книги из ГПНТБ / Ермолов, Л. С. Основы надежности сельскохозяйственной техники учебное пособие

Если элементы одинаковы (Р,- = Рг), формула (107) принимает следующий вид:

раздельным резервированием наиболее ответственных и ме­ нее надежных элементов могут применяться на практике.

Расчеты безотказности комбинированных систем ве­ дутся методами, аналогичными описанным выше.

§ 2. Предельные состояния (износы) деталей, сопряжений, узлов и механизмов машин

Обоснование и расчет предельного состояния позволяют полнее использовать каждую деталь, сопряжение, узел и механизм машины при минимальных затратах средств. При заниженных предельных состояниях ресурс машины исполь­ зуется не полностью, а при завышенных могут возникнуть аварийные отказы, увеличатся простои машины и затраты на ее эксплуатацию и ремонт.

Изменение состояния сопряжений характеризуется глав­ ным образом износом деталей, а поэтому предельное состоя­ ние сопряжений устанавливается по критериям (призна­ кам) предельного износа.

Рекомендуется * рассматривать три критерия предель­ ного состояния деталей и сопряжений: технический (безот­ казность, работа без поломок), технологический (качество работы) и экономический.

Критерии предельного износа рекомендуется устанав­ ливать ** в зависимости от того, какое влияние оказывает износ детали на работу машины. При этом рассматриваются три случая.

В п е р в о м с л у ч а е (рис. 57, а) в результате из­ носа машина не может больше функционировать, т. е. ста­ новится неработоспособной. Например, происходит по­ ломка коленчатого вала, задир поверхностей вкладышей шатунных или коренных подшипников, поломка поршне­ вого кольца, заедание зубьев шестерен и т. п.

*Предложено профессором Г. В. Веденяпиным. — Прим, автора.

**Предложено профессором А, С. Прониковым. — Прим, автора.

142

Рис. 57. Критерии предельного износа машины и ее элементов.

В о в т о р о м с л у ч а е (рис. 57, б) износ приводит

кпопаданию в зону интенсивного выхода из строя машины

иее деталей. При этом возникают удары, происходит фор­ сированный износ поверхностей, возрастают вибрации машины, повышается температура узлов. На кривой износа в зависимости от наработки — это период аварийного

износа.

Этот случай можно проиллюстрировать на примере верхнего поршневого компрессионного кольца, покрытого электролитическим хромом. Предельный износ наступит тогда, когда в результате износа слой хрома будет снят и интенсивность изнашивания сопряжения при этом резко возрастет.

В т р е т ь е м с л у ч а е (рис. 57, в) в результате износа характеристики машины выходят за допустимые или рекомендуемые пределы (снижается точность работы, па­ дает производительность и коэффициент полезного дейст­ вия и т. и.).

Металлорежущий станок, например, не обеспечивает необходимую производительность и получение продукции заданного качества (по точности и шероховатости).

При износе деталей цилиндро-поршневой группы двига­ теля изменяется мощность, удельный расход топлива, повы­ шается расход смазочного материала, прорыв газов в кар­ тер, усиливаются стуки. Двигатель может продолжать ра­

143

ботать, но как только состояние его сопряжений будет со­ ответствовать максимально допустимым изменениям его характеристики, это состояние станет предельным.

Предельные износы основных деталей часто устанавли­ вают на основании практических данных эксплуатации и ремонта машин отдельных марок.

Для определения наработки (ресурса) детали Т необхо­ димо иметь кривую износа детали в зависимости от нара­ ботки и величину предельного износа Дпред, так как

г р _ ^пред

~Y ’

где у — случайная функция, характеризующая скорость изнашивания сопряжения.

С другой стороны,

К 9) ,

т. е. функция, зависящая от нагрузки, скорости скольже­ ния, технологических и эксплуатационных факторов.

Допустимые износы Ядоп меньше предельных # пред, так как деталь не должна выйти из строя в течение после­ дующей межремонтной наработки Тг. За период межремонт­ ной наработки износ детали увеличивается на у7\.

