книги из ГПНТБ / Ремонт строительных машин учебник

= Х4<Ро (0,715) =0,221;

интенсивность отказов X(t) деталей на интервале t—1 будет равна

А(^) = = = -L . 0,405 = 0 ,2 9 1/месяц.

Возможность применения того или иного закона в ответствен­ ных случаях надо проверять. Во многих условиях случайные ве­ личины неудовлетворительно аппроксимируются показательным или нормальным законами распределения.

Математический аппарат других законов распределения и усло­ вия их применения излагаются в специальной литературе [20].

§ 4. Технико-экономическая сущность ремонта машин

Ремонт машин является одним из эффективных методов резер­ вирования стареющих элементов. Любой метод резервирования требует дополнительных ресурсов. Эти дополнительные ресурсы могут быть использованы двояко: либо на проектирование и изго­ товление машины из более прочных деталей, либо вложены в осо­ бую производственную систему, называемую системой ремонта эксплуатируемых машин. Специфической особенностью ремонта является то, что он главным образом восстанавливает качествен­ ные свойства машины, утрачиваемые ею в процессе эксплуатации.

Резервирование как метод обеспечения требуемой надежности машины подразделяется по структурному (конструктивному) и временному признакам на несколько разновидностей.

Известно, что структура машины образуется чаще всего соче­ танием последовательного и параллельного соединения элемен­ тов, получивших название последовательных и параллельных си­ стем. Вследствие этого резервирование по структурному признаку подразделяется на два вида: создание избыточности запаса проч­ ности в каждом единичном элементе последовательной системы и создание избыточности путем включения в систему параллельных элементов или одного скользящего элемента.

По' временному признаку резервирование подразделяется на однократное (разовое), осуществляемое при изготовлении машины, и периодическое, осуществляемое долями в течение жизни машины по мере надобности.

80

определении общего рационального срока службы машины, каче­ ственные свойства которой в течение жизни ухудшаются и могут восстанавливаться с помощью ремонта. Другая задача заклю­ чается в определении оптимальной периодичности ремонта (режи­ ма профилактики) машины в течение общего срока ее службы.

§ 5. Рациональный срок службы машины

Задача определения рациональной долговечности, или, как ча­ сто говорят, срока службы машины, состоит в том, чтобы сокра­ тить издержки за счет оптимального уменьшения срока исполь­ зования машины.

Для определения срока службы машины используются в каче­ стве критерия эффективности либо расход ресурсов на единицу времени работы (или единицу продукции), выраженный стоимо­ стью в рублях, либо один из множества рабочих параметров ма­ шины, например мощность, точность и т. п. Применительно к ма­ шинам, продукция которых может быть измерена в рублях, удоб­ нее всего в качестве критерия целесообразности увеличения срока эксплуатации использовать расход ресурсов на единицу времени работы (или единицу продукции). Суммарные затраты ресурсов на машину в течение времени длительностью t складываются из отчислений на восстановление первоначальной стоимости (аморти­ зация), дополнительных затрат, обусловленных старением и из­ носом машины, а также отчислений на погашение процентной став­ ки за сумму средств, необходимых на приобретение новой ма­ шины. В таком случае суммарные затраты ресурсов на машину в течение единицы времени t можно выразить зависимостью

где a (t) — суммарный расход ресурсов на машину при эксплуата­

82

дует эксплуатировать до тех пор, пока функция (5.16) не примет минимальное значение. Для определения этого срока службы про­ дифференцируем функцию (5.16) по t и приравняем результат к нулю:

тогда экономически оптимальный срок службы машины соста­

а 8 , если машина после прекращения эксплуатации сдается в ме­ таллолом,— по ценам на металлолом. Приращение расхода ресур­ сов на ремонт и эксплуатацию g устанавливается по статистиче­ ским данным на интервале жизни машины. Так, например, увели­ чение расхода ресурсов на эксплуатацию тракторов типа С-100 за каждый последуют,ий год возрастает на 50 < ^ < (6 0 руб./год2, на эксплуатацию автомобиля расходы увеличиваются после каждой последующей 1000 км: например для МАЗ-205 — 0,08 <^0,10 руб./1 тыс. км2; для ЗИЛ-585 — 0,08<^«^0,09 руб./1 тыс. км2.

