсом от 10 до 20	18,43
тыс. ч
3. Узлы и детали с ре­	23,68<101,92<	110	1536	9980
сурсом свыше 20 тыс.ч	199,62
4. Крепежные изделия	5,02<14,35<	31	4802	150
(болты, винты, гайки)	25,09
5. Шайбы	32,74<69,16< 105,57	17	2112	10
6. Другие стандартные	2,91<13,87<	15	412	10
изделия	24,69
7. Узлы и детали с пе­	мин.	46	1071	2900
ременным по длине	3,5<6,65<9,83
машины ресурсом	средний
	4,67<12,52< 21,49 макс. 1,45<64,8< 136,78

Значительная часть узлов и деталей имеет ресурс 20 лет. Тем не ме­нее часть таких узлов и деталей, имеющая повреждения после аварийных поломок машины и по другим причинам, также требует замены при ка­питальном ремонте. Так, например, при аварийных поломках за 10 лет эксплуатации имеют повреждения: трубы - около 14%, тросы - 10%, ра­мы тележек - 10%, тросовые опоры - 15 % и др. У машин, работающих на двух позициях, при транспортировке с одной позиции на другую по­вреждается около 40 % деталей неподвижной опоры (полозья, цепи, стойки).

Анализ статистических данных показывает, что средняя наработка на отказ на 6-й год эксплуатации снижается до 50 ч против 74 ч у машин третьего года эксплуатации, или на 48%. Установлено, что доля износовых отказов на 7-й год эксплуатации увеличивается до 60% общего числа отказов. Кроме того, с увеличением срока эксплуатации ДМ "Фрегат" возрастает число аварийных поломок машины. Трудоемкость устране­ния таких поломок колеблется от5 до 52 чел.-ч и в среднем составляет 15 чел.-ч.

Для повышения срока службы дождевальных машин необходимо своевременное и качественное проведение технических обслуживаний в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации и рекомен­даций по техническому обслуживанию и хранению.

Нами построен график наработки машин ДДА-100МА с указанием группы сложности отказов, (рис. 3.6) Из этого графика видно, что боль­шее число отказов приходится на период до проведения ТО-2 и на пери­од после проведения ТО-3, также видно, что это отказы 1 и 2-й группы сложности. Из чего можно сделать вывод о недостаточно высоком уров­не технического обслуживания ДМ.

О 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700(^Чась|)

Рис. 3.6. Наработка ДДА-ЮОМА по группам сложности