Отсюда имеем

Ядоп “Ь у Т 1 — Д пред ИЛИ Я доп Я пред V •

Учитывая, что

где Тр — наработка детали до выполняемого в данный момент ремонта, получим

и| Ядоп гр — и

доп Т т 1 1 пред!

откуда

И = -

Ипред

г ‘ ДОП — 1+ Тг

Если от последнего ремонта данный периодический ре­ монт, при котором проводится дефектация деталей, будет k,

то Т„ = k •Т',.

144

Тогда формула для подсчета допустимого износа при­ мет вид

(108)

П р и м е р . Имеем Я пред= 0 , 1 мм. Определить необходимость восстановления детали, если при третьем периодическом ремонте ее износ оказался равным 0,08 мм.

Подсчитаем Илоп по формуле (108)

0,1 =0,075 мм.

Следовательно, деталь необходимо восстанавливать, хотя ее износ и меньше, чем # пред (0,08 < # пред = 0, 1). она не может работать до следующего периодического ремонта, так как # доп = 0,075 меньше величины ее фактического износа, равной 0,08 мм.

По значениям # пред можно определять наработку Тр деталей, заменяемых при периодических ремонтах.

Подставляя в формулу значение # доп = уТр, получаем

откуда следует, что

Учитывая, что у — случайная величина, в значитель­ ной мере зависящая от реальных условий эксплуатации, и, кроме того, наблюдается рассеивание величины Tv, на практике пользуются вероятностными показателями Тр, о и др.

Рассмотрим еще один пример определения предельных и допустимых размеров или других контрольных показа­ телей технического состояния деталей, сопряжений, меха­ низмов, которые необходимы при дефектации ремонтируе­ мых машин.

Определение допустимых износов деталей и допустимых зазоров сопряжений, имеющих недолговечные сменные детали.* На схеме (рис. 58) построены линии износа детали № 1 и № 2, работающей в сопряжении с деталью № 1. Начальный зазор в сопряжении деталей на схеме обозна­ чен SHa4. Средняя интенсивность (скорость) изнашивания

Разработано доцентом Ю. Н. Артемьевым. Прим, автора.

145

ние обязательно вторично поступит в ремонтное пред­ приятие на контроль или ремонт, то по построенной схеме можно установить допустимый износ обеих деталей и до­ пустимый зазор в сопряжении.

Для этого необходимо влево от вертикали I—I отло­ жить значение 7\, соответствующее межремонтной нара­ ботке, и провести вертикаль II—II. Размер 5 Д0П, показан­ ный на этой вертикали, будет соответствовать значению до­ пустимого зазора в сопряжении, при котором детали с из­ носом можно без восстановления оставить на машине, так как они отработают ресурс до следующего ремонта. Пере­ сечение вертикали II—II с линией износа детали № 1 позволяет определить также допустимый ее износ, обозна­ ченный на рисунке 58 Ядоп1, а с линией износа детали № 2 — допустимый износ Я доп 2.

Когда предельный зазор в сопряжении увеличить нельзя и по условиям работы сопряжения одна из деталей имеет больший ресурс и больший предельный износ без опасности

.аварии, при ремонте машины можно восстанавливать рабо­ тоспособность сопряжения заменой одной из деталей (напри­ мер, детали № 1). В данном случае деталь № 2 будет иметь повышенные предельный и допустимый износы (ЯпреД2 и Ядоп2)■

Допустимые и предельные износы таких деталей, как шестерни, втулки, пальцы, и многих других и зазоры в основных сопряжениях, приведенные в типовой техноло­

гии ремонта машин, получены с использованием этого метода.

146

§ 3. Расчет оптимальной долговечности сельскохозяйственной техники

Под оптимальной долговечностью сельскохозяйствен­ ной техники понимают экономически оправданный для потребителя срок ее использования до замены при наивы­ годнейшей оптимальной политике обслуживания ее ре­ монтом.

Общей зависимостью, анализ которой позволяет уста­ новить оптимальные долговечности (сроки службы) машин, является экономическая зависимость, обусловливаемая про­ грессирующим ростом дополнительных затрат и потерь прибыли вложенных средств потребителя на единицу работы по мере старения машины *.

Поэтому задача определения оптимальных сроков служ­ бы сельскохозяйственной техники — экономическая задача, но при ее решении затрагиваются и технические вопросы.