Пример. Если взять бульдозер Д-271, для которого С = 4350 руб., ликвидационная стоимость 8 = 350 руб., увеличение расходов на ре­ монт, обслуживание и эксплуатационные материалы за каждый по­ следующий год взять равным g = 60 руб./год2, то, пользуясь форму­ лой (5.17), можно определить, что экономически оптимальный срок службы бульдозера составит ^сл= 8 лет. После 8 лет эксплуатации расходы ресурсов на бульдозер будут все время увеличиваться и будет расти стоимость единицы работы бульдозера. Поэтому с точки зрения экономического критерия после 8 лет эксплуатации бульдозер следует заменить новым. К сожалению, при недостатке машин не всегда удается своевременно заменять старые машины.

В условиях боевых действий решение о замене машины прихо­ дится принимать с учетом экономической меры, но с ограничения­ ми, накладываемыми на время, необходимое для замены старой машины новой. Если это время будет превышать установленное заранее значение, то машину придется оставлять в строю.

§ 6. Определение рациональной периодичности предупредительного ремонта

Общий срок службы машины может быть довольно большим. Машины многих видов находятся в эксплуатации по 10—15 лет и более. За этот срок отдельные детали и узлы приходится заменять и ремонтировать многократно. Статистические данные свидетель­ ствуют о том, что за время жизни машины на ее ремонт расхо­ дуется ресурсов в 7—10 раз больше, чем стоит новая машина.

Результативность и общий срок службы машины при прочих равных условиях существенным образом зависят от принятого по­ рядка проведения мероприятий по предупреждению и устранению отказов машины. Эти мероприятия могут осуществляться либо в заранее установленные сроки, либо без установления сроков — по мере появления отказов. Установленные заранее сроки проведения мероприятий по предупреждению и устранению отказов машины получили название режима профилактики, или, как чаще говорят, правил предупредительного обслуживания и ремонта машин.

В зависимости от схемы возникновения отказа машины ее ре­ монты подразделяются на профилактические (предупредительные) и случайные, обычно называемые аварийными (заявочными, сроч­ ными и т. п.).

Случайные ремонты являются следствием ряда факторов: нару­ шения режима управления, боевого воздействия со стороны про­ тивника, резкого изменения условий эксплуатации машины. Отли­ чительной особенностью случайных ремонтов является то, что потребность в них возникает по мгновенной схеме и, как было показано ранее, она не зависит от состояния, в котором находи­ лась машина до этого. Поэтому нельзя заранее определить режим профилактики по отношению к отказам машины, появляющимся по мгновенной схеме. Основные решения по ремонту машины, вы­ бывающей из строя по мгновенной схеме, сводятся к определению параметров процесса появления отказов и созданию системы ре­ монта, способной своевременно удовлетворять заявки на случай­ ные ремонты.

Предупредительные ремонты всегда связаны с заменой элемен­ тов, не полностью израсходовавших технический ресурс. Это яв­ ляется недостатком профилактики, так как удорожает эксплуата­ цию машин. Поэтому определить время профилактики — значит определить оптимальный режим выполнения работ по обслужива­ нию и ремонту машины.

Случайный ремонт, выполняемый по потребности, лишен ука­ занного недостатка, но при этом из-за непредвиденного отказа эле­ мента в процессе функционирования машины создается опасная ситуация либо образуются большие экономические потери.

Историю машины можно представить в виде отрезков времени работы машины и отрезков времени, в течение которых проводят­ ся предупредительные и случайные (внеплановые) ремонты. При­ менение предупредительного обслуживания сокращает издержки, обусловленные случайными отказами, но вместе с этим увеличи­ вается расход ресурсов на выполнение профилактики. Поэтому определение оптимального режима профилактики состоит в нахо­ ждении такой частоты обслуживаний и ремонтов, при которой ука­ занные экономические или временные затраты будут минималь­ ными.

Машины одного и того же типа могут эксплуатироваться в раз­ ных условиях, расходовать свой технический ресурс с различной интенсивностью, отличаться одна от другой возрастом и техниче­

84

ским состоянием, вследствие чего нельзя выработать совершенно

Однако эффективность ремонта зависит от принципа, положенного в основу профилактики. Один принцип исходит из информации о двух состояниях — исправности и отказа. При таком подходе ре­ монт планируется на момент выхода машины из строя. Математи­ ческие модели, используемые для определения режима профилак­ тики по данному принципу, получили название моделей готовности. Другой принцип основывается на информации, дающей возмож­ ность определить состояние машины, промежуточное между ис­ правностью и отказом. Указанное состояние определяется значе­ нием некоторого случайно меняющегося рабочего параметра, до­ ступного наблюдению (давление, расход, напряжение и т. п.).

