Методы определения оптимальной долговечности машин

Проблема надежности машин возникла вместе с их созданием. Одной из главных задач после изобретения различных машин было обеспечение их надежности.

Впервые теория надежности нашла широкое распространение в радиоэлектронике и в дальнейшем развивалась главным образом в направлении математической теории. Между тем надежность машин имеет свою специфику, связанную с преобладанием износовых и усталостных отказов и влиянием большого многообразия факторов.

Большой вклад в разработку вопросов теории надежности внесли как советские ученые А.И.Берг, Н.Г.Брувич, Б.В.Гнеденко, Г.В.Дружинин, Л.Н.Колмогоров, А.М.Половко, Л.С.Проников, А.Д.Соловьев, А.И. Селиванов, Н.А.Шишонок, Я.Б.Шор и др. так и зарубежные ученые И.Базовский, Р.Барлоу, Д.Кокс, С.Калабро, М.Ллойд, М.Липов, Ф.Прошан, Д.Сандлер, В.Смит, Р.Хивеленд и др.

Изучение различных проблем надежности и долговечности машин и их агрегатов, разработка научных методов их технической эксплуатации освещены в работах Л.Л.Афанасьева, В.О.Васильева, Д.П.Великанова, И.Н. Величкина, Л.В. Дехтеринского, Г.В.Крамаренко, Е.С.Кузнецова, Р.В.Кугеля, Л.В.Мирошникова, В.М.Михлина, Я.И. Несвитского, В.В.Осепчугова, А.Н.Островцева, Р.В.Ротенберга, А.М.Шейнина и др [6,7].

Проблемам надежности автомобилей посвящены работы научно-исследовательских и учебных институтов.

Значительные вклад в осуществление конкретных мероприятий, направленных на повышение надежности автомобильных конструкций вносят предприятия автомобильной промышленности (ЗИЛ, МАЗ, ГАЗ, КрАЗ, КамАЗ, АвтоВАЗ и др.).

Реализация свойств надежности автотранспортных средств и их агрегатов в эксплуатации предполагает научное обоснование нормативов технического обслуживания и ремонта, а также совместное определение нормируемых показателей надежности и показателей технической эксплуатации.

В этой связи нами проведен анализ научно-исследовательских работ, посвященных методам определения оптимальной долговечности и оптимизации технического обслуживания, а также методам оптимизации ремонтных воздействий, на основании которого сформулированы задачи данного исследования.

Отдельно рассмотрены вопросы метода определения коэффициента технического использования машин и влияния климатических и дорожных условий на работу двигателя внутреннего сгорания.

Согласно ГОСТ 27.00-83, долговечность-это свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Предельное состояние восстанавливаемых объектов, каким является автомобиль, определяется моментом, когда дальнейшая эксплуатация объекта нецелесообразна из-за невозможности поддержания безопасности, безотказности или эффективности эксплуатации на допустимом уровне или когда в результате изнашивания и старения объект пришел в такое состояние при котором ремонт требует недопустимо больших затрат или не обеспечивает восстановления требуемой работоспособности. Критерии предельного состояния устанавливаются нормативно-технической документацией на данный объект.

Оптимизации долговечности машин и механизмов посвящен ряд публикаций, в которых излагаются основы подхода к этой проблеме с учетом технико-экономических показателей, перспектив развития техники.

Метод, предложений Л.А.Бронштейном и С.Р.Лидерманом предусматривает определение оптимального срока службы автомобиля по количеству экономически оправданных циклов эксплуатации (рис.1.4). Авторы считают, что эксплуатация автомобилей целесообразна до тех пор, пока затраты на эксплуатацию и текущий ремонт не превысят таковых для периода эксплуатации нового автомобиля.

Исходное управление для определения оптимального срока службы автомобиля имеет вид [6,7]:

(1.1)

где, А_а - первоначальная стоимость автомобиля (без шин), тг.;

С_а - остаточная стоимость автомобиля после первого цикла пробега,тг.;

L_H - пробег за первый цикл нового автомобиля, тыс.км;

а и в - постоянные коэффициенты;

С_i - остаточная стоимость после i циклов, тг.;

А_к - стоимость капитального ремонта, тг.;

L_к - пробег автомобиля за цикл после капитального ремонта, тыс.км;

а+в - функция, характеризующая затраты на км пробега по текущим ремонтам и видам обслуживания;

n - показатель степени;

L_общ - величина общего от начала эксплуатации пробега, тыс.км.