Аналитический способ определения оптимальной долго­ вечности машины заключается в следующем.

О п т и м а л ь н ы й с р о к с л у ж б ы м а ш и н ы — это срок, при котором хозяйство будет иметь минимальные затраты и потери на единицу продукции или выполненной машиной работы.

Если обозначить через Соб — суммарные затраты и потери потребителей, связанные с использованием машины, и через время t выполненную машиной работу (километры пробега для автомобиля или условные гектары для трак­ тора), то удельные затраты й потери, связанные с исполь­ зованием машины и отнесенные на единицу выполненной работы, можно определить по формуле

где См — затраты на приобретение машины (с учетом реа­ лизации последующих ее остатков);

С— затраты и потери на хранение, топливо и рабочую силу;

с— постоянный для данного объекта коэффициент,

определяющий исходную норму прогрессирую­ щих затрат и потерь потребителя;

6 — показатель степени роста затрат и потерь по мере старения объекта.

* Как указывает профессор А, И, Селиванов, — П р и м , авт ора .

147

Если имеются данные о затратах и потерях, определен­ ные по формуле (109), расчет оптимального срока службы машины в конечном счете сводится к нахождению минимума функции уравнения (109), которая называется функцией удельных затрат и потерь.

Приравнивая к нулю производную этой функции и решая относительно t, получим выражение

по которому и определяется оптимальная долговечность (срок службы) сельскохозяйственной техники.

Таким образом, на основании аналитического решения задачи определения оптимального срока службы машины можно заключить, что он зависит от соотношения первона­ чальных затрат С„ на приобретение машины, постоянного коэффициента с, учитывающего затраты и потери потреби­ теля на поддержание машины в работоспособном состоянии на единицу наработки, и показателя б, определяющего интенсивность прогрессирующего роста этих затрат и по­ терь по мере старения машины.

О п т и м а л ь н а я д о л г о в е ч н о с т ь п а р к а м а ш и н вычисляется как среднее значение из оптималь­ ных долговечностей групп машин, эксплуатируемых в при­ мерно одинаковых условиях.

Если имеется k групп таких машин и в каждой г'-й группе (i — 1, 2, ..., k) эксплуатируется N* машин с оп­ тимальной долговечностью Топт, то среднюю оптимальную долговечность можно подсчитать по формуле

2 Ni

i ~ I

Графический способ. Для определения оптимальных сроков службы машин можно использовать материалы хо­ зяйственного учета затрат и потерь на приобретение, ис­ пользование и содержание машин (затраты на реновацию — восстановление и на запчасти для данной машины, затраты труда, материалов, энергии и т. п. на проведение техниче­ ского обслуживания и ремонта)', а также данные учета реальной среднегодовой наработки машин. График сум­ марных средних затрат и потерь (рис. 59) позволяет доста-

148

точно точно определить оптимальный срок службы трактора, который в дан­ ном примере равен восьми годами Аналогичные гра­ фики можно построить на основании статистического материала для автомоби­ лей, комбайнов и сельско­ хозяйственных машин.

Оптимальные сроки службы машин необходимо корректировать с учетом их морального износа, т. е. в зависимости от удешевле­ ния выпускаемых новых ма­ шин с такими же параметра­ ми, что и существующие, и от выпуска наиболее произ­ водительных и экономич­ ных машин или от пол­ ной замены данного вида

производства новым, более дешевым и удовлетворяющим тем же потребностям.

Оптимальная долговечность машин зависит также от роста производительности труда и прогресса техники при техническом обслуживании и ремонте используемых машин.

Самоеглавное средство борьбы с моральным износом машин — дальнейшая интенсификация их использования и модернизация при ремонте.

§ 4. Прогнозирование расхода запасных частей

Основу планирования поставок запасных частей соста­ вляют методы прогнозирования расхода деталей.

Система ЗИП: запасные части (3), инструмент (И) и принадлежности (П) — совокупность предметов, придан­ ных определенному изделию или состоящих на снабжении для его технического обслуживания и ремонтов.