Теория оптимизации режимов профилактики стареющих эле­ ментов машин и оборудования находится пока в начальной стадии разработки. Задачи профилактики обычно решаются при сущест­ венных допущениях: установившийся режим эксплуатации маши­ ны, неограниченный запас однотипных узлов и деталей и т. п. Ре­ шению отдельных аспектов проблемы профилактики посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых. Существен­ ный вклад в теорию профилактики внесен профессором В. И. Ка-

Наиболее простым и хорошо известным порядком предупреди­ тельной профилактики является периодический ремонт. Побуди­ тельной причиной принятия этого порядка ремонта является тот факт, что отказ машины во время работы часто стоит дороже, чем ремонт машины до ее отказа.

Обычно правило предупредительного ремонта элементов ма­ шины основывается на их наработке (ремонт по наработке). Со­ гласно этому правилу элемент заменяется либо восстанавливается через М единиц времени после его установки на машину. За исклю­ чением некоторых случаев М выбирается постоянным. Если же М является величиной случайной, то говорят о предупредительном ремонте при случайной наработке.

Период времени М между двумя смежными ремонтами машины получил название межремонтного периода.

Детали, входящие в состав отдельных узлов машины, характе­ ризуются различной величиной наработки на отказ. Поэтому эф­ фективность предупредительного ремонта машины, а вместе с этим и величина экономически оптимального срока службы машины существенным образом зависит от принятого интервала времени М. Действительно, если в формуле (5.17) полагать неизменными С и 8 , то расход ресурсов g, обусловленный старением элементов ма­ шины, будет зависеть непосредственно от периодичности и глу­ бины ремонтных мероприятий.

85

При выборе конкурирующих режимов профилактики могут при­ меняться различные количественные показатели, такие, например, как средняя величина расхода ресурсов на ремонт машины, отне­ сенная к единице времени или к единице продукции; средняя дли­ тельность простоя машины в ремонте и др.

Для получения названных и других оценочных показателей режима профилактики необходимо располагать следующими ха­ рактеристиками:

— вероятностью того, что деталь (машина) будет находиться

висправном состоянии в требуемый момент времени;

—вероятностью того, что деталь (машина) будет нормально функционировать в течение требуемого интервала времени;

—распределением отказов в течение требуемого интервала вре­

мени;

—средним количеством отказов в течение требуемого интер­ вала времени и др.

Определение оптимального времени проведения предупреди­ тельных ремонтов представляет собой довольно сложную задачу. Наиболее простое решение можно получить, если исходить из пред­ положения о бесконечном интервале времени эксплуатации ма­ шины, а ремонт проводить по случайной наработке. При этих пред­ положениях отыскивается интервал времени работы машины до ремонта М, при котором оказываются минимальными либо расход экономических ресурсов, либо величина простоя машины.

При использовании экономической меры обычно отыскивают

величину наработки М, при которой минимизируются средние за­ траты на единицу времени.

Расчет межремонтного периода обычно производится примени­ тельно к одному или группе элементов, характеризующихся одина­ ковой наработкой до отказа.-Однако детали и узлы, составляющие ту или иную машину, всегда различаются по величине наработки. Вследствие этого в целях упрощения и экономии затрат ресурсов и времени на практике в состав операций предупредительного ремон­ та включают замену (ремонт) всех элементов (деталей, узлов), срок службы которых более М, но менее kM {k = {, 2, ..., /г). В ре­ зультате этого теоретически ремонты оказываются различными по объему и затратам.

Следует заметить, что сейчас нередко устанавливают величину межремонтного периода отдельных машин исключительно по дан­ ным о среднем сроке службы деталей. На практике это приводит к тому, что приходится заменять еще исправные детали и часто происходят внеплановые остановки машин, что снижает эффек­ тивность машин и дискредитирует систему предупредительных ре­ монтов.

