РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОТКАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ

№10, 30.11.2017

Технические науки

Королев Александр Егорович (Кандидат технических наук)

Ключевые слова: ДВИГАТЕЛЬ; СИСТЕМЫ И МЕХАНИЗМЫ; ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОТКАЗОВ; ПЛАНИРОВАНИЕ ОБМЕННОГО ФОНДА; ENGINE; SYSTEMS AND MECHANISMS; REGULARITIES OF REFUSALS; PLANNING OF EXCHANGE FUND.

Технические объекты, изготовленные и отремонтированные в тождественных условиях, несут в себе элементы случайности, поскольку имеются локальные отклонения в реализации технологии. Микрометраж ресурсоопределяющих деталей на ремонтных предприятиях показал, что до 40% из них имеют погрешности формы, превышающие нормативные значения . В результате качество изделий оказывается неоднородным и это приводит к рассеиванию эксплуатационных отказов. Методы математической статистики создают условия на основе обработки экспериментального материала сделать теоретические обобщения и установить вероятностные закономерности. Теория надежности позволяет исследовать техническое состояние системы на всех стадиях жизненного цикла . Анализ надежности объектов наблюдения предполагает выработку мероприятий по совершенствованию технологии их ремонта, а на этапе эксплуатации – обоснованное планирование запасных частей профилактических обслуживаний. При изучении надежности нужно использовать показатели, которые в полной мере характеризуют функционирование системы . Количественная оценка надежности должна обеспечивать полноту и достоверность исходных данных, адекватность и точность математических моделей.

Наблюдения выполнялись за 53 двигателями ЯМЗ-238НБ после капитального ремонта до фиксированной наработки 3000 мото-часов. В процессе их эксплуатации все виды отказов заносились механизаторами в специальные формы-журналы. За этот период повторно было отправлено в ремонт 38% двигателей при наработке от 1800 до 3000 мото-часов. Полученные данные обрабатывались статистически-корреляционными методами.

Выявлено (табл. 1), что большинство отказов приходятся на топливную аппаратуру и плотность соединений.

Таблица 1. Распределение отказов

Первые вызваны в основном дефектами ремонта, вторые проявляются вследствие изменяющихся нагрузок и вибраций двигателей на переходных режимах в процессе эксплуатации. Пропорционально этому распределению изменяются показатели безотказности составляющих элементов (табл. 2)

Таблица 2. Показатели безотказности

По трудоемкости и стоимости устранения отказы делятся на три группы сложности: 1- отказы, устраняемые заменой или ремонтом легкодоступных деталей; 2 — отказы, устраняемые заменой или ремонтом легкодоступных агрегатов и механизмов без их разборки с возможным раскрытием внутренних полостей; 3 — отказы, устраняемые разборкой или расчленением основных агрегатов. У большей части систем и механизмов средняя наработка на отказ превышает период наблюдения, поскольку число отказов за это время менее единицы. По системам количество отказов постоянно снижается (рис. 1), а по механизмам возрастает (рис. 2).

Рисунок 1. Изменение количества отказов по системам питания (1), смазки (2) и охлаждения (3) в процессе эксплуатации тракторов К-700

Рисунок 2. Изменение количества отказов цилиндропоршневой группы (1), газораспределительного механизма (2) и кривошипно-шатунного механизма (3) в процессе эксплуатации тракторов К-700

Отказы по системам в наибольшей мере происходят в начальный период эксплуатации, они определяются недостаточностью регулировок и испытаний при ремонте. В механизмах идет постоянный процесс изнашивания деталей, и число отказов нарастает после некоторого периода работы. Выход из строя деталей на ранней стадии обусловлен отклонениями в качестве запасных частей и сборки двигателей. Безотказность системы охлаждения, газораспределительного и кривошипно-шатунного механизмов остаются практически на постоянном уровне в течение всего наблюдения. Представленные зависимости подчиняются экспоненциальному распределению. Коэффициенты парной корреляции изучаемых параметров r = 0,65-0,72, оценка их достоверности осуществлялась с помощью t-критерия Стьюдента. Расчетные значения критерия для представленных выборок составили tр = 7,70-9,34, что значительно больше табличного (t_т = 2,64) при доверительной вероятности 0,99. Следовательно, ноль-гипотеза отвергается, все коэффициенты корреляции статистически значимы. Полученные закономерности по F-критерию Фишера при уровне значимости α = 0,05 адекватно описывают исследуемый процесс (F_р = 0,45…0,56 <F_т = 1,60). В табл. 3 показаны отдельные элементы, предопределяющие безотказность систем и механизмов двигателей.

Таблица 3. Распределение отказов узлов и деталей двигателей

Отсюда видны доминирующие узлы и детали, лимитирующие безотказность технической системы. Двигатель — это сложная техническая система, состоящая из множества элементов, отказы которых являются случайными и независимыми событи­ями. Следовательно, вероятность безотказной работы машины определяется выходом из строя ее элементов (деталей и узлов). Мате­матической моделью функционирования элемента служит случайный процесс восстановления, т.е. последовательность распределенных случайных величин, интерпретируемые как наработки между отказами. Количество запасных частей n_∑ к моменту времени t определяется из отношения n_∑ = N∙F(t), а по периодам работы – m_t = N∙f(t)∙∆t, где N — общее количество машин, F(t) — интегральная функция распределения, f(t) — плотность вероятности отказов, ∆t — интервал наработки. Реализацию данной задачи рассмотрим на примере исходной информации по топливным насосам и поршням. Получено следующее рассевание отказов в процессе наблюдения (рис. 3).

Рисунок 3. Плотность распределения отказов топливных насосов (1) и поршней (2)

На основе этих зависимостей прогнозируется обменный фонд запасных частей нарастающим итогом на один двигатель (рис. 4).

Рисунок 4. Интегральная потребность в топливных насосах (1) и поршнях (2)

Нормативное планирование количества запасных частей недостаточно учитывает реальные условия эксплуатации, данная методика помимо этого позволяет установить их потребность на любом этапе работы.

Список литературы

1. Королев А.Е. Влияние качества комплектовки на показатели работы двигателей / А.Е. Королев // Вестник ГАУСЗ. — 2014. — №4. — С. 65 — 67.
2. Острейковский В.А. Теория надежности / В.А. Острейковский. – М.: Высшая школа, 2003. — 463 с.
3. Костерев В.В. Надежность технических систем и управление риском / В.В. Костерев. – М.: Мифи, 2008. — 280 с.