Считая стоимость автомобиля после первого ремонта постоянной, в результате преобразования формулы (1.1) получен целесообразный общий пробег автомобиля до его списания [6,7]:

(1.2)

Рисунок 1.4 - Изменение затрат в зависимости от пробега автомобиля

Рисунок 1.5 - Экономический срок службы автомобиля

Г.Г.Токарев под оптимальным экономическим сроком службы автомобиля (без морального износа) понимает такой срок, при котором обеспечивается минимальное значение средних затрат на единицу пробега за весь период эксплуатации (2).

Целесообразный срок службы автомобиля определяется из выражения [6,7]:

, тыс.км, (1.3)

где, С_а - стоимость автомобиля за вычетом стоимости шин и остаточной

ликвидационной стоимости, тенге;

в - коэффициент нарастания расходов на ТО и ремонт пробегу,

тг/тыс.км².

Автор предлагает величину удельных расходов на техническое обслуживание и ремонт выражать линейным уравнением [6,7]:

(1.4)

На сроки службы автомобилей существенное влияния оказывает не только материальный, но и моральный износ. ЕГО влияния всегда будет проявляться в необходимости сокращения оптимальной долговечности по минимальной себестоимости километра пробега автомобиля Г.Г.Токарев установил связь между оптимальной долговечностью и моральным износом автомобиля [6,7]:

(1.5)

где, - разница себестоимости единицы пробега для автомобиля, находящегося в эксплуатации, и автомобиля новой конструкции, который только что принят на производство.

А.М. Шейнин разработал метод определения и управления оптимальным межремонтным наработкам по минимальной сумме средних удельных затрат С_уд на приобретение и поддержание в работоспособном состоянии парка автомобилей, обеспечивающих постоянную максимально возможную в данных условиях производительность.

Исходя из того, что переменные затраты С_пн (t) на поддержание надежности за наработку t зависят от стоимости запасных частей С_з.ч и материалов С_м, от трудовых затрат С_тр, а также от компенсации простоев С_прост, автор предложил целевую функцию в следующем виде [6,7]:

(1.6)

(1.7)

где, С_{пн.ср.общ}(t) - общие средние удельные затраты на устранение отказов и неисправностей и на техническое обслуживание;

С_пн.ср (t) - средние удельные затраты на устранение отказов и неисправностей;

С_ТО - затраты на техническое обслуживание;

С_о - стоимость объекта.

Учитывая, что затраты на поддержание автомобилей в технически исправном состоянии (с учетом снижения производительности) возрастают, для их определения авторов предложена следующая зависимость [6,7]:

(1.8)

где, С_з.ч.(t) - затраты на запасные части, тг.;

С_Т.(t) - расходы на оплату труда при эксплуатационных ремонтах, тг.;

С_м(t) - расходы на приобретение материалов, тг.;

С_прост(t) - затраты на компенсацию простоев, тг..

Закономерность изменения данной зависимости аппроксимируется степенной функцией [6,7]:

(1.9)

где, в и n - угловой коэффициент и показатель степени кривой удельных переменных затрат по интервалам наработки.

Для определения оптимального ресурса (рис.1.6) минимизируются суммарные удельные затраты на приобретение автомобиля и поддержание его надежности в эксплуатации. В соответствии с этим оптимальный ресурс по избранному критерию имеет вид:

(1.10)

1-удельные эксплуатационные расходы в интервалах наработки; 2-средние эксплуатационные расходы за наработку с начала эксплуатации; 3-средние удельные затраты на приобретение;

4-средние суммарные удельные затраты.

Рисунок 1.6 - Зависимость удельных затрат на приобретение и поддержание надежности машин

Уравнение (1.7) позволяют определить не только ресурс t_р, но и соотношение между затратами на изготовление машин и переменными затратами на поддержание надежности при наработке t=t_р [6,7]:

(1.11)

Корреляционная связь (коэффициент ), существующая между затратами на запасные части и поочередно другими видами переменных затрат позволяет определить суммарные затраты на запасные части за оптимальный ресурс автомобилей [6,7]:

(1.12)

где, А,В,С - соответственно отношение трудовых затрат, затрат на материалы компенсацию простоев с стоимости запасных частей.

В работе выявлены основные формулы определения по критерию минимизации удельных затрат оптимальной периодичности предупредительного ремонта. Также приведена модель определения границы эффективности по уровню удельных затрат ремонта по потребности и принудительной профилактической замены. Предложен метод определения оценки предрасположенности элементов конструкций к планово-предупредительной замене по результатам контроля технического состояния. Разработанные формулы используется для формирования состава ремкомплекта, включающего объекты предупредительных замен и замен по техническому состоянию, в процессе планово- предупредительного воздействия.

Дата добавления: 2015-11-03