§ 7. Понятия о диагностике состояния машин

Диагностика состояния (поиск места и причины отказов) со­ временных конструктивно сложных машин требует больших тру-

8 6

Дозатрат, применения современных средств проверки состояния ма­ шин и высококвалифицированного персонала.

При разработке эффективной программы поиска неисправно­ стей необходимо учитывать конструктивные особенности проверяе­ мой машины, взаимосвязи ее элементов (узлов, деталей) и вероят­ ности появления тех или иных отказов, а также систематизиро­ вать для каждой из возможных проверок следующие данные: затраты времени на обнаружение неисправности, количество и пол­ ноту полученной информации, стоимость проведения проверки.

Программа поиска неисправностей должна включать в себя общую последовательность проведения операций, необходимых для осуществления каждой отдельной проверки, и специальную после­ довательность проверок при каждом возможном отказе или нару­ шении режима работы.

Диагностика состояния любой машины возможна в двух основ­ ных режимах: статическом и динамическом. Наиболее простой яв­ ляется проверка в статическом режиме. Но этот вид проверки характеризует только статические свойства машины и по резуль­ татам такой проверки невозможно судить о ее динамических свой­ ствах, т. е. оценить, как она будет работать в процессе эксплуа­ тации.

Для выбора наиболее эффективной последовательности проверки состояния и отыскания неисправности используются различные ме­ тоды: «время — вероятность», «половинное разбиение» и др.

Методом «время — вероятность» предусматривается выбор та­ кой последовательности операций поиска, при котором цель дости­ гается с меньшими затратами времени. Для применения этого метода необходимо располагать значениями /Д — вероятностей отка­ зов элементов и значениями величины затрат времени th на про­ верку элементов (k = \, 2 , .... п — номера, присвоенные элементу).

Последовательность проверки элементов устанавливают в со­ ответствии с величинами отношений tk/Ph, располагая их в порядке

по этому методу не эффективен.

Метод «половинного разбиения» заключается в последователь­ ном делении для контроля всех функциональных элементов машин на две приблизительно равные части. Этот метод особенно эффек­ тивен, когда вероятности различных неисправностей одинаковы или неизвестны, а трудозатраты на проведение проверок одинаковы. Метод половинного разбиения позволяет сократить количество про­ верок, необходимых для отыскания любой неисправности.

Для определения технического состояния машины на некоторое наперед заданное время производится прогнозирование надежно­ сти машин, которое имеет большое экономическое и тактическое значение. Оно осуществляется двумя способами: вероятностным и инструментальным.

Вероятностный способ основывается на статистической обработ­ ке и анализе результатов контроля, полученных в процессе разра­

87

ГЛАВА 6

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ И СОПРЯЖЕНИЙ

§1. Методы восстановления посадки в сопряжениях

Впроцессе эксплуатации машин в их деталях и узлах появля­ ются дефекты старения. Наибольшее количество дефектов проис­ ходит от изнашивания, изменения свойств материала и необрати­ мых деформаций материала.

Задача ремонта состоит в восстановлении первоначальных свойств детали и сопряжений деталей.

Восстановление изношенных деталей сокращает затраты на приобретение новых и ведет, таким образом, к снижению стоимости ремонта машин. Однако качество и экономичность восстановления деталей существенно зависят от организации и используемых тех­ нологических методов.

Изнашивание сопрягаемых деталей приводит к нарушению их посадки в сопряжении (увеличению зазоров, уменьшению натя­ гов), что вызывает нарушение работы сопряжения в целом.

Восстановление посадки сопряженных деталей производится двумя методами:

—путем изменения размеров деталей;

—путем восстановления первоначальных (номинальных) раз­

меров деталей.

Метод восстановления посадки изменением размеров деталей может осуществляться двумя способами: обработкой деталей под ремонтные размеры; путем применения добавочных деталей-ком­ пенсаторов износа.

Способ обработки под ремонтные размеры применим в тех слу­ чаях, когда изменение размеров деталей не нарушает их механи­ ческой прочности и жесткости, и заключается в том, что в сопря­ жении одну деталь, обычно дорогостоящую (например, вал), обра­ батывают до заданного ремонтного размера, а другую, более де­ шевую, заменяют новой деталью того же ремонтного размера. При этом полностью восстанавливается работоспособность сопряжения,

89