В общем случае систему ЗИП образуют следующие группы предметов: сменно-запасные детали и сборочные единицы (запчасти), а также материалы, расходуемые при техническом обслуживании и ремонте (инструменты, при­

149

способления и специальное технологическое оборудование, предназначенное для технического обслуживания, ремонта

ииспытаний); контрольно-измерительные приборы и при­ надлежности; средства укладки и упаковки предметов ЗИП.

Для неремонтируемых (невосстанавливаемых) изделий система ЗИП не предусматривается или ограничивается предметами, необходимыми для профилактических работ.

Од и н о ч н ы м (индивидуальным) называют комплект ЗИП, поставляемый с каждым изделием.

Г р у п п о в ы м считается комплект ЗИП, предназна­ ченный для использования при техническом обслуживании

иремонте группы изделий.

По способу создания система ЗИП бывает двух видов: постоянная и временная.

П о с т о я н н о й система ЗИП считается в том случае, если запчасти, инструменты и принадлежности установлен­ ной номенклатуры централизованно поставляются заводамиизготовителями вместе с сельскохозяйственной техникой.

В р е м е н н о й система ЗИП называется в том случае, если запасные части, инструменты и принадлежности ком­ плектно заказываются хозяйствами и предприятиями согласно принятым номенклатурным спецификациям и типо­ размерам, а также частично самостоятельно изготавли­ ваются для проведения технических обслуживаний, ремон­ тов и пополнения нормируемых запасов.

Разработка системы ЗИП увязывается с системой ремонт­ ной документации, предусмотренной ЕСКД.

О п т и м а л ь н о й система ЗИП будет в том случае, если она при наименьших затратах средств позволит свести к минимуму вероятность возникновения отказов и обеспе­ чит необходимое восстановление работоспособности изделий в кратчайшие сроки. При рациональной комплектации си­ стемы ЗИП обеспечивается надежность изделий, особенно их оптимальная безотказность и ремонтопригодность.

В связи с тем что запасные части ожидают установки на изделие взамен снятых, вышедших из строя, негодных элементов системы, такая комплектация аналогична раз­ дельному (холодному) резервированию с замещением.

Выбор номенклатуры запасных частей основывается на следующем.

1. Использование запасных частей должно быть доступ­ ным обслуживающему персоналу средней квалификации; порядок отыскания неисправного элемента — несложным; разборочно-сборочные и пригоночные работы при уста­

150

новке сменных деталей, а также при регулировке, на­ стройке или контроле работоспособности изделий — не­ трудоемкими;

2.Масса и габаритные размеры каждой сменяемой части должны позволять одному человеку самостоятельно осматривать ее, снимать, перемещать и устанавливать;

3.Замена неисправных частей должна полностью устра­ нять возникшие отказы и восстанавливать работоспособ­ ность изделий;

4.Количество запасных частей и доля их в стоимости

оборотных средств должны быть технически и экономически обоснованы;

5. Запасные части должны быть главным образом про­ дукцией массового или серийного производства.

ГОСТ 2.602—68 «Ремонтные документы» ■предусматри­ вает разработку номенклатуры и норм расхода запасных частей для текущего и капитального ремонтов.

При составлении номенклатуры запасных частей их под­ разделяют на стандартизованные, унифицированные, заимст­ вованные, покупные и оригинальные.

С р е д н е е в р е м я в о с с т а н о в л е н и я Тв, как основной количественный показатель ремонтопригод­ ности, непосредственно зависит от номенклатуры предметов в системе ЗИП, от наличия этих предметов в нужный мо­ мент, от места и способа их размещения.

При среднем числе отказов /пср (t) до наработки t коэф­ фициент запаса деталей будет

где Гг — количество сменно-запасных деталей в комплекте ЗИП.

К о э ф ф и ц и е н т и с п о л ь з о в а н и я з а п а с ­ н ы х ч а с т е й определяется по формуле

и_JL_отср (О

Норма расхода запасных частей — это такое их коли­ чество, которое допустимо использовать в течение плани­ руемой наработки или срока службы изделия.

Нормы расхода запасных частей разрабатываются заво- дами-изготовителями под методическим руководством на­ учно-исследовательских институтов (НАТИ, ВИСХОМ, ГОСНИТИ и др.).

151